Höhere Verfügbarkeit durch permanentes Monitoring

Anlagenbetreiber sollten umgehend über Änderungen am Anlagenzustand informiert werden. Das ist für die Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Produktion wichtig. Fehler müssen schnell erkannt werden, um Ausfälle und Stillstandszeiten zu vermeiden. Hilfreich ist hier die Überwachung der Differenzströme.

Mit einem differenzstrombasierten Voralarm lassen sich Fehlerströme im Netz erkennen und beheben, bevor
es zur ungeplanten Abtrennung kommt. Durch den konsequenten Einsatz entsprechender Überwachungsmechanismen
können Betreiber teils merkliche Vorteile im Hinblick auf die Anlagenverfügbarkeit realisieren. Bild: Phoenix Contact

Der Stellenwert der Betriebssicherheit industrieller Anlagen wird auch durch die umfassende Normenlage bestätigt. Leitungsschutzschalter und Fehlerstrom-Schutzschalter werden dabei im Fehlerfall zur sicheren Abtrennung von Verbrauchern oder Stromkreisen eingesetzt. Zu beachten ist allerdings, dass direktes Abtrennen per Schutzschalter aufgrund eines zu hohen Ableitstroms auf dem Schutzleiter (PE) nicht immer erwünscht ist. Denn mit dem sicherheitsbedingten schnellstmöglichen Abtrennen der Verbraucher geht eine geringere Verfügbarkeit der Anlage einher − die wirtschaftlichen Auswirkungen eines unerwarteten Ausfalls können entsprechend hoch ausfallen. Dabei sind auch mögliche Folgeschäden und Ausfallzeiten zu berücksichtigen. Eine unmittelbare Vorwarnung für ein rechtzeitiges Eingreifen kann vor diesem Hintergrund dem Betreiber gute Dienste leisten.

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Hochfrequente Differenzströme als Herausforderung

Planer, Errichter und Betreiber elektrischer Anlagen reduzieren störende elektrische Einflüsse − wie hohe Ableitströme, Oberschwingungen und elektromagnetische Felder − durch geeignete Konzepte bereits bei der Planung. Im Betrieb können hohe Ableitströme so auf ein Minimum reduziert werden. Fehlerströme durch Isolationsfehler können dadurch jedoch nicht ausgeschlossen werden. In Abhängigkeit von Verbrauchern und Stromversorgung können Fehlerströme verschiedenster Form und Frequenz auf treten: Durch den vermehrten Einsatz elektronischer Betriebsmittel, wie zum Beispiel Frequenzumrichter bei Motoren, kommt es im Fehlerfall zu hohen Ableitströmen im hoch frequenten Bereich. Außerdem werden frequenzgesteuerte Betriebsmittel eingesetzt − etwa Kühl-, Kran- oder Hebeanlagen, bei denen die Betriebsfrequenz im mittleren zweistelligen Kilohertz-Bereich liegt. Dieses Spektrum liegt weit über den geforderten detektierbaren Frequenzen von Schutz- und Überwachungsgeräten der Typen A und B.

Netzwerk-Monitoring: Agieren statt Reagieren

Um Fehlerströme in einer elektrischen Anlage zu erkennen, bevor es zu einer plötzlichen Abtrenn ung der Verbraucher kommt, können Differenzstromüberwachungsgeräte eingesetzt werden, die Fehlerströme detektieren und melden. Mit den Produktreihen RCM-A und RCM-B − die Abkürzung steht für durchgehende Fehlerstromüberwachung oder ‘Residual Current Monitoring’ − bietet Phoenix Contact Differenzstrom-Überwachungsgeräte nach DIN EN62020 an, die auf diese Anforderungen hin ausgelegt wurden.

Die Überwachungssysteme bestehen aus Stromwandler und Auswerteeinheit und dienen dazu, frühzeitig Fehlerströme in der Elektroinstallation geerdeter Systeme zu erkennen. Die Lösungen lassen sich sowohl in TN-S- als auch in TT-Netzen einsetzen. Um die Fehlerströme zu ermitteln, wird nicht mit einer tatsächlichen messtechnisch erfassten Messgröße gearbeitet, sondern mit einem Stromwert, der im Differenzstrom-Wandler erzeugt und im Differenzstrom-Überwachungsgerät ausgewertet wird. Voraussetzung für die Bildung des Differenzstroms ist allerdings, dass je nach Applikation entweder alle aktiven Leiter − also alle Außenleiter und Neutralleiter − oder der Erdungsleiter durch den zugehörigen Summenstrom wandler geführt wird. Die Ergebniswerte der Überwachung werden permanent signalisiert, und beim Erreichen fest gelegter Grenzwerte wird alarmiert. Mit diesem Informationsvorsprung kann der Betreiber den Fehler sowohl unmittelbar als auch im Rahmen von planmäßigen Wartungen lokalisieren und beheben. Einer unerwünschte Abschaltung der Anlage kann so frühzeitig entgegengesteuert werden, was wiederum der Verfügbarkeit der Anlage zugute kommt.

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Für jede Applikation die passende Überwachung

Mit dem Auftreten verschiedener Fehlerströme stiegen auch die Anforderungen an die Schutzeinrichtungen. Dadurch wurde die Klassifizierung von Leitungsund Fehlerstromschutzschaltern in den Normen und Richtlinien angepasst. Differenzstromgeräte des Typs A erfassen gemäß IEC61008-1 vom April 2012 sinusförmige Wechselfehlerströme sowie pulsierende Gleichfehlerströme bei einer Frequenz von 50 oder 60Hz. Geräte des Typs B nach IEC62423 erfassen zusätzlich Wechselfehlerströme mit Frequenzen bis zu einem Kilohertz, überlagerte Gleich- und Wechselfehlerströme sowie glatte Gleichfehlerströme. Aufgrund der immer häufiger auftretenden hoch frequenten Fehlerströme wurde in der DIN VDE664-400 im Mai des Jahres 2012 eine Geräteklassifizierung als ‘Typ B+’ vorgenommen. Diese erfassen zusätzlich zu den Fehlerströmen, die ein Typ-B-Gerät erfasst, auch Wechselströme mit einer Frequenz von bis zu 20kHz. Daher gilt es, bei der Auswahl der DifferenzstromÜberwachungsgeräte auch die Art der möglichen Fehlerströme zu beachten. Treten lediglich Wechselfehlerströme und pulsierende Gleichfehlerströme mit einer Frequenz von 50 oder 60Hz auf, ist ein Differenzstrommonitor des Typs A ausreichend. Bei Gleichfehlerströmen und hochfrequenten Wechselströmen sollte hingegen ein Gerät des Typs B/B+ zur Überwachung eingesetzt werden.

Vorteile für die Betriebssicherheit

Gleichfehlerströme und hochfrequente Wechselfehlerströme erhöhen in industriellen Anlagen die Anforderungen an die Technik zur Sicherstellung der Betriebssicherheit und Verfügbarkeit der Anlage. Durch den Einsatz der passenden Differenzstromüberwachung lassen sich Fehlerströme frühzeitig erkennen, bevor eine Abschaltung der Anlage nötig wird. Ausfallzeiten und damit verbundene Kosten können somit merklich verringert werden.