Bis zu 32 A dauerhaft über einen 16 A Abgang möglich

Transkript

1 Warum im IT-System allpolig absichern? F16A 1,5 mm² Bis zu 32 A dauerhaft über einen 16 A Abgang möglich F32A 4 mm² 2. Fehler in anderem Abgang und anderem Leiter 1. Fehler Grundlagen des IT-Systems 46

2 Warum im IT-System allpolig absichern? F16A 1,5 mm² F32A 4 mm² 2. Fehler in anderem Abgang und anderem Leiter 1. Fehler Grundlagen des IT-Systems 47

3 Warum im IT-System allpolig absichern? F16A 1,5 mm² F32A 4 mm² 2. Fehler wird sicher abgeschaltet Grundlagen des IT-Systems 48

4 aktive Messverfahren Grundlagen des IT-Systems 49

5 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Kein Isolationsfehler Wie sind die Spannungen verteilt? L1 L2 L3 N V V V V Grundlagen des IT-Systems 50

6 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Kein Isolationsfehler Symmetrische Verteilung der Mittelpunktspannungen gegen PE L1 L2 L3 N 230V 230V 230V 0V Grundlagen des IT-Systems 51

7 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Isolationsfehler Wie sind die Spannungen? L1 L2 L3 N V V V V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 52

8 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Mit Isolationsfehler an einem Außenleiter Unsymmetrische Verteilung der Spannungen gegen PE. Phasen nehmen gegen PE Außenleiterspannung an. N-Leiter führt Mittelpunktspannung L1 L2 L3 N 400V 400V 0V 230V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 53

9 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Kein Isolationsfehler Gibt es hier Probleme? L1 L2 L3 N 230V 230V 230V 0V Grundlagen des IT-Systems 54

10 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Isolationsfehler Gibt es hier Probleme? L1 L2 L3 N Isolationsfehler 400V 400V 0V 230V Grundlagen des IT-Systems 55

11 Spannungen in IT-Systemen 3N AC 400 V IT-System: Isolationsfehler Problematisch für einphasige Verbraucher. (Stern-Dreieck-Transformator oder Überspannungsbegrenzer, wenn dreiphasige und einphasige Verbraucher genutzt werden oder einphasige Verbraucher müssen für Außenleiterspannung ausgelegt sein) L1 L2 L3 N Isolationsfehler 400V 400V 0V 230V 400V Grundlagen des IT-Systems 56

12 Spannungen in IT-Systemen AC 230 V IT-System: Kein Isolationsfehler Wie sind die Spannungen verteilt? L1 L2 V V Grundlagen des IT-Systems 57

13 Spannungen in IT-Systemen AC 230 V IT-System: Kein Isolationsfehler Symmetrische Verteilung der Spannungen gegen PE L1 L2 115V 115V Grundlagen des IT-Systems 58

14 Spannungen in IT-Systemen AC 230 V IT-System: Isolationsfehler Wie sind die Spannungen? L1 L2 V V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 59

15 Spannungen in IT-Systemen AC 230 V IT-System: Mit Isolationsfehler an einem Leiter Unsymmetrische Verteilung der Spannungen gegen PE L1 L2 230V 0V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 60

16 Spannungen in IT-Systemen DC 220 V IT-System: Kein Isolationsfehler Wie sind die Spannungen verteilt? L+ L- V V Grundlagen des IT-Systems 61

17 Spannungen in IT-Systemen DC 220 V IT-System: Kein Isolationsfehler Symmetrische Verteilung der Spannungen gegen PE L+ L- 110V 110V Grundlagen des IT-Systems 62

18 Spannungen in IT-Systemen DC 220 V IT-System: Isolationsfehler Wie sind die Spannungen? L+ L- V V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 63

19 Spannungen in IT-Systemen DC 220 V IT-System: Mit Isolationsfehler an einem Leiter Unsymmetrische Verteilung der Spannungen gegen PE L+ L- 220V 0V Isolationsfehler Grundlagen des IT-Systems 64

20 Die historische Entwicklung des IT-Systems Glühlampen-Methode Historische Messverfahren: Glühlampen- Methode Dreivoltmeter- Methode Voltmeter-Methode Grundlagen des IT-Systems 65

21 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Passives Messverfahren UG-Messprinzip Merkmale Prinzip Prinzip: Auswerten der Verlagerungsspannung Einsatz: Reine Gleichspannungsnetze Vorteile: relativ schnelle Erdschlusserkennung einfach zu realisieren Nachteile: symmetrische Fehler werden nicht erkannt keine direkte kω-anzeige nicht normgerecht nach IEC Grundlagen des IT-Systems 66

22 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Aktive Messverfahren Merkmale Prinzip DC-Messspannung (ev. mit Umkehrstufe) Prinzip: Überlagerung DC-Spannung Einsatz in reinen Wechselspannungsnetzen AC Merkmale für kleine Netzableitkapazitäten verfälschte Ansprechempfindlichkeit bei DC-Isolationsfehlern AMP-Messverfahren (BENDER Patent) Prinzip: Überlagerung getaktete Spannung Einsatz: Universell für alle IT-Systeme AC, AC/DC, DC, insbesondere Umrichter-Netze Merkmale: auch für große Netzableitkapazitäten autom. Anpassung an Netzverhältnisse AMP = Adaptierter Mess Puls Grundlagen des IT-Systems 67

23 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Aktive Messverfahren Merkmale Prinzip DC-Messspannung (ev. mit Umkehrstufe) Prinzip: Überlagerung DC-Spannung Einsatz in reinen Wechselspannungsnetzen AC Merkmale für kleine Netzableitkapazitäten verfälschte Ansprechempfindlichkeit bei DC-Isolationsfehlern AMP-Messverfahren (BENDER Patent) Prinzip: Überlagerung getaktete Spannung Einsatz: Universell für alle IT-Systeme AC, AC/DC, DC, insbesondere Umrichter-Netze Merkmale: auch für große Netzableitkapazitäten autom. Anpassung an Netzverhältnisse AMP = Adaptierter Mess Puls Grundlagen des IT-Systems 68

24 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Aktive Messverfahren Merkmale Prinzip DC-Messspannung (ev. mit Umkehrstufe) Prinzip: Überlagerung DC-Spannung Wo gibt es heute noch Einsatz in reinen Wechselspannungsnetzen AC Merkmale reine AC Systeme? für kleine Netzableitkapazitäten verfälschte Ansprechempfindlichkeit bei DC-Isolationsfehlern AMP-Messverfahren (BENDER Patent) Prinzip: Überlagerung getaktete Spannung Einsatz: Universell für alle IT-Systeme AC, AC/DC, DC, insbesondere Umrichter-Netze Merkmale: auch für große Netzableitkapazitäten autom. Anpassung an Netzverhältnisse AMP = Adaptierter Mess Puls Grundlagen des IT-Systems 69

25 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Aktive Messverfahren Merkmale Prinzip DC-Messspannung (ev. mit Umkehrstufe) Prinzip: Überlagerung DC-Spannung Wo gibt es heute noch Einsatz in reinen Wechselspannungsnetzen AC Merkmale reine AC Systeme? für kleine Netzableitkapazitäten verfälschte Ansprechempfindlichkeit bei DC-Isolationsfehlern AMP-Messverfahren (BENDER Patent) Prinzip: Überlagerung getaktete Spannung Einsatz: Universell für alle IT-Systeme AC, AC/DC, DC, insbesondere Umrichter-Netze Merkmale: auch für große Netzableitkapazitäten autom. Anpassung an Netzverhältnisse AMP = Adaptierter Mess Puls Grundlagen des IT-Systems 70

26 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Messprinzip aktives Messverfahren AMP Merkmale Prinzip Isolationsüberwachungsgerät wird zwischen Netzleitern und Erde angeschlossen. Über die Ankopplung R i und einen Tiefpass und R m wird die von G erzeugte Messspannung U G dem Netz überlagert. Durch den Isolationsfehler R F schließt sich der Messkreis. Der Messstrom I m fließt. I m verursacht am Messwiderstand R m ein dem Isolationsfehler R F proportionalen Spannungsabfall U m U G I m = UG R i + R F Grundlagen des IT-Systems 71

27 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Messtechnische Hindernisse Was beeinflusst die Messtechnik der Isolationsüberwachung? Gleichspannungen im Netz Hohe Netzableitkapazitäten Variable, niedrige Frequenzen Netzableitkapaziät Fremdgleichspannung Niedrige Störfreque nzen AMP Grundlagen des IT-Systems 72

28 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Störung durch Fremdgleichspannung Merkmale Prinzip Für Isolationsüberwachungsgeräte mit Messgleichspannung: Die Gleichspannung L+ bzw. L- addiert oder subtrahiert sich zu der von G erzeugten Messspannung. Gleichspannung von L- U G I m wird größer Auslösung erfolgt vor dem eingestellten Ansprechwert Gleichspannung von L+ I m wird kleiner Auslösung erfolgt nach dem eingestellten Ansprechwert U + U - U G U G Grundlagen des IT-Systems 73

29 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Störung durch Kapazitäten Merkmale Prinzip Natürliche Netzableitkapazitäten C e Kabel, Leitungen Isolierungen Aufbau (z.b. Solarzellen) Netzausdehnung U G Künstliche Netzableitkapazitäten Entstörkondensatoren EMV Grundlagen des IT-Systems 74

30 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Einfluss der Netzableitkapazitäten Für das Isolationsüberwachungsgerät sind alle Netzableitkapazitäten parallel geschaltet Grundlagen des IT-Systems 75

31 Typische Netzableitkapazitäten 2000 µf 1000 µf Typische Netzableitkapazitäten Hospital 1 µf Industry > 10 µf Ships, PV > 500 µf 100 µf 10 µf 1 µf PV Grundlagen des IT-Systems 76

32 Messverfahren für Isolationsüberwachungsgeräte Berücksichtigung der Netzableitkapazitäten C e Die Messspannung U M lädt die Netzableitkapazität mit jedem Messtakt um. Daraus resultiert der gelb gezeichnete Messstrom I M. Ri Ce Re Die Abklingzeit t des kapazitiven Anteils beträgt 5t. T = 5 t; wobei t = [R I II R E ] x C e ist. Verlauf Messpuls PE Die Zeit für einen Messtakt beträgt also: Beispiel: R i = 120 kω, R e = 200 kω, C e = 10μF I m R I R t = 5 E R + R I E C E 120 k 200 k t = 5 10 µf = 3,75 s 4 s 120 k k Grundlagen des IT-Systems 77

33 Störung durch Fremdspannungen mit unterschiedlichen Frequenzen Der Messstrom passiert zum Fehlerort drei Bereiche: 1. 50/60Hz Bereich: Störunterdrückung durch internen Tiefpass 2. DC Zwischenkreis: Eliminierung der DC durch AMP-Messverfahren 3. Motorbereich: Frequenzbereich Hz Störunterdrückung durch digitale Filter in der Messelektronik Messung des gesamten Systems, wenn Dioden mit min. 10 ma bestromt. Grundlagen des IT-Systems 78

34 Isolationsüberwachungsgeräte auswählen und einstellen Wichtig für die Wahl des ISOMETERS IEC Kap. 5.1 Markings Steuerstromkreis, Hauptstromkreis IT System AC, 3AC, DC Netznennspannung Netznennfrequenz Welche Einspeisungen, gekoppelte Einspeisung Netzableitkapazität (klein bei Steuernetzen, groß bei Schiffsnetzen) Ansprechbereich, in der Regel Ω/V Spezifische Anwendung: Medizinisch, Photovoltaik, Automotiv In Verbindung mit Isolationsfehlersuche Versorgungsspannung Grundlagen des IT-Systems 79

35 IFLS Grundlagen des IT-Systems 80

36 Messverfahren für Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche Der Prüfstromgenerator im ISOMETER erzeugt durch einen zweiten Isolationsfehler einen, auf ungefährliche Werte begrenzten, Prüfstrom I L mit definierter Periodenzeit. Dieser Prüfstrom I L wird durch die vorhandene Netzspannung getrieben. I L begrenzt Der Prüfstrom I L fließt über die Erdschlussstelle bzw. durch alle im Prüfstromkreis liegenden Messstromwandler. Grundlagen des IT-Systems 81

37 EDS Fault location system IL Insulation IT-system ALARM fault Insulation fault 1,2 5 OK ma kω BS 230 buskω 2 Chan 3 R(an) 40kΩ/10kΩ 2/2 2/2 BS bus Bender Sensor Bus Grundlagen des IT-Systems 82

38 Kommunikation iso685-d-p mit EDS440 über BS-Bus BS-Bus (Bender Sensor Bus) Grundlagen des IT-Systems 87

39 Kommunikation iso685-d-p mit EDS440 über BB-Bus Lokale Erweiterung des iso685-x-p um bis zu 24 EDS Kanäle BB-Bus BS-Bus Grundlagen des IT-Systems 88

40 Kommunikation iso685-d-p mit EDS440-L über BS-Bus und EDS440-S über BB-Bus BB-Bus BS-Bus Grundlagen des IT-Systems 89

41 iso685-d-p mit EDS441-LAB Über AB-Wandler und neuem DC- Messverfahren können sehr hochohmige Fehler bei großen Netzableitkapazitäten detektiert werden. Bsp.: 100 kω bei 100 µf Grundlagen des IT-Systems 90

42 Comparison EDS Fault curve EDS460 vs. EDS440 3AC 690 V EDS460 EDS kω 100 kω Grundlagen des IT-Systems 91

43 Comparison EDS Fault curve EDS460 vs. EDS440 AC 230 V EDS460 EDS kω 48 kω Grundlagen des IT-Systems 92

44 Comparison EDS Fault curve EDS460 vs. EDS440 DC 220 V EDS460 EDS kω 60 kω Grundlagen des IT-Systems 93

45 EDS Fault curve EDS441-LAB C E = 50 µf 360 kω 480 kω Grundlagen des IT-Systems 94

46 Messverfahren für Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche Dieser Prüfstrom I L fließt über die Erdschlussstelle bzw. durch alle im Prüfstromkreis liegenden Messstromwandler. Anhand der Zuordnung Messstromwandler / Abgang kann die Fehlerstelle schnell lokalisiert werden. Grundlagen des IT-Systems 95

47 Prinzip der Isolationsfehlersuche EDS system iso685-d-p: ISOMETER EDS440: EDS BS bus W : Messwandler iso685-d-p EDS440-L Grundlagen des IT-Systems 96

48 Prinzip der Isolationsfehlersuche EDS System Kombination mit portablem Gerät BS bus iso685-d-p: ISOMETER EDS440: W : EDS195P: PSA3052: EDS Messwandler Portables EDS Stromzange iso685-d-p PSA3052 EDS195P EDS440-L Grundlagen des IT-Systems 97

49 Prinzip der Isolationsfehlersuche Portables EDS System PGH186: EDS195P: PSA3052: Portable Prüfstromgenerator Portables EDS Stromzange PGH186 PSA3052 EDS195P Grundlagen des IT-Systems 98

50 Applikationen Grundlagen des IT-Systems 142

51 Wofür wird hochwertige IMD Messtechnik benötigt? Beispiel: Ionisierung der Kühlflüssigkeit von Halbleitern Bei Umrichterantrieben im MW Bereich gibt es bei einigen Herstellern einen Trend zu Betriebsspannungen im Mittelspannungsbereich (z.b. 15kV). Die gewünschte kompakte Bauweise der Umrichter erfordert den Einsatz von Flüssigkeitskühlung für die Leistungshalbleiter. In Anwendungen in denen ein Ausfall des Antriebs zu einem erhöhtem Risiko oder zu erhöhten Kosten führt kommt das IT-System zum Einsatz. In einem MW Umrichterantrieb eines namenhaften Herstellers wurde mit Hilfe von Bender IMD Messtechnik ermittelt das durch Ionisierung der Kühlflüssigkeit eine stetige Reduzierung des System-Isolationswiderstands-wertes von 10MΩ bis zur Unterschreitung des Alarmwertes von 50kΩ erfolgt. Der Messwert des IMDs wird nun verwendet um eine Deionisierungsanlage so zu regeln das ein kontinuierlich hohes Isolationswiderstandniveau entsteht. Hierdurch wird vermieden das ein durch Halbleiterschichten kontinuierlich fließender Fehlerstrom zu Fehlverhalten und/oder zu Systemausfällen führen könnte. Grundlagen des IT-Systems 143

52 Das IT-System in praktischen Anwendungsbeispielen IT-Systeme sorgen für Sicherheit im neuen Terminal und der Flugzeug- Bodenstromversorgung am Flughafen München Terminalversorgung 3AC 230 V, 50 Hz Isolationsüberwachung mit IRDH575 Isolationsfehlersuche mit EDS460 Erfassung des Isolationsfehlers mit Messstromwandlern Bodenstromversorgung 3AC 960 V, 400 Hz Isolationsüberwachung mit iso1685p Isolationsfehlersuche mit EDS460 Erfassung des Isolationsfehlers mit Messstromwandlern Grundlagen des IT-Systems 144

53 Gekoppelte Systeme mit iso685-d-b via digitalen IO s 2 Geräte können über einen digitalen Kontakt gesteuert werden. 1 potentialfreier Kontakt wird benötigt. Grundlagen des IT-Systems 145

54 Isonet mit iso685-d-b via BCOM 2 Geräte können sich selbst über BCOM (Ethernet) steuern. Sie messen nacheinander. Es wird keine Information des Koppelschalters benötigt. Grundlagen des IT-Systems 146

55 Isolationsüberwachung für AC Mittelspannung: AGH520/AGH676 AC V AGH520S AC V AGH676S Ansprechwert 1 kω 10 MΩ Ableitkapazität µf Separate Versorgungsspannung PE Überwachung Grundlagen des IT-Systems 148

56 Isolationsüberwachung für AC/DC Mittelspannung: IRDH275BM-7/AGH675S-7.. AGH675S-7: AC/DC 0 7,2 kv AGH675S-7MV15: AC/DC 0 15,5 kv Ansprechwert 100 kω 10 MΩ Ableitkapazität 5 µf Separate Versorgungsspannung PE Überwachung Grundlagen des IT-Systems 149