E10/A6/ES2 Prüfen elektrischer Anlagen und Betriebsmittel 05/2015 1 Einleitung Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler Dipl.-Ing. K. Schellenberger In diesem Versuch werden grundlegende Sachverhalte und Methoden zur Prüfung elektrischer Anlagen und Betriebsmittel untersucht. Insbesondere wird ein Einblick in die praxisorientierte und rationelle Prüfung elektrischer Geräte vermittelt. Die Beachtung der Unfallverhütungsvorschriften ist gesetzlich gefordert. Für die Elektrotechnik gelten die Unfallverhütungsvorschriften für elektrische Anlagen und Betriebsmittel DGUV-V3 (vormals BGV A3 und GUV-V A3). Darin 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. Um diese Forderungen zu erfüllen, müssen die Anforderungen der elektrotechnischen Regeln eingehalten und die in diesen Regeln festgelegten Maßnahmen durchgeführt werden. Für eine Elektrofachkraft sind daher Kenntnisse über durchzuführende Prüfungen und deren verantwortungsvolle Anwendung erforderlich. Diese Maßnahmen sind u.a. in folgenden VDE-Bestimmungen enthalten: DIN VDE 0100-410 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE 0105-100 Betrieb von elektrischen Anlagen - Allgemeine Festlegungen DIN VDE 0701-0721 Prüfung nach Instandsetzung, Änderung elektrischer Geräte; Wiederholungsprüfung, allg. Anforderungen für die elektrische Sicherheit DIN VDE 0100-600 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen" DIN VDE 0413-2, -3, -4: Geräte zum Prüfen, Messen und Überwachen von Schutzmaßnahmen in elektrischen Anlagen-... " Die wichtigsten Prüfschritte für elektrische Anlagen und Betriebsmittel sind in den Bildern 1 und 2 dargestellt.
2 Prüfung von elektrischen Anlagen Zeitpunkt Besichtigung (bewusstes visuelles Prüfen der Anlage) umfasst z.b.: Erproben und Messen (Feststellen von Ist- Werten bzw. - Zuständen) Dokumentation Erstprüfung Teilprüfungen während der Errichtung und Gesamtprüfung nach Fertigstellung / vor Inbetriebnahme der Anlage Wiederholungsprüfung 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 wie Symbole; Warnhinweise,Typenschild dauerhaft befestigt? - Durchgängigkeit der Leiter (R SL, R PE, R L, R N, Potentialausgleich ) - Isolationswiderstand R ISO - 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 Zeitpunkt Besichtigung (bewusstes visuelles Prüfen der Anlage) umfasst z.b.: Erproben und Messen (Feststellen von Ist- Werten bzw. - Zuständen) Dokumentation Schutzklasse I Schutzklasse II und III Prüfungen nach Änderungen / Instandsetzungen oder in bestimmten Zeitintervallen (siehe Tabelle ) - ist das Gerät frei von Beschädigungen, die die Sicherheit beeinträchtigen könnten? (Gehäuse, Isolation, Stecker, Zugentlastung, Bedienelemente) - 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 und Symbole, wie Warnhinweise und ein Typenschild dauerhaft am Gerät befestigt und lesbar? - Schutzleiterwiderstand R SL - Isolationswiderstand R ISO - optional Schutzleiterstrom I SL - optional Berührungsstrom I B - optional Prüfung der Wirksamkeit weiterer Schutzmaßnahmen - Funktionsprüfungen - Erstellen eines Prüfberichtes Bild 2: Prüfschritte für die Wiederholungsprüfung elektrischer Geräte (nach /2/)
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 Wiederholungsprüfungen sollte das Gerät nur bei begründetem Verdacht auf einen inneren Fehler geöffnet 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. Dazu ist die angegebene Reihenfolge einzuhalten. Wenn ein Fehler festgestellt wird, sind nach dessen Behebung die vorhergehenden Tests ggf. zu wiederholen. 2.2.1 Zu messende Größen bei Geräten und Anlagen Der Schutzleiterwiderstand RSL ist der Widerstand zwischen einem zu Schutzzwecken angeschlossenen leitfähigen Teil und dem Schutzkontakt des Netzsteckers oder -Anschlusses. Diese Messung ist immer zuerst durchzuführen! RSL ist ausschlaggebend für die Wirksamkeit der eingesetzten Schutzmaßnahme. RSL muss so gering wie möglich sein. Vor der Messung sollte er überschlägig aus der Kabellänge berechnet werden. Als Richtwert kann der Leiterwiderstandsbelag zur Berechnung genutzt werden. 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. 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 einem aktiven 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 Prüfobjekt Messgleichspannung Isolationswiderstand Anlage mit SELV / PELV > 250 V 0,5 M Anlage bis einschl. 500 V Nennspannung sowie 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 mit Schutzklasse III > 250 V 0,25 M Tabelle 2: Geforderte Mindest-Isolationswiderstände /1/ /2/ Der Prüfling muss vom Netz getrennt werden. Die aktiven Leiter dürfen miteinander elektrisch verbunden werden. Es muss darauf geachtet werden, dass alle Geräteteile geprüft werden (alle Schalter geschlossen). Der Messstrom 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. Üblicherweise sind reale Werte intakter Isolierungen wesentlich höher als die angegebenen. Ist RISO zu gering, kann es zu gefährlichen Berührungsspannungen oder durch Fehlerströme zu Bränden kommen! 2.2.2 Nur bei Geräten zu messende Größen Der Schutzleiterstrom ISL ist die Summe aller Ströme, die über die Isolierung eines Gerätes der Schutzklasse I zum Schutzleiter fließen. Er setzt sich zusammen aus dem Ableitstrom, der über die fehlerfreie Isolierung fließt und dem Fehlerstrom der über die fehlerhafte Isolierung des Gerätes zur Erde oder zum Schutzleiter oder einem fremden leitfähigen Teil fließt. Die Messung erfolgt bei Netzspannung. Wenn das Gerät von der Erde isoliert werden kann, kann ISL direkt, als Differenzstrom oder mittels Stromzange, wenn zuvor der Isolationstest bestanden wurde auch als Ersatz-Ableitstrom gemessen werden. Bei Geräten die von der Erdung nicht isoliert werden können kann die direkte Messung nicht angewendet werden. Prüfling Grenzwert Bemerkung Gerät allgemein 3,5 ma andere Grenzwerte durch Gerät mit eingeschalteten 1mA/kW, max. 10 ma Produktnorm oder Herstellerangaben Heizelementen > 3,5 kw möglich Tabelle 3: Höchstwerte für den Schutzleiterstrom /2/ Die direkte Messung, die Differenzstrommessung und die Messung mit Stromzange können unter Verwendung von Netzspannung und -Frequenz durchgeführt werden. Beim Ersatzableitstrom-Messverfahren muss das Gerät vom Netz getrennt werden. Das Messgerät erzeugt eine Leerlauf-Wechselspannung von mindestens 25 V und höchstens
5 250 V und 50 Hz. Der Innenwiderstand muss 2 k betragen. (Schaltungsbeispiele siehe /2/; Anhang C) Für alle Verfahren gilt: bei Geräten mit nicht festgelegte Phasenzuordnung wie Schukostecker und Geräten mit Umschaltern muss stets mit allen Varianten gemessen und der höchste Wert als Messwert betrachtet werden. Prüfobjekt Geräte Schutzklasse I allgemein Geräte Schutzklasse II allgemein Geräte Schutzklasse I mit Heizelementen >3,5 kw Geräte Schutzklasse I mit Heizelementen bis 6 kw Geräte der Schutzklasse I mit Heizelementen > 6kW Tabelle 4a: Höchstwerte für den Ersatzableitstrom Max. Ersatzableitstrom 3,5 ma 0,5 ma 1 ma / kw 7 ma 15 ma 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) Geräteteil Grenzwert Bemerkung nicht mit dem Schutzleiter verbundene berührbare Teile 0,5 ma bei gleichzeitig mit einer Hand berührbaren Teilen Summe bewerten bei Geräten der Schutzklasse III und der Informationstechn. Mess. nicht erforderlich Tabelle 4b: Höchstwerte für den Berührungsstrom /2/ 2.2.3 Nur bei Anlagen zu messende Größen Die Schleifenimpedanz ist die Summe aller Scheinwiderstände in einer Stromschleife. Sie besteht aus der Impedanz der Stromquelle, des Außenleiters und des Rückleiters jeweils von einem Pol der Stromquelle bis zur Messstelle. 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 bei der Errichtung bestimmter Anlagen, z.b. IT und TT-Systemen, gefordert. Die Messung muss unter Beachtung der Umgebungsbedingungen (Einplanung veränderlicher Erdfeuchte, Setzen von Hilfserdern und Sonde außerhalb von Spannungstrichtern) durchgeführt werden.
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 Schutzeinrichtungen wird das Auslöseverhalten von z.b. FI- und Leitungsschutzschaltern, und auch von Not-Aus-Schaltern 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-V3) 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 Art der Prüfung auf ordnungsgemäßen Zustand 1 Monat auf Wirksamkeit 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 ähnl. Bedingungen 1Jahr in Büros oder unter ähnlichen Bedingungen mindestens alle 2 Jahre auf einwandfreie Funktion durch Betätigen der Prüfeinrichtung auf ordnungsgemäßen Zustand Prüfer Elektrofachkraft Elektrofachkraft oder elektrotechnisch unterwiesene Person bei Verwendung geeigneter Messund Prüfgeräte Benutzer Elektrofachkraft, bei Verwendung geeigneter Messund Prüfgeräte auch elektrotechnisch unterwiesene Person
7 3 Versuchsaufgaben Die ersten drei Aufgaben werden am linken Messplatz (Anlagenprüfung) ausgeführt, zwei weitere an rechten Messplatz (Geräteprüfung) und eine an realen zu testenden Geräten. Die Aufgaben sind mit verschiedenen handelsüblichen Messgeräten auszuführen. Beachten Sie bitte auch die ausliegenden Kurzanleitungen für die Messgeräte. Aufgabe 1 Erstprüfung einer Anlage: Bestimmung von Schutzleiter-, Schleifenund Isolationswiderstand Geräte zur Stromversorgung: - Stelltransformator (AC, 0 250 V, 0 3 A), Phasenrichtig angeschlossen - Platte "Anschlusseinheit" mit Schalter, Anschlusskabel (hinten) und LED s - Schalttafelinstrument zur Kontrolle der Versorgungsspannung Zur "Anlage" gehörige Geräte: - Platte "Stromversorgung" mit Ein - und AUS -Taster, Hauptschütz und Not-Aus - Platte "FI 30 ma" oder "FI 10 ma" (anfangs überbrückt) - Verbundene Platten "Steckdose", "Heißwasserspeicher" und "Automat" Messgeräte: siehe Aufgabentext oder letzte Spalte der Tabellen Aufbau bzw. Kontrolle der Schaltung der "Anlage" nach Bild 4. Die PE-Verbindung der Steckdose ist mittels Brücke zunächst bei "0" herzustellen. Zwischen "Speicher" und Automat soll ein zusätzlicher Potentialausgleich hergestellt werden. Bild 4: Schaltbild zur Erstprüfung von Anlagen
8 Verbindung der Anschlusseinheit mit der "Anlage" bzw. Kontrolle der Verkabelung: - Zu Beginn alle Schalter "Aus" und Stelltrafo auf "0 V" einstellen. - Schalttafelmessgerät zur Spannungsmessung anschließen - Schukostecker der "Anschlusseinheit" phasenrichtig mit dem Stelltrafo verbinden - Stelltrafo Ein, Spannung erhöhen, obere LED "L" an der Anschlusseinheit leuchtet - Einstellung von 230 V am Stelltrafo - alle Anlagen-Schalter einschalten, Kontrolle rote LED s an "Speicher" und "Gerät" - Stelltrafo vorerst wieder ausschalten. Bestimmen Sie zuerst die Schutzleiterwiderstände aller Anlagenteile. Wählen Sie die richtige Einstellung des Messgerätes und einen sinnvollen Bezugspunkt für das Erdungs-Anschlusskabel (des Messgerätes) aus (z.b. Haupterdungspunkt der Anlage). Testen Sie mit der Prüfspitze die gekennzeichneten PE-Anschlüsse (Pos.1 und Pos.2 an Speicher und Automat). Testen Sie die Steckdose sowohl mit PE- Verbindung bei 0 als auch bei "2". Bestimmen Sie dann die Isolationswiderstände aller Anlagenteile. Wählen Sie die richtige Prüfspannung aus. Bewerten Sie alle gemessenen Werte in Hinsicht auf ihre Normkonformität. RSL / Ω Stelltr. Steckdose HW-Speicher Automat Messgerät Aus (PE "0") (Pos.1) (Pos.1) (PE "2") (Pos.2) (Pos.2) Metriso Riso L-PE / MΩ Aus Metriso Riso N-PE/ MΩ Aus U =.. Tabelle 5.1: Messwerte Schutzleiter- und Isolationswiderstandsmessung Berechnen Sie überschlägig aus dem Schutzleiterwiderstand für den Anlagenteil "Steckdose" die den Messwerten entsprechende Kabellänge des Schutzleiters. Formel Gemessener Kabel- Widerstand querschnitt (bei PE "0") 1,5 mm 2 (bei PE "0") 2,5 mm 2 Tabelle 5.2: Berechnung Kabellänge Steckdose Widerstandsbelag Berechnete Kabellänge Bestimmen Sie die Schleifenwiderstände und die Kurzschlussströme an der in Betrieb befindlichen Anlage. Messgerät phasenrichtig (LED "L" grün) an die angegebenen Messstellen anschließen. Taste nur kurz drücken, sonst überhitzt das Messgerät! Stelltrafo Steckdose HW-speicher Automat Messgerät RSchleife / Ω 230 V (PE "0") (Pos.1) (Pos.1) IK / A 230 V (PE "2") (Pos.2) (Pos.2) Tabelle 5.3: Messwerte Schleifenwiderstände und Kurzschlussströme M5012
Aufgabe 2: Abschaltprüfung der RCD für alle Anlagenteile, linker Messplatz 9 - Erforderliche Geräte: Anschluss eines FI-Schutzschalters zusätzlich zu Aufgabe 1 Überprüfen Sie an der aktiven Anlage (ausgehend von jedem "Gerät" einzeln) nacheinander die Auslösung zuerst des 30-mA- FI-Schutzschalter (ja / nein - Aussage) und (nach Austausch) den 10-mA-FI-Schutzschalter. RCD Stelltrafo Steckdose (Brücke bei 2 ) Heißwasserspeicher (PE-Messpunkt 2 ) Automat (PE-Messp. 2 ) Messgerät 30 ma 230 V 10 ma 230 V Tabelle 6.1: Auslösung RCD M5011 Bestimmen Sie an der Steckdose (PE "2") die vor dem Auslösen am Testpunkt maximal anliegende Berührungsspannung und die Auslösezeit des FI-Schutzschalters! RCD Stelltrafo Berührungsspannung / V Auslösezeit / ms Messgerät 30 ma 230 V 10 ma 230 V Tabelle 6.2 / 6.3 Messwerte an der Steckdose PG 0100N Stromversorgung ausschalten! Nach Änderung der Anlage (vollständiges Entfernen aller Verbindungen des Heißwasserspeichers und Überbrückung derselben) führen Sie eine nunmehr notwendige Wiederholungsprüfung der Anlage durch. Messen Sie nochmals die Schutzleiterwiderstände und die Isolationswiderstände! Stellen Sie ggf, die Ursache eines festgestellten Fehlers fest Messgröße Stelltrafo Steckdose Automat Messgerät RSL ( = RE) / Ω 230 V PE "2" Pos. 2 PG 0100N Riso L-PE / MΩ Aus Riso N-PE / MΩ Aus Tabelle 6.4: Messwerte zu Aufgabe 2 PG 0100N Überprüfen Sie nochmals an jedem Anlagenteil, ob trotz bekanntem Fehler eine Auslösung des RCD s erfolgen würde! RCD Stelltrafo Steckdose Automat Messgerät 30 ma 230 V 10 ma 230 V Tabelle 6.5 Messwerte zu Aufgabe 2 M5011
Aufgabe 3: Schleifenwiderstandsmessung am Modell, linker Messplatz 10 Moderne Messgeräte zeigen zumeist wahlweise die Schleifenimpedanz oder den zu erwartenden Kurzschlussstrom an, die diese zuvor aus Strom- und Spannungswerten intern berechnet haben. Da zumeist nur der ohmsche Anteil der Impedanz gemessen wird, tritt ein (meist geringfügiger) Fehler auf. Die Messgeräte selbst haben oft eine Messungenauigkeit von bis zu 30 %. Durch Erwärmung der Leiter und durch Vergrößerung von Übergangswiderständen 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 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. 365-368) Erforderliche Geräte: - Stelltrafo (Beginn bei 0 V), Anschlusseinheit, Multimeter zur Spannungsmessung - Platte RS-Messung mit Widerstandsnetzwerk, zwei weitere Multimeter Entfernen Sie die Verbindungen zwischen "Anschlusseinheit" und "Anlage". Zur Beachtung: Um eine Überhitzung der verwendeten Geräte und Bauteile zu verhindern, wird die Messung mit einer verminderten Netzspannung (20 V AC) durchgeführt. Bild 5: Schaltbild zur Messung des Schleifenwiderstandes am Modell Aufbau der Schaltung: - Der (untere) Schalter der "RS-Messung" muss zuerst auf "0" stehen, der Umschalter (oben rechts) auf PE - Verbinden Sie die Platte "RS-Messung" mit den langen Kabeln direkt mit den oberen Buchsen der Platte "Anschlusseinheit" (L, N und PE). - Kontrollieren Sie zusätzlich die Spannung direkt am Stelltrafo mit einem Multimeter. - Schließen Sie die Messgeräte zur Messung des Schleifenwiderstandes nach Bild 5 an.
- Schalten Sie die Spannung ein (Trafo, Anschlusseinheit) und stellen Sie diese mit dem Stelltrafo auf ca. 20 V ein. Bei einer Trafospannung von ca. 20 V sind für 5 verschiedenen Modellstromkreise (5 verschiedenen RS Widerstände) mittels des o.g. Verfahrens über den Spannungsabfall bei Belastung die Schleifenwiderstände zu berechnen (Tab.7.1). RP hat den Wert 25,3 Ω. 11 - Stellen Sie das Multimeteranzeige zur Anzeige von IP auf Max ein 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. 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 Berechnen Sie U und den Schleifenwiderstand! ( U = U0 - UM ) Es bedeuten: - Uo Spannung ohne Belastung mit dem Prüfwiderstand - UM Spannung bei Belastung mit dem Prüfwiderstand, - IP Strom durch den Prüfwiderstand Hinweis: Wechseln Sie jetzt den Laborplatz (wenn dieser bereits frei ist), sonst führen Sie bitte zuvor die Versuche 6 (Prüfung an vorhandenen Geräten und Kontrolle der Drehfeldrichtung) durch!
Aufgabe 4: Wiederholungsprüfung an einem elektrischen Gerät der Schutzklasse I 12 Geräte zur Stromversorgung: - Platte Einphasen - Anschlusseinheit (mit Schalter, Sicherung, LED) - Platte "Steckdose" (mit Steckbrücke bei PE 0 ) Gerät der Schutzklasse I (Prüfling), bestehend aus: - Platte "Steuerplatte" mit Widerstandsnetzwerk und Netzkabelanschluss (hinten) - "Grundplatte1" mit Modellgerät "Bohrmaschine" und symbolischem Gerätestecker Messwerterfassung: - mittels Platte "Modellmensch" und 2(+1) Multimetern - weitere Messgeräte siehe Angaben bei den Prüfpunkten Anschluss des Prüflings: - Kontrolle Anschlusseinheit: Nur "L1" (oben) darf leuchten. - Kontrolle Verbindungen zwischen "Steuereinheit" und "Gerät Schutzkl. I" (Bild 6) - (Beachten Sie bitte dass die Netzanschlüsse des Gerätes von rechts unten ( Schalttafel ) auf die Steuerplatte (links oben) verändert wurden! - Das Anschlusskabel (mit Kennzeichnung der Steckerposition A/B) dient der umpolbaren Verbindung zwischen dem Gerät und der Platte Steckdose - Die Kippschalter dienen der Simulation verschiedener fehlerhafter Geräte - Eine Liste mit den Kombinationsmöglichkeiten liegt am Versuchsplatz aus - z.b. die Riso - Kombination 1 (1 bis 4 einschalten, 5 und 6 aus) ergibt ca. 1,8 kω, - die RSL - Kombination 16, (1 bis 4 ausschalten) ist eine Schutzleiterunterbrechung. - Verbinden Sie die Platte Anschlusseinheit mit der Platte "Steckdose" - Schließen Sie das Gerät mittels Anschlussstecker (A/B) an die Steckdose an - Nehmen Sie die Schaltung in Betrieb indem Sie die Bohrmaschine einschalten. - Verbinden Sie den Modellmenschen mit dem "Bohrfutter", der Erde und Messgeräten für UB und IB (RK beträgt 750 Ohm). Bild 6: Messaufbau zur Prüfung eines Gerätes der Schutzklasse I
Messen Sie am Modellmenschen die Berührungsspannung und den Berührungsstrom in beiden Steckerpositionen (A, B). Überprüfen Sie, ob der Fehler auch bei ausgeschaltetem Gerät bestehen bleibt. Schaltkomb. R ISO / RSL Netzspannung Bohrmaschine 1 / 16 Ein Ein 1 / 16 Ein Aus 13 Steckerposition A Tabelle 8.1: Berührungsspannung und Berührungsstrom Steckerposition B UB / V IB / ma UB / V IB / ma - Verwenden Sie für die weiteren Messungen die Steckerposition, in der eine zu hohe Berührungsspannung festgestellt wurde. Schalten Sie das Gerät wieder ein. Die Werte für den Schutzleiterwiderstand, der üblicherweise als erstes gemessen werden muss, können Sie aus der Tabelle ablesen. Messen Sie nun zusätzlich den Schutzleiterstrom am Anschluss des Prüflings (zwischen dem PE am symbolischer Stecker des Modellgerätes auf der "Grundplatte 1" und dem PE am Anschluss der Steuerplatte). Nehmen Sie weitere Messwerte für verschiedene Schutzleiterwiderstände RSL mit den Schalterkombinationen laut Tabelle 8.2. auf. Führen Sie die Messungen zügig aus. (Erwärmungsproblem) 1 / 2 Ein 1 / 6 Ein 1 / 12 Ein 1 / 16 Ein Tabelle 8.2: Messwerte zu Aufgabe 4 - Schalten Sie die Netzspannung aus! Entfernen Sie das zusätzliche Multimeter und verbinden Sie den PE-Anschluss wieder ordnungsgemäß! Entfernen Sie die Verbindung zum Modellmenschen. - Beobachten Sie den Zusammenhang zwischen der Höhe von RSL und der Gefährdung des Modellmenschens! Schaltkombination Netzspannung UB / V IB / ma ISL / ma RSL in Ω R ISO / RSL 1 / 1 Ein Messen Sie den Isolationswiderstand des "Gerätes" (bei herausgezogenem Stecker A/B). Schaltkombination Netzspannung RISO / L PE RISO / N PE Messgeräte R ISO / RSL (kω) (kω) 1 / 1 Aus 14 / 1 Aus Tabelle 8.3: Isolationswiderstände Metriso
14 Aufgabe 5: Prüfen eines Gerätes mit Heizelementen Bei einem Gerät der Schutzklasse I mit Heizelementen ist eine vollständige Prüfung vorzunehmen. Das Modellgerät ist wie bei Aufgabe 4 anzuschließen, jedoch mit Vorsatzplatte Heizgerät und ohne Modellmensch (siehe auch Bild 7) Bild 7: Messaufbau zur Prüfung eines Gerätes SK I mit Heizelementen Bestimmen Sie den Schutzleiterwiderstand für die Messpunkte 1-3 des Testobjektes! Hinweis: wählen Sie einen sinnvollen PE-Bezugspunkt (z.b. am Anschlusskabel auf der Steuerplatte )! Schaltkomb. RISO / RSL Netzspann. RSL 1 / RSL 2 / RSL 3 / Messger. 16 / 1 Aus Metriso Tabelle 9.1.1: Schutzleiterwiderstände Bestimmen Sie den Isolationswiderstand des Testobjektes! Diese Messung ist mit verschiedenen Messgeräten möglich. Zumeist muss die Netzspannung abgeschaltet werden (Wichtig! Dann auch den 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 (bei abgeschalteter Netzspannung) gemeinsam (verbunden) getestet werden. Bei einigen Geräten wird das bereits intern so geschaltet, andere sind umschaltbar. Schaltkombin. RISO / RSL Netzspannung RISO / k Messgerät 10 / 1 Aus 14 / 1 Tabelle 9.1.2: Isolationswiderstände bzw. je nach Messgerät! Secutest oder z.b. PG 0100N
15 Messen Sie den Ersatzableitstrom am PE-Prüfpunkt "2" für bestimmte Isolationswiderstands-Einstellungen. (Das Messgerät erzeugt selbst eine 1,06-fache Nennspannung!) Schaltstellung Netzspannung IEA / ma Bedingung erfüllt Messgerät Riso / RSL 2 / 1 Aus 10 / 1 Aus 14 / 1 Aus 18 / 1 Aus 20 / 1 Aus Tabelle 9.2: Ersatzableitstrom Secutest Messen Sie beim Betrieb des Testobjektes den Schutzleiterstrom (Ableitstrom, Fehlerstrom) zwischen dem Prüfling (symbolischer Stecker des Modellgerätes) und dem PE am Anschlusskabel (auf der Steuerplatte) in beiden Steckerpositionen. Verbinden den Anschlussstecker (A/B) wieder mit der "Steckdose". Schalten Sie das Bedingung erfüllt Messgerät 2 / 1 Ein Multimeter 10 / 1 Ein Multimeter 14 / 1 Ein Multimeter 18 / 1 Ein Multimeter 20 / 1 Ein Multimeter Tabelle 9.3: Schutzleiterstrom A Schalt-Kombination Riso / RSL Testobjekt ein. Schalt-Kombination Netzspannung Steckerposition A Riso / RSL V ISL / ma Netzspannung V Steckerposition B ISL / ma Bedingung erfüllt Messgerät 2 / 1 Ein Multimeter 10 / 1 Ein Multimeter 14 / 1 Ein Multimeter 18 / 1 Ein Multimeter 20 / 1 Ein Multimeter Tabelle 9.4: Schutzleiterstrom B In der Annahme dass jede "Kombination" ein anderes Gerät gewesen wäre, welches hätte diesen Test bestanden? Hinweis: bitte wechseln Sie jetzt den Laborplatz (wenn dieser bereits frei ist), sonst führen Sie zuerst den Versuch 6 (vorhandene Geräte) durch!
Aufgabe 6: Prüfung an vorhandenen Geräten nach DIN VDE 0701-0702 Nutzung von industrieüblichen Messgeräten, die den Prüfer bei der normgerechten Durchführung unterstützen. 16 Aufgabe 6.1: Wiederholungsprüfung von Geräten 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 0701-0702 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 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 500 V 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 und eines Verlängerungskabels (Tabelle 7.3). Drehfeld Ergebnis Bemerkungen Messgerät Drehstrom-Steckdose Verlängerungskabel PAKS Tabelle 10.4: Bestimmung des Drehfeldes einer Drehstromsteckdose
18 7 Kontrollfragen - 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 (z.b. Heißwasserspeicher) beachtet werden? 8 Literatur - /1/ DIN VDE 0100 600: 2008-06 (Ersatz für 0100-610 : 1994-04) - /2/ DIN VDE 0701-0702 : 2008-06 (Ersatz für DIN VDE 0701-1 : 1993-05 und DIN VDE 0702-1 : 1995-11) - /3/ DIN VDE 0100-410 2007-06 - /4/ DIN VDE 0413 - /5/ DIN VDE 0105-100 : 2009-10 (Ersatz für 1997-10) - /6/ Rosenberg; Werner (neu: Henning, Wilfried, 2006),VDE-Prüfung nach Forderung der VBG 4; VDE-Schriftenreihe 43; VDE-Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; 1997 - /7/ Nienhaus; Vogt, Prüfungen vor Inbetriebnahme von Starkstromanlagen; VDE-Schriftenreihe 63; VDE, Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; 1995 - /8/ Winkler; Lienenklaus; Rontz, Sicherheitstechnische Prüfungen in elektrischen Anlagen mit Spannungen bis 1000 V; VDE Schriftenreihe 47; VDE- Verlag GmbH, Berlin, Offenbach; 1995 - /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 E DIN VDE 0702, Elektropraktiker, Berlin 49 (1995) 9, S.762-76 - /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