Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

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1 1 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 Isolationsüberwachungsgeräte A-ISOMETER Isolationsfehlersucheinrichtungen Bender-Kommunikationslösungen BENDER Group

2 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 1. Der Isolationswiderstand In elektrischen Anlagen und bei Betriebsmitteln ist der Isolationswiderstand die bestimmende Größe in Bezug auf den Personen-, Anlagen- und Brandschutz. Ohne ausreichenden Isolationswiderstand: ist der Schutz gegen direktes und bei indirektem Berühren nicht gewährleistet führen Fehlerströme zur Betriebsunterbrechung können Kurz- und Erdschlussströme Brände und Explosionen verursachen und Anlagenteile zerstören können Fehlfunktionen der elektrischen Einrichtungen zu Personengefährdungen, Produktionsausfall oder Anlagenstillstand führen können hohe Kosten durch Betriebsunterbrechung, Sachbeschädigung oder Verletzungen von Personen entstehen ist das Leben von Mensch und Nutztieren gefährdet Der Isolationswiderstand bei neu errichteten Anlagen und Betriebsmitteln ist in der Regel sehr gut. Bei Betrieb der Anlagen muss mit Ver schlechterung des Isolationswiderstandes gerechnet werden. Ursachen: Elektrisch Statische Überspannung Transiente Überspannung Frequenzänderungen Blitzeinwirkung Überstrom Spannungsform Mechanisch Schlag, Stoß Knick, Biegung Schwingung Eindringen von Fremdkörpern Umwelt Temperatur Feuchtigkeit, Chemische Einflüsse Verschmutzung, Staubablagerung, Öl Aggressive Atmosphäre Alterung der Kabel und Betriebsmittel Sonstige Einwirkungen Tiere (z. B. Verbisse) Pflanzen Unsachgemäße Installationen Abhängig von den jeweiligen Netzsystemen werden unterschiedliche Schutzmaßnahmen getroffen (z. B. durch Normen), um das Absinken des Isolations wider standes unter einen vorgegebenen Wert entweder zu melden oder den betroffenen Strompfad abzuschalten. Im Bereich der elektrischen Betriebsmittel ist eine regelmäßige Prü fung erforderlich, deren Zeitintervall von der Geräteart und den Ein satzbedingungen abhängig ist. 2. Netzsysteme Elektrische Netze werden in der Niederspannung unterschieden nach Stromart: AC, DC, 3(N)AC Art und Anzahl der aktiven Leiter des Systems: L1, L2, L3, N bzw. L+, L- Art der Erdverbindung des Systems: IT, TT, TN Die Wahl der Erdverbindung ist mit Bedacht zu treffen, da sie maßgeblich das Verhalten und die Eigenschaften des Netzes bestimmt und mitbestimmend ist für die Nutzungsaspekte wie Versorgungssicherheit bzw. Verfügbarkeit elektrischer Energie Installationsaufwand Instandhaltung, Stillstandszeiten Elektromagnetische Verträglichkeit Schutzmaßnahmen Die in den IEC- bzw. VDE-Normen festgelegte Erdungsschemen (IT-, TN-, TT-Systeme) haben denselben Zweck in Bezug auf den Personen-, Brand- und Sachwerteschutz: Die Beherrschung der Auswirkung von Isolationsfehlern. Sie werden hinsichtlich des Personenschutzes beim indirekten Berühren als gleichwertig erachtet. Dies gilt nicht unbedingt für die Sicherheit der elektrischen Anlage in Bezug auf: Verfügbarkeit elektrischer Energie Instandhaltung der Anlage Erfahrungsgemäß haben das TN-S-System (geerdetes Netz) oder das IT-System (ungeerdetes Netz) das beste Aufwand-Nutzen- Verhältnis für elektrische Netze. 2.1 TT-System In TT-Systemen ist ein Punkt direkt geerdet (Betriebserdung). Die Körper der elektrischen Anlage sind mit Erdern verbunden, die elektrisch vom Erder für die Erdung des Systems unabhängig sind. Zulässige Schutzeinrichtungen: Überstrom-Schutzeinrichtung Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) Bild 2.1: TT-System 2 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

3 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 2.2 TN-System In TN-Systemen ist ein Punkt direkt geerdet; die Körper der elektrischen Anlage sind über Schutzleiter mit diesem Punkt verbunden. Drei Arten von TN-Systemen sind entsprechend der Anordnung der Neu tralleiter und Schutzleiter zu unterscheiden: TN-S Im gesamten System wird ein getrennter Schutzleiter angewendet TN-C Im gesamten System sind die Funktionen der Neutralleiter und Schutzleiter in einem einzigen Leiter kombiniert TN-C-S In einem Teil des Systems sind die Funktionen des Neutralleiters und des Schutzleiters in einem einzigen Leiter kombiniert. Bild 2.2: TN-S System 2.3 IT-System In IT- Systemen sind alle aktiven Leiter von Erde getrennt oder ein Punkt ist über eine Impedanz mit Erde verbunden. Bei einem Isolationsfehler kann deshalb nur ein kleiner, im wesentlichen durch die Netzableitkapazität verursachter, Fehlerstrom fließen. Die vorgeschalteten Sicherungen sprechen nicht an. Die Spannungsversorgung bleibt auch bei einpoligem, direktem Erdschluss erhalten. Die Körper der elektrischen Anlage sind entweder einzeln geerdet oder gemeinsam geerdet oder gemeinsam mit der Erdung des Systems verbunden. Folgende Schutzeinrichtungen sind zulässig: Isolationsüberwachungsgeräte IMD (Insulation monitoring device) Überstrom-Schutzeinrichtungen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen RCD (Residual current protective device), auch bekannt als Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter) Charakteristische Merkmale Ein erster Isolationsfehler führt nicht zum Ansprechen einer Sicherung oder eines Fehlerstromschutzschalters RCD (RCCB). Ein Isolationsüberwachungsgerät ermittelt eine unzulässige Isolationsverschlechterung und meldet diese. Ein Isolationsfehler sollte schnellstmöglich beseitigt werden, bevor es zu einem zweiten Isolationsfehler an einem anderen aktiven Leiter kommt, was zum Ausfall des Netzes führen würde. Bild 2.3: TN-C System Bild 2.4: IT-System Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 3

4 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER Netzableitkapazitäten Ce in IT-Systemen Die vorhandene Netzableitkapazität C e ist ein wichtiges Auswahlkriterium für ein Isolationsüberwachungsgerät. Die Netzableitkapa zität ist die Summe aller kapazitiven Ableitungen von allen aktiven Leitern zur Erde. Der Wert der Netzableitkapazität C e setzt sich aus den Leitungskapazitäten C e der Einzelleiter gegen PE sowie den Ent störkapazitäten C L der Betriebsmittel im Verbraucher gegen Erde zusammen. C emax ist der Wert bis zu dem das Isolationsüberwach ungsgerät bestimmungsgemäß arbeitet Erdung der Verbraucher Nach DIN VDE : können die Verbraucher in einem IT-System wahlweise einzeln, gruppenweise oder in ihrer Gesamtheit geerdet werden. Bild 2.7: Alle Körper an einem gemeinsam geerdeten Schutzleiter Bild 2.5: Kapazitäten in einem IT-System Natürliche Netzableitkapazität (A) Die natürliche Netzableitkapazität ist der Anteil an der Gesamtkapazität C e ges, der sich durch den natürlichen (geometrischen) Aufbau der Leitungsanlage des Systems nach Erde ergibt. Leitungskapazitäten sind abhängig von der Isolationsstärke zwischen den Leitern, dem Abstand h, der Materialkonstante εf, der elektrischen Feldkonstante ε0 und Fläche der Isolation zwischen den Leitern. In der Regel beträgt dieser Wert etwa 150 pf/m Künstliche Netzableitkapazitäten (B) Um EMV-Störungen durch nichtlineare Verbraucher, unterschiedliche Frequenzen oder auch hochfrequente Harmonische zu eliminieren und um die EMV-Normen zu erfüllen, werden Verbraucher mit Ent störkapazitäten beschaltet. Diese Entstörfilter haben zur Folge, dass die Netzableitkapazitäten sich erhöhen bzw. höhere Ableitströme zum fließen kommen können. Entstörkondensatoren in elektronischen Geräten liegen im Bereich von nf. Bild 2.8: Körper einzeln oder in Gruppen geerdet Bild 2.6: Addition von Netzableitkapazitäten in Bezug auf das Isolationsüberwachungsgerät 4 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

5 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 2.4 Vergleich der Netzformen Netzform Vorteile Nachteile Schutz-/Funktionskleinspannung (SELV oder PELV) Kein Gefahrenpotenzial bei Berührung Begrenzte Leistung bei wirtschaftlichem Betriebsmitteleinsatz Besondere Anforderungen an die Stromkreise Schutzisolierung Höchstes Sicherheitsniveau Kombinierbar mit anderen Netzformen IT-System EMV-freundlich Höhere Verfügbarkeit: Beim 1. Fehler wird nur gemeldet, Beim 2. Fehler wird abgeschaltet Geringer Erdschlussstrom in kleinen Netzen Geringe Beeinflussung benachbarter Anlagen, dadurch einfache Erdungsanlagen Geringerer Aufwand beim Verlegen von Kabeln und Leitungen Einfache Fehlerortlokalisierung mit entsprechenden Einrichtungen TT-System EMV-freundlich Schutzmaßnahme unabhängig von der Netzkurzschlussleistung Geringer Aufwand beim Verlegen von Kabeln und Leitungen Unterschiedliche Berührungsspannung bereichsweise zulässig Kombinierbar mit TN-Netz TN-C-System Einfach zu errichten Geringer Materialaufwand TN-C-S-System Preiswerter Kompromiss für Gebäude ohne Informationstechnologie Doppelte Isolierung der Betriebsmittel Nur bei kleinen Verbrauchern wirtschaftlich Bei thermischen Verbrauchern Brandgefahr durch Isolierstoffe Betriebsmittel müssen durchgängig für die Spannung zwischen Außenleitern isoliert sein Überstrom-Schutzeinrichtung für N-Leiter ist erforderlich Probleme mit Abschaltung bei zweitem Erdschluss möglich Wegen der Verwendung von RCDs nur für geringe Leistung möglich Regelmäßige Funktionsprüfung erforderlich Aufwendige Betriebserdung ( 2 Ω) Potentialausgleich für jedes Gebäude zwingend Nicht EMV-freundlich Wegen Gebäudestreuströmen und niederfrequenten Magnetfeldern nicht für Gebäude mit informationstechnischen Anlagen Lebensgefahr bei PEN-Bruch Höheres Risiko von elektrisch gezündeten Bränden Nicht EMV-freundlich Niederfrequente Magnetfelder möglich TN-S-System EMV-freundlich Geringe Spannungserhöhung in den gesunden Phasen Erhöhter Aufwand in der Schutztechnik bei entfernt stehenden Mehrfacheinspeisungen Risiko der unbewussten Mehrfacherdung Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 5

6 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 3. Isolationsüberwachungsgeräte Nach DIN VDE (VDE ) Abschnitt bzw. IEC sind Isolationsüberwachungsgeräte unabdingbarer Bestandteil von ungeerdeten Stromversorgungen (IT-Systeme), um einen ersten Fehler zwischen einem aktiven Teil und einem Körper oder gegen Erde zu melden. Aus DIN VDE : Eine Isolationsüberwachungseinrichtung muss vorgesehen werden, mit der der erste Fehler zwischen einem aktiven Teil und einem Körper oder gegen Erde durch ein hörbares und / oder ein optisches Signal angezeigt wird. Anmerkung 1: Es wird empfohlen, den ersten Fehler so schnell wie möglich zu beseitigen. Anmerkung 2: Eine Isolationsüberwachungseinrichtung darf auch aus Gründen, die nicht den Schutz bei indirektem Berühren betreffen, notwendig sein. Aus IEC : A permanent insulation monitoring device must be designed to indicate the first occurrence of a live mass or earth fault; it must trigger an audible or visual signal. Nach DIN EN (VDE ) gilt: Isolationsüberwachungsgeräte müssen nach ihrem vorgegebenen Messprinzip in der Lage sein, sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Isolationsverschlechterungen zu überwachen. Anmerkungen: Eine symmetrische Isolationsverschlechterung liegt dann vor, wenn sich der Isolationswiderstand aller Leiter des zu überwachenden Netzes (annähernd) gleichmäßig verringert. Eine unsymmetrische Isolationsverschlechterung liegt dann vor, wenn sich der Isolationswiderstand, z. B. eines Leiters wesentlich stärker verringert als der der (des) übrigen Leiter(s). So genannte Erdschlussüberwachungsrelais, die als alleiniges Messkriterium die bei Auftreten eines Erdschlusses entstehende Unsymmetriespannung (Verlagerungsspannung) nutzen, sind keine Isolationsüberwachungsgeräte im Sinne dieser Norm. Unter besonderen Netzbedingungen kann zum Erfüllen der Überwachungsaufgabe eine Kombination mehrerer Messverfahren notwendig sein, einschließlich einer Unsymmetrieüberwachung. Hinweise: Symmetrische Isolationsfehler treten häufig in Gleichspannungsnetzen oder Steuerstromkreisen auf. Ist der Widerstandswert beider Isolationsfehler etwa gleich, so können Isolationsüberwachungsgeräte, deren Funktionsweise auf dem Prinzip der Messung der Überlagerungsspannung beruht, diese Isolationsfehler nicht erfassen. Deshalb fordert die IEC bzw. DIN EN (VDE ) den Einsatz von aktiv messenden Isolationsüberwachungsgeräten. Bild 3.1: Informationsvorsprung durch Isolationsüberwachung im IT-System 3.1 Funktionsprinzip eines Isolationsüberwachungsgerätes Das Isolationsüberwachungsgerät wird zwischen den aktiven Netz leitern und Erde angeschlossen und überlagert dem Netz eine Mess spannung U m. Beim Auftreten eines Isolationsfehlers schließt sich der Messkreis zwischen Netz und Erde über den Isolationsfehler R F, so dass sich ein dem Isolationsfehler proportionaler Messstrom I m einstellt. Dieser Messstrom verursacht am Messwiderstand R m einen entsprechenden Spannungsfall, der von der Elektronik ausgewertet wird. Überschreitet dieser Spannungsabfall einen bestimmten Wert, was dem Unterschreiten eines bestimmten Isolationswiderstandes gleichkommt, erfolgt eine Meldung. Die detaillierten Anforderungen an das Isolationsüberwachungsgerät sind in der DIN EN (VDE ): enthalten. Durch das Isolationsüberwachungsgerät erhält der Anlagenbetreiber den notwendigen Informationsvorsprung um rechtzeitig und geplant entsprechende Instandhaltungsmaß nahmen einzuleiten. Bild 3.2: Funktionsprinzip Isolationsüberwachungsgerät Bild 3.3: Einpoliger (unsymmetrischer) Isolationsfehler 6 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

7 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER Zusammenfassung der Messverfahren Zwischen dem IT-System, dessen Aufbau, dessen Komponenten und dem Messverfahren des Isolationsüberwachungsgerätes besteht ein direkter Zusammenhang. Die Kenntnis, welches Isolationsüberwachungsgerät mit welchem Messverfahren arbeitet, ist deshalb für die Projektierung wichtig. Die Tabelle auf der folgenden Seite zeigt die Auswahl der Messverfahren unter Berücksichtigung der Netzparameter. Bild 3.4: Symmetrischer Isolationsfehler 3.2 Messverfahren Überlagerung Messgleichspannung Ein häufig verwendetes Messverfahren ist die Überlagerung einer Messgleichspannung zwischen Netz- und Schutzleiter. Dieses Messverfahren ist zur Überwachung klassischer AC, 3(N)AC- Systeme geeignet, z. B. Motoren. Wird dieses Messverfahren in AC bzw. 3(N)AC-Systemen eingesetzt, in denen galvanisch verbundene Gleichstromkomponenten vorhanden sind, so führen diese Gleich ströme zur Verfälschung des Messergebnisses, d. h. Isolationsfehler auf der Gleichspannungsseite werden mit erhöhter Ansprech emp findlichkeit gemeldet. Die im Netz vorhandenen Netzableit kapazitäten C e werden lediglich auf die Messspannung aufgeladen und beein flussen die Messung nach einem kurzen Einschwingvorgang nicht Messverfahren AMP Das für Bender patentierte AMP-Messverfahren basiert auf einer speziell getakteten Messspannung, die von einem Mikrokontroller gesteuert wird und sich automatisch an die jeweiligen Netzverhältnisse anpasst. Mit einer softwareunterstützten Auswertung wird zwischen den Netzableitstromanteilen, die als Störgröße an der Auswerteschaltung auftreten und der dem ohmschen Isolationswiderstand proportionalen Messgröße differenziert. Damit haben breitbandige Störbeeinflussungen, wie sie z. B. beim Umrichterbetrieb entstehen, keinen negativen Einfluss auf die exakte Ermittlung des Isolationswiderstandes. Beim AMP Plus-Messverfahren ist die Störunterdrückung noch einmal verbessert. Geräte mit diesem Messverfahren sind universell in AC, DC- und AC / DC-Netzen einsetzbar, z. B. Netze mit Spannungsoder Frequenzänderungen, hohen Netzableitkapazitäten oder Gleich spannungsanteilen. Damit werden sie heutigen, modernen Verteil ungsnetzen, die in der Regel solche Einflussgrößen (Umrichter, EMV) enthalten, gerecht. Bild 3.5: Auswahl Messverfahren und Netzkomponenten Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 7

8 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 4. Isolationsüberwachungsgeräte richtig auswählen Die Auswahl eines Isolationsüberwachungsgerätes wird unter Berücksichtigung folgender Kriterien ausgewählt: Welche Nennspannung? AC-, DC- oder AC / DC-Nennspannung? Hauptstrom-, Steuerstromkreis oder spezielle Anwendung? Netzableitkapazität? Ansprechwerte? Erweiterung zur Isolationsfehlersucheinrichtung? Spezielle Umweltbedingungen? 4.1 Art des Stromkreises Hauptstromkreise Hauptstromkreise versorgen gesamte Anlagen oder Gebäude. Sie enthalten Betriebsmittel zum Erzeugen, Umformen, Verteilen, Schalten und Verbrauch elektrischer Energie. Unterschiedliche Verbraucher in einem Netz Reine AC-Verbraucher (z. B. Motoren) Verbraucher mit elektronischen Komponenten (z. B. Umrichter, Gleichrichter, USV usw.) Typische Spannungswerte 690 V, 400 V, 230 V Hohe Netzableitkapazität durch räumliche Ausdehnung, mechanischen Aufbau oder Entstörmaßnahmen (z. B. Batterienetze, Solaranlagen) Steuerstromkreise Steuer- und Hilfsstromkreise werden für zusätzliche Funktionen, z. B. Befehlseingabe, Verriegelung, Melde- und Messstromkreise eingesetzt. Bei diesen Stromkreisen steht die Betriebssicherheit im Vordergrund. Räumlich begrenzt, z. B. Maschinensteuerung oder Sicherheitsbeleuchtung Typische Nennspannungen 24, 48, 60, 110, 230 V Einzelne Verbraucher oder mehrere Verbraucher gleicher Art Niedrige Netzableitkapazität Spezielle Anwendungen Stromkreise, für die spezielle Normen oder Anforderungen definiert sind. Mobile Stromerzeuger Krankenhaus Mittelspannungs-Umrichterantriebe 5. Isolationsüberwachungsgeräte anschließen 5.1 Allgemeines Bild 5.1: Anschlüsse eines Isolationsüberwachungsgerätes Anschluss an die aktiven Leiter des IT-Systems Die meisten Bender Isolationsüberwachungsgeräte sind mit einer An schlussüberwachung ausgestattet. Diese überwacht die Verbindung zwischen den Anschlussklemmen (z. B. L1und L2). Ist diese Schleife unterbrochen, wird dies gemeldet. Für diese Funktion muss das Iso lationsüberwachungsgerät mit zwei getrennten Leitungen an das zu überwachende Netz angeschlossen werden. Bemerkung: Anschluss auf dieselbe Phase oder N ist zulässig. Anschluss Versorgungsspannung Diese kann entweder dem zu überwachenden Netz oder beispielsweise einem Steuerspannungsnetz entnommen werden. Anschluss externes kω-messinstrument Bei dem Anschluss eines externen Messinstrumentes ist darauf zu achten, dass der Skalenmittelpunkt des Messinstrumentes und der Innenwiderstand des Isolationsüberwachungsgerätes identisch sind (z. B. 120 kω). Anschluss RS-485-Schnittstelle Zur Anbindung z. B. an GLT/ZLT oder zum Datenaustausch mit anderen kommunikationsfähigen Bender-Systemen. Meldekontakte Bei einigen Isolationsüberwachungsgeräten kann die Arbeitsweise der Melderelais eingestellt werden. Bei Ruhestromeinstellung ist das Relais im Gutzustand angezogen. Dadurch kann auch ein Ausfall der Versorgungsspannung (Relais fällt ab) gemeldet werden (Failsafe- Verhalten). Anschluss an Erde Der Anschluss an Erde erfolgt über zweit getrennte Leitungen E / KE. Dadurch wird die ordnungsgemäße Funktion dieses Anschlusses überwacht und Unterbrechungen gemeldet. Anschluss Test-Taste Überprüfung der Gerätefunktion. Anschluss Reset-Taste Rücksetzen des Fehlerspeichers. 8 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

9 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 5.2 Anschluss an ein abgeschaltetes IT-System Bei der Überwachung eines abgeschalteten IT-Systems ist darauf zu achten, dass sich die Messspannung des Isolationsüber wachungs gerätes auf alle aktiven Leiter überlagern kann. Das erfolgt in der Regel über den Verbraucher (Anmerkung: Die Wicklungen eines Motors/ Trafos sind für die Messspannung niederohmig). 5.3 Überwachung eines IT-Systems mit mehreren Einspeisungen In einem IT-System darf immer nur ein Isolationsüber wach ungsgerät aktiv messen, da sich ansonsten die Messspannungen gegenseitig beeinflussen und zu falschen Messergebnissen führen. Wenn zwei IT-Systeme unabhängig voneinander arbeiten, muss in jedem System ein Isolationsüberwachungsgerät installiert sein. Es muss jedoch sichergestellt sein, das bei Kopplung von beiden Systemen immer nur ein Isolationsüberwachungsgerät aktiv misst. Bild 5.2: Überlagerung der Messspannung, z. B. durch Motorwicklungen * Bender-spezifischer Systembus Bild 5.3: Isolationsüberwachung in zwei IT-Systemen, die miteinander gekoppelt werden können Bild 5.4: Anschluss an die Versorgungsspannung Absicherung von Isolationsüberwachungsgeräten Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 9

10 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 5.4 Absicherung von Isolationsüberwachungsgeräten Die meisten Isolationsüberwachungsgeräte sind über zwei Anschluss leitungen mit dem zu überwachenden Netz verbunden. Grundsätzlich ist jede Form der Absicherung eines Isolationsüberwachungsgerätes als Leitungsschutz zu betrachten. Eine Absicherung ist entsprechend DIN VDE ohnehin immer dann notwendig, wenn die Strombelastbarkeit durch Verringerung des Leitungsquerschnittes, durch eine andere Verlegungsart, durch andere Leiterisolierung oder durch eine andere Aderzahl gemindert wird. Schutzorgane zum Schutz bei Überlast dürfen in Leitungen und Kabeln entfallen, in denen mit dem Auftreten von Überlastströmen nicht gerechnet werden muss, vorausgesetzt, dass sie weder Abzweige noch Steckvorrichtungen aufweisen. Im allgemeinen kann davon ausgegangen werden, dass diese Bedingungen sowohl bei der Netzankopplung als auch beim Versorgungsspannungsanschluss von Isolationsüberwachungsgeräten erfüllt werden können. Anders sieht es beim Kurzschlussschutz aus. Die Versorgungsspannungsklemmen sind zum Schutz bei Kurzschluss mit Überstromauslösern zu versehen. Es wird der Einsatz von 6-A-Schmelzsicherungen empfohlen. Die Absicherung erleichtert zusätzlich die Zugänglichkeit der Geräte bei Servicearbeiten. Für die Netzankopplung kann auf Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Kurzschluss nur dann verzichtet werden, wenn die Gefahr eines Kurzschlusses auf ein Mindestmaß beschränkt ist (siehe dazu DIN VDE ). Hier empfiehlt sich also zumindest eine kurz- und erdschlussfeste Verlegung. Die Reduzierung der Kurzschlussgefahr auf ein Minimum und die Entscheidung, ob dieses Ziel erreicht wurde, ist oft sehr schwierig. Im Zweifelsfall ist auch in der Netzankopplung die Installation von Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Kurzschluss mit 6-A-Schmelzsicherungen angebracht. Bei Geräten mit integrierter Anschlussüberwachung wird ein Sicherungsausfall als Leitungsunter - brechung gemeldet. 5.5 Einstellung der Ansprechwerte Beim Betrieb eines Isolationsüberwachungsgerätes ist zu beachten, das der gesamte Isolationswiderstand des jeweiligen IT-Systems ge messen wird. Dieser Gesamtwiderstand ist die Summe der Parallel schaltung aller ohmschen Ableitungen gegen Erde. Der Ansprechwert des Isolationsüberwachungsgerätes sollte auf etwa 100 Ω/ V eingestellt werden. Beispiel: Netzspannung 500 V A-ISOMETER IRDH275 eingestellt auf 50 kω Wenn ein Isolationsüberwachungsgerät in einer bestehenden, komplexen Anlage eingesetzt wird, empfiehlt es sich, den Ansprechwert auf ca. 50 Ω/ V einzustellen. Anmerkung: Ein Isolationsüberwachungsgerät zeigt auch ein Absinken des Iso lationswiderstandes an, ohne dass ein richtiger Isolationsfehler vor handen ist. Ursache dafür kann z. B. Feuchtigkeit sein, nach dem eine Anlage über einen längeren Zeitraum stillgestanden hat. Nach In betriebnahme der Anlage erhöht sich der Isolationswiderstand meist von selbst, da die Feuchtigkeit durch die Betriebstemperatur verschwindet. Die in der nachfolgenden Tabelle angegebenen Werte sind empfohlene Mindestwerte. Einen praxisgerechten Hinweis für die Wahl der Ansprechwerte von Isolationsüberwachungsgeräten gibt DIN VDE (VDE ): Ein Wert von 50 Ω / V der Netzspannung gilt hier als Richtwert. Nachfolgende Tabelle zeigt Ansprechwerte, die in entsprechenden Normen angegeben sind. 10 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

11 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER DIN VDE : Nennspannung Geforderter Isolationswiderstandswert Empfohlener Ansprechwert des Norm Anwendung des Netzes Hauptmeldung bzw. Abschaltung Vorwarnung Isolationsüberwachungsgerätes Starkstromanlagen bis 1000 V; Prüfungen, Erstprüfungen; Anmerkung zu Abschnitt Ab V 400 V 500 V 100 Ω/V 100 Ω/V 100 Ω/V 23 kω 40 kω 50 kω 35 kω 60 kω 75 kω DIN VDE : Elektrische Anlagen von Gebäuden; Niederspannungs-Stromerzeugungsanlagen, Anhang ZB 230 V 400 V 500 V 100 Ω/V 100 Ω/V 100 Ω/V 23 kω 40 kω 50 kω 35 kω 60 kω 75 kω DIN VDE : Starkstromanlagen bis 1000 V; Hilfsstromkreise Ab V 42 V 48 V 60 V 110 V 230 V 100Ω/V 100Ω/V 100 Ω/V 100Ω/V 100 Ω/V 100Ω/V 2,4 kω 4,2 kω 4,8 kω 6 kω 11 kω 23 kω 4 kω 7 kω 8 kω 9 kω 17 kω 35 kω DIN VDE : Betrieb elektrischer Anlagen Ab V 400 V 500 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 12 kω 20 kω 25 kω 300 Ω/V 300 Ω/V 300 Ω/V 1) 66 kω 120 kω 150 kω 17 kω 30 kω 38 kω 99 kω 180 kω 225 kω DIN VDE : Errichten von Niederspannungsanlagen: Medizinisch genutzte Bereiche; Ab V 50 kω 75 kω DIN VDE : Errichten elektrischer Anlagen im Bergbau unter Tage; Ab V 400 V 500 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 12 kω 20 kω 25 kω 17 kω 30 kω 38 kω DIN VDE 0122: Elektrische Ausrüstung von Elektro-Straßenfahrzeugen; Ab V 120 V 240 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 2,4 kω 6 kω 12 kω kω 9 kω 18 kω DIN VDE 0170/0171-6: Elektrische Betriebsmittel für explosionsgefährdete Bereiche; Erhöhte Sicherheit e Anhang D; D V 400 V 500 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 12 kω 20 kω 25 kω 17 kω 30 kω 38 kω DIN EN (VDE 0165): Errichten elektrischer Anlagen in explosionsgefährdeten Bereichen Ab V 400 V 500 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 12 kω 20 kω 25 kω 17 kω 30 kω 38 kω DIN V EN V (VDE V ): Elektrische Flugplatzbefeuerungsanlagen Konstantstromregler (CCR) Ab kω 50 kω 15 kω 75 kω DIN VDE 0510: Akkumulatoren Batterieanlagen Ab Ortsfeste Batterien 24 V 60 V 110 V 220 V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 50 Ω/V 1,2 kω 6 kω 5,5 kω 11 kω 2 kω 9 kω 9 kω 17 kω DIN 14686: Schaltschränke für in Feuerwehrfahr - zeugen fest eingebaute Stromerzeuger mit einer Leistung > 12 kva ; Ab. 230 V 400 V 100 Ω/V 100 Ω/V 23 kω 40 kω 150 Ω/V 150 Ω/V 34,5 kω 60 kω DIN Feuerwehrfahrzeugen fest eingebaute Stromerzeuger mit einer Leistung < 12 kva 230 V 400 V 100 Ω/V 100 Ω/V 23 kω 40 kω 150 Ω/V 150 Ω/V 34,5 kω 60 kω 1) für gut gewartete Anlagen Stand 01 / 2004 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 11

12 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER Ansprechwerte Steuerstromkreis Legt man nach DIN VDE 0660 und DIN VDE 0435 als kleinste Haltespannung (0,1 0,15) U n für ein in der Steuerung eingebautes Wirkungsglied zugrunde, dann ist eine damit in Reihe liegende Halte- Impe danz ZH, die den Rückfall bei 5 % Überspannung gerade noch verhindern kann, unter Vernachlässigung der Spulenimpedanz etwa 5.6 Erweiterung des Nennspannungsbereiches Um den Nennspannungsbereich eines Isolationsüberwachungsgerätes zu erweitern, stehen Ankoppelgeräte AGH zur Verfügung. Diese werden zwischen das Isolationsüberwachungsgerät und das zu überwachende Netz geschaltet. ZH (10.5 7) Un2 PH PH = Nenn-Haltescheinleistung des Wirkungsglieds. Aus dieser Formel heraus ergeben sich folgende Empfehlungen für den Ansprechwert des Isolationsüberwachungsgerätes in Steuerstromkreisen (Werte in Ω): 1 VA 5 VA 10 VA 30 VA 50 VA 24 V 6048 Ω 1210 Ω 605 Ω 202 Ω 121 Ω 48 V Ω 4838 Ω 2419 Ω 806 Ω 484 Ω 60 V Ω 7560 Ω 3780 Ω 1260 Ω 756 Ω 110 V Ω Ω Ω 4235 Ω 2541 Ω 220 V Ω Ω Ω Ω Ω 230 V Ω Ω Ω Ω Ω Bild 5.7: Erweiterung des Nennspannungsbereiches eines Isolationsüberwachungsgerätes Bild 5.6: Ansprechwerte Isolationsüberwachung Steuerstromkreis 12 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

13 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 6. Anwendungsbeispiele 6.1 Überwachung eines Hauptstromkreises Bild 6.1: Isolationsüberwachung in einem Hauptstromkreis mit einem reinem AC-Verbraucher Bild 6.3: Überwachung eines AC-Steuerstromkreises Bild 6.2: Hauptstromkreis mit geregeltem Antrieb 6.2 Überwachung eines Steuerstromkreises Nach DIN EN / VDE dürfen Erdschlüsse in Steuerstromkreisen weder zum unbeabsichtigten An lauf oder zu gefahrbringenden Bewegungen einer Maschine führen noch deren Stillsetzen verhindern. Generell werden Steuerstromkreise über einen Sicherheitstransformator mit getrennten Wicklungen oder ein sicher trennendes Netzteil versorgt, wobei die Sekundärspannung 50 V nicht überschreiten darf. Der Steuerstromkreis selbst darf sowohl als geerdetes System (TN-System) oder ungeerdetes System (IT- System) betrieben werden. Gerade bei den empfindlichen Komponenten in einem Steuerstromkreis können jedoch unerkannte hoch ohmige Isolationsfehler zu Fehlsteuerungen führen. In einem geerdeten System werden diese Fehler von einer Sicherung nicht erkannt, da der Fehlerstrom zu niedrig ist, um diese auszulösen. Ist der Isolations fehler niederohmig, spricht die Sicherung an und die Anlage steht. Um dies zu vermeiden, werden Steuerstromkreise ungeerdet betrieben und mit einem Isolationsüberwachungsgerät überwacht. Bild 6.4: Überwachung eines DC-Steuerstromkreises Bild 6.5: Überwachung eines AC / DC-Steuerstromkreises Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 13

14 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 6.3 Überwachung eines abgeschalteten Verbrauchers Viele Verbraucher werden nur im Ernstfall eingeschaltet (z. B. Feuerlöschpumpen, Schieber, Heizungen aller Art usw.). Während der Stillstandszeit kann es jedoch durch Feuchtigkeit oder andere Einwirkungen in der Zuleitung oder dem Verbraucher zu Isolationsfehlern kommen. Beim Einschalten spricht dann die Schutzeinrichtung an oder es kommt zu Bränden und ein Betrieb ist nicht möglich. Das Isolationsüberwachungsgerät, auch Offline-Monitor genannt, überwacht den Isolationswiderstand während der Stillstandszeit und meldet Isolationsfehler sofort. Ist der Verbraucher eingeschaltet, wird die Isolationsmessung in Abhängigkeit vom Schütz K deaktiviert. Durch den Fehlerspeicher werden auch kurzzeitige Isolationsfehler erfasst. Ist eine allpolige Abschaltung des Verbrauchers gewährleistet, kann diese Überwachung auch in TN- bzw. TT-Systemen eingesetzt werden. Ansprechwert des Isolationsüberwachungsgerätes: Das Isolationsüberwachungsgerät muss Isolationsfehler 1 MΩ melden, denn häufig können Motoren bei einem Isolationswiderstand von 500 kω nicht mehr in Betrieb genommen werden. 6.4 Überwachung mobiler Stromerzeuger Die elektrischer Sicherheit bei mobilen Stromerzeugern ist häufig schwierig zu gewährleisten. Der Untergrund / Umgebung lässt nur selten den Bau einer Erdungsanlage zu (Steine, Schotter, Fels, Asphalt usw. müssten durchstoßen werden). Es ist höchste Eile geboten, zu Messung und Prüfung der Schutzmaßnahme fehlt die Zeit. Es steht keine Elektrofachkraft zur Verfügung. Gerade im Rettungseinsatz muss jedoch eine sofortige Einsatzbereitschaft gewährleistet sein. Aus diesem Grund werden mobile Stromerzeuger mit der Schutzmaßnahme Schutztrennung mit Isolationsüberwachung und Abschaltung nach DIN VDE ausgestattet. Bild 6.7: Mobiler Stromerzeuger mit Schutzmaßnahme Schutztrennung mit Isolationsüberwachung und Abschaltung Bild 6.6: Überwachung eines abgeschalteten Motors 14 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

15 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsüberwachungsgeräten A-ISOMETER 6.5 Überwachung von medizinisch genutzten Räumen In medizinisch genutzten Bereichen müssen nach DIN VDE : alle Räume der Gruppe 2 über ein IT-System mit Isolationsüberwachung sowie Last- und Temperaturüberwachung ausgerüstet werden. Ebenso ist eine Anzeige der Betriebs- und Alarmmeldungen an zentraler Stelle erforderlich (siehe Hauptkatalog Teil 2). Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 15

16 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 1. Anlagensicherheit und Verfügbarkeit Heutige Industrie-, Energieerzeugungs- und -verteilungsanlagen sind komplexe Gebilde mit ausgeklügelten Steuerungen und hoher Pro duktivität. Gerade deshalb führt ein Ausfall zu enorm hohen Kosten. Dank aktueller technischer Möglichkeiten können jedoch Anlagen schon bei der Planung sicherheitsoptimiert geplant, der laufende Betrieb kontinuierlich überwacht und fehlerbehaftete Anlagenteile schnell und sicher erkannt werden. 2. Ungeerdete Stromversorgungen Ungeerdete Stromversorgungen (IT-Systeme) haben einen unschätz baren Vorteil ein erster Fehler führt nicht zum Ausfall. Dadurch wer den komplexe Prozesse und Produktionsabläufe nicht unerwartet unterbrochen. Im Gegenteil, IT-Systeme können kontrolliert weiter betrieben und Fehler zu einem passenden Zeitpunkt beseitigt werden ohne hohe Ausfallkosten zu verursachen. Basis für diesen Mechanismus bildet das Isolationsüberwachungsge rät A-ISOMETER. Es überwacht den Isolationswiderstand des IT- Sys tems gegen Erde und meldet das Unterschreiten eines bestimmten Wertes. Mit diesem Informationsvorsprung kann dann der passende Zeitpunkt der Isolationsfehlersuche bestimmt werden, z. B. bei Ab schaltung zu Revisionszwecken. Doch liegt auch hier das Problem im Detail. Gerade bei komplexen Anlagen und auch räumlich weit ver zweigten Stromversorgungen kann die Isolationsfehlersuche zu einem zeit- und personalaufwändigen Abenteuer werden. Die Lösung für dieses Problem sind Isolationsfehlersucheinrichtungen EDS. Diese Einrichtungen suchen Isolationsfehler automatisch wäh rend des Betriebes und zeigen den fehlerbehafteten Abgang über LC-Display oder andere Visualisierungen an. Dadurch ergeben sich für den Anlagenbetreiber folgende Vorteile: Kein Abschalten der Anlage erforderlich Isolationsfehlersuche erfolgt automatisch während des Betriebes Fehlerort wird präzise lokalisiert und angezeigt das spart Zeit- und Personalressourcen Modulares Systemkonzept Das System passt sich optimal der Anlage an und kann nach den Erfordernissen des Betreibers ausgerichtet werden. 3. Warum überhaupt Isolationsfehlersuche? Isolationsfehlersuche ist im wesentlichen aus drei technischen Gründen erforderlich: 1. Schutz gegen elektrischen Schlag (z. B. im 3(N)AC-400-V-System) Nach DIN VDE wird emp fohlen, dass ein erster Fehler so schnell wie praktisch möglich beseitigt wird. Bei einem zweiten Fehler besteht die Gefahr des elektrischen Schlages und dann ist eine Abschaltung zwingend erforderlich. Die Größenordnung für die Isolationsfehlersuche liegt hier im Bereich von 5 10 kω. 2. Vermeidung von Brandgefahren (z. B. im 3(N)AC-400-V-System) Bei unerkannten, widerstandsbehafteten Isolationsfehlern kann ein Fehlerstrom fließen, der an der Fehlerstelle zu einer übermäßigen Erwärmung führt. Bereits bei einer Leistung von 60 W besteht akute Brandgefahr. Die Größenordnung für die Isolationsfehlersuche liegt hier im Bereich von 1 kω. 3. Vermeidung von Fehlsteuerungen (z. B. im DC-220-V-System) In elektrischen Anlagen können kleinste Fehlerströme zum Fehlverhalten von SPS- oder Schützsteuerungen führen. Dadurch sind Personen einem erhöhten Verletzungsrisiko ausgesetzt, z. B. bei Pressensteuerungen oder unkontrollierten Maschinenbewegun gen. Die Größenordnung für die Isolationsfehlersuche liegt hier im Bereich von kω. Bild 3.1: Kostensenkungspotential beim Einsatz von EDS-Systemen 16 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

17 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 4. Wie funktioniert eine Isolationsfehlersucheinrichtung? Eine Isolationsfehlersucheinrichtung besteht aus einem Isolationsfehler prüfgerät und einem Isolationsfehler-Auswertegerät in Verbin dung mit einem oder mehreren Messstromwandlern. Bei dem A-ISOMETER des Typs IRDH575 ist das Isolationsfehler prüfgerät integriert. Funktionsablauf: Start der Isolationsfehlersuche durch Aktivierung des Isolationsfehlerprüfgerätes A-ISOMETER. Das Isolationsfehlerprüfgerät verbindet kurzzeitig die aktiven Leiter mit Erde. Über eine elektronische Strombegrenzung, diese Verbindung und den Isolationsfehler entsteht ein geschlossener Stromkreis, in dem ein netzspannungsabhängiger Prüfstrom I T fließt. Der Prüf strom ist auf einen Maximalwert begrenzt. Der Prüfstromimpuls fließt vom Isolationsfehlerprüfgerät über die spannungsführenden Leitungen, den Isolationsfehler R f und über die Erdleitung (PE-Leitung) zum Isolationsfehlerprüfgerät zurück. Das Prüfstromsignal wird von allen Messstromwandlern, die im Strom kreis liegen, erfasst und durch Isolationsfehler-Auswerte - geräte EDS ausgewertet. Anhand der Zuordnung Messstromwandler / Stromkreis kann der Fehlerort lokalisiert werden. Bild 4.1: Funktionsprinzip Isolationsfehlersuche Bild 4.2: Verlauf des Prüfstroms I T EDS-System Bild 4.3: Takt der Prüfstromimpulse des EDS-Systems Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 17

18 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 5. Definitionen Isolationsfehlersucheinrichtung IRDH575 Isolationsüberwachungsgerät mit integriertem Isolationsfehlerprüfgerät EDS4 Isolationsfehler-Auswertegerät W Messstromwandler I T Prüfstrom R F-V Isolationsfehler vor dem Messstromwandler C e-v Netzableitkapazität vor dem Messstromwandler R F-N Isolationsfehler nach dem Messstromwandler C e-n Netzableitkapazität nach dem Messstromwandler Bild 5.1 Definitionen Isolationsfehlersuche 6. Varianten der Isolationsfehlersuche Im wesentlichen unterscheidet man zwischen Automatische Isolationsfehlersuche / Fest installierte Systeme Manuelle Isolationsfehlersuche / Portable Systeme Anwendung Hauptstromkreise oder Steuerstromkreise 6.1 Automatische Isolationsfehlersuche / fest installierte Systeme In der Anlage sind das Isolationsüberwachungsgerät mit integriertem Isolationsfehlerprüfgerät, das Isolationsfehler-Auswertegerät und die dazugehörigen Messstromwandler fest installiert. Der Start der Isolationsfehlersuche erfolgt automatisch durch das Isolationsüberwachungsgerät. Bild 6.1: Automatische Isolationsfehlersuche 18 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

19 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen Bild 6.2: Beispiel für den Aufbau einer automatischen Isolationsfehlersucheinrichtung EDS Bild 6.3: Beispiel für den Aufbau einer automatischen Isolationsfehlersucheinrichtung EDS mit zentraler Administration per Ethernet / Web MK800 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 19

20 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen Bild 6.4: Beispiel für den Aufbau einer automatischen Isolationsfehlersucheinrichtung EDS in gekoppelten DC-Netzen Bild 6.5: Beispiel für den Aufbau einer automatischen Isolationsfehlersucheinrichtung EDS in zwei gekoppelten IT-Systemen 20 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

21 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen Bild 6.6: Anwendung in einer Intensivstation in med. genutzten Bereichen Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 21

22 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 6.2 Manuelle Isolationsfehlersuche / Portable Systeme Bei der manuellen Isolationsfehlersuche wird unterschieden: a) In Ergänzung zum fest installierten EDS-System wird ein portables Isolationsfehler-Auswertegerät zur Isolationsfehlersuche in untergeordneten Abgängen eingesetzt. b) Wenn kein Isolationsfehlerprüfgerät vorhanden ist, wird ein portables Isolationsfehlerprüfgerät eingesetzt. c) Wenn das IT-System spannungslos ist, wird ein portables Isolationsfehlerprüfgerät mit integrierter Messspannungsquelle ein gesetzt. Bild 6.7: Manuelle Isolationsfehlersuche mit fest installierten EDS-Systemen Bild 6.8: Manuelle Isolationsfehlersuche in IT-Systemen ohne Isolationsfehlerprüfgerät PGH186 Anmerkung zu Bild 6.9: IT-System abgeschaltet, d. h. der Prüfstrom wird vom portablen Isolationsfehlerprüfgerät (PGH186) erzeugt, wenn die Einrichtung auch in geerdeten Systemen (TN-, TT-Systemen) anwendbar ist, wenn allpolig abgeschaltet wird und keine direkte Verbindung des Sys tems zur Erde vorhanden ist. Bild 6.9: Manuelle Isolationsfehlersuche mit portablem Isolationsfehlerprüfgerät in abgeschalteten IT-Systemen (ohne Netzspannung) 22 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

23 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 6.3 Unterscheidungsmerkmale Hauptstromkreis / Steuerstromkreis Der wesentliche Unterschied in den beiden Anwendungen liegt im deutlich reduzierten Prüfstrom für die Anwendung in Steuerstromkreisen bzw. der Ansprechempfindlichkeit EDS-Systeme für Hauptstromkreise Merkmale Hauptstromkreise Netznennspannung U n bis 690 V Große Ausdehnung, Netzableitkapazität bis μfv (Produkt aus Netzableitkapazität und Netznennspannung, z. B. 400 V x 50 μf = μfv) Große Differenzströme bis max. AC 10 A Störungsverursachende Verbraucher (z. B. Umrichter, Wechselrichter usw.) Bild 6.10: EDS im Hauptstromkreis EDS-Systeme Steuerstromkreise Merkmale Steuerstromkreise Netznennspannung U n bis 230 V Kleine Ausdehnung, Netzableitkapazität bis 300 μfv (Produkt aus Netzableitkapazität und Netznennspannung, z. B. 24 V x 10 μf = 240 μfv) Kleine Differenzströme bis max. AC 1 A Keine störungsverursachenden Verbraucher Bild 6.11: EDS im Steuerstromkreis Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 23

24 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen EDS-Systeme mit schaltender Funktion Merkmale einer schaltenden Funktion: Bei der Isolationsfehlersuche werden alle Messkanäle parallel abgefragt. Die max. Abfragezeit beträgt 10 s. Nach dieser Zeit schaltet der Relaiskontakt des jeweils fehlerbehafteten Messkanals. Mit diesem Schaltkontakt kann über ein Schaltglied der fehlerbehaftete Abgang abgeschaltet werden. Bild 6.12: EDS im Steuer- oder Hauptstromkreis mit schaltender Funktion 24 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

25 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 7. Geräteauswahl 7.1 Geräteauswahltabelle für fest installierte Systeme: Netzform AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) Applikation Hauptstromkreis Steuerstromkreis Funktion Isolationsüberwachungsgerät A-ISOMETER / Isolationsfehlerprüfgerät Typ IRDH575 IRDH575 Netznennspanngung Un (B1) 3AC / AC V 3AC/AC V / DC V (Version IRDH575B1-4227, RDH575B1-4235) Netznennspanngung Un (B2) 3AC / AC V DC V -- Versorgungsspannung IRDH575B1-435 IRDH575B2-435 IRDH575B IRDH575B1-427 IRDH575B1W-4227 AC V DC V -- DC 19,2 72 V -- AC V DC V -- DC 19,2 72 V -- Prüfstrom 10 / 25 / 50 ma 1 / 2,5 ma Ansprechwerte 1 kω 10 MΩ 1 kω 10 MΩ LC-Display 4 x 20 Zeichen 4 x 20 Zeichen Alarmrelais 3 Wechsler 3 Wechsler Schnittstelle / Protokoll RS-485 (BMS) RS-485 (BMS) Adressbereich Isolationsfehler-Auswertegeräte Typ EDS460-D/DG EDS490-D EDS460-L EDS490-L EDS461-D EDS491-D EDS461-L EDS491-L LC-Grafikdisplay Segment/LED-Anzeige US: DC V, AC Hz V US: AC/DC V AC Hz EDS460-D-1 EDS460-DG-* EDS460-D-1 EDS460-DG-2 EDS490-D-1 EDS460-L-1 EDS490-L-1 EDS461-D-1 EDS491-D-1 EDS461-L-1 EDS491-L-1 EDS490-D-2 EDS460-L-2 EDS490-L-2 EDS461-D-2 EDS491-D-2 EDS461-L-2 EDS491-L-2 Abfragezeit < 10 s für bis zu 1080 Messkanäle < 10 s für bis zu 1080 Messkanäle Ansprechwert 2 10 ma 0,2 1 ma Differenzstromanzeige 100 ma 10 A (EDS460-DG 20 ma 2 A 10 ma 1 A Parametrierfunktion Anzeige Fehlercodes Adressbereich Interne Uhr (RTC) Historienspeicher Alarmrelais Sammelalarm 2 x 1 Wechsler 2 x 1 Wechsler Alarmrelais pro Kanal x 1 Schließer x 1 Schließer x 1 Schließer x 1 Schließer * EDS460-DG- speziell für zur Lokalisierung von Isolationsfehlern in weit verzweigten DC-IT-Systemen mit hohen Netzableitkapazitäten EDS460-D/DG EDS490-D EDS460-L EDS490-L Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 25

26 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen Netzform AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) Applikation Hauptstromkreis Steuerstromkreis Funktion Messstromwandler Abmessungen Typ Abmessungen Typ Serie W Rund ø 10 W10 ø 10 W ø 20 W20 ø 20 W ø 35 W35 ø 35 W ø 60 W60 ø 60 W ø 120 W120 ø 210 W210 Serie W -S Rund ø 20 W0-S20 ø 35 W1-S35 ø 35 W1-S35 ø 70 W2-S70 ø 105 W3-S105 ø 140 W4-S140 ø 210 W5-S210 Serie WR Rechteck (H x B) 70 x 175 WR70x x 305 WR115x305 Serie WR S Rechteck (H x B) 150 x 350 WR150x350S 200 x 500 WR200x500S 26 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

27 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen Netzform AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) Applikation Hauptstromkreis Steuerstromkreis Funktion Messstromwandler Abmessungen Typ Abmessungen Typ Serie WS Teilbar (B x H) 20 x 30 WS20x30 20 x 30 WS20x x 80 WS50x80 50 x 80 WS50x x 120 WS80x120 Serie WS S Teilbar (B x H) x 30 WS20x30S x 80 WS50x80S 50 x 80 WS50x80S x 80 WS80x80S 80 x 120 WS80x120S 80 x 160 WS80x160S Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 27

28 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 7.2 Geräteauswahltabelle für portable Systeme bei installiertem Prüfgerät (A-ISOMETER IRDH575) Netzform AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) AC, DC, AC/DC (gemischte Netze) Applikation Hauptstromkreis Steuerstromkreis Funktion Isolationsüberwachungsgerät A-ISOMETER / Isolationsfehlerprüfgerät Typ IRDH575 IRDH575 Netznennspannung U n (B1) 3AC / AC V DC V 3AC/AC V / DC V (Version IRDH575B1-4227, RDH575B1-4235) Netznennspannung Un (B2) 3AC / AC V DC V -- Versorgungsspannung IRDH575B1-435 IRDH575B2-435 IRDH575B IRDH575B1-427 IRDH575B1W-4227 AC V DC V -- DC 19,2 72 V -- AC V DC V -- DC 19,2 72 V -- Prüfstrom 10 / 25 / 50 ma 1 / 2,5 ma Ansprechwerte 1 kω 10 MΩ 1 kω 10 MΩ LC-Display 4 x 20 Zeichen 4 x 20 Zeichen Alarmrelais 3 Wechsler 3 Wechsler Schnittstelle / Protokoll RS-485 (BMS) RS-485 (BMS) Adressbereich Typ Isolationsfehler-Auswertegeräte EDS190P LC-Display Prüfstrom max. 1/2,5/10/25/50 ma Ansprechwert 0,2 1/2 10 ma Versorgungsspannung DC 6 V +/-, externes Akkuladegerät Messzangen 20 mm PSA3020 PSA mm PSA3052 PSA mm PSA Komplettsystem EDS3090 EDS3091 Bestehend aus Alukoffer, EDS190P, PSA3020, PSA3052, Akkuladegerät Alukoffer, EDS190P, PSA3020, PSA3052, Akkuladegerät 28 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1

29 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 7.3 Geräteauswahltabelle für portable Systeme ohne installiertes Prüfgerät Anwendung Hauptstromkreis Steuerstromkreis in Betrieb Abgeschaltet (offline) Funktion Isolationsfehlerprüfgerät PGH Typ PGH185, PGH186 PGH183 Netznennspannung Un 3AC/AC Hz V DC V 3AC/AC Hz V DC V 3AC/AC Hz V DC V US AC 230 V PGH185 PGH186 PGH183 US AC V PGH PGH Prüfstrom 10/25 ma 10/25 ma 1/2,5 ma Typ Isolationsfehler-Auswertegeräte EDS190P LC-Display Prüfstrom max. 1/2,5/10/25/50 ma Ansprechwert 0,2 1/2 10 ma Versorgungsspannung DC 6 V +/-, externes Akkuladegerät Messzangen 20 mm PSA3020 PSA mm PSA3052 PSA mm PSA Komplettsystem EDS3090PG EDS3096PG EDS3091PG Typ EDS3090PG, EDS3096PG für US = AC Hz 230 V EDS3090PG-13, EDS3096PG-13 für US = AC Hz V EDS3091PG für US = AC Hz 230 V EDS3091PG-13 für US = AC Hz V Bestehend aus Alukoffer, PGH185, EDS190P, PSA3020, PSA3052, Akkuladegerät Alukoffer, PGH186, EDS190P, PSA3020, PSA3052, Akkuladegerät Alukoffer, PGH183, EDS190P, PSA3320, PSA3352, Akkuladegerät Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1 29

30 Technische Aspekte beim Einsatz von Isolationsfehlersucheinrichtungen 8. Isolationsfehlersuche in der Praxis Durch den Messstromwandler der Isolationsfehler-Auswertegeräte EDS fließen folgende Ströme: Der Prüfstrom I T, der durch den Isolationsfehler R F-N hervorgerufen wurde. Differenzströme I Δn, die durch die Netzableitkapazitäten CE-V und C E-N fließen, bzw. durch RF-V und RF-N hervorgerufen werden. Transiente Ableitströme, die durch Schalt- und Regelaktivitäten im Netz hervorgerufen werden. Niederfrequente Ableitströme, die durch den Einsatz von Um richtern hervorgerufen werden. 8.1 Voraussetzungen für eine sichere Isolationsfehlersuche Das Isolationsfehler-Auswertegerät hat die Aufgabe den Isolationsfehler hinter dem Messstromwandler R F-N zu lokalisieren. Dazu muss es den durch den Isolationsfehler hervorgerufenen Prüfstrom sicher erkennen. Voraussetzungen: Hauptstromkreise: Prüfstrom I T = 2 50 ma. Steuerstromkreise: Prüfstrom I T = 0,2 5 ma. Die Vorkapazitäten C E-V müssen mindestens so groß sein wie die Nachkapazitäten C E-N. Der Isolationsfehler muss mindestens für die Dauer von 30 Sekunden existent sein. Hinter einem installierten Messstromwandler dürfen keine Verbindungen zu anderen Abgängen bestehen. Die gesamte Netzableitkapazität des Netzes darf bestimmte Werte nicht überschreiten: - Hauptstromkreise bis ufv (Produkt aus Netzableitkapazität und Netznennspannung) - Steuerstromkreise bis ufv (Produkt aus Netzableitkapazität und Netznennspannung) Die Summe von Prüfstrom und Differenzstrom, die durch den Messstromwandler fließt, darf folgende Werte nicht überschreiten: - maximal 10 A für Hauptstromkreise - maximal 1 A für Steuerstromkreise Neben der Größe des Differenzstroms beeinflusst auch die jeweilige Frequenz des Differenzstroms die sichere Erkennung des Prüfstroms. Von der Netzfrequenz abweichende Differenzströme können z.b. durch den Einsatz von Frequenzumrichtern entstehen. Das Verhalten des EDS ist daher folgendermaßen: - Bei Differenzströmen der Netzfrequenz (50/60/400 Hz) wird bei überschreiten von 10 A bei Hauptstromkreisen bzw. 1 A bei Steuerstromkreisen eine Alarmmeldung über Alarm 1 generiert. - Bei Differenzströmen der Netzfrequenz (50/60/400 Hz) wird bei überschreiten der in der Fault-Kurve dargestellten Kennlinie eine Meldung peak oder Störung generiert. Diese wird im Display entsprechend angezeigt Beachten Sie dazu die folgende Fault-Kurve: Beispiel: wenn ein Differenzstrom von 2 A mit einer Frequenz von 20 Hz auftritt (Punkt im Diagramm), so erscheint die Meldung peak oder Störung im Display. EDS461/ ,9 EDS460/ Alarmmeldung 0,8 8 0,7 7 0,6 6 0,5 5 0,4 0,3 4 3 Meldung peak - Isolationsfehlersuche nicht möglich Erlaubter Bereich - Isolationsfehlersuche möglich 0,2 2 0, Ein Merkmal Frequenz (Hz) 30 Technische Aspekte Hauptkatalog Teil 1