IT- Praktische Aspekte zur Erdschlussüberwachung
| Min. erforderliche Funktionen | Komponenten und Geräte | Beispiele |
|---|---|---|
| Überspannungsschutz bei Netzfrequenz | (1) Überspannungsableiter | Cardew C |
| Erdungswiderstand (für Netze mit Impedanzerdung) | (2) Begrenzungsimpedanz | Impedanz Zx |
| Erdschlussüberwachung mit Alarm „Erstfehlerbedingung” | (3) Permanenter Isolationswächter mit Alarmfunktion | Vigilohm IM20 oder IM400 |
| Automatische Fehlerbeseitigung bei einem zweiten Fehler und Überstromschutz des Neutralleiters | (4) Vierpolige Leistungsschalter (bei verteiltem Neutralleiter) alle 4 Pole lösen aus | Leistungsschalter Compact NSX oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtung |
| Stelle des ersten Fehlers | (5) Fehlerortungsgerät im stromführenden System oder durch Öffnen der einzelnen Stromkreise | Vigilohm-System |
Prinzip der Erdschlussüberwachung
Ein Generator eines sehr niederfrequenten Wechselstromes oder eines Gleichstromes (zur Reduzierung der Auswirkungen der Leitungskapazitäten auf vernachlässigbare Werte) erzeugt eine Spannung zwischen dem Sternpunkt des Versorgungstransformators und Erde. Diese Spannung lässt, entsprechend dem Isolationswiderstand gegen Erde der gesamten Anlage plus dem jedes angeschlossenen Gerätes, einen geringen Strom fließen.
Niederfrequenz-Messgeräte können in Wechselstromsystemen eingesetzt werden, die unter Fehlerbedingungen kurzzeitige Gleichstromkomponenten erzeugen. Einige Ausführungen können zwischen Ohmschem und kapazitivem Ableitstrom unter-scheiden.
Moderne Geräte ermöglichen die Messung von Fehlerstromverläufen, so dass ein erster Fehler verhindert werden kann.
Gerätebeispiele
Manuelle Fehlerortung
(siehe Abb. F57)
Der Generator kann ortsfest (Beispiel: IM400) oder tragbar sein (Beispiel: XGR zum Prüfen stromloser Stromkreise) und der Empfänger ist, ebenso wie die Strommesszangen, tragbar.
Ortsfeste automatische Fehlerortung
(siehe Abb. F58)
Das Überwachungsrelais XM400 stellt, zusammen mit den ortsfesten Erfassungsmodulen XD312 oder XD12 (die jeweils an einen Ringstromwandler angeschlossen sind, der die Leiter des betreffenden Stromkreises umschließt), ein System zur automatischen Fehlerortung in einer stromführenden Anlage dar. Das System Vigilohm kann über eine Modbus-Schnittstelle in ein Fernüberwachungssystem eingebunden werden, so dass jederzeit der Isolationspegel aller Abgänge abgefragt werden kann.
Desweiteren wird der Isolationspegel für jeden überwachten Stromkreis angezeigt, und es werden zwei Schwellwerte geprüft: der erste Wert (Frühwarnschwelle) signalisiert einen ungewöhnlich niedrigen Isolationswiderstand, so dass vorbeugende Maßnahmen ergriffen werden können, während der zweite Wert (Alarmschwelle) eine Fehlerbedingung feststellt und einen Alarm auslöst.
Automatische Fehlerüberwachung, -erfassung und -ortung
(siehe Abb. F59)
Das System Vigilohm kann über eine Modbus-Schnittstelle in ein Fernüberwachungssystem eingebunden werden, so dass jederzeit der Isolationspegel aller Abgänge abgefragt werden kann.
Das zentrale Überwachungsrelais XL308 und die Erfassungsmodule XL316 mit automatischer Ortung, (die mit Ringstromwandlern für verschiedene Stromkreise verbunden sind, s. Abbildung F59) sind die für diesen Automatikbetrieb erforderlichen Geräte.
Einrichtung von stationär installierten Isolationswächtern
Anschluss
Der stationär installierte Isolationswächter wird normalerweise zwischen dem Sternpunkt (oder dem künstlichen Sternpunkt) des Versorgungstransformators und dessen Erdungsanschluss angeschlossen.
Versorgung
Die Spannungsquelle des stationär installierten Isolationswächters muss außerordentlich betriebssicher sein. Im Allgemeinen wird er direkt durch die zu überwachende Anlage durch Überstromschutzgeräte mit entsprechendem Bemessungskurzschlussstrom versorgt.
Schwellwerteinstellungen
Einige nationale Normen empfehlen eine Frühwarnschwelle von 20 % unterhalb des Isolationspegels der neuen Anlage. Dieser Wert ermöglicht die Erfassung einer Reduzierung der Isolationsqualität, die bei einem beginnendem Fehler vorbeugende Wartungsmaßnahmen erforderlich macht.
Der Schwellwert für einen Erdschlussalarm wird sehr viel niedriger eingestellt.
Die zwei Schwellwerte können z.B. wie folgt eingestellt werden:
- Isolationspegel der neuen Anlage: 100 kΩ
- ungefährlicher Kriechstrom: 500 mA (Brandrisiko bei > 500 mA)
- kundenseitig eingestellte Anzeigewerte:
- Schwellwert für vorbeugende Wartung: 0,8 x 100 = 80 kΩ
- Schwellwert für Kurzschlussalarm: 500 Ω
Hinweise:
- Nach einer langen Stillstandsdauer, während der die gesamte Anlage oder Anlagenteile ausgeschaltet waren, kann sich der Isolationswiderstandswert, klimatisch bedingt, verringert haben. Diese Tatsache ist hauptsächlich auf den Fehlerstrom auf der feuchten Isolationsoberfläche zurückzuführen. Dies führt jedoch nicht zu einer Fehlerbedingung und die Oberflächenfeuchtigkeit verringert sich durch den normalen Temperaturanstieg der stromführenden Leiter schnell.
- Der permanente Isolationswächter (XM) kann die Ohmschen und kapazitiven Stromkomponenten der Erdkriechströme separat messen, und er leitet somit den wahren Isolationswiderstand aus dem permanenten Gesamtfehlerstrom her.
Auftreten eines zweiten Fehlers
Ein zweiter Erdschluss in einem IT-System (wenn er nicht im selben Leiter auftritt, wie der erste Fehler) stellt einen Fehler zwischen den Außenleitern oder zwischen Außenleiter und Neutralleiter dar. Unabhängig davon, ob dieser Fehler im gleichen Stromkreis auftritt wie der erste Fehler oder in einem anderen Stromkreis, wird die Fehlerbeseitigung normalerweise automatisch durch Überstromschutzgeräte (Sicherungen oder Leistungsschalter) durchgeführt.
Die Einstellwerte von Überstromauslösern und die Bemessungswerte von Sicherungen sind die grundlegenden Parameter zur Festlegung der maximalen Leitungslänge, um einen zufriedenstellenden Schutz zu gewährleisten (siehe Abschnitt Automatische Abschaltung bei einem zweiten Fehler im IT-System).
Hinweis: Unter normalen Bedingungen führt der Fehlerstromweg durch den gemeinsamen PE-Leiter, der alle berührbaren leitfähigen Anlagenteile verbindet, so dass die Fehlerschleifenimpedanz niedrig genug ist, um einen angemessenen Fehlerstromwert sicherzustellen.
Bei unvermeidbar großen Stromkreislängen und besonders bei separat geerdeten Geräten eines Stromkreises (so dass der Fehlerstrom durch zwei Erdungsanschlüsse fließt), ist eine zuverlässige Überstromauslösung nicht möglich.
In diesem Fall wird ein Schaltgerät mit Fehlerstromschutz in jedem Stromkreis der Anlage empfohlen.
Ist ein IT-System über einen Widerstand geerdet, muss dennoch sorgfältig geprüft werden, ob das Schaltgerät mit Fehlerstromschutz nicht zu empfindlich ist oder ob ein erster Fehler zu einer unbeabsichtigten Auslösung führen kann. Schaltgeräte mit Fehlerstromschutz lösen gemäß den IEC-Normen bei Werten von 0,5 I∆n bis I∆n aus, wobei I∆n der eingestellte Nennfehlerstrom ist.
