Funktionale Sicherheit IEC 61508 SIL 2 - Gestra AG
Funktionale Sicherheit IEC 61508 SIL 2 - Gestra AG
Funktionale Sicherheit IEC 61508 SIL 2 - Gestra AG
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GESTRA<br />
GESTRA Steam Systems<br />
<strong>Funktionale</strong><br />
<strong>Sicherheit</strong><br />
<strong>IEC</strong> <strong>61508</strong> <strong>SIL</strong> 2<br />
DE<br />
Deutsch<br />
Zusatzbetriebsanleitung 808908-00<br />
für die Geräte<br />
Niveauelektrode NRG 16-40, NRG 17-40, NRG 19-40, NRG 111-40<br />
Niveauelektrode NRG 16-41, NRG 17-41, NRG 19-41, NRG 111-41<br />
Niveauelektrode NRG 16-41.1, NRG 17-41.1, NRG 19-41.1, NRG 111-41.1<br />
Niveauschalter NRS 1-40<br />
Niveauschalter NRS 1-41<br />
Niveauschalter NRS 1-40.1<br />
Niveauschalter NRS 1-40.2<br />
Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit<br />
Temperaturfühler TRG 5-63, TRG 5-64, TRG 5-65, TRG 5-66,<br />
TRG 5-67 oder TRG 5-68<br />
SPECTORbus<br />
1
Inhalt<br />
Wichtige Hinweise<br />
Seite<br />
Systembeschreibung NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRS 1-40, NRS 1-41........................................................3<br />
Systembeschreibung NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRG 1..-41.1, TRV 5-40, NRS 1-40.1, NRS 1-40.2, ..........3<br />
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> nach EN <strong>61508</strong><br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme.................................................................................4<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRS 1-40, NRS 1-41..........4<br />
Begriffe und Abkürzungen........................................................................................................................4<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme<br />
NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRG 1..-41.1, NRS 1-40.1, NRS 1-40.2, TRG 5-6., TRV 5-40..............................5<br />
Bestimmung des Safety Integrity Level (<strong>SIL</strong>) für sicherheitsbezogene Systeme.........................................6<br />
Richtlinien und Normen<br />
EG-Druckgeräte-Richtlinie 97/23/EG........................................................................................................7<br />
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> EN <strong>61508</strong>.............................................................................................................7<br />
VdTÜV-Merkblatt Wasserstand 100..........................................................................................................7<br />
DIN EN 14597..........................................................................................................................................7<br />
NSP (Niederspannungsrichtlinie) und EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit).......................................7<br />
ATEX (Atmosphère Explosible)..................................................................................................................7<br />
Hinweis zur Konformitätserklärung / Herstellererklärung ...................................................................7<br />
2
Wichtige Hinweise<br />
Systembeschreibung NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRS 1-40, NRS 1-41<br />
Das Steuergerät NRS 1-40 ist ausgelegt für zwei Begrenzerfunktionen zur Überwachung der MIN-<br />
Wasserstände in Dampfkessel- und Heißwasseranlagen nach TRD und EN 12952 sowie EN 12953.<br />
Das Steuergerät NRS 1-41 ist dagegen ausgelegt für eine Begrenzerfunktion zur Überwachung des<br />
MAX-Wasserstandes.<br />
Die Messwerte für die Wasserstände werden durch die Niveauelektroden NRG 1..-40 und NRG 1..-41<br />
erfasst und als Datentelegramm im CAN-Bus zur Verfügung gestellt.<br />
Diese Datenübertragung über den CAN-Bus erfolgt unter Anwendung des Protokolls CANopen.<br />
Je CAN-Bus-Netz darf nur je ein Steuergerät NRS 1-40 und NRS 1-41 eingesetzt werden.<br />
Durch den Einsatz der Steuergeräte NRS 1-40 bzw. NRS 1-41 ist es möglich, unterschiedliche<br />
Stromkreise abzuschalten, z. B. den <strong>Sicherheit</strong>sstromkreis für die Beheizung und den Steuerstromkreis<br />
für die Speisepumpen bzw. für die Umwälzpumpen.<br />
Systembeschreibung NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRG 1..-41.1, TRV 5-40, NRS 1-40.1, NRS 1-40.2,<br />
Die Steuergeräte NRS 1-40.1 / NRS 1-40.2 sind ausgelegt für jeweils vier Begrenzerfunktionen zur<br />
Überwachung der MIN/MAX Wasserstände und der MAX Temperatur in Dampfkessel- und Heißwasseranlagen<br />
nach TRD und EN 12952 sowie EN 12953.<br />
Die Messwerte für Wasserstand und Temperatur werden durch die Niveauelektroden NRG 1..-40,<br />
NRG 1..-41, NRG 1..-41.1 und die Temperaturtransmitter TRV 5-40 erfasst und als Datentelegramm<br />
im CAN-Bus zur Verfügung gestellt.<br />
Diese Datenübertragung über den CAN-Bus erfolgt unter Anwendung des Protokolls CANopen.<br />
Je CAN-Bus-Netz darf nur je ein Steuergerät NRS 1-40.1 und NRS 1-40.2 eingesetzt werden.<br />
Durch den Einsatz der Steuergeräte NRS 1-40.1 bzw. NRS 1-40.2 ist es möglich, unterschiedliche<br />
Stromkreise abzuschalten, z. B. den <strong>Sicherheit</strong>sstromkreis für die Beheizung und den Steuerstromkreis<br />
für die Speisepumpen bzw. für die Umwälzpumpen.<br />
3
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> nach EN <strong>61508</strong><br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme<br />
Die aufgeführten Gerätekombinationen sind zulässig und erfüllen die anwendbaren technischen<br />
Anforderungen der <strong>IEC</strong> <strong>61508</strong> für <strong>Sicherheit</strong>sfunktionen bis zum <strong>Sicherheit</strong>s-Integritäts-Level <strong>SIL</strong> 2.<br />
Bei einer Reihenschaltung der Schließerkontakte der Ausgangsrelais der(s) Steuergeräte(s) und unter<br />
Annahme eines Wiederholungs-Prüfintervalls (Proof-Test-Intervall) von 20 Jahren ergeben sich die in der<br />
Fig. 1 und 3 aufgeführten sicherheitstechnischen Parameter.<br />
Die Kombinationen entsprechen einem Teilsystem vom Typ B, was bedeutet, dass das Ausfallverhalten<br />
der eingesetzten Bauteilen nur teilweise bekannt ist. Die funktionale <strong>Sicherheit</strong> der Gerätekombination<br />
bezieht sich auf die Erfassung und Auswertung des Wasserstandes bzw. der Temperatur und auf die sich<br />
daraus ergebende Kontaktstellung der Ausgangsrelais.<br />
Die Kombinationen entsprechen in ihrem Aufbau der Architektur 1oo2. Diese Architektur besteht aus<br />
zwei Kanälen mit gegenseitiger Fehlerdiagnose. Wird dabei ein Fehler erkannt, schaltet die Kombination<br />
in den sicheren Zustand, d.h. die Kontakte der beiden Ausgangsrelais öffnen den <strong>Sicherheit</strong>sstromkreis.<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRS 1-40, NRS 1-41<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen <strong>SIL</strong> Architektur Lifetime<br />
(a)<br />
Proof-Test-<br />
Intervall (a)<br />
Allgemeine Werte 2 1oo2 20 20<br />
Gerätekombinationen PFH D SFF<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40 (NW) 1,01x10 -7 1/h (101 fit) 97 %<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40 (NW) 8,12x10 -8 1/h (81 fit) 97 %<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40 (NW)<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-41 + 1x Steuergerät NRS 1-41 (HW)<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40 (NW)<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-41 + 1x Steuergerät NRS 1-41 (HW)<br />
2,02x10 -7 1/h (202 fit) 96 %<br />
1,82x10 -7 1/h (182 fit) 96 %<br />
Fig. 1<br />
Begriffe und Abkürzungen<br />
Begriffe<br />
Beschreibung<br />
Abkürzung<br />
Safety Integrity Level <strong>SIL</strong> Einstufung der <strong>Sicherheit</strong>sintegrität nach <strong>IEC</strong> <strong>61508</strong><br />
Proof-Test-Intervall (a) Wiederholungs-Prüfintervall in Jahren<br />
Safe Failure Fraction SFF Anteil sicherer Ausfälle in %<br />
Probability Failure per Hour PFH D Wahrscheinlichkeit eines gefährlichen Ausfalls<br />
Fig. 2<br />
4
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> nach EN <strong>61508</strong><br />
Fortsetzung<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen der Teilsysteme<br />
NRG 1..-40, NRG 1..-41, NRG 1..-41.1, NRS 1-40.1, NRS 1-40.2, TRG 5-6., TRV 5-40<br />
<strong>Sicherheit</strong>stechnische Kenngrößen <strong>SIL</strong> Architektur Lifetime<br />
(a)<br />
Proof-Test-<br />
Intervall (a)<br />
Allgemeine Werte 2 1oo2 20 20<br />
Gerätekombinationen PFH D SFF<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40.1 (NW) 1,01x10 -7 1/h (101 fit) 97 %<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Steuergerät NRS 1-40.1 (NW) 8,12x10 -8 1/h (81 fit) 97 %<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Niveauelektrode NRG 1..-41.1<br />
+ 1x Steuergerät NRS 1-40.1 (NW/HW)<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Niveauelektrode NRG 1..-41.1<br />
+ 1x Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit Temperaturfühler TRG 5-6..<br />
+ 1x Steuergerät NRS 1-40.1 (NW/HW/STW/STB)<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 2x Temperaturtransmitter TRV 5-40<br />
mit Temperaturfühler TRG 5-6.. + 1x Steuergerät NRS 1-40.1<br />
(NW/STW/STB)<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 1x Temperaturtransmitter TRV 5-40<br />
mit Temperaturfühler TRG 5-6.. + 1x Steuergerät NRS 1-40.1<br />
(NW/STW/STB)<br />
2x Niveauelektrode NRG 1..-40 + 2x Temperaturtransmitter TRV 5-40<br />
mit Temperaturfühler TRG 5-6.. + 1x Steuergerät NRS 1-40.1<br />
(NW/STW/STB)<br />
1x Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit Temperaturfühler TRG 5-6.. +<br />
1x Steuergerät NRS 1-40.1 (STW/STB)<br />
2x Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit Temperaturfühler TRG 5-6.. +<br />
1x Steuergerät NRS 1-40.1 (STW/STB)<br />
1,49x10 -7 1/h (149 fit) 97 %<br />
2,19x10 -7 1/h (219 fit) 97 %<br />
1,60x10 -7 1/h (160 fit) 97 %<br />
1,52x10 -7 1/h (152 fit) 97 %<br />
1,39x10 -7 1/h (139 fit) 98 %<br />
1,05x10 -7 1/h (105 fit) 96 %<br />
9,23x10 -8 1/h (92 fit) 97 %<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-41 + 1x Steuergerät NRS 1-40.2 (HW) 1,01x10 -7 1/h (101 fit) 97 %<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-41 + 1x Temperaturtransmitter TRV 5-40<br />
mit Temperaturfühler TRG 5-6.. + 1x Steuergerät NRS 1-40.2<br />
(HW/STW/STB)<br />
1x Niveauelektrode NRG 1..-41 + 2x Temperaturtransmitter TRV 5-40<br />
mit Temperaturfühler TRG 5-6.. + 1x Steuergerät NRS 1-40.2<br />
(HW/STW/STB)<br />
1x Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit Temperaturfühler TRG 5-6.. +<br />
1x Steuergerät NRS 1-40.2 (HW/STW/STB)<br />
2x Temperaturtransmitter TRV 5-40 mit Temperaturfühler TRG 5-6.. +<br />
1x Steuergerät NRS 1-40.2 (HW/STW/STB)<br />
1,72x10 -7 1/h (172 fit) 96 %<br />
1,60x10 -7 1/h (160 fit) 97 %<br />
1,05x10 -7 1/h (105 fit) 96 %<br />
9,23x10 -8 1/h (92 fit) 97 %<br />
Fig. 3<br />
5
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> nach EN <strong>61508</strong><br />
Fortsetzung<br />
Bestimmung des Safety Integrity Level (<strong>SIL</strong>) für sicherheitsbezogene Systeme<br />
Niveauelektroden, Temperaturtransmitter, Steuergeräte und Aktoren (Hilfsschütze im <strong>Sicherheit</strong>sstromkreis)<br />
sind Teilsysteme und bilden zusammen ein sicherheitsbezogenes System, welches eine <strong>Sicherheit</strong>sfunktion<br />
ausführt.<br />
Die Angabe der sicherheitstechnischen Kenngrößen Fig. 1 und 3 bezieht sich auf die Niveauelektrode<br />
bzw. auf den Temperaturtransmitter und auf den Niveauschalter einschließlich der Ausgangskontakte.<br />
Der Aktor (z.B. ein Hilfsschütz im <strong>Sicherheit</strong>sstromkreis) ist anlagenbezogen und muss im Sinne der<br />
EN <strong>61508</strong> für das gesamte sicherheits bezogene System separat betrachtet werden.<br />
Die Tabelle Fig. 4 zeigt die Abhängigkeit des <strong>Sicherheit</strong>s-Integritätslevel (<strong>SIL</strong>) von der mittleren Ausfallwahrscheinlichkeit<br />
bei Anforderung einer <strong>Sicherheit</strong>sfunktion des gesamten sicherheitsbezogenen<br />
Systems (PFD sys ). Betrachtet wird bei einem Wasserstandbegrenzer die Anforderung „Low demand<br />
mode“, d.h. die Anforderungsrate an das sicherheitsbezogene System ist durchschnittlich einmal im<br />
Jahr.<br />
Fig. 4<br />
Betriebsart mit niedriger Anforderungsrate PFD sys<br />
(Low demand mode).<br />
<strong>Sicherheit</strong>s-Integritätslevel<br />
(<strong>SIL</strong>)<br />
≥ 10 -5 ... < 10 -4 4<br />
≥ 10 -4 ... < 10 -3 3<br />
≥ 10 -3 ... < 10 -2 2<br />
≥ 10 -2 ... < 10 -1 1<br />
Die Tabelle Fig. 5 gibt den erreichbaren <strong>Sicherheit</strong>s-Integritätslevel (<strong>SIL</strong>) an in Abhängigkeit vom Anteil<br />
der ungefährlichen Ausfälle (SFF) und der Fehlertoleranz der Hardware (HFT) für sicherheitsbezogene<br />
Systeme.<br />
Fig. 5<br />
Fehlertoleranz der Hardware (HFT) für Typ B<br />
0 1 2<br />
Anteil ungefährlicher Fehler<br />
(SFF)<br />
<strong>SIL</strong> 1 <strong>SIL</strong> 2 < 60 %<br />
<strong>SIL</strong> 1 <strong>SIL</strong> 2 <strong>SIL</strong> 3 60 % - < 90 %<br />
<strong>SIL</strong> 2 <strong>SIL</strong> 3 <strong>SIL</strong> 4 90 % - < 99 %<br />
<strong>SIL</strong> 3 <strong>SIL</strong> 4 <strong>SIL</strong> 4 ≥ 99 %<br />
6
Richtlinien und Normen<br />
EG-Druckgeräte-Richtlinie 97/23/EG<br />
Wasserstandbegrenzer und <strong>Sicherheit</strong>stemperaturbegrenzer / -wächter sind nach der EG-Druckgeräte-<br />
Richtlinie Ausrüstungsteile mit <strong>Sicherheit</strong>s funktion. Die aufgeführten Gerätekombinationen sind daher<br />
EG-baumustergeprüft gemäß EN 12952/EN 12953. Diese Normen legen u. a. die Aus rüstung von Dampfkessel-<br />
und Heißwasseranlagen und die Anforderungen an die Begrenzungseinrichtungen fest.<br />
<strong>Funktionale</strong> <strong>Sicherheit</strong> EN <strong>61508</strong><br />
Die Gerätekombinationen sind zertifiziert nach EN <strong>61508</strong>. Diese Norm beschreibt die funktionale<br />
<strong>Sicherheit</strong> von sicherheitsbezogenen elektrischen/elektronischen/programmierbaren Systemen.<br />
Die Gerätekombinationen entsprechen einem Teilsystem vom Typ B mit dem <strong>Sicherheit</strong>s-Integritäts-<br />
Level <strong>SIL</strong> 2.<br />
VdTÜV-Merkblatt Wasserstand 100<br />
Die Gerätekombinationen sind bauteilgeprüft nach VdTÜV-Merkblatt Wasserstand 100. Das VdTÜV-<br />
Merkblatt Wasserstand 100 beschreibt die Anforderungen an Wasserstandregel- und<br />
-begrenzungseinrichtungen für Kessel.<br />
DIN EN 14597<br />
Die Gerätekombinationen sind typgeprüft nach DIN EN 14597. Die DIN EN 14597 beschreibt die Anforderungen<br />
an <strong>Sicherheit</strong>stemperaturbegrenzer / -wächter.<br />
NSP (Niederspannungsrichtlinie) und EMV (Elektromagnetische Verträglichkeit)<br />
Die Gerätekombinationen entsprechen den Anforderungen der Niederspannungsrichtlinie 2006/95/EG<br />
und der EMV-Richtlinie 2004/108/EG.<br />
ATEX (Atmosphère Explosible)<br />
Die Gerätekombinationen dürfen entsprechend der europäischen Richtlinie 94/9/EG nicht in explo sionsgefährdeten<br />
Bereichen eingesetzt werden.<br />
Hinweis zur Konformitätserklärung / Herstellererklärung<br />
Einzelheiten zur Konformität der Gerätekombinationen nach europäischen Richtlinien entnehmen Sie<br />
bitte unserer Konformitätserklärung oder unserer Herstellererklärung.<br />
Die gültige Konformitätserklärung / Herstellererklärung ist im Internet unter www.gestra.de Dokumente<br />
verfügbar oder kann bei uns angefordert werden.<br />
7
GESTRA<br />
Weltweite Vertretungen finden Sie unter:<br />
www.gestra.de<br />
Österreich<br />
Eichler Flow Technology GmbH<br />
Pernerstorfergasse 5<br />
A-1101 Wien<br />
Tel. 0043 1 / 6 01 64-0<br />
Fax 0043 1 / 6 01 64 672<br />
E-Mail info@eichler.at<br />
Web www.eichler.at<br />
Schweiz<br />
André Ramseyer <strong>AG</strong><br />
Industriestr. 32<br />
CH-3175 Flamatt<br />
Tel. 0041 31 / 7 44 00 00<br />
Fax 0041 31 / 7 41 25 55<br />
E-Mail info@ramseyer.ch<br />
Web www.ramseyer.ch<br />
GESTRA <strong>AG</strong><br />
Postfach 10 54 60, D-28054 Bremen<br />
Münchener Str. 77, D-28215 Bremen<br />
Tel. 0049 (0) 421 / 35 03 - 0<br />
Fax 0049 (0) 421 / 35 03 - 393<br />
E-Mail gestra.ag@flowserve.com<br />
Web www.gestra.de<br />
808908-00/12-2012cl · GESTRA <strong>AG</strong> · Bremen · Printed in Germany<br />
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