Siemens ist Trendsetter bei Prozessbus für Schutzgeräte im Übertragungsnetz

Vor allem im Hochspannungsbereich, wo Schutzgeräte normalerweise in einigem Abstand zu den Wandlern eingebaut werden, hat der Prozessbus Vorteile: Die Merging Units lassen sich nahe an den Wandlern anbringen und – statt wie bisher über Kupferkabel – via faseroptische Ethernet-Verbindungen mit den Schutzgeräten verbinden. Dies reduziert nicht nur den Aufwand für die Verkabelung und die Wartung, sondern auch die Installations- und Kabelkosten. Zudem erhöht die Prozessbustechnik die Flexibilität des Schutzsystems.

Ohne Prozessbus werden die Wandler direkt mit Kupferkabeln an die Schutzgeräte angeschlossen. Da dies für jedes einzelne Signal gemacht werdend muss, erhöht sich der Verkabelungsaufwand in der Schaltanlage. Dieser lässt sich mit der Prozessbustechnik reduzieren. Bei klassischen Schutzgeräten werden die Prozessdaten direkt im Schutzgerät über eine spezielle Eingangskarte gemessen. Diese Analogeingangskarte besteht aus einem Eingangskreis, einem Analog-Digital-Wandler und einem Busanschluss an die CPU. All diese Anschlüsse liegen im Gerät und sind herstellerspezifisch.

Bei der Prozessbustechnik von Siemens wird die Eingangskarte von der CPU des Schutzgeräts getrennt und die Reichweite des Busses von wenigen Zentimetern auf bis zu zwei Kilometern erweitert. Durch die Trennung entstehen zwei Geräte: Die bisherige Analogeingangskarte und der Busanschluss bilden die Merging Unit, die jetzt nah am Wandler und dank Prozessbus weit entfernt vom Schutzgerät installiert werden kann. Das Schutzgerät erhält einen Prozessbuseingang; die bisherige Eingangskarte entfällt. Um die nötige Interoperabilität zu schaffen, ist die Kommunikationsschnittstelle zwischen Merging Unit und Schutzgerät in der IEC 61850-9-2 genormt.

Da sich per Prozessbustechnik die Merging Unit dicht am Wandler installieren lässt, verringert sich die Länge der Kupferanschlusskabel zwischen Wandler und Merging Unit. Auf der Ausgangsseite ist die Merging Unit mit LWL-Ethernet-Ports ausgestattet, und Lichtwellenleiter stellen die Verbindung zwischen Merging Unit und Schutzgerät her. Anstatt wie bisher die analogen Wandlereingänge mit dem Schutzgerät zu verdrahten, werden sie beim Prozessbus in der Merging Unit nah am Wandler angeschlossen. Von dort werden die gesammelten Daten via Ethernet verteilt.

Darüber hinaus erhöht der Prozessbus die Flexibilität des Schutzsystems. Mit Ethernet als Kommunikationskanal können Telegramme von derselben Merging Unit ohne zusätzlichen Verdrahtungsaufwand von mehr als nur einem Schutzgerät empfangen und verarbeitet werden. Damit verringert sich der Verdrahtungsaufwand im Gesamtsystem zusätzlich. Auch eine Erweiterung des Systems ist ohne großen Aufwand möglich. Ein weiteres Schutzgerät in der Schaltanlage kann durch das Einstecken eines Kabels zur Ethernet-Kommunikationsschnittstelle installiert werden. Da sich das hinzugekommene Schutzgerät üblicherweise am gleichen Standort wie die anderen Geräte befindet, ist die Prozessbusinfrastruktur dort bereits vorhanden. So beschränkt sich der Verkabelungsaufwand für das neue Gerät auf den Anschluss des Geräts an das System.

Heute ist die Automatisierung von Schaltanlagen nach IEC 61850-8-1 Stand der Technik. Die binären Daten, die früher über direkt verdrahtete, diskrete Binäreingänge und -ausgänge zwischen den Schutzgeräten übertragen wurden, werden mittlerweile durch Goose-Meldungen ersetzt (Generic object oriented substation events). Diese Technik reduziert bereits die Anzahl der Kupferkabel und ist weit verbreitet. Der Erfolg von Goose-Meldungen beim Ersatz von Kupferleitungen hat gezeigt, wie erfolgreich Ethernet-Technologien die Wirksamkeit und Zuverlässigkeit von Energieautomatisierungssystemen verbessern können. So werden die Reduzierung von Kupferkabel, eine höhere Systemzuverlässigkeit und Sicherheit in den Schaltanlagen den Weg auch für den Prozessbus ebnen.

Energieeffiziente und umweltgerechte Lösungen zum Aufbau intelligenter Stromversorgungsnetze (Smart Grids) und der dazugehörige Service sind Teil des Siemens-Umweltportfolios. Rund 43 Prozent des Konzernumsatzes entfallen auf grüne Produkte und Lösungen. Das macht Siemens zu einem der weltweit größten Anbieter von umweltfreundlicher Technologie.