Messen und Protokollieren komplexer Anlagen. VSEK-Fachabend vom «Messen und Protokollieren komplexer Anlagen»

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1 Messen und Protokollieren komplexer Anlagen 1

2 Inhaltsverzeichnis Kurzschlussstrommessungen Isolationsmessungen Messungen an Maschinen / Anlagen Differenzstrommessungen 2

3 Kurzschlussstrommessungen 3

4 Kurzschlussstrommessungen Wozu braucht es Kurzschlussstrommessungen? Nachweis der Schutzbedingungen in den Installationen I K Min Schutzmassnahmen Nachweis der Kurzschlussfestigkeit I K Max Schutzmassnahmen Selektivität Korrekte Einstellung der Leistungsschalter Spannungsfall Berechnen des Spannungsfalls 4

5 Kurzschlussstrommessungen Definitionen I K1 gemessener 1-phasiger Kurzschlussstrom L - N / L PE I K Min Schutzmassnahmen I K2 gemessener 2-phasiger Kurzschlussstrom L - L I K3 berechneter 3-phasiger Kurzschlussstrom I K3 = 2 I K2 / 1.73 I K Max Kurzschlussfestigkeit S K3 Z X R U M berechnete 3-phasige Kurzschlussleistung S K3 = 2 U M2 / Z gemessene Schlaufenimpedanz gemessene Schlaufenreaktanz gemessene Schlaufenresistanz gemessene Spannung bei Messung 5

6 Kurzschlussstrommessungen Unterverteilung neben TS Herstelleraufschrift Bestimmen ob vorhandener Kurzschlussstrom I K Max der Kurzschlussfestigkeit der Verteilung entspricht. 6

7 Kurzschlussstrommessungen Panensa MIC 11 Metrel A1143 Euro-Z 290A 7

8 Kurzschlussstrommessungen Sonel MZC-310S Fluke 1654B 8

9 Kurzschlussstrommessungen Messgerätevergleich Messungen I K1 Messgeräte Messstrom [A] Spannung [V] Impedanz [mω] Kurzschlussstrom I K1 [A] Abweichung [%] Panensa MIC Referenz Metrel A1143 Euro-Z % Sonel MZC-310S % Fluke 1654B % GMC Profitest MTech % Für Kurzschlussströme ab ca. 2000A sind Messgeräte wie Installationstester nicht geeignet. Für reproduzierbare Ergebnisse muss ein stabiles Netz vorhanden sein (Nachts / Wochenende). 9

10 Kurzschlussstrommessungen Messgerätevergleich Messungen I K2 und daraus Berechnung I K3 (Beurteilung I K3 als 10kA) Messgeräte Kurzschlussstrom I K2 Messung [A] Kurzschlussstrom I K3 Berechnung [A] Abweichung [%] Panensa MIC Referenz Metrel A1143 Euro-Z % Sonel MZC-310S % Für reproduzierbare Ergebnisse muss ein stabiles Netz vorhanden sein (Nachts / Wochenende). Für Beurteilung der Kurzschlussfestigkeit die Messungen mit Netzberechnungen vergleichen. 10

11 Kurzschlussstrommessungen Anschlussarten Kelvinklemmern Krokodilklemme doppelt Krokodilklemme einfach I K A I K A I K1 9870A Referenz 100% - 9.5% - 22% Die Anschlussart und die Anschlussklemmen sind entscheidend für korrekte Kurzschlussstrommessungen. 11

12 Kurzschlussstrommessungen Messzubehör Geeignetes Messzubehör für I K Messungen mit hohen Messströmen. 12

13 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an Stromschienen Nennstrom: 1600A Länge: 310m 119 Kupplungen Leitermaterial: Aluminium Leiterquerschnitt: L + N 1050mm 2 Al Leiterquerschnitt: PE 1836mm 2 Fe Absicherung: I Th 1600A / I Mag 5000A 13

14 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen am Ende der Stromschiene Messung Ik1-PE [A] R [mω] X [mω] Z [mω] U [V] R [%] 1-phasiger Kurzschlussstrom L1 - PE % : Messung Ik1-N [A] R [mω] X [mω] Z [mω] U [V] R [%] L1 - N Basis L2 - N % L3 - N % 1-phasiger Kurzschlussstrom L - N Ø Messung Ik2 [A] R [mω] X [mω] Z [mω] U [V] R [%] L1 - L Basis L1 - L % L2 - L % 2-phasiger Kurzschlussstrom L - L Ø Berechnung Ik3 Ik3 [A] 3-phasiger Kurzschlussstrom Berechnung Sk3 [kva] 3-phasige Kurzschlussleistung 8898 Der I K1 L - PE ist massiv kleiner als der I K1 1 L N? 14

15 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an Stromschienen An langen Stromschienen mit Metallgehäuse kann der Kurzschlussstrom I K1 L - PE bzw. die Impedanz L - PE nicht korrekt gemessen werden kann. Das Metallgehäuse der Stromschiene stellt eine hohe Reaktanz (X) dar. Der impulsförmige Messstrom wird dadurch gedämpft, woraus eine falsche Impedanz (Z) berechnet wird. Zur Überprüfung des Schutzleiterwiderstandes müssen Messungen mit einer DC-Hochstrommessbrücke gemacht, und sie Messwerte mit den Herstellerangaben verglichen werden. 15

16 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an USV - Anlagen Die Ausgangsimpedanz einer USV-Anlage ist variabel. Bei I K -Messungen mit niedrigen Messströmen werden nur die Filterentladungen gemessen. Bei I K -Messungen mit hohen Messströmen schaltet die USV-Anlage durch Überlast auf Bypass-Betrieb. Zur Beurteilung der Schutzmassnahmen die USV-Anlage auf Bypass-Betrieb schalten und dann I K -Messungen durchführen. Faustregeln Der maximale Wert einer Absicherung nach einer USV-Anlage sollte max. 20% vom Nennstrom der USV-Anlage nicht überschreiten. Eine USV-Anlage liefert als maximalen Kurzschlussstrom das fache vom Nennstrom der USV-Anlage während 200ms. 16

17 Kurzschlussstrommessungen USV Anlage Nennleistung: 40KVA Leistungsfaktor: 0.80 lag Spannung: 3 x 400V / 230V I In I Out 51A 58A 17

18 Kurzschlussstrommessungen I K -Messung an USV Anlage(Video) Normalbetrieb: Interner Bypass: Externer Bypass: 18

19 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an Notlichtanlagen Zum Nachweis der Abschaltbedingungen im Fehlerfall (Kurz- oder Erdschluss) müssen die Kurzschlussströme an den Not- und Exitleuchten mit den längsten Leitungen bestimmt werden. Da systembedingt durch die Wechselrichter nur kleine Kurzschlussströme vorhanden sind, und ein nicht abgeschalteter Kurzschluss in einer Gruppenleitung den gesamten Wechselrichterstromkreis blockieren würde, müssen die Abschaltbedingungen nachgewiesen werden. Durch die elektronische Strombegrenzung (Überlastschutz) der Wechselrichter können die Kurzschlussströme nicht immer mit den üblichen Installationstestern gemessen werden. Die Kurzschlussströme und Abschaltzeiten müssen dann durch Versuche und Aufzeichnung der Messdaten mittels Oszilloskop ermittelt werden. 19

20 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an Notlichtanlagen Messungen mit Installationstester an weitest entfernter Exit-Leuchte Netzbetrieb ab Etagenverteilung LS C13A U = 228V I K L-N = 298A Netzbetrieb ab Notlichtzentrale LS B6A U = 226V I K L-N = 139A Batteriebetrieb ab Notlichtzentrale LS B6A U = 222V I K L-N = 18A Normalbetrieb Netzausfall Etage Netzausfall Gebäude Beim Batteriebetrieb sind die Abschaltbedingungen nicht gewährleistet. 20

21 Kurzschlussstrommessungen I K Messungen an Notlichtanlagen Messungen mit Netzanalysator an weitest entfernter Exit-Leuchte 224V 4s 18.7A Batteriebetrieb ab Notlichtzentrale mit manuell eingeleitetem Kurzschluss LS B6A U = 224V I K L-N = 18.7A t A = 4s 21

22 Isolationsmessungen 22

23 Isolationsmessungen Isolationsmessungen an Notlichtanlagen An Notlicht- und Sicherheitsbeleuchtungsanlagen müssen die Isolationsmessungen immer an den Endstromkreisen durchgeführt werden. Wenn Umschaltrelais vorhanden sind, müssen die Messungen an den Abgängen der Umschaltrelais durchgeführt werden. 23

24 Isolationsmessungen Isolationsmessungen an Notlichtanlagen Endstromkreise Notlichtanlagen - Exit-Leuchten ab Zentrale - Notleuchten ab Umschaltrelais 24

25 Isolationsmessungen Isolationsmessungen an Aussenbeleuchtungen Bei Aussenbeleuchtungen mit LED-Technologie werden von den Herstellern oft Überspannungsableiter (SPD) vom Typ 3 bei den Leuchten verlangt, oder sind bereits in die LED-Betriebsgeräte integriert. Bei Isolationsmessungen kann oftmals nur noch mit der Messspannung 100V gemessen werden. Bilder Dehn & Söhne 25

26 Isolationsmessungen Isolationsmessungen an Stromschienen Bei Isolationsmessungen an Stromschienen wird ein Leiter gegenüber dem Schutzleiter (evt. Gehäuse) gemessen. Die anderen Leiter müssen dabei geerdet sein. Nebst Datum, Uhrzeit usw. müssen auch die Temperatur und Luftfeuchtigkeit dokumentiert werden, das diese Parameter erheblichen Einfluss auf die Isolation der Stromschiene haben. Gemessene Leiter Geerdete Leiter R Iso [M Ω ] L1 L2 L3 N L1 + L2 + L3 + N Isolation / Längsleitfähigkeit L2 + L3 + N + PE L1 + L3 + N + PE L1 + L2 + N + PE L1 + L2 + L3 + PE PE Metallabschirmung 26

27 Messungen an Maschinen / Anlagen 27

28 Messungen an Maschinen / Anlagen Messungen an Maschinen nach EN

29 Messungen an Maschinen / Anlagen Was muss an Maschinen / Anlagen gemessen werden? Fertig gelieferte Maschine oder Maschine durch Hersteller vor Ort zusammengebaut und verkabelt. Prüfungen gemäss EN / Kapitel 18. a) Sichtprüfung b) Nachweis Schutz durch automatische Abschaltung durch Schutzleiterprüfung und I K -Messung c) Isolationsmessung 1MΩ bei 500V d) Spannungsprüfung 1000V / 1s e) Restspannungen < 60V nach 5s f) Funktionsprüfungen z.b. FI-Test Für die Maschine muss eine Konformitätserklärung vorliegen. 29

30 Messungen an Maschinen / Anlagen Was muss an Maschinen / Anlagen gemessen werden? Maschine (z.b. Lüftungsanlage, Kälteanlage usw.) mit geliefertem Schaltschrank und Installation durch Elektriker Prüfungen gemäss NIN / Kapitel 6 - Kurzschlussstrommessungen I K Max am Eingang - Kurzschlussstrommessungen I K Min am längsten Endstromkreis - Prüfung der Schutzleiter und Potenzialausgleichsleiter - Isolationswiderstand Gesamtmessung - Isolationswiderstand Abgänge (Motoren) - Steuerstromkreis 230V I K -Messungen und R Iso -Messungen - Steuerstromkreise Kleinspannung (AC oder DC) R Iso -Messungen - FI-Prüfungen 30

31 Messungen an Maschinen / Anlagen Was muss an Maschinen / Anlagen gemessen werden? Endstromkreise der Anlagen Isolationsmessungen Kurzschlussstrommessungen Motorschutzschalter Ja / 500V / > 1.0MΩ Ja bei kleinen MS I K durch Bimetall begrenzt Frequenzumformer Ja / 500V / > 1.0MΩ Nein Steuerstromkreise 230V AC Ja / 500V / > 1.0MΩ Ja Steuerstromkreise Kleinspannung AC + DC Notlichtanlagen mit 230V AC im Notbetrieb USV-Anlagen Ja / 250V / > 1.0MΩ Werte durch SPD meist schlecht Ja / 500V / > 1.0MΩ Ja / 500V / > 1.0MΩ Nein Ja bei Feinsicherungen schwierig Ja Bypass-Betrieb 31

32 Differenzstrommessungen 32

33 Differenzstrommessungen Differenzstrommessung Differenzstrom- oder Leckstrommessungen sind keinen Ersatz für Isolationsmessungen. Bei Anlagen welche wirklich nicht abgeschaltet werden können (Computer- bzw. Serverräume / Forschungseinrichtungen) sind sie eine gute und Alternative. Es müssen folgende Bedingungen eingehalten werden: (SEV-Info 2064a) Nur für periodische Kontrollen Messung bei Belastungsstrom Messgenauigkeit der Stromzange mindestens 0.1mA I 30mA in Ordnung, Wert protokollieren I 30mA bis 300mA Wert protokollieren mit Begründung I > 300mA Isolationsmessung durchführen 33

34 Differenzstrommessungen Differenzstrommessung an USV-Anlage für Serverraum USV - Anlage 300kVA USV - Verteilung 34

35 Differenzstrommessungen Differenzstrommessung an Abgängen USV-Hauptverteilung Messung ohne Filter Messung mit Filter 35

36 Differenzstrommessungen Filterfunktion von Leckstromzange Hiocki 3283 Tiefpassfilter blockiert die Ableitströme höherer Frequenz (OS) 36

37 Differenzstrommessungen Dokumentation der Differenzstrommessungen Abgang Bezeichnung Nennstrom [A] Querschnitt [mm 2 ] L1 [A] L2 [A] L3 [A] N [A] PE [A] Polleiter [A] I of [ma] I mf [ma] I von Belastung F162 UV +HIAB= x % F164 UV +HIAB= x % F166 UV +HIAB= x % Übersichtliche Dokumentation der Belastungs- und Differenzströme. Datum und Zeit gehört zu den Messungen. Bezug von Differenzströmen zu den Belastungsströmen ergibt gute Übersicht und Vergleich mit anderen Abgängen. 37

38 Differenzstrommessungen Differenzstrom-Analysesystem 38

39 Differenzstrommessungen Differenzstrom-Analysesystem Frequenzspektrum von einem FU Auslösekennlinie FI-Schalter 39

40 Ende Vielen Dank für die Aufmerksamkeit. 40