Eine Turbine ist auf eine maximale Drehzahl ausgelegt, bei der die Schaufeln der Turbine enorme Geschwindigkeiten erreichen können. Dieser Grenzwert darf nicht überschritten werden, da sonst die Struktur der Turbine zu stark belastet wird. Wenn dieser Grenzwert überschritten wird, spricht man von Überdrehzahl; die Turbine macht zu viele Umdrehungen pro Minute. Eine Überdrehzahl in einer Turbine kann zu sehr gefährlichen Situationen führen. Solche Situationen können katastrophale Folgen für die Mitarbeiter, die Umwelt und das Werk haben. Ein (Überdrehzahl-)Überwachungssystem sollte die Turbine abschalten, bevor sie die Überdrehzahl erreicht.
Das Überwachungssystem muss in regelmäßigen Abständen getestet werden, um sicherzustellen, dass es im Bedarfsfall eine angemessene Reaktionsgeschwindigkeit aufweist. 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 von elektrischen/elektronischen/programmierbaren Sicherheitssystemen
Dadurch werden (katastrophale) Unfälle vermieden. Die Häufigkeit dieser Tests hängt von der Anwendung ab und wird oft vom Hersteller im Handbuch des Systems vorgeschrieben. Ein Risiko lässt sich jedoch nie vollständig ausschließen. Die Risikominderung erfolgt nach dem ALARP-Prinzip, d. h. so niedrig wie vernünftigerweise praktikabel, d. h. das Risiko muss so niedrig sein wie vernünftigerweise erreichbar.
Mit den Tests soll sichergestellt werden, dass die Wahrscheinlichkeit, dass das Überwachungssystem ausfällt, wenn ein Eingriff erforderlich ist, so gering wie möglich ist. Diese sogenannte Ausfallwahrscheinlichkeit bei Bedarf (Probability of Failure on Demand, PFD) sollte auf ein akzeptables Risiko minimiert werden. Durch die Prüfung der Sicherheits- und Alarmfunktionen des Systems in einer festgelegten Häufigkeit kann ein Unternehmen nachweisen, dass es alles tut, um die Sicherheit nach dem Stand der Technik zu gewährleisten. Dies gewährleistet die Einhaltung der gesetzlichen Vorschrift, so viele risikomindernde Sicherheitsmaßnahmen wie möglich zu ergreifen, sowie der Normen für die Maschinenüberwachung (IEC 61511, IEC 61508 und IEC 62061). Außerdem trägt eine sichere Arbeitsumgebung zu einer positiven Unternehmenskultur bei.
Sicherheits-Integritätslevel (SIL)
Der Sicherheitsintegritätslevel (SIL) ist Teil der Funktionalen Sicherheit. Bei einem SIL-zertifizierten Überwachungssystem wird immer 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 ist, desto geringer ist das tolerierbare Risiko. Ein höherer SIL-Level ist jedoch nicht immer besser. Um ein bestimmtes SIL-Niveau einzuhalten, müssen die Funktionen der gesamten Schleife getestet werden. Dies kann durch die Durchführung verschiedener Proof-Tests geschehen.
Prüfung des Überdrehzahl-Überwachungssystems
Die Prüfung eines Überdrehzahl-Überwachungssystems kann auf verschiedene Weise erfolgen. Es gibt eine elektronische und eine mechanische Prüfung der Überdrehzahl. Der elektronischen Prüfung wird aus zwei Gründen der Vorzug gegenüber der mechanischen Prüfung gegeben:
- Mechanische Prüfungen können nur durchgeführt werden, wenn die Maschine offline ist, was (unnötig) hohe Kosten verursacht. Die elektronische Prüfung ermöglicht es dem Benutzer, die Maschinen bei laufendem Betrieb zu prüfen.
- Bei der mechanischen Prüfung muss die Turbine tatsächlich auf Überdrehzahl gebracht werden, wodurch eine unsichere Situation entsteht. Wenn das System zur Überwachung der Überdrehzahl versagt, kann dies zu schweren Unfällen führen. Dies war der Fall im Kraftwerk Duvha in Südafrika, wo die Turbine während der Tests auf Überdrehzahl gebracht wurde und nach vier Sekunden explodierte (siehe Bilder unten).
Die elektronische Überdrehzahlüberwachung ermöglicht es dem Benutzer, eine Überdrehzahl während des Betriebs zu simulieren, so dass das (künstliche) Auslösen der Turbine überprüft werden kann. Es gibt Geräte, die die Simulation von Überdrehzahl ermöglichen, so dass Überdrehzahlüberwachungssysteme getestet werden können.
IST 101 Frequenzgenerator
Der IST 101 ist ein kompakter 3-Kanal-Drehzahlkalibrator, der von Istec-Spezialisten für die Prüfung von Maschinenüberwachungssystemen entwickelt wurde. Das Gerät wurde entwickelt, um die Funktionalität von Überdrehzahl-Überwachungssystemen auf der Grundlage von Eingaben von Servicetechnikern vor Ort zu überprüfen. Die meisten Frequenzgeneratoren verfügen nicht über drei Kanäle, um alle Funktionen in Bezug auf Überdrehzahl, Unterdrehzahl und Beschleunigung zu prüfen, aber das IST 101 unterstützt diese Funktionen. Durch verschiedene Testfunktionen (2oo3, 3oo3 usw.) kann das IST 101 beispielsweise eine Überdrehzahlsituation simulieren und dann testen, wie das Überwachungssystem reagiert. Auf diese Weise muss keine tatsächliche Überdrehzahl erzeugt werden, und gefährliche Situationen werden vermieden. Außerdem 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 Benutzer mehr Kontrolle über die Situation und vermeidet Gefahren.
IST 101 Sondenadapter
Der IST 101 Probe Adapter ist für die Prüfung von Drehzahlsensoren vorgesehen. Der Probe Adapter kann an den IST 101 Frequenzgenerator angeschlossen werden. Mit dem IST 101 Probe Adapter können sowohl analoge als auch digitale GeschwinDrehzahlsensoren werden. Der IST 101 Probe Adapter arbeitet wie ein digitales 3-Kanal-Polrad. Zusammen mit dem Frequenzgenerator ermöglicht der Adapter die Prüfung einer gesamten Schleife (einschließlich GeschwindigkeitsDrehzahlsensoreneine vollständige Prüfung durchgeführt werden, die die Einhaltung eines bestimmten SIL-Niveaus gewährleistet. Außerdem 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. Darüber hinaus gewährleistet die Tragbarkeit sowohl des Frequenzgenerators als auch des Sondenadapters eine einfache Handhabung. Eine Batterie macht den Frequenzgenerator während des Einsatzes unabhängig von der Stromversorgung. Die Geräte sind energieeffizient und daher für den Langzeiteinsatz geeignet.
