Kraftwerke verlassen sich auf elektrische Ventile zur Steuerung von Kühlwasser, Brennstoffversorgungssystemen, Lüftungsleitungen und Wasseraufbereitungsprozessen. Wenn die externe Stromversorgung ausfällt, kann ein Standard-Elektroantrieb in seiner letzten Position stehen bleiben. Wenn diese Position nicht den Prozessanforderungen entspricht, können Isolierung, Gerätekühlung oder Systemwiederherstellung beeinträchtigt werden.
Ein ausfallsicherer Elektroantrieb nutzt gespeicherte Energie, um das Ventil nach Erkennung eines Stromausfalls in eine vordefinierte Position zu bewegen. Die richtige Sicherheitsposition kann jedoch vollständig geöffnet, vollständig geschlossen oder die zuletzt befohlene Position sein. Dies muss durch eine Prozessrisikobewertung ermittelt werden, anstatt eine Regel für jedes Ventil anzuwenden.
Fail-close ist für viele Isolierungsaufgaben geeignet, aber keine universelle Anforderung in einem Kraftwerk.
Typische Beispiele sind:
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Ventile, die gefährliche Medien isolieren, müssen möglicherweise geschlossen ausfallen;
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Kühlwasser- oder Feuerlöschwasser-Ventile müssen möglicherweise geöffnet ausfallen;
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Einige Regelventile sollten an Ort und Stelle bleiben, um eine plötzliche Prozessänderung zu vermeiden;
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Lüftungsklappen können unterschiedliche Positionen für Abluft, Rauchkontrolle oder Gerätekühlung erfordern.
Die Projektspezifikation sollte daher Fail-open, Fail-close oder Fail-in-place definieren, bevor das Antriebsmodell und das Energiespeichersystem ausgewählt werden.
Während des normalen Betriebs lädt die interne Steuerschaltung einen Superkondensator oder eine Batterie auf. Wenn sie erkennt, dass die externe Versorgung unterbrochen wurde, schaltet sie die Motorversorgung auf das Energiespeichergerät um und fährt das Ventil in die voreingestellte Sicherheitsposition.
Das ausfallsichere DCL-Modul arbeitet mit einer DC24V-Versorgung. Je nach Antriebsgröße verwenden kleinere Modelle einen Superkondensator, während Modelle mit höherem Drehmoment eine Batterie verwenden. Die Produktdokumentation gibt die gespeicherte Energie für mindestens vier Vollhub-Betriebsvorgänge an.
Wenn die externe Stromversorgung zurückkehrt, verlässt der Antrieb den ausfallsicheren Zustand und nimmt den normalen Betriebsmodus wieder auf. Ob das Ventil automatisch zu seinem vorherigen Befehl zurückkehrt, sollte durch die Steuerlogik und die Anlagenverriegelungen definiert werden.
Das DCL-Design verwendet einen Superkondensator oder eine Batterie, um den Elektromotor zu betreiben. Es handelt sich nicht um einen mechanischen Federantrieb. Diese Technologien unterscheiden sich in Bezug auf Rückstellzeit, verfügbares Drehmoment, Wartungsanforderungen und Energiespeichermethode, daher sollten "Federantrieb" und "Batterie-Backup" nicht austauschbar verwendet werden.
Energiespeichersysteme erfordern auch die Inspektion der Batteriespannung, der Auslöseprotokolle und des Zustands der Energiespeicherung. Ein ausfallsicherer Antrieb ersetzt nicht die Notstromversorgung der Anlage, die Verriegelungslogik oder das sicherheitsinstrumentierte Design.
Bei einem Stromausfall muss das Energiespeichersystem immer noch das tatsächliche Betriebsdrehmoment des Ventils überwinden. Bei der Dimensionierung sollte das maximale Drehmoment des Ventilherstellers verwendet und Differenzdruck, Sitzdesign, Ablagerungen und höhere Anlaufdrehmomente nach langen Leerlaufzeiten berücksichtigt werden.
Die DCL-Dokumentation empfiehlt die Auswahl des etwa 1,1- bis 1,3-fachen des Ventilprüfdrehmoments. Die Betriebszeit des Antriebs muss auch die Prozessreaktionsanforderung erfüllen. Ein höheres Drehmoment allein bestätigt nicht, dass das Ventil seine Sicherheitsposition innerhalb der erforderlichen Zeit erreicht.
Eine Ein/Aus-Ausfallsicherheitskonfiguration kann passive Schaltkontakte für Öffnungs- und Schließbefehle verwenden und passive Kontakte für den Status vollständig geöffnet und vollständig geschlossen bereitstellen. Modulationskonfigurationen unterstützen 4-20 mA Ein- und Ausgang, wobei 2-10 VDC oder 1-5 VDC bei ausgewählten Versionen verfügbar sind.
Modbus RTU kann die Überwachung der Ventilposition, die Meldung der Batteriespannung und die Aufzeichnung von Auslöseprotokollen für den Ausfallsicherheitsmodus unterstützen. Ingenieure sollten dennoch bestimmen, welche Signale bei einem vollständigen Stromausfall der Anlage verfügbar bleiben.
Außenliegende Kühlwasser-, Pump- und Aufbereitungssysteme können die wetterfeste DCL-Baureihe verwenden, die standardmäßig IP67 ist und bei ausgewählten Konfigurationen IP68 verfügbar ist. Bereiche mit Brennstoffhandhabung oder Standorte mit brennbaren Gasen erfordern eine separate Gefahrenbereichsbewertung. Die explosionsgeschützte DCL-Baureihe umfasst ein IP68-Gehäuse und Konfigurationen nach Klasse I, Division 1.
Schutz vor eindringender Feuchtigkeit, Explosionsschutz und ausfallsichere Funktion sind separate Auswahlkriterien. Das eine ersetzt nicht das andere.
Die wetterfeste DCL-Baureihe deckt Standard-Ausgangsdrehmomente von 16 bis 3000 Nm ab, während die explosionsgeschützte Baureihe 50 bis 3000 Nm abdeckt. Beide Produktfamilien können je nach gewähltem Modell mit ausfallsicherer Rückstellung, Ein/Aus-Steuerung, 4-20 mA-Modulation und Modbus RTU konfiguriert werden.
Das ausfallsichere Modul listet außerdem einen 1-kV-Überspannungsschutz und eine 4-kV-EFT-Schnittstelle auf. Diese Parameter beschreiben elektrische Immunitätsmerkmale, stellen jedoch keine SIL-Zertifizierung oder Zulassung für die Verwendung als Endelement eines sicherheitsinstrumentierten Systems dar.
Die Auswahl eines ausfallsicheren Elektroantriebs für ein Kraftwerk sollte mit der erforderlichen Sicherheitsposition beginnen, gefolgt von Ventildrehmoment, Betriebszeit, Energiespeichermethode, Steuersignalen, Umweltklasse und Wartungsplan. Der Antrieb kann die Sicherheitsstrategie der Anlage nur unterstützen, wenn diese Anforderungen gemeinsam definiert werden.