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Leckage-Detektoren für den Gebäudeschutz

Unbemerkt austretende Flüssigkeiten können erheblichen Schaden anrichten. Zur rechtzeitigen Erkennung dienen Leckage-Detektoren. Die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Der Bedarf an Leckage-Detektoren ist steigend. Einige große Anwendungsbereiche seien hier genannt: Überwachung von Reinstraumlaboratorien und Rechenzentren, Wasserschutz in Museen, in Hotels und Verwaltungsgebäuden. In den erwähnten Anwendungsbereichen werden für ein Überwachungsprojekt mehrere Hunderte Leckage-Detektoren eingesetzt. Hierbei ist von großem Vorteil, dass sich diese problemlos an die vorhandene Gebäudeautomation anschließen lassen.
Die Installation von Sicherheits- und Überwachungssystemen ist eine Vorbeugungsmaßnahme zum Abwenden von Gefahren, die bekannt sind und beherrscht werden sollen. Eine heimtückische Gefahrenquelle wird oft jedoch erst erkannt, nachdem bereits etwas passiert ist. So wird die Gefahr von Wasserschäden im Gegensatz zur Feuergefahr oft unterschätzt und missachtet. Vernachlässigte Bereiche können hier Doppelböden sein, in denen eine Leckage, ohne dass es zunächst bemerkt wird, entstehen kann. Besonders in solchen aus dem Blickfeld verschwundenen Bereichen ist eine Installation von geeigneten Sensoren angeraten. Am und im Gebäude belegen Isolationsmaterialien ein immer größeres Bauvolumen. Bei Durchnässung ist die Isolierung irreparabel. In Altbauten nimmt die Anzahl der Wasserschäden jährlich zu wegen schlechter Wartung. In Neubauten nimmt sie zu wegen vermehrtem Einsatz von risikoreichen Apparaten und Hightech, die auch ihre Schattenseiten hat.

Unterschiedliche Sensorarten

Entsprechend der Ausbreitungsmöglichkeit der Flüssigkeit und der örtlichen Gegebenheiten sind zur rechtzeitigen Erkennung der Gefahr Punktsensoren, Liniensensoren oder Flächensensoren zu empfehlen. Ihre mechanische Ausführungsform ist an unterschiedliche Installationsmöglichkeiten angepasst. So gibt es Sensoren zum Installieren auf dem Boden oder an der Wand und welche zum Abhängen von oben. Zum Erkennen einer Leckage, die beispielsweise aus einem Raum in einen anderen vor Wassereinwirkung zu schützenden Raum hinüber fließen kann, gibt es dünne Sensorplatinen zur Anbringung unter dem Teppichboden im Bereich der Türschwelle. Für die Detektion elektrisch leitfähiger Flüssigkeiten, das sind wässrige Flüssigkeiten, Säuren und Laugen, können konduktive Sensoren eingesetzt werden. Die Messung geschieht mit einer Wechselspannung, um Polarisationseffekte und galvanische Prozesse an den Elektroden zu vermeiden. Für die Detektion von elektrisch nicht leitfähigen Flüssigkeiten, das sind beispielsweise Öle oder Lösungsmittel, können kapazitive Sensoren verwendet werden. Die zwischen zwei Messelektroden eindringende Flüssigkeit wirkt als Dielektrikum und ändert die Kapazität des Sensorkondensators. Durch besondere Ausführung der Elektroden ist es möglich, Beeinflussungen durch den Boden, auf dem sich der Sensor befindet, praktisch zu eliminieren. Für Fälle, in denen es um Umweltschutz geht, gibt es Leckage-Detektoren mit entsprechender allgemeiner Bauartzulassung vom Deutschen Institut für Bautechnik. Für die Anwendung in explosionsgefährdeter Umgebung stehen Detektoren mit Explosionschutz-Zulassung zur Verfügung.

Möglichkeiten zur Integration in die Gebäudeautomation

Vielfach werden in einer bereits bestehenden Gebäudeleittechnik nicht alle zur Verfügung stehenden binären Eingänge genutzt. Die freie Kapazität kann sinnvoll ausgeschöpft werden durch den Anschluss von möglichst universell verwendbaren Leckage-Detektoren. Sensoren mit standardisierter Schnittstelle stellen deshalb eine große Kompatibilität bei einer großen Zahl von Anwendungsfällen sicher. Der Anschluss ist so einfach, wie bei mechanischen Sensorschaltern. Durch die Integration von mehreren festgelegten Einzelmessstellen ist eine Ortungsmöglichkeit bei hoher Flexibilität zur Anpassung an die Örtlichkeiten gegeben. Gegenüber Sensorleitungen, die eine zentimetergenaue Ortung ermöglichen wird hier die Ortung in Sektoren vorgenommen. Einzelne Messpunkte sind individuell zu wählen und es existiert kein Teil einer Messleitung an einem Ort, an dem gar nicht detektiert zu werden braucht. Die hier beschriebenen Leckage-Detektoren beinhalten eine Auswerteelektronik im Sensorkopf. Diese Elektronik besteht aus der Messschaltung für das konduktive bzw. kapazitive Messverfahren.

Galvanische Trennung

Ein Leckage-Detektor, der mit dem Medium Wasser in Berührung kommt, braucht eine galvanische Trennung, da Wasser elektrisch leitfähig ist und ein Kontakt mit geerdeten Gebäudeteilen zustande kommen kann. Die Messelektronik ist galvanisch vom Versorgungsstromkreis und Ausgangsstromkreis getrennt. Dadurch wird das Einschleifen von Erdpotential vermieden und die Möglichkeit der gegenseitigen Verkopplung der Messstromkreise der einzelnen Sensoren verhindert. Der Messstromkreis, der Wechselstrom führt, wird lediglich zwischen der Sensorelektronik und den Elektroden gebildet. Die Verbindungsleitung des Detektors führt einen Gleichstrom, wodurch auch bei längeren Leitungen die Leitungsimpedanzen eine untergeordnete Rolle spielen. Es wird das Ruhestromprinzip verwendet, um bei Leitungsbruch und Ausfall der Hilfsenergie jeweils den gleichen Schaltzustand zu erhalten.

Detektoren in 2-Draht-, 3-Draht- und 4-Drahttechnik

An die Schnittstelle zur Peripherie der Automatisierungsanlage werden unterschiedliche Anforderungen gestellt, denen mit dem Angebot der entsprechenden Sensorausgänge Rechnung getragen wird. Für die SPS benutzt man gerne polungsunabhängige Zweidraht-Sensoren, die den Schaltzustand in der unterschiedlichen Stromaufnahme definieren. Damit schnell und einfach der Schaltzustand des Sensors im laufenden Betrieb gemessen werden kann, ist die Dreidrahtausführung zu bevorzugen. Für DDC-Regler, welche in einer Kontaktschleife den Schaltzustand binärer mechanischer Kontakte abfragen, steht eine Vierdrahtausführung mit potentialfreiem Reedkontaktausgang zur Verfügung. Für den standardmäßigen Gebrauch stehen somit Detektoren in 2-Draht-, 3-Draht- und 4-Drahttechnik zur Verfügung. Für andere Anwendungsfälle sind Detektoren mit potentialfreiem Leistungskontakt oder mit einer in der chemischen Industrie bevorzugten NAMUR-Schnittstelle verfügbar. Die Elektronik hat einen geringen Strombedarf ist ausgelegt zum Anschluss an Schutzkleinspannung SELV oder PELV.

Zusätzliche Einsparpotentiale

In manchen Bereichen ist der direkte Einsatz von Sensoren und Aktoren Routine und gehört zum Alltag. Wenn die Sensoren mechanische Schalter sind (beispielsweise Thermoschalter), werden die Verwendungsmöglichkeiten kaum durch größere Anpassprobleme eingeschränkt. In Bereichen wiederum, in denen eine Sensorelektronik physikalische Messgrößen in ein elektrisches Signal umwandeln muss, ist ein Transmitter nötig, der die Anpassung übernimmt. So werden dann oft Insellösungen in Form von Sensor und Messumformer geschaffen, die eine eigene Stromversorgung benötigen und somit die Standbylast vergrößern. Die hier beschriebenen Detektoren dagegen beinhalten bereits die komplette Auswerteelektronik und einen Schaltausgang oder einen standardisierten Messsignalausgang. Die binäre Schnittstelle weist eine deutliche Trennung auf zwischen der Feldebene und der Auswertung in der Automatisierungsanlage. Dies erleichtert die Installation und die Überprüfung der Komponenten mit einfachsten Messmethoden. Die Detektoren sind daher in der Verwendung universeller und bringen zusätzliche Kostenersparnis.

Resümee und Ausblick

Maßgeschneiderte konduktive (für Wasser) und kapazitive (für Öl und Wasser) Leckage-Detektoren zur Anbindung an moderne Übertragungstechnik machen es möglich, die Reserven eines Gebäude-Automatisierungssystems sinnvoll zu nutzen und das System um eine wichtige Überwachungsfunktion zu erweitern. Die Handhabung der Sensoren ist einfach: durch Anschluss an eine standardisierte binäre Schnittstelle und durch leichte systemunabhängige Überprüfbarkeit der Funktion mit Hilfe eines Multimeters. Zur Versorgung dient eine Spannungsquelle mit Schutzkleinspannung SELV oder PELV, die oftmals im System bereits zur Verfügung steht. Die Stromaufnahme eines Detektors liegt im Bereich von wenigen Milliampere. Mit diesem Konzept lassen sich auch weitere Überwachungsaufgaben wie etwa die Überwachung eines Schachts auf Überflutung oder die Regelung einer Kühldecke bei Betauung realisieren. Sonderausführungen mit ‚Null-Strom-Sensorik‘ machen auch eine Anbindung an batteriebetriebene Fernübertragungssysteme (z. B: GSM-Modul) möglich. Durch Einbindung von Wassersensoren in Anlagen der Überwachungstechnik (z. b. Zugangskontrollsysteme) werden die vorhandenen Überwachungsfunktionen ergänzt sowie Kosten für Wartungs- und Sicherungspersonal zusätzlich eingespart. Und schließlich dienen die Detektoren auch dazu, die Anlage selbst vor Wasserschäden zu schützen.

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