In SF6-isolierten Mittel- und Hochspannungsschaltanlagen ist die Gasdichte ein entscheidender Betriebsparameter. Sinkt die im Gasraum vorhandene Gasmenge durch eine Leckage, verschlechtert sich die Isolations- und Schaltfähigkeit der Anlage. Eine zuverlässige Überwachung muss diesen Zustand erkennen, bevor ein sicherheitskritischer Grenzwert erreicht wird.
Für diese Aufgabe stehen unterschiedliche Gerätekonzepte zur Verfügung. Ein klassischer Gasdichtewächter zeigt den temperaturkompensierten Gaszustand vor Ort an und schaltet bei festgelegten Alarmgrenzen elektrische Kontakte. Ein elektronischer Gasdichtesensor überträgt dagegen kontinuierliche Messwerte über 4–20 mA oder Modbus an SPS, Schutztechnik oder Leitsystem.
Welche Lösung besser geeignet ist, hängt davon ab, ob lediglich feste Warn- und Abschaltgrenzen benötigt werden oder zusätzlich Trends, schleichende Gasverluste und zentrale Zustandsdaten ausgewertet werden sollen. In vielen Anlagen ist auch eine Kombination aus lokaler Anzeige, Schaltkontakten und kontinuierlichem Ausgangssignal sinnvoll.
Inhaltsverzeichnis
- Warum Gasdichte und nicht nur Gasdruck überwachen?
- Gasdichtewächter und Gasdichtesensor direkt vergleichen
- Wie arbeitet ein Gasdichtewächter?
- Wie arbeitet ein elektronischer Gasdichtesensor?
- Warn-, Alarm- und Abschaltkontakte planen
- Kontinuierliche Überwachung mit 4–20 mA
- Gaszustandsdaten über Modbus übertragen
- Schleichende Leckagen frühzeitig erkennen
- Wann ist eine hybride Lösung sinnvoll?
- Bestehende Schaltanlagen nachrüsten
- Prozessanschluss, Ventile und Gasdichtheit
- Elektrische Anbindung und Auswertung
- Inbetriebnahme und Funktionsprüfung
- Gasdichtewächter und Sensoren prüfen
- Typische Auswahl- und Installationsfehler
- Praxisbeispiel: Überwachung einer SF6-Schaltanlage
- Welches System passt zur Anwendung?
- Welche Produkte eignen sich?
- Fazit
- Häufige Fragen
Warum Gasdichte und nicht nur Gasdruck überwachen?
Der Gasdruck in einem geschlossenen SF6-Gasraum verändert sich mit der Temperatur. Bei sinkender Umgebungstemperatur fällt der Druck auch dann, wenn kein Gas aus der Anlage ausgetreten ist. Bei steigender Temperatur nimmt der Druck entsprechend zu.
Ein gewöhnliches Manometer kann deshalb nicht eindeutig unterscheiden, ob eine Druckänderung durch einen tatsächlichen Gasverlust oder lediglich durch eine Temperaturänderung verursacht wurde.
Gasdichtemessgeräte kompensieren diesen Temperatureinfluss. Je nach Messprinzip wird der Gaszustand auf eine definierte Referenztemperatur, häufig 20 °C, umgerechnet oder direkt als Dichtewert ausgegeben.
Damit lassen sich zwei unterschiedliche Situationen voneinander trennen:
- Temperaturbedingte Druckänderung: Gasmenge bleibt konstant, temperaturkompensierter Wert bleibt weitgehend stabil.
- Tatsächlicher Gasverlust: Gasmenge sinkt, temperaturkompensierter Druck beziehungsweise Gasdichtewert nimmt ab.
Weitere Grundlagen zur Temperaturkompensation enthält der Beitrag SF6-Gasdichte temperaturkompensiert messen: Warum Druck allein nicht ausreicht.
Gasdichtewächter und Gasdichtesensor direkt vergleichen
| Kriterium | Gasdichtewächter | Gasdichtesensor |
|---|---|---|
| Hauptfunktion | Lokale Anzeige und Schalten definierter Grenzwerte | Kontinuierliche elektronische Erfassung und Übertragung |
| Ausgang | Potentialfreie Schaltkontakte | 4–20 mA, Modbus oder anderer digitaler Ausgang |
| Messwertverlauf | Vor Ort ablesbar, aber ohne externe Erfassung kein Trend | Kontinuierlich im Leitsystem aufzeichenbar |
| Hilfsenergie | Mechanische Anzeige benötigt üblicherweise keine Versorgung | Elektrische Versorgung erforderlich |
| Alarmierung | Direkt über festgelegte Kontaktpunkte | Grenzwerte werden häufig in SPS oder Leitsystem gebildet |
| Leckagefrüherkennung | Alarm erst beim Erreichen des eingestellten Kontaktpunkts | Trendüberwachung kann schleichende Abnahmen früher erkennen |
| Kommunikation | Binäre Signale | Analoger Messwert oder mehrere digitale Prozesswerte |
| Typischer Einsatz | Autarke Schutz- und Alarmfunktion direkt an der Schaltanlage | Zentrale Zustandsüberwachung und Condition Monitoring |
Ein Gasdichtesensor ist nicht grundsätzlich sicherer als ein Gasdichtewächter. Entscheidend ist, welche Funktion benötigt wird und wie die Signale verarbeitet werden.
Ein mechanischer Gasdichtewächter kann auch bei einem Ausfall der SPS oder Datenkommunikation weiterhin einen lokalen Zustand anzeigen und über unabhängig verdrahtete Kontakte warnen. Ein Sensor ermöglicht dagegen eine deutlich detailliertere Analyse, ist aber auf Versorgung, Signalübertragung und Auswertung angewiesen.
Wie arbeitet ein Gasdichtewächter?
Ein Gasdichtewächter kombiniert ein temperaturkompensiertes mechanisches Messsystem mit einer örtlichen Anzeige und einem oder mehreren elektrischen Schaltkontakten.
Die Skala zeigt je nach Ausführung:
- den auf 20 °C kompensierten Gasdruck,
- einen Gasdichtebereich,
- farblich gekennzeichnete Betriebs-, Warn- und Alarmbereiche,
- gegebenenfalls einen Vakuum- oder Füllbereich.
Sinkt die Gasdichte unter einen festgelegten Wert, bewegt sich der Zeiger über den eingestellten Kontaktpunkt. Der Kontakt kann anschließend beispielsweise:
- eine Warnmeldung auslösen,
- einen Alarm an die Stationsleittechnik melden,
- eine Freigabe zurücknehmen,
- den Schaltbetrieb sperren,
- eine kontrollierte Abschaltung einleiten.
Die Schaltpunkte werden üblicherweise bereits bei der Herstellung entsprechend den Anlagendaten eingestellt. Sie sind bei vielen Ausführungen festgelegt und nicht für eine freie Verstellung durch den Anlagenbetreiber vorgesehen.
Gasdichtewächter eignen sich besonders, wenn eine einfache, robuste und unabhängig arbeitende Grenzwertüberwachung benötigt wird.
Wie arbeitet ein elektronischer Gasdichtesensor?
Ein elektronischer Gasdichtesensor misst den Druck und die Temperatur des Isoliergases. Ein Mikroprozessor berechnet daraus den temperaturkompensierten Gaszustand.
Je nach Ausführung können folgende Werte bereitgestellt werden:
- SF6-Gasdichte in g/l,
- kompensierter Druck bezogen auf 20 °C,
- aktueller Gasdruck,
- Gastemperatur,
- Geräte- und Diagnoseinformationen.
Bei einem analogen 4–20-mA-Ausgang wird üblicherweise eine ausgewählte Messgröße übertragen. Die SPS skaliert den Stromwert anschließend beispielsweise in g/l oder bar bei 20 °C.
Über eine digitale Schnittstelle wie Modbus können dagegen mehrere Messgrößen und Diagnosewerte aus demselben Gerät ausgelesen werden.
Ein Gasdichtesensor eignet sich daher besonders für:
- zentrale Überwachung mehrerer Gasräume,
- Aufzeichnung langfristiger Trends,
- Fernüberwachung nicht dauerhaft besetzter Stationen,
- zustandsorientierte Instandhaltung,
- frühzeitige Erkennung langsamer Gasverluste,
- Integration in SCADA- oder Condition-Monitoring-Systeme.
Warn-, Alarm- und Abschaltkontakte planen
Gasdichtewächter können abhängig von der Ausführung mehrere voneinander unabhängige Schaltkontakte besitzen. Die genaue Anzahl und Funktion wird für die jeweilige Schaltanlage festgelegt.
| Stufe | Typische Funktion | Mögliche Reaktion |
|---|---|---|
| Warnung | Erster erkennbarer Dichteverlust | Instandhaltung informieren und Verlauf beobachten |
| Alarm | Gasdichte nähert sich dem minimal zulässigen Betriebsbereich | Serviceeinsatz planen und Schaltbereitschaft bewerten |
| Sperrung oder Abschaltung | Unzulässig niedrige Gasdichte | Schaltvorgänge sperren oder Betrieb kontrolliert beenden |
Die konkreten Schaltwerte werden durch den Hersteller der Schaltanlage beziehungsweise anhand der zulässigen Gasdichte des betroffenen Gasraums festgelegt.
Die Grenzen dürfen nicht pauschal von einer anderen Anlage übernommen werden. Selbst Schaltfelder mit gleicher Nennspannung können unterschiedliche Fülldrücke, Gasvolumina, Gasgemische und zulässige Betriebsgrenzen besitzen.
Bei der elektrischen Planung sind zusätzlich zu berücksichtigen:
- Kontaktart und Schaltfunktion,
- maximale Schaltspannung,
- maximaler Schaltstrom,
- AC- oder DC-Betrieb,
- induktive Lasten,
- Ruhestrom- oder Arbeitsstromprinzip,
- Kabelbruchüberwachung,
- Trennung zwischen Warnung und Abschaltung.
Kontinuierliche Überwachung mit 4–20 mA
Ein analoger Gasdichtesensor überträgt den gemessenen oder berechneten Gaszustand als 4–20-mA-Signal. Dabei entspricht 4 mA dem unteren und 20 mA dem oberen Ende des konfigurierten Messbereichs.
Beispiel:
- 4 mA entsprechen 0 g/l,
- 20 mA entsprechen 60 g/l,
- 12 mA entsprechen 30 g/l.
Die tatsächliche Skalierung muss aus dem Datenblatt, Bestellcode oder der Parametrierung des Sensors übernommen werden.
Die Vorteile des 4–20-mA-Signals sind:
- einfache Einbindung in vorhandene Analogeingänge,
- robuste Übertragung über größere Entfernungen,
- Erkennung bestimmter Leitungsfehler über Ströme außerhalb des Nutzbereichs,
- herstellerunabhängige Verarbeitung in SPS und Leitsystemen,
- einfache Prüfung mit einem Stromschleifenkalibrator.
Da nur ein Stromwert übertragen wird, steht bei einer einzelnen Stromschleife normalerweise nur eine Hauptmessgröße zur Verfügung. Sollen Gasdichte, Druck und Temperatur gleichzeitig übertragen werden, ist Modbus oder eine andere mehrkanalige Lösung geeigneter.
Für die Prüfung der Stromschleife kann der UPS4E Stromschleifen-Kalibrator eingesetzt werden. Er kann den Schleifenstrom messen, definierte mA-Werte simulieren und bei Bedarf eine 24-V-Schleifenversorgung bereitstellen.
Gaszustandsdaten über Modbus übertragen
Bei Modbus RTU werden digitale Mess- und Diagnosedaten über eine RS-485-Schnittstelle übertragen. Mehrere Sensoren können abhängig von Busaufbau, Adressierung und Leitungslänge an einem gemeinsamen Bus betrieben werden.
Typische auslesbare Werte können sein:
- Gasdichte,
- kompensierter Druck,
- aktueller Druck,
- Gastemperatur,
- Gerätestatus,
- Fehler- oder Diagnoseinformationen.
Modbus bietet Vorteile, wenn mehrere Informationen aus jedem Gasraum zentral erfasst werden sollen. Gleichzeitig steigen jedoch die Anforderungen an die elektrische und softwareseitige Integration.
Zu planen sind unter anderem:
- eindeutige Geräteadressen,
- Baudrate und Kommunikationsparameter,
- Registerbelegung und Datenformat,
- Busabschluss an den Leitungsenden,
- Linientopologie statt unkontrollierter Sternverdrahtung,
- geschirmte und verdrillte Datenleitung,
- galvanische Trennung und Potenzialausgleich,
- Kommunikationsüberwachung in der SPS.
Ein vorhandener Messwert im Leitsystem bestätigt noch nicht automatisch eine fehlerfreie Kommunikation. Die SPS sollte auch Zeitüberschreitungen, unplausible Werte und Kommunikationsausfälle erkennen.
Schleichende Leckagen frühzeitig erkennen
Ein Gasdichtewächter löst erst aus, wenn ein festgelegter Grenzwert erreicht wird. Ein elektronischer Sensor kann dagegen bereits kleinere Veränderungen sichtbar machen, sofern seine Messwerte regelmäßig gespeichert und ausgewertet werden.
Eine Leckagefrüherkennung basiert typischerweise auf:
- langfristiger Aufzeichnung des kompensierten Gasdichtewerts,
- Berechnung der Änderung pro Woche, Monat oder Jahr,
- Vergleich ähnlicher Gasräume,
- Erkennung beschleunigter Dichteverluste,
- Verknüpfung mit Wartungs- und Nachfülldaten.
Ein einzelner leicht abweichender Messwert ist noch kein sicherer Nachweis einer Leckage. Mögliche Ursachen sind auch:
- Messwerttoleranz,
- Temperaturgradienten zwischen Gasraum und Sensor,
- noch nicht abgeschlossener thermischer Ausgleich,
- Ventilstellung oder eingeschlossenes Totvolumen,
- elektrische Störungen,
- fehlerhafte Skalierung im Leitsystem.
Entscheidend ist daher der reproduzierbare Trend des temperaturkompensierten Werts.
Ein Gasdichtesensor lokalisiert die undichte Stelle nicht. Wird ein Dichteverlust festgestellt, muss die eigentliche Leckage anschließend mit geeigneten SF6-Lecksuchgeräten und einem festgelegten Prüfverfahren gesucht werden.
Wann ist eine hybride Lösung sinnvoll?
Hybride Gasdichtemessgeräte verbinden die Vorteile eines klassischen Gasdichtewächters mit einem elektronischen Transmitter.
Eine solche Lösung kann gleichzeitig bieten:
- lokale mechanische Anzeige,
- unabhängige Warn- und Alarmkontakte,
- kontinuierlichen analogen Messwert,
- digitale Kommunikation,
- zentrale Trendüberwachung.
Hybride Geräte sind besonders sinnvoll, wenn die lokale Schutzfunktion auch bei einem Ausfall der Leittechnik erhalten bleiben soll, gleichzeitig aber eine kontinuierliche Zustandsüberwachung gewünscht wird.
Die beiden Signalwege sollten funktional getrennt betrachtet werden:
- Schaltkontakte für direkte Warn-, Sperr- oder Schutzfunktionen,
- Transmitterausgang für Anzeige, Diagnose und Trendanalyse.
Die kontinuierliche Messung darf eine sicherheitsrelevante Kontaktfunktion nur ersetzen, wenn das vollständige Schutzkonzept einschließlich Sensor, Stromversorgung, SPS, Software und Ausgangsstufe dafür ausgelegt und bewertet wurde.
Bestehende Schaltanlagen nachrüsten
Bei älteren SF6-Schaltanlagen sind häufig ausschließlich mechanische Gasdichtewächter mit Schaltkontakten vorhanden. Für eine zentrale Überwachung kann ein elektronischer Sensor oder eine hybride Lösung nachgerüstet werden.
Vor einer Nachrüstung müssen folgende Punkte geklärt werden:
- Ist ein freier, gasdichter Messanschluss vorhanden?
- Kann ein Kombiventil oder Verteiler nachgerüstet werden?
- Bleibt der vorhandene Gasdichtewächter weiterhin funktionsfähig?
- Welche zusätzlichen Totvolumina entstehen?
- Passen Druckbereich und Gasgemisch zum Sensor?
- Stehen Versorgung, Analogeingang oder RS-485-Kommunikation zur Verfügung?
- Ist die mechanische Belastung des Anschlusses zulässig?
- Welche Freigaben des Schaltanlagenherstellers werden benötigt?
Ein Sensor darf nicht über einen dauerhaft geschlossenen oder falsch angeordneten Serviceanschluss vom eigentlichen Gasraum getrennt sein. Andernfalls misst er nur das eingeschlossene Gasvolumen zwischen Ventil und Sensor.
Die Nachrüstung muss so ausgeführt werden, dass beim Einbau, Prüfen oder Austauschen möglichst kein Isoliergas freigesetzt wird.
Prozessanschluss, Ventile und Gasdichtheit
Das Messgerät ist Teil des gasdichten Drucksystems. Prozessanschluss, Ventile, Dichtungen und Kupplungen müssen deshalb ebenso sorgfältig ausgewählt werden wie der Sensor selbst.
Zu prüfen sind:
- Anschlussgeometrie und Gewinde,
- zulässiger Betriebsdruck,
- Werkstoffe und Dichtungen,
- Gasverträglichkeit,
- Leckrate der Verbindung,
- Einbaulage,
- mechanische Abstützung,
- Zugang für Funktionsprüfung und Kalibrierung.
Ein Gasdichtewächter darf nicht über den Prozessanschluss verspannt oder als mechanische Abstützung für schwere Rohrleitungen verwendet werden.
Für Service und Rekalibrierung können geeignete Kalibrier- oder Kombiventile vorgesehen werden. Sie ermöglichen es, das Messgerät vom Gasraum zu trennen und an ein Prüfsystem anzuschließen, ohne den Wächter vollständig zu demontieren.
Nach Arbeiten an der Verbindung muss eine geeignete Dichtheitsprüfung durchgeführt werden.
Elektrische Anbindung und Auswertung
Schaltkontakte
Die Kontakte eines Gasdichtewächters werden üblicherweise auf digitale Eingänge, Schutzrelais oder Meldeschaltungen geführt.
Zu kontrollieren sind:
- Kontaktbelegung,
- Schließer-, Öffner- oder Wechslerfunktion,
- Schaltzustand bei normaler Gasdichte,
- Ruhestromprinzip,
- zulässige Kontaktbelastung,
- Schutzbeschaltung bei induktiven Lasten.
Größere Verbraucher dürfen nicht direkt über empfindliche Messgerätekontakte geschaltet werden. Magnetventile, Schütze oder Meldehörner sollten über geeignete Koppelrelais oder Schutzmodule angesteuert werden.
4–20-mA-Signal
Bei einem Zweileitersensor werden Versorgung und Messsignal über dieselbe Stromschleife übertragen. Für eine zuverlässige Funktion müssen Versorgungsspannung, Leitungswiderstand und Eingangswiderstand der SPS zusammenpassen.
Bei der Parametrierung sind mindestens zu dokumentieren:
- Messgröße des Analogausgangs,
- unterer und oberer Messbereich,
- Einheit,
- Verhalten bei Sensorfehler,
- Alarmgrenzen der SPS,
- Filter- und Mittelwertbildung.
Modbus
Bei digitalen Sensoren müssen zusätzlich Register, Byte-Reihenfolge und Datentyp korrekt interpretiert werden. Ein Gleitkommawert, der mit falscher Byte-Reihenfolge eingelesen wird, kann vollkommen unplausible Messwerte erzeugen.
Inbetriebnahme und Funktionsprüfung
Vor der Inbetriebnahme sollte die komplette Messstelle kontrolliert werden:
- Gerätedaten prüfen: Messbereich, Gasart, Gasgemisch, Schaltpunkte und Ausgangssignal mit den Bestelldaten vergleichen.
- Prozessanschluss kontrollieren: Ventilstellung, Dichtungen und gasdichte Montage prüfen.
- Thermischen Ausgleich abwarten: Messgerät und Gasraum vor der Bewertung auf eine möglichst gleichmäßige Temperatur kommen lassen.
- Lokale Anzeige vergleichen: Wert mit den Anlagen- und Fülldaten abgleichen.
- Schaltkontakte testen: Kontaktbelegung und Meldungen bis zur Leitwarte verifizieren.
- Analogsignal prüfen: Schleifenstrom messen und SPS-Skalierung kontrollieren.
- Modbus-Kommunikation testen: Adresse, Register und Messwerte kontrollieren.
- Alarmgrenzen prüfen: Warnung, Alarm und Sperrfunktion durch geeignete Simulation auslösen.
- Dokumentieren: Messwerte, Kontaktzustände, Parametrierung und Seriennummer erfassen.
Ein Vergleich mit einem gewöhnlichen Manometer ist nur eingeschränkt aussagekräftig, da dieses den aktuellen Druck und nicht zwingend den temperaturkompensierten Gaszustand anzeigt.
Gasdichtewächter und Sensoren prüfen
Die Prüfung eines Gasdichtemessgeräts muss sowohl den pneumatischen beziehungsweise gasdichtebezogenen Teil als auch den elektrischen Ausgang berücksichtigen.
Gasdichtewächter prüfen
Bei einem Gasdichtewächter werden typischerweise kontrolliert:
- örtliche Anzeige,
- Warnkontakt,
- Alarmkontakt,
- Rückschaltpunkte,
- Wiederholbarkeit,
- Dichtheit der Messverbindung.
Die Prüfung erfolgt mit einem geeigneten Gasdichte-Kalibriersystem oder nach dem vom Hersteller vorgegebenen Verfahren. Druck und Temperatur müssen dabei gemeinsam berücksichtigt werden.
4–20-mA-Ausgang prüfen
Bei einem elektronischen Sensor wird der reale Gaszustand mit einer geeigneten Referenz verglichen. Zusätzlich kann die elektrische Stromschleife unabhängig geprüft werden.
Mit einem Stromschleifenkalibrator lassen sich:
- der tatsächliche Ausgangsstrom messen,
- definierte mA-Werte in den SPS-Eingang einspeisen,
- die Skalierung im Leitsystem prüfen,
- Warn- und Alarmgrenzen simulieren,
- Leitungs- und Versorgungsspannungen kontrollieren.
Eine reine mA-Simulation prüft jedoch nur den elektrischen Signalweg. Drucksensor, Temperatursensor und Berechnung der Gasdichte werden dadurch nicht kalibriert.
Typische Auswahl- und Installationsfehler
Ein normales Manometer wird als Gasdichtewächter verwendet
Temperaturänderungen erzeugen scheinbare Gasverluste oder verdecken eine tatsächliche Leckage.
Schaltkontakte werden als kontinuierlicher Messwert interpretiert
Zwischen zwei Kontaktpunkten ist keine Aussage über die genaue Gasdichte oder die Geschwindigkeit der Änderung möglich.
Ein Gasdichtesensor wird eingebaut, aber kein Trend gespeichert
Der Vorteil der kontinuierlichen Messung wird nicht genutzt. Ein schleichender Gasverlust fällt erst beim Erreichen des SPS-Alarms auf.
Das 4–20-mA-Signal wird falsch skaliert
Die SPS verwendet einen anderen Messbereich oder eine andere Einheit als der Sensor.
Bei Modbus werden falsche Register verwendet
Gasdruck, Temperatur oder Dichte werden vertauscht beziehungsweise mit falschem Datentyp eingelesen.
Der Sensor wird durch ein geschlossenes Ventil vom Gasraum getrennt
Der Messwert bleibt scheinbar stabil, obwohl sich die Gasdichte in der Schaltanlage verändert.
Warn- und Abschaltkontakte werden vertauscht
Die Anlage meldet den falschen Zustand oder sperrt erst bei einem zu niedrigen Grenzwert.
Schaltpunkte werden von einer anderen Anlage übernommen
Fülldruck, Gasgemisch und zulässige Dichtebereiche passen nicht zur konkreten Schaltanlage.
Ein Sensor ersetzt ohne Bewertung den unabhängigen Gasdichtewächter
Bei Ausfall von Versorgung, Kommunikation oder SPS steht keine unabhängige Grenzwertmeldung mehr zur Verfügung.
Nach der Montage erfolgt keine Dichtheitsprüfung
Der neu installierte Anschluss wird selbst zur Ursache eines Gasverlusts.
Praxisbeispiel: Überwachung einer SF6-Schaltanlage
Eine gasisolierte Hochspannungsschaltanlage besitzt mehrere voneinander getrennte SF6-Gasräume. Bisher sind an jedem Gasraum Gasdichtewächter mit zwei Kontakten installiert:
- erste Stufe: Warnung,
- zweite Stufe: Schaltsperre.
Die Kontakte werden bereits in der Stationsleittechnik verarbeitet. Der Betreiber möchte zusätzlich langsame Dichteverluste erkennen und Wartungseinsätze besser planen.
Die bestehenden Gasdichtewächter bleiben als unabhängige Schutz- und Alarmkomponenten erhalten. Zusätzlich wird an jedem Gasraum ein elektronischer Gasdichtesensor angebunden.
Für die Übertragung wird Modbus RTU gewählt, weil neben der Gasdichte auch Druck, Temperatur und Diagnosedaten zentral erfasst werden sollen.
Die SPS speichert für jeden Gasraum:
- aktuellen Dichtewert,
- 24-Stunden-Mittelwert,
- Änderung gegenüber dem Vormonat,
- Kommunikationsstatus,
- Zeitpunkt der letzten Wartung oder Nachfüllung.
Nach mehreren Monaten zeigt ein Gasraum eine langsame, aber kontinuierliche Abnahme. Die festen Kontakte des Gasdichtewächters haben noch nicht ausgelöst.
Der Betreiber kann nun einen geplanten Serviceeinsatz durchführen, die Leckstelle lokalisieren und beheben, bevor die Warnstufe erreicht wird.
Die vorhandenen Kontakte bleiben gleichzeitig als unabhängige Rückfallebene erhalten, falls Sensor, Buskommunikation oder Leitsystem ausfallen.
Welches System passt zur Anwendung?
Die Produktauswahl beginnt mit der gewünschten Überwachungsfunktion.
| Anforderung | Geeignete Lösung |
|---|---|
| Nur lokale Anzeige | Gasdichteanzeiger |
| Lokale Anzeige und feste Alarmkontakte | Gasdichtewächter |
| Einfaches binäres Grenzsignal ohne Skala | Gasdichteschalter |
| Kontinuierlicher Messwert zur SPS | Gasdichtesensor mit 4–20 mA |
| Dichte, Druck und Temperatur digital übertragen | Gasdichtesensor mit Modbus |
| Lokale Anzeige, Kontakte und kontinuierliche Daten | Hybrider Gasdichtewächter mit Transmitter |
| Unabhängige Schutzfunktion und Trendüberwachung | Gasdichtewächter plus separater Sensor |
Für die konkrete Auslegung werden mindestens folgende Angaben benötigt:
- Schaltanlagenhersteller und Anlagentyp,
- SF6 oder verwendetes Gasgemisch,
- Fülldruck beziehungsweise Nenndichte,
- Referenztemperatur,
- minimal zulässige Betriebsdichte,
- Warn- und Abschaltpunkte,
- minimaler und maximaler Prozessdruck,
- Umgebungstemperatur,
- Prozessanschluss und Ventilkonzept,
- Anzahl und Art der Schaltkontakte,
- 4–20 mA oder Modbus,
- Versorgungsspannung,
- Schutzart und Außenaufstellung,
- Anforderungen an Redundanz und Diagnose,
- Prüf- und Kalibrierkonzept.
Welche Produkte eignen sich?
Gasdichtewächter
Die Kategorie Gasdichtewächter umfasst unterschiedliche WIKA-Ausführungen für die Überwachung geschlossener SF6-Gasräume in Mittel- und Hochspannungsanlagen.
Je nach Modell stehen unter anderem zur Verfügung:
- örtliche temperaturkompensierte Anzeige,
- ein oder mehrere Schaltkontakte,
- Ausführungen mit Referenzkammer,
- integrierte oder angebaute Transmitter,
- analoge oder digitale Ausgangssignale,
- Kalibrier- und Kombiventile,
- Ausführungen für verschiedene Gasgemische.
WIKA GDM-100 Gasdichtewächter
Der WIKA GDM-100 ist für die lokale Überwachung geschlossener Gasräume in Mittel- und Hochspannungsanlagen vorgesehen.
Wesentliche Merkmale sind:
- örtliche Anzeige des auf 20 °C kompensierten Gaszustands,
- elektrische Schaltkontakte für definierte Alarmgrenzen,
- temperaturkompensiertes und hermetisch dichtes Messsystem,
- Ausführungen für SF6 und Gasgemische,
- Kalibrierventil für Prüfung ohne vollständige Demontage.
Der GDM-100 eignet sich besonders für autarke Warn-, Alarm- und Sperrfunktionen direkt an der Schaltanlage.
WIKA GD-20 Gasdichtesensor
Der WIKA GD-20 Gasdichtesensor dient zur kontinuierlichen Überwachung von Gasdichte, Temperatur und Druck in geschlossenen Isoliergasräumen.
Abhängig von der Ausführung bietet er:
- digitale Modbus-RTU-Kommunikation über RS-485,
- alternativ einen analogen 4–20-mA-Ausgang,
- Ausgabe der SF6-Gasdichte oder des kompensierten Drucks,
- Konfiguration für unterschiedliche definierte Gasgemische,
- kompakte Bauform und hohe Schutzart,
- kontinuierliche Integration in SPS und Leitsysteme.
Der GD-20 ist besonders geeignet, wenn langfristige Trends, zentrale Messwertaufzeichnung und Leckagefrüherkennung umgesetzt werden sollen.
Druck UPS4E Stromschleifen-Kalibrator
Der Druck UPS4E eignet sich zur Inbetriebnahme und Fehlersuche an analogen 4–20-mA-Messketten.
Er ermöglicht unter anderem:
- Messen und Geben von 0 bis 24 mA,
- 24-V-Schleifenversorgung,
- prozentuale Anzeige des Messbereichs,
- Step- und Rampenprüfungen,
- Prüfung von SPS-Eingängen und Alarmgrenzen,
- Datenaufzeichnung.
Mit dem UPS4E kann kontrolliert werden, ob der Gasdichtesensor den erwarteten Strom ausgibt und ob SPS, Skalierung sowie Warn- und Alarmgrenzen korrekt reagieren.
Fazit: Schaltkontakte schützen – kontinuierliche Messwerte schaffen Transparenz
Ein Gasdichtewächter eignet sich für robuste und weitgehend autarke Warn-, Alarm- und Sperrfunktionen. Seine temperaturkompensierte Anzeige ermöglicht eine direkte Kontrolle an der Schaltanlage, während die elektrischen Kontakte bei festgelegten Dichtegrenzen schalten.
Ein Gasdichtesensor überträgt dagegen kontinuierliche Messwerte an SPS oder Leitsystem. Mit 4–20 mA lässt sich eine ausgewählte Messgröße einfach in bestehende Automatisierungssysteme integrieren. Modbus ermöglicht zusätzlich die Übertragung mehrerer Gaszustands- und Diagnosewerte.
Die kontinuierliche Messung schafft die Grundlage für Trendanalysen und kann schleichende Gasverluste erkennen, bevor ein fester Alarmkontakt erreicht wird. Dafür müssen die Werte jedoch gespeichert, plausibilisiert und systematisch ausgewertet werden.
Für sicherheitsrelevante Anwendungen ist häufig eine Kombination sinnvoll: Ein Gasdichtewächter übernimmt die unabhängige Grenzwertmeldung, während ein Gasdichtesensor Zustandsdaten für Leitsystem und Instandhaltung liefert.
Entscheidend sind die korrekten Füll- und Grenzdaten der konkreten Schaltanlage, das verwendete Gasgemisch, der gasdichte Prozessanschluss sowie eine nachvollziehbare elektrische und softwareseitige Integration.
Häufige Fragen zu Gasdichtewächtern und Gasdichtesensoren
Was ist der wichtigste Unterschied zwischen Gasdichtewächter und Gasdichtesensor?
Ein Gasdichtewächter zeigt den Gaszustand lokal an und schaltet bei festen Grenzwerten. Ein Gasdichtesensor liefert kontinuierliche elektronische Messwerte an SPS oder Leitsystem.
Warum reicht ein normales Druckmanometer für SF6 nicht aus?
Der Gasdruck verändert sich mit der Temperatur. Ein normales Manometer kann daher nicht sicher zwischen einer Temperaturänderung und einem tatsächlichen Gasverlust unterscheiden.
Kann ein Gasdichtesensor eine Leckage lokalisieren?
Nein. Er kann einen sinkenden Dichtewert und damit einen möglichen Gasverlust erkennen. Die undichte Stelle muss anschließend mit einem geeigneten SF6-Lecksuchgerät lokalisiert werden.
Welche Messwerte liefert ein Gasdichtesensor mit Modbus?
Abhängig vom Gerät können Gasdichte, kompensierter Druck, aktueller Gasdruck, Temperatur und Diagnoseinformationen übertragen werden.
Überträgt ein 4–20-mA-Sensor gleichzeitig Dichte, Druck und Temperatur?
Über eine einzelne Stromschleife wird normalerweise nur eine konfigurierte Messgröße übertragen. Für mehrere Werte ist eine digitale Schnittstelle wie Modbus geeigneter.
Kann ein Gasdichtesensor die Schaltkontakte vollständig ersetzen?
Technisch können Grenzwerte in einer SPS gebildet werden. Bei unabhängigen oder sicherheitsrelevanten Schutzfunktionen muss jedoch bewertet werden, ob Versorgung, Sensor, SPS, Software und Ausgangsstufe die erforderliche Zuverlässigkeit erreichen.
Warum sollten Gasdichtewerte langfristig gespeichert werden?
Ein Trend zeigt langsame Veränderungen, die noch keinen festen Alarmkontakt auslösen. Dadurch können Wartungsarbeiten geplant werden, bevor ein kritischer Zustand erreicht wird.
Was muss bei der Nachrüstung eines Gasdichtesensors beachtet werden?
Wichtig sind ein geeigneter gasdichter Anschluss, die Ventilstellung, das Gasgemisch, der Messbereich, zusätzliche Totvolumina, die elektrische Versorgung und die Freigabe für die konkrete Schaltanlage.
Wie wird ein 4–20-mA-Ausgang geprüft?
Der reale Sensorausgang kann mit einem Strommessgerät oder Stromschleifenkalibrator gemessen werden. Zusätzlich lassen sich definierte mA-Werte in den SPS-Eingang einspeisen, um Skalierung und Alarmgrenzen zu testen.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider für die Auswahl?
Benötigt werden Anlagentyp, Gas oder Gasgemisch, Fülldruck beziehungsweise Nenndichte, Warn- und Abschaltwerte, Temperaturbereich, Prozessanschluss, gewünschte Schaltkontakte, Ausgangssignal, Versorgung, Schutzart und Anforderungen an Trendüberwachung, Redundanz und Kalibrierung.