Das Grundwasserwerk „Haseldorfer Marsch“ in Wedel bei Hamburg gewinnt sein Rohwasser aus drei Horizontalfilterbrunnen, zwei Flach- und acht Tiefbrunnen. Die Brunnen zur Wassergewinnung sind großflächig über mehrere Kilometer verteilt im Wasserschutzgebiet angeordnet. Bei Gewitter kann es leicht zu direkten und indirekten Blitzeinwirkungen kommen; die Pumpen in den einzelnen Brunnen bzw. die zentralen Pumpen im Wasserwerk können dadurch ausfallen. Die Planer und Betreiber des Wasserwerks haben bisher nur den externen Blitzschutz betrachtet und beim inneren Blitzschutz lediglich den Energieschutz. Seit 2009 definiert die neue IEC 61643-21 auch den Schutz für Mess-, Steuer- und Regelsignale. Damit wird heute ein komplett neuer Sicherheitsaspekt berücksichtigt. So entsteht ein in sich schlüssiges und durchgängiges Blitz- und Überspannungsschutzkonzept, das sowohl die direkte, als auch die indirekte Blitzeinwirkung betrachtet. 1960 in Betrieb genommen, gewinnt das Wasserwerk sein Rohwasser aus drei Horizontalfilterbrunnen, zwei Flach- und acht Tiefbrunnen, die sich in 17 bis 107 Metern Tiefe befinden. Zwei Drittel des so geförderten Grundwassers werden über eine Flockungsanlage aufbereitet, der Rest über einen Verdüsungsturm. Nach der anschließenden Filtration erfolgt die Trinkwasserabgabe über vier Reinwasserpumpen, die eine tägliche Dauerabgabe von 15.000m³ gewährleisten. Damit dieser Prozess störungsfrei verläuft, sind zuverlässige Schutz- und Überwachungsmaßnahmen notwendig. Ursprünglich hatten die Techniker des Wasserwerks die Anlage noch ohne jeglichen Blitz- und Überspannungsschutz aufgebaut. Es wurde jedoch festgestellt, dass bei Gewittern immer wieder unkontrollierbare Vorfälle auftraten, wie etwa ungültige Fehlermeldungen, ein Ausfall der Elektronik oder die Zerstörung elektrischer Betriebsmittel. Aus diesem Grund entschied man sich, die elektrischen Leitungen durchgehend mit Überspannungsschutz zu versehen.
Überspannungsschutz inklusive Fernsignalisierung
Beim Bau einer neuen Brunnenanlage sollten deutlich mehr Monitoring-Funktionen integriert werden, da die Anlage mehrere Kilometer von der Leitwarte entfernt liegt. Wichtig war, dass die Zentrale ein permanentes Bild vom Zustand der Anlage erhält. Da elektromagnetische Einkopplungen gerade über weite Distanzen durch einen fernen Blitzeinschlag sehr wahrscheinlich sind, gilt es, die Verbindung zur Leitwarte mit einem zuverlässigen Überspannungsschutz zu versehen. Vom Pumpenhaus der neuen Brunnenanlage verläuft eine Stichleitung zum Brunnenschacht. In diesem Schacht befindet sich die Steuerung, welche die Ventile regelt, Wasserstandsmessungen durchführt und für die technische Absicherung der Anlage vor Fremdeinwirkungen sorgt. Für die Energieversorgung der Steuerung sowie der anderen elektrischen Betriebsmittel im Brunnenschacht sorgt ein primärgetaktetes, einphasiges Weidmüller-Schaltnetzteil vom Typ ConnectPower.Damit bei allen Wetterlagen ein kontinuierliches Monitoring der Prozesse im Brunnenschacht möglich ist, sollten auch hier sämtliche eingeführten Energie- und Signalleitungen mit einem Überspannungsschutz inklusive Fernsignalisierung versehen werden. Für den Schutz der Energieleitungen verwendet das Wasserwerk Haseldorfer Marsch Blitz- und Überspannungsschutzkomponenten vom Typ PUI-III, die hohen Ableitstrom und kompaktes Design aufweisen. Bezüglich des Signalschutzes brachte die neue Produktreihe Varitector SPC (VSPC) desselben Herstellers sehr gute Voraussetzungen mit.
Permanentes Monitoring und einfache Prüfung
Der steckbare Überspannungsschutz für Mess-, Steuer- und Regelsignale leistet den (nach IEC 61643-22 definierten) D1-, C2- und C1-Schutz und beinhaltet eine interne Überwachung, welche die Fehlererkennung und -meldung regelt. Im Fall eines Kurzschlusses auf der Signalleitung oder beim fehlerhaften Anschließen gehen die Ableiter in den nach neuestem Stand der IEC 61643-21 geforderten Überlastausfallmodus über. Gleichzeitig erfolgt über das Auswertungsmodul VSPC-Control-Unit eine automatische Meldung an die Leitwarte, woraufhin auf dem Gerät und auf dem defekten VSPC anstatt einer grünen eine rote LED aufleuchtet. Auf diese Weise erhält nicht nur der Betreiber eine permanente Zustandsüberwachung seines Schutzkonzepts, sondern auch der Monteur vor Ort wird per Fehlermeldung alarmiert. Das defekte Modul kann so schnell ausfindig gemacht und ausgetauscht werden. Mit dem Auswertemodul VSPC-Control-Unit lassen sich bis zu zehn Überspannungsschutzmodule abfragen. Alle VSPC-Module sind vorteilhaft so ausgelegt, dass sie im laufenden Betrieb impedanzneutral gezogen oder ausgetauscht werden können – ohne den Messkreis zu unterbrechen und bei stehender Verdrahtung. Im Schaltschrank des Pumpenhauses und in der Schaltanlage im Brunnenschacht zählt jeder Millimeter – deswegen ist die Überspannungsschutzfamilie Varitector SPC Platz sparend konzipiert. Für vier binäre Signale bzw. zwei analoge Signale werden nur 17,8mm benötigt. Das zuverlässige Ableiten der Impulsströme bis zu 20kA (8/20µs) und 2,5kA (10/350µs) geschieht durch den schraubenlosen PE-Schutzleiteranschluss über die geerdete Tragschiene. Die zuverlässige Kontaktierung erfolgt durch Aufrasten der Module. Der Überspannungsschutz ist somit uneingeschränkt nach der Errichtungsnorm IEC 62305 einsetzbar. Ein Farbcode kennzeichnet bei allen Modulen die verschiedenen Spannungsebenen zur schnellen Identifikation im Schaltschrank, ein Kodierelement verhindert ein Fehlstecken der Module. Eine normgerechte Einhaltung der Wartungsintervalle nach IEC 62305-3 ermöglicht das Prüfgerät V-Test Basic. Die Ableiter werden einfach in das kompakte und transportable Testgerät eingesteckt, ohne dass ein zusätzlicher Adapter notwendig ist. Durch einfache Handgriffe wird so der Zustand der Ableiter analysiert, so dass einem Ausfall durch Blitz- und Überspannungseinwirkung frühzeitig vorgebeugt wird.
Sicherheitskonzept für Energie, Signale und Daten
Um Störungen und Zerstörungen durch Blitzeinschlag zu verhindern, müssen geeignete Blitz- und Überspannungsschutzableiter ausgewählt werden. Mit der PU-Reihe für Energie und der neuen VSPC-Serie für Signale von Weidmüller ist ein normkonformer Schutz garantiert. Zur Visualisierung sämtlicher Prozesse im Wasserwerk wird Industrial Ethernet eingesetzt. AdvancedLine Unmanaged Switches desselben Herstellers fungieren dabei als zentrale Netzwerkkomponenten, die Datenkollisionen verhindern, eine schnelle Paketvermittlung ermöglichen und den Datendurchsatz steigern. Mit diesen Lösungen erhält das Wasserwerk ein Sicherheitskonzept für die Übertragung von Energie, Signalen und Daten, das ein hohes Maß an Versorgungssicherheit bietet. Für die analogen Signale wird im Haseldorfer Marsch der VSPC 2CLR (R=Remote Signaling Contact) eingesetzt, der auf einer Baubreite von 17,8 mm zwei Signale gleichzeitig schützt – inklusive Meldefunktion. Ähnlich verhält es sich bei den digitalen Signalen, bei denen der VSPC 4SLR zum Einsatz kommt. Er schützt bis zu vier digitale Signale. Neben analogen und digitalen Signalen gilt es auch, eine Telefonleitung zu schützen. Diese ist mit dem VSPC Uk0 Tele ausgestattet, der speziell für diese Art von Signalen ausgelegt ist. Einige Reserveleitungen sind derzeit nicht belegt. Um hierbei ein identisches Erdpotenzial zu realiseren, werden in Wedel die steckbaren Adapter VSPC Ground verwendet, die vier Leitungen mit einem Modul erden können. Da es sich bei einem Wasserwerk um eine öffentliche Anlage handelt, welche die permanente Wasserversorgung zahlreicher Menschen sicherstellen muss, gilt nach IEC 62305-1 bis -4, dass ein äußerer Blitzschutz integriert sein muss und zudem sämtliche ein- und ausgehenden Leitungen mit einem inneren Blitzschutz ausgestattet sein müssen. Seit 2009 definiert die Produktnorm IEC 61643-21 außerdem den Schutz für Mess-, Steuer- und Regelsignale. Damit muss heute ein komplett neuer Sicherheitsaspekt berücksichtigt werden. Das umfassende Überspannungsschutzkonzept von Weidmüller wird mit Komponenten realisiert, die nach dem neusten Stand der IEC 61643-21 mit dem darin geforderten Overstress-Modus ausgestattet sind. Prüfverfahren ermöglichen die normgerechte Einhaltung der Wartungsintervalle nach IEC 62305-3.☐
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