E10/A6/M7. Prüfen elektrischer Anlagen und Betriebsmittel

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1 Anleitung für Praktikum Elektrosicherheit E10/A6/M7 Prüfen elektrischer Anlagen und Betriebsmittel 05/2016 Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler Dipl.-Ing. K. Schellenberger 1 Einleitung In diesem Versuch werden grundlegende Sachverhalte und Methoden zur Prüfung elektrischer Anlagen und Betriebsmittel untersucht. Insbesondere soll ein Einblick in die praxisorientierte und rationelle Durchführung solcher Überprüfungen vermittelt werden. Die durchzuführenden Prüfungen sind Teil der Unfallverhütungsvorschriften für elektrische Anlagen und Betriebsmittel DGUV-V3 (vormals BGV A3 und GUV-V A3) und somit gesetzlich gefordert. In der DGUV-V3 heißt es u.a.: Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel auf ihren ordnungsgemäßen und sicheren Zustand geprüft werden 1. vor der ersten Inbetriebnahme und nach einer Änderung oder Instandsetzung vor der Wiederinbetriebnahme durch eine Elektrofachkraft oder unter Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft und 2. in bestimmten Zeitabständen. Die Fristen sind so zu bemessen, dass entstehende Mängel, mit denen gerechnet werden muss, rechtzeitig festgestellt werden. Die vorgeschriebenen Prüfungen sind u.a. in folgenden VDE-Bestimmungen enthalten: DIN VDE Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE Betrieb von elektrischen Anlagen - Allgemeine Festlegungen DIN VDE Prüfung nach Instandsetzung, Änderung elektrischer Geräte; Wiederholungsprüfung, allg. Anforderungen für die elektrische Sicherheit DIN VDE Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen" DIN VDE , -3, -4: Geräte zum Prüfen, Messen und Überwachen von Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen-... " Für eine Elektrofachkraft sind daher umfangreiche Kenntnisse bezüglich der dort festgelegten Anforderungen und Maßnahmen erforderlich. Sie muss die Fähigkeit besitzen, die jeweils zutreffende Prüfung auszuwählen und diese verantwortungsbewusst durchzuführen. Die wichtigsten Prüfschritte zur Einhaltung der gesetzlichen Vorgaben für elektrische Anlagen und Betriebsmittel sind in den Bildern 1 und 2 dargestellt.

2 Prüfung von elektrischen Anlagen (ortsfest, aus mehreren Einzelgeräten bestehend, integrierte Sicherheitsfunktionen) Zeitpunkt Erstprüfung Wiederholungsprüfung Besichtigung (bewusstes visuelles Prüfen der Anlage) umfasst z.b.: Erproben und Messen (Feststellen von Ist- Werten bzw. -Zuständen) Dokumentation Teilprüfungen während der Errichtung und Gesamtprüfung nach Fertigstellung / vor Inbetriebnahme der Anlage 2 Prüfungen an der fertigen Anlage nach Änderungen / Instandsetzungen oder in bestimmten Zeitintervallen - Sind alle verbauten Einzelgeräte, Kabelverbindungen, Anschlüsse und Schaltgeräte normgerecht ausgewählt und eingestellt? - sind die Schutzmaßnahmen gegen mögliche Gefährdungen (elektrische, thermische, mechanische u.s.w.) vorhanden und wirksam? - ist die Anlage frei von sicherheitsrelevanten Beschädigungen? (Gehäuse, Abdeckungen, Anschlüsse, Isolation, Zugentlastung,...) - Entspricht die Anlage den zu erwartenden Umgebungseinflüssen? - sind alle Bedienelemente nutzbar und eindeutig gekennzeichnet? - Sind aussagefähige Schaltungsunterlagen vorhanden? Sind alle Aufschriften, Symbole, Warnhinweise, Typenschilder dauerhaft befestigt? - Schutzleiterwiderstand R SL, R PE, Durchgängigkeit der Leiter (R L, R N, PA ) - Isolationswiderstand R ISO, ggf. Erdungswiderstand R A (z.b. bei TT-System) - Einhaltung der Bedingungen für die automatische Abschaltung (Messung von Schleifenimpedanz, Kurzschlussstrom, Spannungsfall) - Prüfung des zusätzl. Schutzes (RCD); ggf. der Polarität / Phasenfolge - Funktions- und Betriebsprüfungen - Erstellen eines Prüfberichtes Bild 1: Prüfschritte für elektrische Anlagen (nach /1/) Wiederholungsprüfung von elektrischen Geräten (ortsveränderl. Betriebsmittel) Schutzklasse I II und III Zeitpunkt Besichtigung (bewusstes visuelles Prüfen der Anlage) umfasst z.b.: Erproben und Messen (Feststellen von Ist- Werten bzw. - Zuständen) Dokumentation Prüfungen nach Änderungen / Instandsetzungen oder in bestimmten Zeitintervallen (siehe Bild 3) - ist das Gerät frei von Beschädigungen, die die Sicherheit beeinträchtigen könnten? (Gehäuse, Isolation, Stecker, Zugentlastung, Schalter) - Sind Eingriffe, Verschmutzung oder Anzeichen von Überlastung erkennbar die die Sicherheit oder die Funktion gefährden könnten? - Entspricht das Gerät den zu erwartenden Umgebungseinflüssen? - Sind alle Aufschriften, Symbole, Warnhinweise und ein Typenschild dauerhaft am Gerät befestigt und lesbar? - Schutzleiterwiderstand R SL - Isolationswiderstand R ISO - optional Schutzleiterstrom I SL - optional Berührungsstrom I B, Ersatzableitstrom I EA - optional Prüfung der Wirksamkeit weiterer Schutzmaßnahmen - Funktionsprüfungen - Erstellen eines Prüfberichtes Bild 2: Prüfschritte für die Wiederholungsprüfung elektrischer Geräte (nach /2/)

3 3 2 Arten von Prüfungen 2.1 Besichtigen / Sichtprüfung Das Besichtigen der Anlage bzw. des Gerätes erfolgt um äußerlich erkennbare Mängel und die grundsätzliche Eignung für den vorgesehenen Einsatzzweck festzustellen. (siehe Bilder 1 und 2). Die Erstprüfung oder Prüfung nach Reparaturen sollte, wenn möglich, am geöffneten Gerät stattfinden. Bei der Wiederholungsprüfung sollte ein Öffnen nur bei begründetem Verdacht auf einen inneren Fehler durchgeführt werden. 2.2 Erproben und Messen Erproben und Messen bedeuten das Feststellen von Ist-Werten. Dazu müssen die hier beschriebenen Prüfungen, soweit zutreffend, durchgeführt werden. Die angegebene Reihenfolge ist einzuhalten. Wenn ein Fehler festgestellt wird, sind nach dessen Behebung die vorhergehenden Tests ggf. zu wiederholen Zu messende Größen bei Geräten und Anlagen Der Schutzleiterwiderstand RSL ist der Widerstand zwischen einem zu Schutzzwecken angeschlossenen leitfähigen Teil (Gehäuse, Tragekonstruktion) und dem Schutzkontakt des Netzsteckers oder -Anschlusses. Diese Messung ist immer zuerst durchzuführen! RSL ist ausschlaggebend für die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme Erdung. Er muss so gering wie möglich sein. Zu beachten ist der Einfluss der Temperatur des Leiters sowie die Alterung von Material und Anschlussstellen. Parallel angeschlossene Schirmungen und Potentialausgleichsleitungen können die Messwerte verfälschen und sind zu entfernen wenn möglich. Der Messstrom beträgt je nach Messgerät zwischen 0,2 und 10 A. Mit hohen Strömen könnten zu schwach dimensionierte Leitungen besser, aber erhöhte Kontaktübergangswiderstände schlechter erkannt werden. Prüfling Nebenbedingung Grenzwert Anlage Art des Erdungssystems, Wert der automatischen Abschaltung siehe Schleifenimpedanz normales Gerät Zuleitung < 5m < 0,3 Gerät mit langer Zuleitung je 7,5 m zusätzliche Leitung + 0,1, max.1 Tabelle 1: Geforderte Schutzleiterwiderstände /1/ /2/ Der Isolationswiderstand RISO ist der ohmsche Widerstand des Isoliermaterials zwischen einem aktiven Leiter und dem Schutzleiter bzw. einem berührbaren leitfähigen Teil. Er gibt Auskunft über die Qualität der galvanischen Trennung zwischen diesen. Bei Anlagen muss RISO zwischen den aktiven Leitern und dem mit der Erde verbundenen Schutzleiter gemessen werden, bei Geräten zwischen aktivem Leiter und einem berührbaren leitfähigen Teil. Letzteres ist bei Geräten der Schutzklasse I üblicherweise mit dem Schutzleiter verbunden, bei Geräten der Schutzklasse II und III isoliert.

4 4 Der Prüfling muss vom Netz getrennt werden. Die aktiven Leiter dürfen miteinander elektrisch verbunden werden. Es muss darauf geachtet werden, dass wirklich alle aktivierbaren Geräteteile geprüft werden (alle Schalter geschlossen). Der Messstrom wird vom Messgerät bereitgestellt (DC) und muss mindestens 1 ma betragen. Falls zwischen aktivem Leiter und Schutzleiter elektronische Bauteile, z.b. Überspannungsableiter geschaltet sind, müssen diese ggf. vor der Prüfung abgeklemmt oder die Prüfspannung reduziert werden. Eine Auswahl der in den Normen geforderten Werte zeigt die Tabelle 2. Prüfobjekt Messgleichspannung Min. Isolationswiderstand Anlage mit SELV / PELV > 250 V 0,5 M Anlage bis einschl. 500 V Nennspannung bzw. FELV 500 V 1,0 M Anlage über 500 V Nennspannung > UN 1,0 M Geräte Schutzklasse I allgemein 500 V 1,0 M Geräte Schutzklasse I mit Heizelementen 500 V 0,3 M Geräte Schutzklasse II 500 V 2,0 M Geräte Schutzklasse III 250 V 0,25 M Tabelle 2: Geforderte Mindest-Isolationswiderstände /1/ /2/ Üblicherweise sind reale Werte intakter Isolierungen wesentlich höher als die angegebenen. Ist RISO zu gering, kann es zu gefährlichen Berührungsspannungen oder durch Fehlerströme am Ort der defekten Isolation zu Bränden kommen! Nur bei Geräten zu messende Größen Der Schutzleiterstrom ISL ist die Summe aller Ströme, die über die Isolierung eines Gerätes der Schutzklasse I über den Schutzleiter abfließen. Er setzt sich zusammen aus dem geringen Ableitstrom, der üblicherweise auch über die fehlerfreie Isolierung abfließt und dem Fehlerstrom, der über die fehlerhaften Teile der Isolierung zur Erde oder zum Schutzleiter oder einem fremden leitfähigen Teil fließt. Wenn das Gerät von der Erde isoliert aufgestellt werden kann, kann ISL direkt, mittels Stromzange oder als Berührungs- Differenzstrom bei Netzspannung und-frequenz gemessen werden. Prüfling Grenzwert Bemerkung Gerät allgemein 3,5 ma andere Grenzwerte durch Gerät mit eingeschalteten Heizelementen einer Gesamtleistung über 3,5 kw 1mA/kW, max. 10 ma Produktnorm oder Herstellerangaben möglich Tabelle 3: Höchstwerte für den Schutzleiterstrom /2/ Bei empfindlichen elektronischen Geräten die nicht von der Erdung isoliert werden können kann stattdessen eine Messung des Ersatz-Ableitstromes vorgenommen werden. Dabei muss das Gerät vom Netz getrennt und an ein Messgerät angeschlossen werden. Das Messgerät erzeugt eine Leerlauf-Wechselspannung von mindestens 25 V und höchstens 250 V und 50 Hz. Der Innenwiderstand des Messgerätes muss 2 k betragen. (Schaltungsbeispiele siehe /2/; Anhang C)

5 5 Für alle Verfahren gilt: bei Geräten mit Umschaltern und bei nicht festgelegter Phasenzuordnung des Anschlusskabels (deutsche Schukostecker) muss stets in allen Variationen gemessen und der höchste gemessene Wert bewertet werden. Große Kapazitäten und feucht gewordene Heizelemente können das Messergebnis beeinflussen, dann können abweichende Grenzwerte festgelegt werden. Prüfobjekt Max. Ersatzableitstrom Geräte Schutzklasse I allgemein / Heizgeräte bis 3,5 kw 3,5 ma Geräte Schutzklasse II allgemein 0,5 ma Geräte Schutzklasse I mit Heizelem. > 3,5 kw bis 6 kw 1 ma / kw Geräte der Schutzklasse I mit Heizelementen > 6kW 15 ma Tabelle 4a: Höchstwerte für den Ersatzableitstrom Der Berührungsstrom IB ist der Strom, der beim Berühren von nicht mit dem Schutzleiter verbundenen Teilen des Gerätes über die berührende Person zur Erde fließt. Die Messmöglichkeiten sind bezüglich des vorherigen Bestehens der Tests von RISO und der Isolierbarkeit des Gerätes gegen Erde die gleichen wie bei ISL, jedoch ist keine Messung mittels Stromzange möglich. (Messung bei Netzspannung und -frequenz) Geräteteil Grenzwert Bemerkung nicht mit dem Schutzleiter verbundene berührbare Teile 0,5 ma bei gleichzeitig mit einer Hand berührbaren Teilen die Summe bewerten bei Geräten der Schutzkl. III und der Informationstechnik Mess. nicht erforderlich Tabelle 4b: Höchstwerte für den Berührungsstrom /2/ Nur bei Anlagen zu messende Größen Die Schleifenimpedanz ist die Summe aller Scheinwiderstände in einer Stromschleife, durch die der Strom während eines Kurzschlusses fließen würde. Sie besteht aus der Impedanz der Stromquelle, der des Außenleiters von einem Pol der Stromquelle bis zur Fehlerstelle (bzw. Messstelle) und der Impedanz des Rückleiters zurück zur Stromquelle. Bei dieser Messung wird überprüft, ob bei einem Kurzschluss ein genügend hoher Strom fließen kann um die zugeordnete Überstromschutzeinrichtung schnell und sicher zum Auslösen zu bringen (Richtwert: 10 * IN des LS-Schalters). Zuvor muss der Test von RSL und RISO bestanden worden sein! (weiteres siehe Aufgabe 3) Auch der Erdungswiderstand kann wichtig für die Einhaltung der Abschaltbedingungen beim Schutz durch Überstromschutzeinrichtungen sein. Nach /1/ wird die Messung beim Betrieb bestimmter Anlagen, z.b. bei IT und TT-Systemen, gefordert. Die Messung muss unter Beachtung der Umgebungsbedingungen (Einplanung veränderlicher Erdfeuchte, Setzen von Hilfserdern und Messsonden außerhalb von Spannungstrichtern) durchgeführt werden.

6 6 Drehstromsteckdosen sind so zu installieren, dass die Drehfeldrichtung ein Rechtsdrehfeld ergibt. Dabei ist von vorn auf die Steckdose zu schauen. Wiederum sowohl für Geräte als auch für Anlagen werden folgende abschließende Prüfungen, soweit zutreffend, durchgeführt: - Bei der Prüfung der Funktion der Bedien- und Schutzelemente wird das Verhalten des Gerätes bei der Betätigung von Schaltern, bei Anlagen auch Not-Aus- Schaltern, FI- und Leitungsschutzschaltern kontrolliert. - Es folgt ein Funktionstest, ggf. mit Überprüfung der Verbrauchskennwerte. - Zum Schluss muss ein Prüfbericht angefertigt werden, ggf. sind weitere Maßnahmen einzuleiten. Zur Beurteilung der erforderlichen Prüffristen können die Vorschläge in BGV A3 (neu: DGUV-Vorschrift 3) genutzt werden. Anlage/Betriebsmittel Prüffrist Richt- und Maximalwerte Elektrische Anlagen und ortsfeste Betriebsmittel 4 Jahre Elektr. Anlagen und ortsfeste elektr. Betriebsmittel in Betriebsstätten, Räumen u. Anla- 1 Jahr gen besonderer Art (DIN VDE 0100 Gruppe 700) Schutzmaßnahmen mit Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen in nichtstationären Anlagen Fehlerstrom-, Differenzstrom und Fehlerspannungs- Schutzschalter - in stationären Anlagen - in nichtstationären Anlagen Ortsveränderliche elektrische Betriebsmittel (soweit benutzt); - Verlängerungs- und Geräteanschlussleitungen mit Steckvorrichtungen; - Anschlussleitungen mit Stecker; - bewegliche Leitungen mit Stecker und Festanschluss Bild 3: Prüffristen 1 Monat 6 Monate arbeitstäglich Richtwert 6 Monate, auf Baustellen 3 Monate. Wird bei den Prüfungen eine Fehlerquote 2% erreicht, kann die Prüffrist entsprechend verlängert werden; Maximalwert auf Baustellen, in Fertigungsstätten und Werkstätten oder unter ähnlichen Bedingungen 1Jahr in Büros oder unter ähnlichen Bedingungen mindestens alle 2 Jahre Art der Prüfung auf ordnungsgemäßen Zustand auf ordnungsgemäßen Zustand auf Wirksamkeit auf einwandfreie Funktion durch Betätigen der Prüfeinrichtung auf ordnungsgemäßen Zustand Prüfer Elektrofachkraft Elektrofachkraft Elektrofachkraft, bei Verwendung geeigneter Messund Prüfgeräte auch elektrotechnisch unterwiesene Person Benutzer Elektrofachkraft, bei Verwendung geeigneter Messund Prüfgeräte auch elektrotechnisch unterwiesene Person

7 7 3 Versuchsaufgaben Die ersten drei Aufgaben werden am linken Messplatz (Anlagenprüfung) ausgeführt, zwei weitere an rechten Messplatz (Prüfung ortsveränderlicher Geräte) und weitere an realen zu testenden Geräten bzw. Anlagen. Die Aufgaben sind mit verschiedenen handelsüblichen Messgeräten auszuführen (siehe Aufgabentexte). Nutzen Sie dafür die ausliegenden Kurzanleitungen. Unterscheiden Sie, welche Prüfungen mit Netzspannung durchgeführt werden sollen und bei welchen das Messgerät die Spannung liefert. Notieren Sie bei jedem gemessenen Wert, ob dieser der jeweiligen Norm entspricht. (z.b. durch farbige Kennzeichnung). Aufgabe 1 Erstprüfung einer Anlage: Bestimmung von Schutzleiter-, Schleifenund Isolationswiderstand Geräte zur Stromversorgung: - LH-Stelltrafo (AC, V, 0 3 A), Phasenrichtig an Wandsteckd. angeschl. - Platte [Anschlusseinheit] mit Schalter, Anschlusskabel (hinten) und LED s - Schalttafel-Messinstrument zur Kontrolle der Versorgungsspannung Zur "Anlage" gehörige Geräte: - Versorgungseinheit [Platte Stromversorgung] mit Ein - und AUS -Taster, Hauptschütz (Einschaltrelais) und Not-Aus - optional Platte [FI 30 ma] (oder [FI 10 ma]) - Funktionseinheit: Verbundene Platten [Steckdose], [Heißwasserspeicher] und [Automat] Kontrolle der Schaltung der "Anlage" nach Bild 4. - Zwischen "Speicher" und Automat ist ein zusätzlicher Potentialausgleich vorhanden. Die PE-Verbindung der [Steckdose] mittels Brücke (bei 0 ) herstellen. Bild 4: Schaltbild zur Erstprüfung von Anlagen

8 8 Inbetriebnahme der "Anlage": - Kontrolle der Verkabelung der Stromversorgung, Einschalten (siehe Anleitung) - Spannung erhöhen auf 230V. Oberste rote LED an Anschl.-einheit =Polarität o.k. - Einschalten Anlage, Speicher und Automat. Kontrolle rote LED s. - Not-Aus testen. Anlage und Stelltrafo vorerst wieder ausschalten. Bestimmen Sie zuerst die Schutzleiterwiderstände aller Anlagenteile. - Wie groß darf RSL maximal sein? Wählen Sie die richtige Einstellung des Messgerätes aus. Nutzen Sie ggf. die ausliegende Kurzanleitung. - Verbinden Sie das Anschlusskabel des Messgerätes mit dem PE-Anschlusspunkt (z.b. Haupterdungspunkt) der Anlage. Beachten Sie (Potentialausgleich)! - Verbinden Sie dann die Prüfspitze mit den gekennzeichneten PE-Anschlüssen. Testen Sie die Steckdose einmal mit PE-Verbindung (Brücke) bei 0 und dann bei "2". Testen Sie [Speicher] und [Automat] je einmal an Pos.1, und an Pos.2. Stelltr. Steckdose HW-Speicher Automat Messgerät RSL / Ω Aus!!! (PE "0") (Pos.1) (Pos.1) (PE "2") (Pos.2) (Pos.2) Tabelle 5.1: Messwerte Schutzleiterwiderstand Metriso Bestimmen Sie den Isolationswiderstand. - Hat die Auswahl der PE-, L- und N- Anschlussstellen wie bei 5.1. einen Einfluss auf das Messergebnis? Muss der Test an mehreren Stellen durchgeführt werden? - Hat der Geräte-Einschaltzustandes einen Einfluss auf das Messergebnis? - Wählen Sie die richtige Prüfspannung aus. Achtung! Prüfspitzen nicht berühren! Stelltr. Messgerät Riso L-PE / MΩ Aus! Metriso Riso N-PE / MΩ Aus! U =.. Tabelle 5.2: Messwerte Schutzleiter- und Isolationswiderstandsmessung Bestimmen Sie die Schleifenwiderstände und die Kurzschlussströme (siehe ). - Machen Sie sich mit dem Messgerät vertraut Schließen Sie es phasenrichtig an die [Steckdose] an und schalten Sie diese ein. LED "L" am Messgerät leuchtet grün? - Mit dem Daumen die gepunktete Fläche berühren (Vergleichspotential). - Taste nur kurz drücken, sonst überhitzt das Messgerät! Während dieser Messung wird die Anlage nahe am Kurzschluss betrieben (über einen niedrigen Widerstand)! - Bei weiteren zu messenden Anlagenteilen schließen Sie den PE-Anschluss an den in der Tabelle angegebenen PE-Anschlusspunktpunkt an. RSchleife / Ω Stelltrafo 230 V Steckdose (Brücke bei 2 ) HW-speicher (PE-Messpkt. 1 ) Automat (PE-Messpkt. 2 ) IK / A 230 V Tabelle 5.3: Messwerte Schleifenwiderstände und Kurzschlussströme Messgerät M5012

9 Aufgabe 2: Prüfung des zusätzlichen Schutzes (RCD) für alle Anlagenteile 9 Erforderliche zusätzliche Geräte: FI-Schutzschalter. Integrieren Sie diesen (30 ma) in die Schaltung der Anlage. Überprüfen Sie an mehreren Stellen der Anlage die ordnungsgemäße Auslösung zuerst des 30-mA- FI-Schutzschalters (ja / nein - Aussage) und dann (nach Austausch) den 10-mA-FI-Schutzschalter. RCD Stelltrafo Steckdose (PE-Brücke bei 2 ) Heißwasserspeicher (PE-Messpunkt 1 ) Automat (PE-Messpunkt 2 ) Messgerät 30 ma 230 V 10 ma 230 V Tabelle 6.1: Auslösung RCD M5011 Bestimmen Sie an der Steckdose (PE-Brücke bei "2") die am Testpunkt vor dem Auslösen maximal anliegende Berührungsspannung und die Auslösezeit des RCD! RCD Stelltrafo 30 ma 230 V 10 ma 230 V Tabelle 6.2 Berührungsspannung / V soll / ist Messwerte an der Steckdose Auslösezeit / ms soll / ist Messgerät PG 0100N Stromversorgung ausschalten! Nach Änderung der Anlage (vollständiges Entfernen aller Verbindungen des Heißwasserspeichers und Überbrückung derselben) ist eine Wiederholungsprüfung der Anlage notwendig. Überprüfen Sie an den verbliebenen Anlagenteilen, ob auch in diesem Zustand eine Auslösung des RCD s erfolgen würde! RCD Stelltrafo Steckdose (PE-Brücke bei 2 ) Automat (PE-Messpunkt 2 ) Messgerät 30 ma 230 V M5011 Tabelle 6.4 RCD-Auslösung nach Umbau

10 Aufgabe 3: Schleifenwiderstandsmessung am Modell 10 Moderne Messgeräte können zumeist wahlweise die Schleifenimpedanz oder den zu erwartenden Kurzschlussstrom anzeigen. Diese Werte werden aus den gemessenen Strom- und Spannungswerten ermittelt. Da zumeist nur der ohmsche Anteil der Impedanz gemessen wird, tritt ein (geringfügiger) Fehler auf. Die Messgeräte selbst haben eine Messungenauigkeit von bis zu 30 %. Durch Erwärmung der Leiter und durch Vergrößerung von Übergangswiderständen durch Alterungsprozesse kann sich der wahre Wert während des Betriebes weiter verschlechtern. Um eine Anlage als "gut" zu klassifizieren muss der gemessene Widerstandswert also wesentlich unter dem rechnerisch ermittelten zulässigen Höchstwert liegen. Bei einem der üblichen Messverfahren wird kurzzeitig ein direkter Kurzschluss zwischen L und PE (bzw. PEN oder N) hergestellt (ca. 100 ms). Die Messwerte der letzten 40 ms werden vom Messgerät bewertet. Bei einem anderen (hier benutzten) Verfahren wird der "Kurzschluss" zwischen L und PE über einen Prüfwiderstand RP geführt und der entstehende Spannungsfall (Unterschied der Spannung vor und bei Belastung mit RP) bewertet. (siehe auch /11/ S ) Erforderliche Geräte: - Stelltrafo (Beginn bei 0 V), Anschlusseinheit, Multimeter zur Spannungsmessung - Platte [RS-Messung] mit auswählbarem RS, zwei weitere Multimeter Schalten Sie die Spannungsversorgung aus. Entfernen Sie alle Verbindungen zwischen [Anschlusseinheit] und [Platte Stromversorgung]. Aufbau der Schaltung: - Schalten Sie die Spannungsversorgung am Stelltrafo aus. - Entfernen Sie alle Anschlusskabel der bisherigen Anlage an der [Anschlusseinheit] - Verbinden Sie die Platte "RS-Messung" mit den langen Kabeln direkt mit den oberen Buchsen der Platte "Anschlusseinheit" (L, N und PE). - Die Spannung direkt am Stelltrafo wird mit einem Multimeter kontrolliert. - Der Schalter "Messung" muss zuerst auf "0" stehen, der Umschalter (oben) auf PE - Schließen Sie die Messgeräte zur Messung des Schleifenwiderstandes nach Bild 5 an. Bild 5: Schaltbild zur Messung der Schleifenimpedanz (Z) am Modell

11 11 - Zur Beachtung: Um eine Überhitzung der verwendeten Geräte und Bauteile zu verhindern, wird die Messung mit einer verminderten Netzspannung (20 V AC) durchgeführt. - Schalten Sie die Spannung ein (Trafo, Anschlusseinheit) und erhöhen Sie diese mit dem Stelltrafo auf ca. 20 V (AC). Für 5 verschiedenen Modellstromkreise (5 verschiedenen Schleifenwiderstände) ist mittels des o.g. Verfahrens der jeweilige Spannungsabfall bei Belastung zu messen. Daraus sind die Schleifenwiderstände zu berechnen (Tab.7.1). Hinweis: Der Prüfwiderstand (RP) ist auf ca. 25 Ω eingestellt. - Stellen Sie das Multimeter zur Feststellung von IP auf Max (zur Fixierung des Maximalwertes) - Stecken Sie die Brücke zuerst bei Widerstand 5 (größter, = kleinster Strom). - lesen Sie zuerst (vor dem Einschalten der RS-Platte!) U0 ab. - Schalten Sie den "RS-" Schalter auf "1" und warten Sie kurz bis stabile Messwerte angezeigt werden. - Lesen Sie die Spannung ab und schalten Sie sofort wieder aus (Erwärmungsproblem)! -Tragen Sie die Werte in nachfolgende Tabelle ein. Brücke RS Stelltrafo U0 / V UM / V IP / A U (berechnet) RS (berechnet) Beginn: 5 20 V 4 20 V 3 20 V 2 20 V 1 20 V Tabelle 7.1: Messwerte zu Aufgabe 3 Es bedeuten: - Uo Spannung (am Messort) ohne zusätzliche Belastung - UM Spannung (am Messort) bei zusätzlicher Belastung mit dem Prüfwiderstand RP - IP Strom durch den Prüfwiderstand - U Differenz zwischen U0 und UM Berechnen Sie U und den Schleifenwiderstand! Hinweis: Wechseln Sie jetzt den Laborplatz (wenn dieser bereits frei ist), sonst führen Sie bitte zuvor die Versuche 6 (Prüfung an realen Geräten, des Weiteren Kontrolle der Drehfeldrichtung) durch!

12 Aufgabe 4: Wiederholungsprüfung an einem elektrischen Gerät der Schutzklasse I (rechter Messplatz!) 12 Der Prüfaufbau stellt ein Gerät der Schutzklasse 1 dar, an dem mittels Kippschaltern verschiedene Fehlerzustände simuliert werden können. Die Aufgaben sind mit verschiedenen handelsüblichen Messgeräten auszuführen (siehe Aufgabentexte). Nutzen Sie dafür auch die ausliegenden Kurzanleitungen. Beachten Sie, bei welchen Prüfungen mit Netzspannung gearbeitet werden soll und bei welchen das Messgerät die Spannung liefert. Notieren Sie bei jedem gemessenen Wert, ob dieser der jeweiligen Norm entspricht. (z.b. durch farbige Kennzeichnung). Stromversorgung: über Platte [Einphasen Anschlusseinheit] (mit Schalter, Sicherung, LED "L1"), angeschlossen an Wandsteckdose, verbunden mit Platte [Steckdose] Prüfling: Gerät bestehend aus dem Einschub [Steuerplatte] mit umschaltbaren Widerständen und Geräteanschlusskabel sowie [Grundplatte1] mit Modellgerät "Bohrmaschine" und Anschlussbuchsen Anschluss des Prüflings: - Kontrolle [Anschlusseinheit] und Verbindung mit [Steckdose]. - Anschalten. "L1" muss rot leuchten, ggf. Stecker in der Wanddose drehen - Kontrolle Netzspannung mit Schalttafel-Messgerät - Kontrolle Verbindungen zwischen [Steuerplatte] und [Gerät Schutzkl. I] (Bild 6) Bild 6: Messaufbau zur Prüfung eines Gerätes der Schutzklasse I - Auf der [Steuerplatte] sind rechts Schutzleiterwiderstände (RSL) einschaltbar - wären alle Schalter "Aus" (0) wäre der Schutzleiter unterbrochen dh. fehlerhaft - wären die Schalter für Riso (L-PE), Riso (N-PE), alle "Aus" wäre das eine gute Isolation - Eine Tabelle mit den verbauten Widerstandswerten liegt am Versuchsplatz aus

13 13 - Das Anschlusskabel (mit Kennzeichnung der Steckerposition A/B) dient dem umpolbaren Anschluss des Gerätes (zuerst mit A oben) an die Platte [Steckdose]. - Schalten Sie für einen Funktionstest Stromversorgung und Gerät an. Die Lampe an der "Bohrmaschine" muss leuchten. Danach (und in Messpausen) beides immer ausschalten! Führen Sie bei der Bohrmaschine den messtechnischen Teil einer Wiederholungsprüfung nach DIN VDE durch. Bestimmen Sie zuerst die Schutzleiterwiderstände an verschiedenen Messpunkten des Testobjektes sowie bei verschiedenen Einstellungen von RSL auf der [Steuerplatte] - Wie groß darf RSL maximal sein? - Entfernen Sie das Netzkabel (A/B) aus der [Steckdose]. Wählen Sie die richtige Einstellung des Messgerätes aus. Nutzen Sie ggf. die ausliegende Kurzanleitung. - Verbinden Sie das Anschlusskabel des Messgerätes mit einem sinnvollen Bezugspunkt (z.b. PE-Anschluss am Netzkabel des Prüflings) - Verbinden Sie dann die Prüfspitze mit den gekennzeichneten PE-Prüfpunkten. RISO Schalter RSL Schalter Netzsp. RSL 1 / RSL 2 / RSL 3 / Messger Aus!!! Metriso Tabelle 8.1: Schutzleiterwiderstände Bestimmen Sie den Isolationswiderstand des Testobjektes. Bei welcher Spannung muss diese Prüfung durchgeführt werden (Höhe, AC / DC)? Getestet wird L / N gegen PE, nie L gegen N! Überlegen Sie, ob das Gerät ein- oder ausgeschaltet sein muss! Diese Messung ist mit verschiedenen Messgeräten möglich. Zumeist muss der Prüfling vom Netz getrennt werden (Anschlussstecker (A/B) aus der [Steckdose] entfernen, Stecker ggf. mit dem Tester verbinden!) Legen Sie eine geeignete Prüfspannung fest. L- und N- Leiter können einzeln oder (nur bei abgeschalteter Netzspannung!) gemeinsam (verbunden) getestet werden. Bei einigen Geräten wird das bereits intern so geschaltet, andere sind umschaltbar. RISO Schalter RSL Schalter Netzsp. RISO(L-PE) / k RISO(N-PE) / k Messgerät Aus!!! 6 4 Tabell1e 8.2: Isolationswiderstände Metriso U=. V Stellen Sie beim folgenden Test fest, in welchen Situationen der Modellmensch gefährdet gewesen wäre und ob in diesem Fall der FI-Schutzschalter ausgelöst hätte! Nehmen Sie Messwerte für Berührungsspannung UB und Körperstrom IK sowie den Schutzleiterstrom ISL (ISL zwischen Gerät und Schalttafel) auf! - Verbinden Sie dazu die Hand des Modellmenschens mit dem "Bohrfutter", die Füße mit dem Erdreich (RK beträgt 750 Ω, RÜ 220 Ω). Schließen Sie Messgeräte zur Messung von UB, IK und ISL an! Stellen Sie verschiedene Riso und RSL ein (Tab. 8.3).

14 14 Testen Sie auch, ob die Position (A/B) des Netzsteckers einen Einfluss hat! Hinweis: Nach Einstellung der richtigen Riso und RSL-Schalter Netzspannung und Gerät einschalten. Führen Sie die Messungen zügig aus. (Erwärmungsproblem). RISO Schalter RSL Schalter Netzspann. UB / V IK / ma ISL / ma Ein (Stecker "A" oben) 6 0 (St. B oben) Tabelle 8.3: Einfluss von Riso auf IK und ISL RISO Schalter RSL Schalter Netzspann. UB / V IK / ma ISL / ma Ein (Stecker "A" oben) Tabelle 8.4: Einfluss von RSL auf IK und ISL Stromversorgung abschalten. ISL-Messgerät wieder herausnehmen und PE verbinden. Aufgabe 5: Prüfung eines Gerätes mit Heizelementen Bei einem Gerät der Schutzklasse I mit Heizelementen ist eine vollständige Prüfung vorzunehmen. Informieren Sie sich, welche Besonderheiten bei der Prüfung von Heizgeräten und der Bewertung der Messergebnisse zu beachten sind. Das Modellgerät ist wie bei Aufgabe 4 anzuschließen, jedoch mit der Vorsatzplatte [Heizgerät] und ohne Modellmensch (siehe auch Bild 7) Bild 7: Messaufbau zur Prüfung eines Gerätes SK I mit Heizelementen

15 Optional: Bestimmen Sie den Schutzleiterwiderstand für die Gehäuse-Messpunkte 1-3 des Testobjektes! (Durchführung siehe auch Aufgabe 4) 15 RISO Schalter RSL Schalter Netzspann. RSL 1 / RSL 2 / RSL 3 / Messgerät 3 4 Aus!!! Metrawatt M5013 Tabelle 9.1: Schutzleiterwiderstände Optional: Bestimmen Sie den Isolationswiderstand des Testobjektes! (Stecker (A/B) aus [Steckdose] rausziehen! Durchführung siehe auch Aufgabe 4) RISO Schalter RSL Schalter Netzspann. RISO(L-PE) / k RISO(N-PE) / k Messgerät 3 4 Tabelle 9.2: Isolationswiderstände Aus!!! Metrawatt M 5013 Messen Sie beim Betrieb des Testobjektes den Schutzleiterstrom (Ableitstrom, Fehlerstrom) zwischen dem Prüfling und der [Schalttafel] auf der [Steuerplatte] in beiden Steckerpositionen. Stellen Sie die Abhängigkeit vom eingestellten Isolationswiderstand fest! Anschlussstecker (A/B) mit der [Steckdose] verbinden. Testobjekt einschalten. RISO Schalter RSL Schalter Netzspannung Steckerposition A: ISL / ma Steckerposition B: ISL / ma Messgerät Ein Multimeter 6 4 Tabelle 9.3: Schutzleiterstrom bei A und B In der Annahme dass jede "Kombination" ein anderes Gerät gewesen wäre, welches hätte diesen Test bestanden? Messen Sie den Ersatzableitstrom. Stellen Sie fest mit welcher Spannung Uprüf das Messgerät arbeitet. Welcher Ersatzableitstrom IEA wird am Messgerät angezeigt? Welcher ISL fließt real? Wie also arbeitet dieses Messgerät? Welches Gerät hätte die Norm erfüllt? RISO Schalter RSL Schalter Netzspann Aus!!! 6 4 Tabelle 9.4: Ersatzableitstrom IEA / ma U prüf / V ISL / ma Norm erfüllt? Messgerät Metrawatt M5013 und / Multimeter Hinweis: bitte wechseln Sie jetzt den Laborplatz (wenn dieser bereits frei ist), sonst führen Sie zuerst den Versuch 6 (vorhandene Geräte) durch!

16 Aufgabe 6: Prüfung an vorhandenen Geräten nach DIN VDE Nutzung von industrieüblichen Messgeräten, die den Prüfer bei der normgerechten Durchführung unterstützen. Aufgabe 6.1: Wiederholungsprüfung von Geräten 16 Das hier zu verwendende Prüfgerät Secutest vereinigt in sich alle notwendigen Funktionen zur Geräteprüfung. Mit dem standardisierten Testablauf (VDE0702) ist eine teilautomatisierte, schnelle und rationelle Prüfung möglich. Über den integrierten Drucker können die Prüfergebnisse ausgedruckt und später an das Protokoll angeheftet werden. Führen Sie eine Wiederholungsprüfung nach DIN VDE durch! Testobjekt Prüfschritte Ergebnis / Bemerkungen Messgerät Lötkolben Schutzklasse.. Secutest Tabelle 10.1: Gerätetest Testobjekt Prüfschritte Ergebnis / Bemerkungen Messgerät Fön Schutzklasse.. Secutest Tabelle 10.2: Gerätetest (Platz zum Anheften der Protokollausdrucke)

17 Aufgabe 6.2: Prüfung eines elektronischen Gerätes 17 Das hier zu verwendende Gerät "Minitester" ist ein besonders einfach zu bedienendes Prüfgerät für Standard-Wiederholungsprüfungen. Mit diesem Gerät kann statt des üblichen Isolationstestes der Differenzstrom bei Nennspannung überprüft werden. Damit ist auch ein Test empfindlicher elektronischer Geräte möglich, deren Elektronik bei Tests mit U > UN Schaden nehmen könnte. Prüfen Sie den älteren PC (elektronisches Gerät, Schutzklasse... ) Prüfschritte Ergebnis/ Bemerkungen Messgerät Minitester Tabelle 10.3: PC-Test Aufgabe 6.3.: Prüfung der Drehfeldrichtung einer 5-poligen Steckdose - Erforderliche Geräte: Testkoffer "PAKS" Welche Standard-Drehrichtung ist vorgeschrieben? Bestimmen Sie mit dem Sicherheitstester-Adapterkoffer PAKS das Drehfeld einer Drehstromsteckdose des Raumes S205 und eines Verlängerungskabels (Tabelle 10.4). Drehfeld Ergebnis Bemerkungen Messgerät Drehstrom-Steckdose Verlängerungskabel PAKS Tabelle 10.4: Bestimmung des Drehfeldes einer Drehstromsteckdose

18 18 7 Vorbereitungsaufgaben - Erläutern Sie folgende Sachverhalte! o Erst- und Wiederholungsprüfungen für elektrische Anlagen und Betriebsmittel o Schutzleiterwiderstandsmessung o Isolationswiderstandsmessung o Schleifenwiderstandsmessung - Wer ist für die Prüfung elektrischer Anlagen und Betriebsmittel verantwortlich? - Welche Prüfschritte werden unterschieden? Erläutern Sie diese! - Auf welche Art und Weise kann die Schleifenimpedanz bestimmt werden? - Worauf ist bei der Sichtprüfung von Elektrogeräten besonders zu achten? - Was muss bei der Prüfung fest installierter Geräte beachtet werden? - Berechnen Sie überschlägig den Schutzleiterwiderstand zweier 10 m langen Verlängerungskabel unterschiedlicher Durchmesser. (Leitermaterial: Kupfer). Als Richtwert kann der Leiterwiderstandsbelag zur Berechnung genutzt werden. Formel Kabelquerschnitt 1,5 mm 2 Widerstandsbelag Berechneter Kabelwiderstand Tabelle 11: Berechnung Kabelwiderstand 2,5 mm 2 - Vergleichen Sie die berechneten Werte mit der Norm. Welche Risiken entstehen, wenn Geräte über Verlängerungs-/ Verteilerkabel angeschlossen werden? 8 Literatur - /1/ DIN VDE : (Ersatz für : ) - /2/ DIN VDE : (Ersatz für DIN VDE : und DIN VDE : ) - /3/ DIN VDE /4/ DIN VDE /5/ DIN VDE : (Ersatz für ) - /6/ Rosenberg; Werner (neu: Henning, Wilfried, 2006),VDE-Prüfung nach Forderung der VBG 4; VDE-Schriftenreihe 43; VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; /7/ Nienhaus; Vogt, Prüfungen vor Inbetriebnahme von Starkstromanlagen; VDE-Schriftenreihe 63; VDE, Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; /8/ Winkler; Lienenklaus; Rontz, Sicherheitstechnische Prüfungen in elektrischen Anlagen mit Spannungen bis 1000 V; VDE Schriftenreihe 47; VDE- Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; /9/ UVV VBG4, neu: DGUV-V3 Elektrische Anlagen und Betriebsmittel, (Unfallverhütungsvorschrift, Verband der gewerblichen Berufsgenossenschaften) - /10/ Bödeker, K. ; Kindermann, R., Wiederholungsprüfungen an elektrischen Geräten nach DIN VDE 0702, Elektropraktiker, Berlin 49 (1995) 9, S /11/ Kiefer, G.; Schmolke, H., VDE 0100 und die Praxis. Wegweiser für Anfänger und Profis. VDE-Verlag GmbH Berlin Offenbach 15. vollständig überarbeitete Auflage, 2014