Das eigensichere Ethernet

Die Explosionsschutzart Eigensicherheit ist im Wandel: Bislang einseitig auf Leistungsbegrenzung ausgerichtet, ermöglichen dynamische Verfahren – wie die Fast-Switch-Technologie –, deutlich höhere Leistungen in eigensichere Stromkreise einzuspeisen..

Die Explosionsschutzart Eigensicherheit ist im Wandel: Bislang einseitig auf Leistungsbegrenzung ausgerichtet, ermöglichen dynamische Verfahren – wie die Fast-Switch-Technologie –, deutlich höhere Leistungen in eigensichere Stromkreise einzuspeisen. Die Firma MTL Instruments nutzt das Prinzip bei ihren Ethernet-Komponenten.

Die Fast-Switch-Technologie erkennt Spannungsänderungen, die bei einem Leitungsbruch, Kurzschluss oder beim Entfernen elektrischer Verbraucher an der Trennstelle eigensicherer Stromkreise entstehen. Diese Spannungsänderungen können eine Funkenbildung an der Trennstelle (Steckkontakt oder Kabelkurzschluss) verursachen. Fast-Switch unterbricht den Stromkreis jedoch innerhalb von 10 μs und begrenzt damit die Energie an der Trennstelle auf einen sicheren Wert. Dadurch ist es physikalisch ausgeschlossen, dass ein Funke genügend Energie zur Zündung eines Gasgemisches hat.

Die auf diesem Prinzip basierende Schutzschaltung der Firma MTL Instruments ist international patentiert (UK Patent 2368206, US Patent 6751076 und 10132 415 für Deutschland). Ähnliche Schutzschaltungen werden bereits für andere eigensichere Schaltungen gemäß Ex ib für Anwendungen in den Ex-Zonen 1 und 2 verwendet.

Eigensicher bis 200 Watt

Fast-Switch ist einfacher aufgebaut als die klassischen Strom- und Spannungsbegrenzungen und kommt beispielsweise ohne die sonst üblichen redundanten Schutzschaltungen bei der Eigensicherheit aus. Im Vergleich zu der bekannten Energiebegrenzung „Eigensicherheit“ mit rund 100 mW Verlustleistung hat die Fast-Switch-Schutzschaltung mit weniger als 10 mW Verlustleistung eine geringere Eigenerwärmung. Ein weiterer Vorteil ist die Möglichkeit, auch Funktionsmodule mit höherer Leistung im laufenden Betrieb austauschen zu können: In der aktuell realisierten Variante stehen 10 W eigensichere Leistung bei 24 V Versorgungsspannung und 0,5 A Speisestrom zur Verfügung. Aber auch höhere Leistungsabgaben sind möglich. Prototypen mit 200 W eigensicherer Leistung wurden bereits in Wasserstoffatmosphäre erfolgreich getestet. Die Fast-Switch-Technik wurde von unabhängigen Instituten überprüft und hat ihre Funktionsfähigkeit mittels Funkenprüfgerät nachgewiesen.

Die Einsatz-Szenarien

Eine typische Anwendung für die Fast-Switch-Technik stellt die Energieversorgung modular aufgebauter Automatisierungskomponenten dar, beispielsweise Remote-I/Os, Feldbus- oder eigensichere Ethernet-Systeme. Diese System-Komponenten werden gewöhnlich in der Ex-Zone 2 oder 1 montiert. Die angeschlossenen Feldsignale befinden sich dagegen in der Ex-Zone 1. Darüber hinaus eignet sich die Technologie zur redundanten Energieversorgung von Feldbussen, für WLAN-Access-Points, Video-Systeme sowie Feldgeräte und Remote-I/Os mit eigensicherem Ethernet-Eingang.

MTL setzt die Fast-Switch-Schutzschaltung in ihren eigensicheren Ethernet-Komponenten der Serie 9460 ein. Die Ex-i-Geräteserie besteht aus folgenden Komponenten: Ethernet-Switch, WLAN-Access-Point, Kupfer/LWL-Umsetzer, Seriell-Ethernet-Konverter, Trennbaustein zwischen Standard- und Ex-i-Ethernet sowie eigensicheres Netzteil für die Spannungsversorgung der Geräte.

In der Prozessautomation kommen häufig die eigensicheren Feldbusse Profibus-PA und Foundation Fieldbus zum Einsatz, bei denen die Hilfsenergie und Prozessdaten über ein 2-Leiterkabel übertragen werden. Der Vorteil: Die Feldgeräte und Feldbus-Komponenten lassen sich beliebig im laufenden Betrieb austauschen. Die Ex-i-Ethernet-Technologie von MTL ermöglicht die Verwendung von Ethernet auf ähnliche Weise in Ex-Zonen, da auch hier Daten und Hilfsenergie über ein Kabel übertragen werden. Der Vorteil gegenüber den Feldbussen liegt in der wesentlich höheren Übertragungsbandbreite, die beispielsweise für komplexe Feldgeräte notwendig ist: Radar-Füllstandsmesser, Masse-Durchflussmesser oder Waagen nutzen serielle Übertragungsprotokolle (RS232/485) zur Kalibrierung und für zusätzliche Funktionen wie die Diagnose. Über den Seriell/Ethernet-Konverter und Übertragungsprotokolle wie Modbus/ RTU können diese Geräte direkt mit der Leitwarte kommunizieren.

Die Anwendungsbeispiele zeigen, dass ebenso große Distanzen überbrückt wie auch bestehende Feldbus-Protokolle in die Ex-i-Ethernet-Übertragung eingebunden werden können. Der Aufbau einer kompletten Ethernet-Infrastruktur im explosionsgefährdeten Bereich ist also möglich. sk

Nähere Informationen:

www.mtl-inst.com/products/industrial_networks/is-ethernet.htm