Automatische Unterbrechung der Stromversorgung bei einem Kurzschluss – Methoden zur Überprüfung des Schutzes

Die Verwendung elektrischer Anlagen und Geräte kann eine Gefahr durch Stromschlag darstellen, insbesondere wenn ein Fehler im Versorgungsstromkreis oder in den daran angeschlossenen Geräten auftritt. Der Schutz von Personen, die sich zum Zeitpunkt eines Kurzschlusses in unmittelbarer Nähe elektrischer Geräte befinden, wird durch die automatische Unterbrechung der Stromversorgung gewährleistet.

Was beinhaltet der Schutz durch automatische Unterbrechung der Stromversorgung?

Um zu überprüfen, ob diese Art des Schutzes vorhanden ist, muss geprüft werden, ob der unter Fehlerbedingungen fließende Strom den Strom übersteigt, der zum Auslösen der im zu prüfenden Stromkreis installierten Schutzeinrichtung erforderlich ist. 

Die Norm HD 60364-4-41 legt fest, dass die Abschaltung im Falle eines Kurzschlusses innerhalb von 0,4 s erfolgen muss (TN-Systeme, 230-400 V AC). Der Fehlerstrom, der innerhalb dieser Zeit die automatische Abschaltung auslöst, hängt von den Zeit-Strom-Charakteristik der installierten Sicherungselemente oder anderer Arten von Schutzvorrichtungen ab.

Fehlerstrom und Charakteristiken von Überstromschutzeinrichtungen

Bei häufig verwendeten automatischen Überstromschutzvorrichtungen, die auf einer TH-Schiene montiert sind, ist dies leicht zu bestimmen. Geräte mit den Kennlinien B, C und D sind unabhängig vom Hersteller so ausgelegt, dass sie bei dem 5-, 10- bzw. 20-fachen ihres Nennstroms auslösen. 

Der tatsächliche Fehlerstrom wird auf der Grundlage der gemessenen Erdschlussimpedanz berechnet. In Endstromkreisen ist dieser Test relativ einfach und kann mit jedem handelsüblichen Schleifenimpedanzprüfer durchgeführt werden. Der resultierende Fehlerstrom ergibt sich aus dem Quotienten der Nennversorgungsspannung durch die gemessene Schleifenimpedanz. 

Durch den Vergleich der Werte der oben genannten Ströme lässt sich feststellen, ob diese Art des Schutzes wirksam ist.

Messprobleme in industriellen Verteilungsnetzen

In Verteilungsnetzen ist die Überprüfung dieser Art von Schutz erheblich schwieriger. In solchen Anlagen treten sehr hohe Kurzschlussströme auf, was zu extrem niedrigen Erdschlussimpedanzen bei Spannungen über 400 V, beispielsweise 690 V, führt. 

Die für solche Prüfungen üblicherweise verwendeten Messgeräte bieten einen Messbereich von etwa 0,13 Ω aufwärts mit einer Auflösung von 0,01 Ω. Dies ist für die Prüfung von industriellen Verteilungsnetzen aufgrund der in EN IEC 61557-1 festgelegten maximal zulässigen Messunsicherheiten unzureichend. 

Hochstrom-Schleifenimpedanzmessgeräte von Sonel – eine industrielle Lösung

Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, hat Sonel S.A. die einzigartigen Hochstrom-Schleifenimpedanzmessgeräte MZC-320S, MZC-330S und MZC-340-PV entwickelt. 

Um die Messauflösung zu erhöhen und damit den Messbereich zu erweitern, verwenden diese Geräte Kurzschlussmesskreise, die einen Kurzschlussstrom von ca. 130 A bei einer Netzspannung von 230 V (Einphasen-Messkreis) und bis zu ca. 300 A bei Spannungen bis zu 750 V (Phasen-zu-Phasen-Messkreis mit einem 2,5-Ω-Kurzschlusswiderstand) erzeugen können. Diese Entwicklung ermöglicht Messungen ab 7,2 mΩ mit einer Auflösung von 0,1 mΩ. Die Messungen werden nach dem Vier-Leiter-Verfahren durchgeführt, wodurch der Einfluss des Messleitungswiderstands auf das Ergebnis eliminiert wird. 

Einschränkungen bei Messungen mit sehr hohen Kurzschlussströmen und alternative Kriterien

In einigen Fällen kann sich selbst eine sehr hohe messtechnische Leistung als unzureichend erweisen. Dies ist bei Stromkreisen mit sehr hohen Kurzschlussströmen der Fall, die durch hoch bewertete Schutzvorrichtungen geschützt sind.

 
Abbildung 1. Messung mit dem Schleifenimpedanzmessgerät Sonel MZC-330S

In solchen Situationen ist es unter Umständen nicht möglich, den korrekten Fehlerstrom zu bestimmen, oder die Bedingungen für eine automatische Abschaltung der Stromversorgung sind nicht erfüllt. Um diesem Problem zu begegnen, können die Messgeräte Sonel MZC-320S, Sonel MZC-330S und Sonel MZC-340-PV bei der Messung der Erdschluss-Schleifenimpedanz auch die Berührungsspannung und die Stoßspannung messen, sodass die Anlage auf der Grundlage von Spannungskriterien für den Betrieb zugelassen werden kann.

Derzeit sind die Messgeräte Sonel MZC-320S, Sonel MZC-330S und MZC-340-PV einzigartig auf dem Markt, da sie in Netzen mit Nennspannungen (Leitung-Leitung) von 500 V, 690 V und bis zu 900 V eingesetzt werden können.

Messgerät	Sonel MZC-320S	Sonel MZC-330S	Sonel MZC-340-PV
Spannungsmessbereich	0 V…550 V	0 V…750 V	0 V…900 V
4-Leiter-Verfahren – Hochstromimpedanzmessung gemäß EN IEC 61557 (bis zu 300 A)	7,2 mΩ…1999 mΩ	7,2 mΩ…1999 mΩ	7,2 mΩ…1999 mΩ
Messkategorie gemäß IEC 61010-2-030:2023	CAT IV 600 V	CAT IV 600 V	CAT IV 1000 V

      

Messsicherheit und Kühlsystem für hohe Ströme

Während der Prüfung werden absichtlich sehr hohe Kurzschlussströme (bis zu 300 A) erzeugt, wodurch erhebliche Energiemengen abgeführt werden. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, wurde ein innovatives und hocheffizientes Kühlsystem entwickelt, das bis zu zehn Messungen pro Minute ermöglicht. 

  
Abbildung  2. Sonel MZC-320S und Sonel MZC-340-PV

Kommunikationsschnittstellen, Ergonomie und Umweltbeständigkeit von Messgeräten

Messgeräte sind standardmäßig mit einem internen Speicher und Datenübertragungsfunktionen ausgestattet, die die Kommunikation mit einem Computer über USB oder eine drahtlose WLAN-Verbindung ermöglichen. Das MZC-340-PV wird vollständig von jedem Gerät mit integrierter Wi-Fi-Kommunikation gesteuert, z. B. von einem Smartphone, Tablet oder Computer.

Aufgrund ihrer vorgesehenen Verwendung sind die Geräte in Gehäusen mit Schutzart IP67 untergebracht. Das MZC-320S und das MZC-330S verfügen über hintergrundbeleuchtete Displays, die eine intuitive und benutzerfreundliche Bedienung ermöglichen. Das MZC-340-PV hingegen hat kein Display, da es ausschließlich über ein externes Gerät bedient wird. 

Einsatz von Sonel-Messgeräten in End- und Verteilungssystemen

Dank ihrer einzigartigen Eigenschaften sind die Messgeräte MZC-320S, MZC-330S und MZC-340-PV derzeit die einzigen Geräte auf dem Markt, die sehr niedrige Erdschlussimpedanzen (unter 0,13 Ω) in industriellen Netzwerken mit einer Leitungsspannung von 500 V, 690 V und 900 V messen können. 

Ihre messtechnischen und betrieblichen Eigenschaften gewährleisten auch die Eignung für Erdschlussimpedanzmessungen in allen Arten von elektrischen Systemen, einschließlich Endstromkreisen und Verteilungssystemen, unabhängig von der Art der verwendeten Schutzeinrichtung.

 

Autoren:
Roman Domański
Wojciech Siergiej
Sonel S.A.