1 Einleitung Mit dem Fortschritt moderner Steuerungstechnik und der Entwicklung der industriellen Produktion finden DCS-Systeme breite Anwendung und benötigen ein entsprechendes Stromversorgungssystem, um den sicheren und zuverlässigen Betrieb dieser großen Netzwerke zu gewährleisten. Die Anforderungen an die Stromqualität steigen stetig, und die Auslegung und der Aufbau werden immer komplexer. In kritischen Anwendungen verbessert der Einsatz von USV-Anlagen, Notstromversorgungen oder Dual-Path-USV-Anlagen die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung erheblich. In der Praxis hat sich jedoch gezeigt, dass DCS-Systeme empfindliche Stromverbraucher mit sehr hohem Leistungsbedarf sind. Im praktischen Einsatz treten daher weiterhin neue Probleme auf. 2 Problemanalyse 2.1 Designrisiken der Dual-Path-Einzelschaltung Die Stromversorgungskonfiguration verwendet eine automatische Dual-Path-Umschaltung: eine USV und eine Hilfsstromversorgung. Im Normalbetrieb sind K1 und K2 geschlossen, und die Betriebsspannung wird von der USV bereitgestellt (siehe Abbildung 1). Das Problem dieses Designs besteht darin, dass die gesamte Last an eine einzige USV angeschlossen ist. Die Umschaltung auf Hilfsstrom erfolgt nur bei Ausfall der USV (Stromausfall des CI-Schützes), was zu einem konzentrierten Risiko führt. Abbildung 1: Zweipfadige Einzelschaltung. 2.2 Risiken der zweipfadigen Doppelschaltung. Die Stromversorgungskonfiguration verwendet eine automatische Zweipfad-Umschaltung: eine USV und eine werksseitige Hilfsstromversorgung. Im Normalbetrieb versorgen beide Systeme gleichzeitig Strom (siehe Abbildung 2). Problematisch an dieser Konstruktion ist, dass die vorhandenen Schaltschütze die Anforderungen nicht erfüllen (Schützmodell in Abbildung 2: LC1D65008M5). Bei einem Spannungsabfall werden keine Gegenmaßnahmen ergriffen, wodurch die Stromqualität nicht gewährleistet ist. Das heißt, bei Systemstörungen beeinträchtigen Spannungsabfälle (C1, der Spannungswert hat die Unterspannungsrückstellung des Schützes noch nicht erreicht) die Stromqualität erheblich. Die von der werksseitigen Hilfsstromversorgung gelieferte Leistung erreicht mitunter sogar einen Bereich, in dem die Stromversorgungsgeräte nicht mehr ordnungsgemäß funktionieren und das Stromversorgungssystem keine zuverlässige und effektive Stromversorgung gewährleisten kann. Die Folgen sind offensichtlich. 3. Problembehebung Da der Markt derzeit keine Schütze mit schneller Schaltzeit und geringer Hysterese für die Stromversorgung über die Anlagenhilfsenergie bereitstellt, müssen bereits in der Planungsphase Maßnahmen zur Überwachung und Sicherung der Qualität der Anlagenhilfsenergie getroffen werden. Dazu gehören beispielsweise Unterspannungsschutzschaltungen, Alarme und die Verwendung einer dritten Stromversorgung (siehe Abbildung 3). Abbildung 3: Dreiwege-Einzelschaltkreis. 3.1 Sinnvolle Anordnung der Lastverteilung: Die meisten modernen DCS-Systeme verfügen über redundante Stromversorgungsgeräte, -karten und Hauptsteuerungen. Auch einige Server sind mit doppelten Stromversorgungen ausgestattet. Wie geht man mit Geräten ohne redundante Stromversorgung um? Hierbei gilt ein Prinzip: Die Anordnung von Haupt- und Hilfsgeräten sowie Bedienerstationen sollte auf Risikostreuung und zentralisierter Steuerung basieren. Aufgrund von System- und Größenunterschieden wird hier kein Diagramm dargestellt; eine sinnvolle Anordnung ist an die jeweilige Situation anzupassen. 3.2 Auswahl einer Online-USV-Stromversorgung: Aktuell gibt es viele verschiedene Arten von USV-Stromversorgungen mit erheblichen Preisunterschieden und unterschiedlicher Leistung. Die für das DCS-System ausgewählte USV-Stromversorgung muss online sein. Das bedeutet, dass die USV bei Ausfall der externen Stromversorgung die Stromversorgung des Systems über ihre eigene Batterie für eine bestimmte Zeit (mindestens 30 Minuten) sicherstellen kann. Die Ausgangsleistungsqualität der USV muss den Anforderungen entsprechen. Im praktischen Einsatz wurde folgendes Problem festgestellt: Nach dem Betrieb eines magnetisch sättigungsgeregelten Netzteils durch eine bestimmte USV-Art schwankt der Ausgangswert der Messgeräte um ±0,3 V. Bei geeigneter Auswahl ist der Einsatz einer zweistufigen USV-Stromversorgung sinnvoller. 3.3 Dreistufiges USV-Stromversorgungskonzept: Aktuell wird aufgrund der relevanten Sicherheitsanforderungen eine dreistufige USV-Stromversorgung eingesetzt. Dies bietet zwar Vorteile, erfordert jedoch höhere Investitionen und eine komplexere Verkabelung. 4. Fazit: Verluste durch Ausfälle des DCS-Stromversorgungssystems haben vielfältige Ursachen und sind daher für Planungsbüros und Anwender von großer Bedeutung. Die strikte Einhaltung der Unfallverhütungsmaßnahmen der staatlichen Stromnetzgesellschaft ist unerlässlich. Nur durch umfassende Verbesserungen von der ersten Konzeption und Konstruktion bis hin zur anschließenden Wartung kann eine wirklich sichere und zuverlässige Stromversorgung für Gleichstromsysteme gewährleistet werden.