Schutztechnik mit Isolationsüberwachung

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1 Dipl.-Ing. Wolfgang Hofheinz Schutztechnik mit Isolationsüberwachung Grundlagen und Anwendungen ungeerdeter IT-Systeme in medizinisch genutzten Räumen, in der Industrie, auf Schiffen, auf Elektro- und Schienenfahrzeugen und im Bergbau 7., komplett überarbeitete Auflage VDE VERLAG Berlin Offenbach

2 Inhalt L Einleitung 17 Literatur 18 Elektrische Anlage und Schutzmaßnahmen 19 Schutz gegen elektrischen Schlag 19 Schutz sowohl gegen direktes als auch bei indirektem Berühren.. 20 Schutz durch Kleinspannungen: SELVundPELV 20 Anordnung von Stromkreisen 21 Anforderungen an SELV-Stromkreise 21 Anforderungen an PELV-Stromkreise 22 Schutz durch Begrenzung von Beharrungsberührungsstrom und Ladung Schutz gegen elektrischen Schlag unter normalen Bedingungen (Schutz gegen direktes Berühren oder Basisschutz) Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen (Schutz bei indirektem Berühren oder Fehlerschutz) Erdung und Schutzleiter Potentialausgleich Hauptpotentialausgleich Zusätzlicher Potentialausgleich Art der Systeme Systeme nach Art der Erdverbindung TN-Systeme Schutzmaßnahmen und Schutzeinrichtungen in TN-Systemen TT-Systeme Schutzmaßnahmen und Schutzeinrichtungen in TT-Systemen IT-Systeme Schutzmaßnahmen und Schutzeinrichtungen in IT-Systemen Schutzmaßnahmen in IT-Systemen nach DINVDE : Ausführung und Wirksamkeit des zusätzlichen Potentialausgleichs Weitere Schutzmaßnahmen Schutz durch Verwendung von Betriebsmitteln der Schutzklasse II oder durch gleichwertige Isolierung Schutz durch nichtleitende Räume Schutz durch erdfreien örtlichen Potentialausgleich Schutz durch Schutztrennung Geräte zum Prüfen der Schutzmaßnahmen 42 Literatur 46 11

3 3 Ungeerdete, isoliert aufgebaute IT-Systeme Aufbau von IT-Systemen mit zusätzlichem Potentialausgleich und Isolationsüberwachung Zusätzlicher Potentialausgleich in IT-Systemen Mindestquerschnitte für den zusätzlichen Potentialausgleich Prüfung von IT-Systemen mit zusätzlichem Potentialausgleich und Isolationsüberwachung Prüfung von IT-Systemen nach DIN VDE : Schutz von Kabeln und Leitungen in IT-Systemen Schutz bei Kurzschluß Schutz bei Überlast Verzicht auf Überlastschutz Besondere Festlegungen für IT-Systeme Anschluß von Isolationsüberwachungsgeräten Ankopplung und Absicherung ' Hilfsspannungsversorgung und Absicherung 59 Literatur 59 4 Besonderheiten und Vorteile von IT-Systemen Höhere Betriebssicherheit Höhere Brandsicherheit Höhere Unfallsicherheit infolge begrenzter Berührungsströme Höherer zulässiger Erdungswiderstand Informationsvorsprung mit IT-Systemen 70 Literatur 73 5 Anwendung von IT-Systemen IT-Systeme in medizinisch genutzten Räumen IT-Systeme und die Isolationsüberwachung in medizinisch genutzten Räumen nach DIN VDE 0107: Sicherheitskonzept im Krankenhaus Räume der Anwendungsgruppen Stromkreise in IT-Systemen von Räumen der Anwendungsgruppe Zusätzlicher Potentialausgleich in Räumen der Anwendungsgruppe 1 und Schutz durch Meldung in IT-Systemen Transformatoren in IT-Systemen Allgemeines Ungeerdete Stromversorgungsnetze in Krankenhäusern und medizinisch genutzten Räumen in den USA Geschichtlicher Hintergrund 86 12

4 Gegenwärtige NFPA-Anforderungen für ungeerdete Stromversorgungsnetze Elektrisch sichere Umgebung des Patienten Grundlegendes zum Ableitstrom Schutzleiterunterbrechung Ungeerdetes Stromversorgungsnetz Potentialausgleich Elektrische Geräte in medizinischer Anwendung nach IEC 62A Elektrische Sicherheit in medizinisch genutzten Räumen nach Entwurf IEC Part 7 Section 710 (Electrical installations in hospitals and locations for medical use outside hospitals) Weltweite Entwicklung ungeerdeter Netze in medizinisch genutzten Räumen IT-Systeme im Bergbau Schutztechnik im Bergbau unter Tage nach DIN VDE 0118: Schutz gegen gefährliche Körperströme im Untertagebereich IT-Systeme und die Isolationsüberwachung auf Schiffen Vorschriften und Bestimmungen Zulässige Netzformen unter Berücksichtigung verschiedener Vorschriften TN-und IT-Systeme auf Schiffen IT-Systeme auf Schiffen der Bundeswehr nach BV IT-Systeme mit Isolationsüberwachung auf Schienenfahrzeugen Anwendungsbeispiele für IT-Systeme mit Isolationsüberwachung Einsatzorte von IT-Systemen mit Isolationsüberwachung Anforderungen an die Isolationsüberwachungseinrichtung Batteriegepuffertes sicherheitsgerichtetes Gleichspannungsnetz Umrichter in Hauptstromkreisen IT-Systeme in Elektrofahrzeugen Schutzmaßnahmen im Fahrzeug Ladestationen von Elektrofahrzeugen Internationale Normentwürfe für Ladestationen von Elektrofahrzeugen Isolationsüberwachungsgeräte nach UL Literatur Isolationswiderstand Erste Sicherheitsvorschriften 1883 in Deutschland Komplizierte Gebilde Definition nach VDE Einflußgrößen Isolationsmessung und Überwachung

5 6.5.1 Messung im spannungsfreien Netz Differenzstrommessung in TN- und TT-Systemen Absolutwert in IT-Systemen ständig überwacht Komplettüberwachung in IT-Systemen 136 Literatur Gefährdung des Menschen durch Körperströme IEC-Report über die Wirkung des elektrischen Stroms auf Menschen ; Körperwiderstände Wirkungsbereiche für Wechselstrom 15 Hz bis 100 Hz Grundsätzliche Erkenntnisse der Elektropathologie Konsequenzen für Schutzmaßnahmen gegen gefährliche Körperströme Unfälle durch elektrischen Strom 146 Literatur Gerätenormen für Isolationsüberwachungseinrichtungen Isolationsüberwachungsgeräte nach DIN EN : Insulation monitoring devices (Isolationsüberwachungsgeräte) nach IEC Second edition: Isolationsüberwachungseinrichtungen nach DIN VDE O1OO-53O/A Isolationsüberwachungsgeräte nach amerikanischer Norm ASTMF Isolationsüberwachungsgeräte nach amerikanischer Norm ASTMF Isolationsüberwachungsgeräte nach amerikanischer Norm ASTM F 1669M Unterscheidung zwischen Isolationsüberwachungsgeräten und Differenzstromüberwachungsgeräten nach IEC SC 23E Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche in IT-Systemen 154 Literatur Meßtechnische Realisierung von Isolationsüberwachungsgeräten und Erdschlußwächtern Isolationsüberwachung von Wechsel- und Drehstrom- IT-Systemen Messung ohmscher Isolationsfehler Messung der Ableitimpedanz Wechselspannungsnetze mit direkt angeschlossenen Gleichrichtern oder Thyristoren Meßverfahren mit Umkehrstufe

6 9.2.2 Meßverfahren durch Impulsüberlagerung Gleichspannungsnetze Unsymmetrie-Meßverfahren Meßverfahren durch Impulsüberlagerung Meßverfahren zur universellen Anwendung in Wechsel- und Gleichspannungs-IT-Systemen Mikrocontroller-gesteuertes AMP-Meßverfahren zum universellen Einsatz in Wechsel- und Gleichspannungs-IT-Systemen Mikroprozessor-gesteuertes Frequenzcode-Meßverfahren für IT-Systeme mit extremer Störbeeinflussung Isolationsfehlersucheinrichtung in Wechsel- und Gleichspannungs-IT-Systemen Bestimmungen und Normen zur Isolationsfehlersuche Stationäre Isolationsfehlersucheinrichtung für Gleichspannungs- IT-Systeme Isolationsfehlersucheinrichtungen für Wechsel- und Gleichspannungs-IT-Systeme Tragbare Isolationsfehlersucheinrichtung für Wechsel-, Drehstrom- und Gleichspannungs-IT-Systeme Zusammenfassung 177 Literatur Wahl der Ansprechwerte von Isolationsüberwachungsgeräten Ansprechwerteinstellung für ohmsche Isolationswerte Ansprechwerteinstellung in Hilfsstromkreisen Ansprechzeiten von Isolationsüberwachungsgeräten Definitionen zur Isolationsüberwachung Definitionen nach IEC : Physik der IT-Systeme Ableitströme in IT-Systemen Berechnung der Ableitströme im IT-System Ermittlung der Ableitkapazitäten im abgeschalteten Netz Ermittlung der Ableitkapazitäten im Betrieb Spannungsverhältnisse in Wechselspannungs-IT-Systemen Überspannungen in Wechsel- und Drehstrom-IT-Systemen Quellen der Überspannungen Ausgleichsvorgänge bei einpoligem Isolationsfehler Stationäre Spannungsüberhöhungen Intermittierender Erdschluß Isolationsfehler im speisenden System Schalten von Induktivitäten

7 Schalten von Leitungen und Kondensatoren Resonanzen und Oberschwingungen Spannungsüberhöhungen bei Kurzschlußabschaltung 200 Literatur Wissenswertes zum IT-System Zur Geschichte des ungeerdeten Stromversorgungsnetzes Zur Geschichte des Schutzleitungssystems und der Isolationsüberwachung Weltweiter Einsatz ungeerdeter IT-Systeme mit Isolationsüberwachung IT-Systeme in Frankreich Einteilung der Normen Technische Besonderheiten IT-Systeme im Vereinigten Königreich IT-Systeme in der Tschechischen Republik IT-Systeme in Bulgarien IT-Systeme in Dänemark IT-Systeme in den Vereinigten Staaten von Amerika IT-Systeme in Ungarn IT-Systeme in Belgien Erste Gerätenormen zur Isolationsüberwachung Isolationsüberwachungsgeräte zur Überwachung von Wechselspannungsnetzen nach DIN VDE Isolationsüberwachungsgeräte für Wechselspannungsnetze mit galvanisch verbundenen Gleichstromkreisen oder Gleichspannungsnetze nach DIN VDE Isolationsüberwachungsgeräte nach französischer Norm UTE C / Literatur Bestimmungen und Normentexte zum IT-System Verwendete Abkürzungen Bildnachweis 245 Stichwortverzeichnis