Die Technologie hinter dem neuen digitalen Fehlerstromschutzautomat Typ FRBdM der Firma Eaton näher betrachtet

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1 Digitaler FI-Schutzautomat FRBdM Die Technologie hinter dem neuen digitalen Fehlerstromschutzautomat Typ FRBdM der Firma Eaton näher betrachtet Die Norm DIN EN / VDE für Fehlerstromschutzautomaten (RCBOs) formuliert eine zulässige Bandbreite für die Auslösung des Abschaltmechanismus bei Erdschluss. Ein 30mA RCBO muss beispielsweise in einem Fehlerstrombereich zwischen 15 und 30 ma auslösen. In der Praxis wird der Abschaltmechanismus herkömmlicher mechanischer Fehlerstromschutzautomaten (unabhängig vom Hersteller) durchwegs so eingestellt, dass er im Normalfall bei einem Fehlerstrom zwischen 18mA und 25mA ausgelöst wird. Hierbei wird aus Sicherheitsgründen eine gewisse Toleranz für Temperatureinflüsse und Alterung des Mechanismus mit berücksichtigt. Der Vorteil bei der Verwendung des digitalen FI-Schutzautomaten FRBdM von Eaton liegt in der erhöhten Präzision des Auslöseverhaltens wegen der (zum Teil) digitalen Erkennung. Der auslösende Bemessungsfehlerstrom ist deutlich höher angesetzt, er liegt näher an 30mA, so dass ein größerer Spielraum besteht, bevor der RCBO ausgelöst wird. Ein Beispiel dafür ist, dass unter anderem bei Hochfrequenz-Vorschaltgeräten für Leuchtstoffröhren bereits ein konstanter 50Hz Erdschluss durch die eingesetzten Filter fließt. Bei Verwendung mehrerer HF-Leuchtstoffröhren fließt bisweilen bereits ein beachtlicher konstanter (kapazitiver) Fehlerstrom, durch den viel weniger Toleranz für einen echten Bemessungskurzzeitstrom bleibt. Dies führt in der Praxis oft zu unerwünschtem Abschalten bei allen Arten von Netzstörungen oder spontan ausgelösten Fehlerströmen, zum Beispiel beim Einschalten von Verbrauchern. Der digitale Fehlerstromschutzautomat verursacht daher an dieser Stelle weniger Probleme. Eaton Industries (Niederlande) BV Postbus 2022, 5300 CA Zaltbommel, Niederlande Tel: E: info.electric.nl@eaton.com, I:

2 Wenn es auf Zuverlässigkeit ankommt - Einsatz in der Agrarindustrie Die Vorteile des neuen FI-Schutzautomaten sind auch bei der Firma Giel Ogier Elektro in Weert bekannt. Giel Ogier Elektro ist ein autorisierter technischer Installationsbetrieb, der sich auf elektrische Anlagen für die Agrarindustrie spezialisiert hat. Für Einsatzbereiche der Landwirtschaft (z. B. in Ställen) ist die Verwendung von Hochfrequenz- Leuchtstofflampen weit verbreitet. Konventionelle FI-Schutzschalter schienen manchmal spontan zu versagen, eine Situation, die in Ställen extrem unerwünscht ist. Man denke nur an den Ausfall von Lüftungsanlagen, Fütterungssystemen, Entmistungs- und Eiersammelsystemen, beispielsweise in Geflügelställen, mit oft weit über Hühnern. In solchen Bereichen können viele Hunderte von Beleuchtungskörpern eingesetzt sein, allein für eine ausreichende Beleuchtung der Gänge von ca. 120 Metern Länge. Aufgrund hoher Zahlen nicht-ohmscher Lasten werden an den Sicherungsautomaten hohe Anforderungen gestellt. Durch die Verwendung des neuen digitalen RCBO von Eaton wird das Problem der fehlerhaften Abschaltung beseitigt. Zudem wird hiermit auch die Möglichkeit geboten, einen Überblick über eventuell konstant vorliegende Fehlerströme zu erhalten (durch farbige LED-Anzeige auf der Vorderseite des Schalters), um nach einer Abschaltung (Überstrom oder Erdschluss) zwischen den möglichen Ursachen für den Fehler unterscheiden zu können. Giel Ogier: Unser Name steht für Qualität und wir sind stets auf der Suche nach neuen Produkten und Lösungen, um ein zuverlässiges Funktionieren zu gewährleisten. Die Technologie, die hinter dem neuen digitalen RCBO von Eaton steckt, passt hier hervorragend. Integrierte minimale Ausschaltverzögerung Der hochpräzise funktionierende digitale Fehlerstromschutzautomat Typ FRBdM erfüllt die Norm ÖVE/ÖNORM E6801 Typ G, das bedeutet, dass auch eine minimale Ausschaltverzögerung integriert ist. Diese Verzögerung ist eine Halbwelle lang (10ms), für diesen Zeitraum ignoriert der RCBO jeden spontanen Fehlerstrom. Dadurch wird der digitale FI-Schutzautomat besonders unempfindlich (hohe Störfestigkeit) für spontan ausgelöste kurzfristige Fehlerströme, zum Beispiel beim Einschalten von Verbrauchern. Der digitale Sicherungsautomat Typ G/A mit patentierter Schutzschaltung erfüllt alle Testanforderungen der Norm DIN EN und auch weitere zusätzlich anwendbare Normen, wodurch er in industriellen und häuslichen Bereichen eingesetzt werden darf. Auf dem digitalen FI-Schutzautomaten befindet sich eine LED, die eine kontinuierliche Anzeige zur aktuellen Erdschluss-/Lasten-Situation gibt. Unmittelbar nach Abschluss der Installation kann bereits beurteilt werden, ob die Installation in Ordnung ist und bleibt, ebenso nach einer Änderung der Installation oder nach Anschluss neuer/zusätzlicher Verbraucher, die eventuell die Fehlerstromwerte beeinflussen könnten, wie z. B. Waschmaschinen, Geschirrspüler, Herde und Gartenbeleuchtung. Auch in Hauswirtschaftsräumen, mit in der Regel immer weniger ohmschen Lasten wegen der großen Vielfalt von Beleuchtungsmöglichkeiten in Verbindung mit einer großen Anzahl von Schaltnetzteilen, werden immer höhere Anforderungen an die Genauigkeit der Sicherungsautomaten gestellt. Eine zuverlässige, kontinuierliche Stromversorgung ist in solchen Umfeldern sehr wichtig, da ein Ausfall der Stromversorgung zu hohen Kosten führen kann. Auch hier ist der digitale RCBO eine hervorragende Wahl.

3 Weniger ohmsche Lasten - Auswirkungen auf die Qualität des Stromnetzes Probleme mit Sicherheitskomponenten wie z. B. Leistungsschalter und FI-Schaltautomaten geben. In Neubauten und auch bei bereits vorhandenen Bauten hat sich der Einsatz von nicht-ohmschen Lasten, wie z. B. Hochfrequenz-Beleuchtung und Geräte mit Schaltnetzteilen, auch neue Lasten genannt, rasant weiterentwickelt. Es gibt heutzutage sogar Projekte, bei denen in der grundlegenden Infrastruktur der Elektroinstallation keine einzige ohmsche Last (wie z. B. eine normale Glühbirne) eingesetzt wird. Was sind die Folgen dieser Entwicklung für die Qualität des Stromnetzes? Die Antwort hierauf gibt Ronald Niehoff, Fachmann für F&E bei Eaton Industries (Niederlande) BV. Ronald Niehoff ist zudem auch Mitglied des IEC-Ausschusses NEC23E. Ronald Niehoff: Es ist nicht leicht, in wenigen Sätzen zusammenzufassen, was die Folgen der 'neuen Lasten' für die Qualität des Netzes sind. Wir können jedoch über die Funktionsweise der genannten Lasten sprechen, um deren Einfluss zu erklären. Nehmen wir zum Beispiel Schaltnetzteile. Schaltnetzteile gibt es bei vielen elektrischen Geräten wie z. B. Computern, fast allen Haushaltsgeräten, Beleuchtung und Antrieben (z. B. von Aufzügen). Wo bis vor etwa 10 Jahren überall AC- Transformatoren eingesetzt wurden, um die Netzspannung in niedrige Wechsel- und dann niedrige Gleichspannung zu verwandeln, werden diese jetzt praktisch nicht mehr verwendet. Ein schaltbarer Netzanschluss ist nämlich kleiner, leichter, billiger und effizienter. Ronald Niehoff weiter: Ein schaltbarer Netzanschluss macht aus der Netzspannung zunächst eine hohe Gleichspannung, diese Gleichspannung wird durch einen Glättungskondensator gepuffert. Mit dieser gepufferten Gleichspannung kann dann sehr effizient, durch Umwandlung mit einem hochfrequenten Schaltleistungswandler, jede niedrige Gleichspannung erzeugt werden. Dies geschieht oft bei Frequenzen von einigen khz bis 1MHz. Da diese hohen Schaltfrequenzen nicht wieder ins Stromnetz zurückfließen dürfen, sind hier Filter eingebaut, Kombinationen von Kondensatoren und Spulen, zum Netz und zur Erdung hin. Und genau die Anwendung der zuvor genannten Glättungskondensatoren und die Filter führen zu Problemen. Die Glättungskondensatoren verursachen beim ersten Laden einen hohen und kurzfristigen Einschaltstrom von bis zu Dutzenden von Ampere. Die Kondensatoren in den Filtern verursachen darüber hinaus auch noch kleine Erdfehlerströme. Bei der Verwendung mehrerer Schaltnetzteile werden diese Einschalt- und Erdfehlerströme zusammengerechnet und es kann Ronald Niehoff, F&E-Fachmann bei Eaton Ein gutes Beispiel für eine neue Last mit Schaltnetzteil ist die Beleuchtung mit HF-Leuchtstoffröhren. Ronald Niehoff: Für den Anschluss einer Leuchtstoffröhre an das Stromnetz ist ein Vorschaltgerät erforderlich, welches das Starten der Lampe und den Stromfluss beim Betrieb der Lampe regelt. Das Vorschaltgerät ist in der Regel in der Armatur der Leuchtstoffröhre eingebaut. Im Vorschaltgerät befindet sich auch auch ein Hochfrequenz-Schaltnetzteil. Für eine einzige Leuchtstoffröhrenarmatur kann der Einschaltstrom für 200µs 20A und der konstante Erdfehlerstrom 0,3 ma betragen. Bei Verwendung einer großen Anzahl dieser Leuchtstoffröhren in Parallelschaltung, wie z. B. in Bürogebäuden oder Viehställen, erreicht der gesamte Einschaltstrom und der konstante Fehlerstrom hohe Werte. Diese wiederum können zu Fehlauslösungen der FI-Schalter oder FI-Schutzautomaten führen, zum Beispiel nach Unterbrechungen der Netzspannung. Hierdurch ist eine einwandfrei funktionierende Elektroanlage und Stromversorgung nicht mehr gewährleistet. Wir können abschließend feststellen, dass neue Lasten zunehmend mehr vorkommen werden, und in der Zukunft moderne elektrische Anlagen ohne sie nicht mehr vorstellbar sind. Es ist wichtig zu wissen, welche Einschaltund Fehlerströme bei diesen neuen Verbrauchern auftreten können. Der Hersteller der Verbraucher muss diese Werte im technischen Datenblatt angegeben. Diese Information ermöglicht es dem Elektroinstallateur, zu bestimmen, wie viele Geräte parallel hinter einem FI- Schalter oder FI-Schutzautomaten angeschlossen werden können, und welche Art von Fehlerstrom-

4 Schutzeinrichtung gewählt werden sollte. Auch der Hauptverteiler (und eine eventuelle Notstromversorgung) muss auf eine Vielzahl von Verteilern mit neuen Lasten hin berechnet werden, dies kann zu einer höheren Überdimensionierung führen, als es in der Vergangenheit üblich war. Erläuterung der Funktionsweise und der Vorteile des digitalen RCBO FRBdM Wenn es Hinweise darauf gibt, dass die Last nicht in Ordnung ist, dann kann bis auf ein ma genau, im Service- Modus der Fehlerstrom angezeigt werden, ohne dass die Stromversorgung abgeschaltet wird. Hiermit kann der genaue Wert des Fehlerstroms für den Verbraucher hinter dem Verteiler ermittelt werden, die Ursache festgestellt und gegebenenfalls der Fehler beseitigt werden. Dies kann normalerweise nur ein Elektriker mit einem speziellen Messgerät tun, doch jetzt wird dies auch für den Endanwender leicht möglich. Manchmal ist der Elektroinstallateur zu dem Zeitpunkt, wenn ein Fehler auftritt, nicht erreichbar. Der Endanwender kann in diesem Fall einen wichtigen Teil der Analyse selbst durchführen. Dies vereinfacht die Fehleranalyse durch den Elektriker und liefert so eine Kostenersparnis für den Endkunden. Beispiele, bei denen ein Service-Modus bei der Erkennung von Fehlern helfen kann, gibt es bei Waschmaschinen (wenn nur bestimmte Programme Probleme verursachen) oder Außenbeleuchtung (funktioniert das System auch nach Regen?). Digitaler Fehlerstromschutzautomat im Verteilerkasten eines Hauses Der digitale FI-Schutzautomat lieferte vor Kurzem eine Lösung beim Nachweis eines Erdschlussproblems in der Gartenbeleuchtung eines neuen Hauses. Der FI-Schutzschalter der Außenbeleuchtung wurde mitunter spontan ausgelöst. Durch die Fehlerstromanzeige auf dem digitalen RCBO wurde ersichtlich, dass bei und nach feuchter Witterung ein Fehlerstrom auftrat. Dies ermöglichte eine gezielte Überprüfung. Es schien, dass sich oben unter der Abdeckung der Gartenlaternen Kondensationströpfchen bildeten. Einige dieser Tröpfchen sammelten sich in der Mitte und konnten auf die Befestigungsschraube, direkt an der Lampe, fallen. Als es klar war, wodurch die Probleme verursacht wurden, konnte das eigentliche Problem gelöst werden. Eatons neuer digitaler Fehlerstromschutzautomat Typ FRBdM Zuverlässigkeit Auf einen Blick erkennen möglicher Fehlerströme durch LED auf der Vorderseite des Schalters Verringert das Risiko von Fehlauslösungen durch den Einsatz digitaler Technologie Vereinfacht die Fehleranalyse sowohl während des Betriebs (z. B. latente Probleme) als auch nach dem Abschalten Macht bei Störungen erkennbar, ob es ein Leckstrom oder ein Überstrom (Erdschluss oder Überlast) vorlag. Merkmale und Vorteile Konstante Überwachung und Erkennen möglicher aktueller Fehlerstromwerte Statusanzeige des Fehlerstromes auf einen Blick mit farbiger LED-Anzeige (rot/orange/grün) auf der Vorderseite des Schalters

5 Hohe Genauigkeit, daher ein verringertes Risiko von Fehlauslösungen (z. B. weniger empfindlich für negative Effekte von HF-Beleuchtung) Fehlerstromwerte während des Betriebs abrufbar Erkennen der Ursache (Überstrom oder Erdschluss) im Fall einer Auslösung Bemessungsströme bis 25 A Auslösecharakteristik B, C, D Bemessungsschaltvermögen 10 ka Erhältlich in 10mA, 30mA, 100mA Version In 1P+N und 2-poliger Ausführung erhältlich