GMC Instruments: Anlagensicherheit durch Differenzstrommessung

Defekte an der Isolation innerhalb von ortsfesten elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln können Fehlerströme verursachen, die auch bei entsprechender Planung nicht auszuschließen sind.

Schaubild Bildquelle: © GMC Instruments

Bei den Geräten der SINEAX AM/DM, LINAX PQ und CENTRAX CU-Serie können Fehlerströme über ein Modul erkannt werden. Pro Modul stehen zwei Kanäle zur Verfügung mit denen AC-Fehlerströme im Netz überwacht werden können.

Diese Fehlerströme können Kurzschlüsse, Erdschlüsse oder Körperschlüsse verursachen. Durch ein Schutzkonzept mit Differenzstrom-Überwachungsgeräten vom GMC nach der Norm DIN EN 62020 (VDE 0663) werden solche gefährlichen Fehlerströme, die zu Anlagenstörungen oder Brandgefahr führen können, frühzeitig erkannt und es können Isolationsfehler behoben werden. Die Messung von Differenzströmen erfolgt über Differenzstromwandler. Die gemessenen Differenzströme lassen sich eindeutig den jeweiligen Stromkreisen und einzelnen Verbrauchern zuordnen. Dadurch wird eine durchgehende Verfügbarkeit der Anlage sichergestellt. Eine dauernde Überwachung von Fehlerströmen bringt dem Anwender deshalb viele Vorteile, darunter die Reduktion von Störungen und ungewollten Betriebsunterbrüchen und die frühzeitige Erkennung von Isolationsverschlechterungen. So kann eine periodische manuelle Kontrolle entfallen. 

Permanente Überwachung

Durch die kontinuierliche Überwachung einer Anlage mit einem Residual Current Monitoring (RCM) werden Veränderungen des Isolationsniveaus einer Anlage vorzeitig diagnostiziert und können beseitigt werden. Dabei werden über einen Wandler die Ströme zwischen dem Außenleiter und dem Neutralleiter verglichen und die Differenz angezeigt.

Beim RCM wird die erste Kirchhoff´sche Regel, die Knotenregel, zugrunde gelegt. Sie besagt, dass in einem Knotenpunkt eines elektrischen Netzwerkes die Summe der zufließenden Ströme gleich der Summe der abfließenden Ströme ist. Ergibt sich hier eine Differenz durch Abfließen eines Ableitstromes über das Erdreich, so wird ein Fehlerstrom erkannt und gemeldet. Der Betreiber ist danach aufgefordert zu handeln.

Gründe für einen Differenzstrom (Fehlerstrom) in Anlagen ergeben sich oftmals aus defekten Bauteilen wie zum Beispiel in Schaltnetzteilen (LED-Beleuchtungen, Computer, Serveranlagen, Photovoltaik-Gleichrichter, Schnellladesäulen etc.), Isolationsfehlern an elektrischen Verbindungen und Leitungen, Isolationsfehlern an Geräten und Produktionsmitteln, falschen PEN-Verbindungen etc. Der große Vorteil dieses Verfahrens ist, dass der Schutzleiter zur Messung nicht unterbrochen werden muss und vor dem Erreichen der Abschaltschwelle eines Fehlerstromschutzschalters (RCD) der Anwender benachrichtigt wird und reagieren kann. RCMs zeichnen alle Werte im Langzeitverlauf auf, melden die Überschreitung bestimmter Schwellwerte und alarmieren im Bedarfsfall. Erhöhte Isolationswiederstände können sofort lokalisiert und behoben werden, wodurch ungeplante Stillstandszeiten einer Anlage dauerhaft vermieden werden können.

Eindeutige Vorteile

Die Vorteile einer permanenten Fehlerstromüberwachung sind eindeutig. Zum einen können aufwendige, periodische manuelle Kontrollen entfallen, die jeweils nur einen Status-Quo zum Zeitpunkt der Messung aufzeigen. Zum anderen fördert eine kontinuierliche Überwachung den Brandschutz und vermeidet zudem Personen- und Sachschäden maßgeblich. Anwendungen für RCM, oftmals auch im Kontext mit Energiemessung und Netzqualitätsanalyse, finden sich in Rechenzentren, in Krankenhäusern, in Hotels und anderen öffentlichen Gebäuden (z. B. Einkaufszentren, Flughäfen etc.), Industrieanlagen, sensiblen Produktionsanlagen, Banken usw. Dabei werden in der Regel Schwellenwerte gemäß Norm EN 62020 angewandt (z.B. 100mA), um jegliches Sicherheitsrisiko zu vermeiden. Geregelt ist die Differenzstrommessung in der Norm IEC 62020, die auch als DIN EN 62020 oder VDE 0663 bekannt ist. Die Norm gilt für Differenzstrom-Überwachungsgeräte für Hausinstallationen und ähnliche Verwendungen mit einer Bemessungsspannung, die 440 V AC nicht überschreiten darf, und einem Bemessungsstrom, der 125 A nicht überschreiten darf.

Alarmschwelle für alle Kanäle

Bei den Geräten der SINEAX AM/DM, LINAX PQ und CENTRAX CU-Serie können Fehlerströme über ein Modul erkannt werden. Pro Modul stehen zwei Kanäle zur Verfügung, mit denen AC-Fehlerströme im Netz überwacht werden können. Jeder Kanal kann entweder als Differenzstromeingang (Messbereich 2mA, mit Bruchüberwachung der Anschlussleitungen) oder zur direkten Messung eines Erdleiterstromes (Messbereich 1A) eingesetzt werden. Die Messung erfolgt über geeignete Messwandler. Dieses Modul kann für alle Geräte der AM-, CU-, PQ- und DM-Reihe verwendet werden, wobei je nach Gerät bis zu vier Module gleichzeitig eingesetzt werden können.

Für alle Kanäle kann eine Alarmschwelle und eine Vorwarnschwelle definiert werden. Bei Verletzung der Alarmschwelle (oder bei Bruch der Messleitung) wird der Sammelalarm des Gerätes aktiviert, bei Geräten mit Datenlogger zudem auch jede Zustandsänderung in der Alarmliste protokolliert und Verletzungen der Vorwarnschwelle in die Ereignisliste eingetragen. Die Signalisierung kann über digitale Ausgänge oder Relaiskontakte erfolgen. Die aktuell gemessenen Fehlerstromwerte sind jederzeit über das Display oder die Geräte-Webseite einsehbar und können auch über analoge Ausgänge ausgegeben oder über die Bus-Schnittstellen abgefragt werden. Durch Aufzeichnung der Mittelwerte der Fehlerströme kann eine schleichende Verschlechterung frühzeitig erkannt werden.