Eine Turbine ist darauf ausgelegt, eine maximale Drehzahl pro Minute (U/min) zu erreichen, bei der die Schaufeln der Turbine enorme Geschwindigkeiten erreichen können. Diese Grenze darf nicht überschritten werden, da dies die Struktur der Turbine zu stark belasten würde. Wird diese Grenze überschritten, spricht man von einer Überdrehzahl; die Turbine dreht sich zu schnell. Überdrehzahl in einer Turbine kann zu sehr gefährlichen Situationen führen. Solche Situationen können katastrophale Folgen für Mitarbeiter, die Umwelt und das Werk haben. Ein Überdrehzahl-Überwachungssystem sollte die Turbine abschalten, bevor sie in den Überdrehzahlbereich gerät.
Das Überwachungssystem muss regelmäßig getestet werden, um sicherzustellen, dass es bei Bedarf über eine ausreichende Reaktionsgeschwindigkeit verfügt. Dies wird durch verschiedene Normen in der Prozessindustrie vorgeschrieben:
- IEC 62061 – Funktionale Sicherheit
- IEC 61511 – Funktionale Sicherheit von Sicherheitssystemen in der Prozessindustrie
- IEC 61508 – Funktionale Sicherheit elektrischer, elektronischer und programmierbarer Sicherheitssysteme
Dies verhindert (katastrophale) Unfälle. Die Häufigkeit dieser Prüfungen hängt von der Anwendung ab und wird oft vom Hersteller im Handbuch des Systems vorgeschrieben. Ein Risiko kann jedoch niemals vollständig ausgeschlossen werden. Die Risikominderung erfolgt nach dem ALARP-Prinzip („as low as reasonably practicable“), d. h., das Risiko muss so gering sein, wie es vernünftigerweise erreichbar ist.
Der Zweck der Prüfung besteht darin, sicherzustellen, dass die Wahrscheinlichkeit eines Ausfalls des Überwachungssystems in einem Moment, in dem ein Eingreifen erforderlich ist, so weit wie möglich minimiert wird. Diese sogenannte „Probability of Failure on Demand“ (PFD) sollte auf ein akzeptables Risiko minimiert werden. Durch die Prüfung der Sicherheits- und Alarmfunktionen des Systems in festgelegten Intervallen kann ein Unternehmen nachweisen, dass es alles in seiner Macht Stehende unternimmt, um Sicherheit auf dem neuesten Stand der Technik zu gewährleisten. Dies gewährleistet die Einhaltung der gesetzlichen Anforderung, so viele risikomindernde Sicherheitsmaßnahmen wie möglich umzusetzen, sowie der Normen zur Maschinenüberwachung (IEC 61511, IEC 61508 und IEC 62061). Darüber hinaus trägt ein sicheres Arbeitsumfeld zu einer positiven Unternehmenskultur bei.
Sicherheitsintegritätslevel (SIL)
Der Safety Integrity Level (SIL) ist Teil der funktionalen Sicherheit. In einem SIL-zertifizierten Überwachungssystem wird stets der maximal akzeptable Risikofaktor berücksichtigt. Wie hoch dieses tolerierbare Risiko ist, hängt vom SIL-Level ab, der wiederum von der Anwendung abhängt. Je höher der SIL-Level, desto geringer das tolerierbare Risiko. Ein höherer SIL-Level ist jedoch nicht immer besser. Um eine bestimmte SIL-Stufe aufrechtzuerhalten, müssen die Funktionen des gesamten Regelkreises geprüft werden. Dies kann durch die Durchführung verschiedener Nachweise erfolgen.
Prüfung von Überdrehzahl-Überwachungssystemen
Die Prüfung eines Überdrehzahl-Überwachungssystems kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es gibt elektronische und mechanische Überdrehzahlprüfungen. Elektronische Prüfungen werden aus zwei Hauptgründen gegenüber mechanischen Prüfungen bevorzugt:
- Mechanische Prüfungen können nur durchgeführt werden, wenn die Maschine außer Betrieb ist, was (unnötig) hohe Kosten verursacht. Elektronische Prüfungen ermöglichen es dem Anwender, die Maschinen während des Betriebs zu prüfen.
- Bei mechanischen Prüfungen muss die Turbine tatsächlich auf Überdrehzahl gebracht werden, was eine unsichere Situation schafft. Wenn das Überdrehzahl-Überwachungssystem versagt, könnte dies zu schweren Unfällen führen. Dies war im Kraftwerk Duvha in Südafrika der Fall, wo die Turbine während der Prüfung auf Überdrehzahl gebracht wurde und nach vier Sekunden explodierte (siehe Bilder unten).
Die elektronische Überdrehzahlüberwachung ermöglicht es dem Anwender, eine Überdrehzahl während des Betriebs zu simulieren, wodurch die (künstliche) Abschaltung der Turbine überprüft werden kann. Es gibt Geräte, die die Simulation einer Überdrehzahl ermöglichen, wodurch Überdrehzahlüberwachungssysteme getestet werden können.
IST 101 Frequenzgenerator
Der IST 101 ist ein kompakter 3-Kanal-Drehzahlkalibrator, der von Istec-Spezialisten für Prüfungen im Bereich der Maschinenüberwachung entwickelt wurde. Das Gerät dient zur Überprüfung der Funktionalität von Überdrehzahl-Überwachungssystemen und basiert auf Rückmeldungen von Außendiensttechnikern. Den meisten Frequenzgeneratoren fehlen drei Kanäle, um alle Funktionen im Zusammenhang mit Überdrehzahl, Unterdrehzahl und Beschleunigung zu prüfen, doch der IST 101 unterstützt diese. Mithilfe verschiedener Testfunktionen (2oo3, 3oo3 usw.) kann der IST 101 beispielsweise eine Überdrehzahlsituation simulieren und anschließend prüfen, wie das Überwachungssystem darauf reagiert. Auf diese Weise muss keine tatsächliche Überdrehzahl erzeugt werden, wodurch gefährliche Situationen vermieden werden. Zudem können diese Tests während des Betriebs durchgeführt werden, da das Überwachungssystem künstlich reagiert und die Turbine nicht tatsächlich abschaltet. Dies spart erhebliche Kosten, gibt dem Anwender mehr Kontrolle über die Situation und vermeidet Gefahren.
IST 101 Sondenadapter
Der IST 101-Sondenadapter ist für die Prüfung von Drehzahlsensoren konzipiert. Der Sondenadapter kann an den IST 101-Frequenzgenerator angeschlossen werden. Sowohl analoge als auch digitale Drehzahlsensoren können mit dem IST 101-Sondenadapter geprüft werden. Der IST 101-Sondenadapter fungiert als digitales 3-Kanal-Polrad. Zusammen mit dem Frequenzgenerator ermöglicht der Adapter die Prüfung eines gesamten Regelkreises (einschließlich Drehzahlsensoren). Dies ermöglicht die Durchführung einer lückenlosen Prüfung, wodurch sichergestellt wird, dass ein bestimmtes SIL-Niveau eingehalten wird. Zudem werden viele der gefährlichen Situationen vermieden, die bei mechanischen Prüfungen auftreten. Eine relativ geringe Investition im Vergleich zu den Risiken, die mit anderen Methoden verbunden sind. Zudem gewährleistet die Tragbarkeit sowohl des Frequenzgenerators als auch des Sondenadapters eine einfache Handhabung. Dank eines Akkus ist der Frequenzgenerator während des Betriebs unabhängig von der Stromversorgung. Die Geräte sind energieeffizient und eignen sich daher für den Langzeiteinsatz.
