Überspannungsschutz für Signalleitungen

Analogsignalschutz (RayDat-Serie)

Die Raycap RayDat Analogsignal-Schutzserie ist eine modulare SPD-Familie, die zum Schutz von Mess-, Steuer- und Kommunikationskreisen vor blitzbedingten Überspannungen entwickelt wurde. Durch den hybriden Aufbau mit GDT-Stufe (Grobschutz) und SAD-Stufe (Feinschutz) bietet sie sowohl Gleichtakt- als auch Gegentaktschutz. Hohe Packungsdichte mit bis zu 4 Leitungen auf nur 12 mm Breite, keine Unterbrechung der Leitungsverbindung beim Modulwechsel und ATEX/IECEx-zertifizierte Ex-Versionen sind die herausragenden Merkmale.

Analoge Signalleitungen – 4-20-mA-Schleifen, Sensorkabel, Mess- und Steuerkreise – verlaufen häufig über lange Strecken und im Freien. Diese Leitungen sind anfällig für blitzbedingte induzierte Überspannungen; die Beschädigung einer Messumformer- oder PLC-Eingangskarte verursacht einen Produktionsausfall, der weit über den Gerätekosten liegt.

Die RayDat-Serie wurde zum Schutz dieser Leitungen entwickelt ist eine modulare SPD-Familie. Die Geräte mehrstufig (multi-stage) aufgebaut:

  • Grobschutzstufe: Leitet die primäre Stoßenergie zur Erde ab dreipoliger Gasableiter (GDT)
  • Feinschutzstufe: Reduziert die Restspannung auf ein für empfindliche Elektronik unbedenkliches Niveau schnelle bidirektionale Silizium-Avalanche-Diode (SAD)

Die Feinschutzstufe ist so konzipiert, dass eine kapazitive Leitungsbelastung vermieden wird — das bedeutet eine geringe Einfügedämpfung (insertion loss) und einen breiten Betriebsfrequenzbereich (bis 30 MHz). Die seriellen Leitungsimpedanzenzwischen den Stufen sorgen bei jedem Stoßpegel für die Energiekoordination zwischen den beiden Stufen; es entsteht kein Spannungs- oder Stoßstrom-"Blindbereich".

Das für die Sicherheit entscheidende Element der Serie ist der Thermo-Clip (thermo-clip). Wenn zwischen der Stromleitung und der Kommunikationsleitung ein netzfrequenter Kontakt entsteht ("mains incursion"), birgt dies Stromschlag- und Brandgefahr. Der Thermo-Clip in der primären Schutzstufe beseitigt dieses Risiko, indem er den netzfrequenten Strom zur Erde ableitet.

Dank des steckbaren Modul-/Sockel-Designs wird ein Modul am Ende seiner Lebensdauer ohne Demontage der Systemverkabelung ausgetauscht. Entscheidend dabei ist: Die Anschlussleitungen bleiben aktiv, wenn das Modul vom Sockel entfernt wird — der Austausch des Schutzmoduls unterbricht also weder die Produktion noch die Kommunikation.

Die Produkte IEC/EN 61643-21 und UL 497B, 4. Ausgabe entsprechen den Normen; viele Modelle sind UL Listed. Klassifizierung: D1 / C1 / C2 / C3. 35-mm-DIN-Schiene montierbar, mit Schraub- oder Steckklemmen (Federkraft) als Optionen erhältlich.

Produktfamilien:

  • RayDat SL-Serie — Grundlegender modularer Schutz. SLH-2 (ein Paar), SLH-4 (zwei Paare), SSH-3 (geschirmtes Kabel), SLL-4 (nur Feinschutz), SUI-4 (hohe Kapazität für Freileitungen)
  • RayDat SRH-Serie — Mit Fernsignalkontakt ausgestattete Version. Im Fehlerfall wechselt der Kontakt seine Position. Beim Modell SRH-2L ist zusätzlich eine optische LED-Anzeige vorhanden
  • RayDat SP-Serie — Für ungeerdete Doppelschleifen . Für Standorte wie in der Nähe elektrifizierter Bahnstrecken, mit hoher Erdpotentialanhebung konzipiert. SPH-2, SPH-4, SPI-2, SPI-4
  • RayDat Ex-Serie — Für explosionsgefährdete Bereiche ATEX/IECEx-zertifizierte Versionen. Ex-2 (DIN-Schiene) und PLP-Ex-Familie (Edelstahl, IP54, mit Conduit-Anschluss)

Gemeinsame Merkmale

  • Mehrstufiger Hybridschutz: GDT (Grobschutz) + SAD (Feinschutz)
  • Gleichtakt- (longitudinal) und Gegentakt- (transversal) Schutz
  • Sehr hohe Stoßstrom-Festigkeitswerte
  • Anschlussleitungen bleiben beim Modulwechsel aktiv
  • Hohe Packungsdichte — bis zu 4 geschützte Leitungen auf nur 12 mm Breite
  • Stufenübergreifende Energiekoordination (serielle Leitungsimpedanz)
  • Thermo-Clip — Brand- und Stromschlagschutz bei netzfrequentem Kontakt (mains incursion)
  • Geringe Einfügedämpfung, breiter Frequenzbereich (bis zu 30 MHz)
  • Schraub- oder Steckanschluss (Federkraft) Klemmenoptionen
  • Für die Fehlererkennung potentialfreier Kontakt Version (SRH-Serie)
  • Bei einigen Modellen optische LED-Fehleranzeige (SRH-2L)
  • Direkte/indirekte Schirmerdungsoptionen
  • 35-mm-DIN-Schiene Montage (IEC/EN 60715)
  • Gehäuse: graues Thermoplast, V-0 flammwidrig
  • Schutzklasse: IP 20 (eingebettet)
  • Betriebstemperatur: -40 °C … +80 °C
  • Klassifizierung: D1 / C1 / C2 / C3
  • Normen: IEC/EN 61643-21, UL 497B, 4. Ausgabe

Modellvergleich — RayDat SL-Serie

Modell Geschützte Leitung In (8/20 µs) Imax (8/20 µs) Iimp (10/350 µs) Spannung (V DC)
SLH-2 1 Paar (2 Leiter) 10 kA 20 kA 2,5 kA 5, 12, 15, 24, 30, 48, 60
SLH-4 2 Paare (4 Leiter) 10 kA 20 kA 5 kA 5, 12, 15, 24, 30, 48, 60
SSH-3 (geschirmtes Kabel) 1 Paar (2 Leiter) 10 kA 20 kA 2,5 kA 5, 12, 15, 24, 30, 48, 60
SLL-4 (nur Feinschutz) 2 Paare (4 Leiter) 250 A — — 30
SUI-4 (Freileitungen) 2 Paare (4 Leiter) 20 kA 30 kA 5 kA 5, 12, 15, 24, 30, 48, 60

Modellvergleich — RayDat SRH- und SP-Serien

Modell Geschützte Leitung In Imax Iimp Spannung Merkmal
SRH-2 1 Paar 10 kA 20 kA 2,5 kA 5–60 V Fernkontakt
SRH-2L 1 Paar 10 kA 20 kA 2,5 kA 5, 12, 24, 30 V Fernkontakt + LED
SPH-2 1 Paar 10 kA 20 kA 2,5 kA 30 V Ungeerdete Schleife
SPH-4 2 Paare 10 kA 20 kA 5 kA 30 V Ungeerdete Schleife
SPI-2 1 Paar 10 kA 20 kA 2,5 kA (gesamt 5 kA) 30 V Ungeerdete Schleife
SPI-4 2 Paare 10 kA 20 kA 2,5 kA (gesamt 10 kA) 30 V Ungeerdete Schleife

Nennwerte des Fernkontakts: AC 250 V/0,5 A — DC 50 V/1 A

Typische elektrische Werte (Beispiel SLH-2)

5 12 15 24 30 48 60
Bemessungsspannung Un 5 V 12 V 15 V 24 V 30 V 48 V 60 V
Max. Dauerspannung Uc 6 V 15 V 18 V 28 V 33 V 52 V 64 V
Restspannung @5 kA Ures < 22 V < 42 V < 48 V < 70 V < 80 V < 140 V < 160 V
Isolationswiderstand Riso ≥ 6 kΩ ≥ 15 MΩ ≥ 18 MΩ ≥ 28 MΩ ≥ 33 MΩ ≥ 52 MΩ ≥ 64 MΩ
  • Bemessungslastrom IL: 1 A (25 °C) — SLL-4 und SPH-4-30/0: 10 A
  • Ansprechzeit tA: < 1 ns (Leiter-Leiter, Leiter-Erde)
  • Serienwiderstand pro Pfad R: 1,6 – 2,0 Ω (SLL-4: 0,1 Ω)
  • Querkapazität C: 50 pF (Schirm-Erde: 5 pF)
  • Grenzfrequenz fG: 30 MHz
  • Klemmenquerschnitt: max. 4 mm² (Q-Version 2,5 mm²)
  • Maße: 12 mm Breite, DIN 43880 2/3 TE — Gewicht: 52–70 g

RayDat Ex-Serie — Explosionsgefährdete Bereiche

Ex-2 PLP-Ex-Familie
Montage 35-mm-DIN-Schiene Conduit-Anschluss (1/2" NPT, M20×1,5, G 1/2")
Gehäuse Thermoplast, IP 20 Edelstahl, IP 54
Spannung 12, 24 V DC 24, 48, 24/5 V DC
In (8/20 µs) 5 kA 5–10 kA
Imax (8/20 µs) 10 kA 10–20 kA
Iimp (10/350 µs) 1 kA 1,0–2,0 kA
Ex-Klasse II 1G Ex ia IIC T* Ga Ex ia IIC T6 Ga / Ex ia IIIC T85 °C Da
Temperatur -40 °C … (je nach Temperaturklasse) -30 °C … +60 °C
Normen IEC/EN 60079-0, 60079-11 + UL 60079-0/-11, CAN/CSA C22.2
  • Ex-2 Eigensicherheit: Ui 16/29 V, Ii 500 mA, Pi 2 W, Ci 10 nF, Li 0,11 mH
  • PLP-Ex Eigensicherheit: Ui 50 V, Ii 800 mA, Pi 2 W, Li 60 µH

Die RayDat Analogsignal-Schutzserie wird in den Signalleitungen der Mess- und Steuerinfrastruktur eingesetzt:

  • 4-20-mA-Stromschleifenleitungen — zwischen Feldinstrument und Leitsystem
  • Druck-, Temperatur-, Füllstand- und Durchfluss-Messumformer — Feldmessgeräte
  • PLC-/DCS-Analog-Ein-/Ausgangskarten — leitsystemseitig
  • Instrumentierungs- und Marshalling-Schränke — Signalsammelstellen
  • Geschirmte Signalkabel — einschließlich Schirmschutz mit der SSH-3-Serie
  • Explosionsgefährdete Bereiche (ATEX/IECEx) — Petrochemie, Raffinerien, Gasanlagen (Ex-Serie)
  • Anlagen in der Nähe elektrifizierter Bahnstrecken — hohe Erdpotentialanhebung (SP-Serie)
  • Ungeerdete Doppelschleifen — SP-Serie
  • Lange, im Freien verlaufende Signalleitungen — hohe Schutzkapazität mit SUI-4
  • Fernüberwachte Anlagen — Übertragung der Fehlerinformation an SCADA mit der SRH-Serie
  • Wasser- und Abwasseranlagen — Instrumentierung entfernter Pumpstationen
  • Kraftwerke und Umspannwerke — Mess- und Steuerkreise
  • Schaltschränke mit begrenztem Platz — Schutz von 4 Leitungen auf nur 12 mm Breite
  • Anlagen mit Anforderung an unterbrechungsfreien Betrieb — Leitung bleibt beim Modulwechsel aktiv
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