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Isolationsfehlerschutz Durch Isolationsfehlerschutz Brandrisiko effektiv mindern

Viele Versicherungsnehmer fragen sich, warum sie Maßnahmen des vorbeugenden Brandschutzes beach-ten sollen, wenn sie eine Feuerversicherung und eventuell noch eine Betriebsunterbrechungsversiche-rung (BU) abgeschlossen haben. Hinter dieser Fragestellung verbirgt sich eine geringe Sensibilität gegen-über Brandschutzerfordernissen, die sich auch in der Mentalität ausdrückt „bei uns hat es noch niegebrannt, das wird auch in Zukunft so bleiben“. Von diesen so genannten Argumenten könnten noch wei-tere aufgezählt werden. Es gibt aber einige überzeugende Argumente dagegen.

Argumente für einen wir-kungsvollen Isolationsfehler-schutz

Etwa 66% der feuerversichertenFirmenkunden haben eine Feuer-BU. Sieht man sich die verbleiben-den 33% genauer an, stellt sich dieFrage, wie nach einem Großbrandund dem damit einhergehendenProduktionsausfall die laufendenKosten für z.B. Löhne und Gehältersowie Kreditraten beglichen wer-den sollen. Bei Versicherungsneh-mern, die eine BU abgeschlossenhaben, sind diese Kosten durch die Versicherung abgedeckt. Aberauch mit einer BU-Deckung können die entstehenden Schädenerheblich sein.

So können eventuell Vertragsstra-fen für nicht gelieferte Waren dasFirmenbudget belasten. Derschwerste Schaden entsteht durchverlorene Marktanteile, diese kön-nen auch durch eine Versicherungnicht ersetzt werden. Nach denErfahrungen des Allianz Zentrumfür Technik müssen rund die Hälfte

der Unternehmen nach einemGroßschaden in den nächsten dreiJahren Insolvenz anmelden. Fürgroße Konzerne dürfte interessantsein, dass die Börsennotierungenin den ersten Monaten nach demSchadenereignis erheblich zurück-gehen. Auch sollte man nicht ver-gessen, dass Brandschutz eben-falls Personenschutz bedeutet.

Risikofaktor Elektrizität

Statistiken des Gesamtverbandesder Deutschen Versicherungswirt-schaft (GDV) e.V. weisen aus, dasspro Jahr zwischen 15 und 20%des Gesamtschadens von Feuer-versicherungen auf Elektrizität(ohne Blitz- und Überspannungs-schäden) zurückzuführen sind. Ausder aktuellen Mängelstatistik(2005-07) der VdS Schadenver-hütung GmbH geht hervor, dassunter den 20 häufigsten Mängelngerade auch brandschutztechnischrelevante Fehler, z.B. mangelhafteKabel- und Leitungsführung, man-gelhafte Leiteranschlüsse und -ver-bindungen regelmäßig anzutreffen

sind. Erschwerend kommt hinzu,dass diese Mängel besonders inBranchen anzutreffen sind, indenen feuergefährdete Bereiche,z.B. Papier- und Zellstoffherstel-lung, Chemische Fabriken oderdiesen gleichzustellende Risiken,z. B. Sanatorien, Krankenhäuserund Versammlungsstätten, zu er-warten sind. Diese Zahlen belegen,dass ein wirkungsvoller Isolations-fehlerschutz die Schwächen zwarnicht beseitigen, aber wesentlichzum Brandschutz in elektrischenAnlagen beitragen kann. DiesemSachverhalt wurde auch in derNorm für den „Brandschutz beibesonderen Risiken oder Gefah-ren“ (DIN VDE 0100-482) Rech-nung getragen. In dieser Errich-tungsnorm wird ein Isolations-fehlerschutz für feuergefährdeteBetriebsstätten vorgeschrieben. Inder GDV-Publikation VdS 2033„Feuergefährdete Betriebsstättenund diesen gleichzustellende Risi-ken“ sind Tabellen mit Beispielenvon Risiken dieser Art enthalten.

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Ein letztes Argument für Maßnah-men zum Schutz bei Isolations-fehlern soll nicht unerwähnt blei-ben. Werden die „Sicherheitsvor-schriften für elektrische Anlagenbis 1000 Volt“ (VdS 2046) zwischenVersicherer und Versicherungs-nehmer vereinbart, besteht dieMöglichkeit, dass auf eine Isola-tionswiderstandsmessung unterUmständen verzichtet werdenkann, wenn der Schutz bei Isola-tionsfehlern durch Abschaltungoder Meldung gewährleistet ist.

Isolationsfehlerschutz durchAbschaltung

Der Isolationsfehlerschutz teilt sichin Maßnahmen zum Schutz gegenIsolationsfehler und zum Schutzbei Isolationsfehlern. Erstere sindnicht Bestandteil dieses Beitrages,da sie schon ausführlich im Beitrag„Isolationsfehlerschutz – Voraus-setzung für den Brandschutz inelektrischen Anlagen“ von HerrnAdalbert Hochbaum (Heft 4/2000)dargelegt wurden.

In den folgenden Abschnitten gehtes um den Schutz bei Isolations-fehlern durch Abschaltung oderMeldung. Vorgeschaltete Über-stromschutzeinrichtungen – wiez.B. Schmelzsicherung oder Lei-tungsschutzschalter – kommen fürden Isolationsfehlerschutz nicht in

Frage, da sie bei widerstandsbe-hafteten Kurzschlüssen zu spätoder gar nicht auslösen. Erfahrun-gen belegen, dass in der Realitäthäufiger mit widerstandsbehafte-ten Kurzschlüssen zu rechnen ist,bei denen Fehlerströme in der Grö-ßenordnung von ca. 300mA fließenkönnen. Wie Untersuchungen er-gaben, können diese bereits zumBrand führen (weitere Details sieheo.g. Beitrag Heft 4/2000).

Fehlerströme in dieser Größenord-nung können nur von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD1) oderDifferenzstrom-Überwachungsein-richtungen (RCM 2) erkannt undabgeschaltet werden. Vorausset-zung für einen wirkungsvollen Feh-lerstromschutz ist, dass derSchutzleiter in allen Kabeln undLeitungen mitgeführt wird. Im IT-System wird eine Kombination vonIsolationsüberwachungsgerät (IMD 3)für den 1. Fehlerfall und RCD zurAbschaltung des 2. Fehlers emp-fohlen (siehe „Störungsarme Elek-troinstallationen“ VdS 2349).

Funktionsbeeinträchtigungdurch Ableitströme

Schon frühzeitig wurde in derSchadenverhütungsarbeit die o.g.Unzulänglichkeit der Überstrom-schutzeinrichtungen bezüglich desBrandschutzes erkannt. Um eine

bessere Schutzwirkung im Brand-fall zu erreichen, wurde die Not-wendigkeit erkannt, Schutzein-richtungen zu entwickeln, dieschon bei brandgefährlichen Feh-lerströmen von 300mA auslösenund somit die elektrische Anlagevom Netz trennen. Diese Entwick-lung führte dazu, dass heute derEinsatz von Fehlerstrom-Schutz-einrichtungen (RCD) zu der ammeisten verbreiteten und von denSachversicherern empfohlenenMaßnahme zum Schutz bei Isolati-onsfehlern gehört.

Durch den Einsatz von immer mehrelektronischen Betriebsmitteln imindustriellen Bereich und im Wohn-bereich – z.B. Frequenzumrichter,USV 4-Anlagen, Schaltnetzteilen in Computern, Audio- und Video-geräten sowie elektronischen Vorschaltgeräten in Leuchten –werden immer häufiger Ober-schwingungen erzeugt.

Zur Einhaltung der elektromagneti-schen Verträglichkeit (EMV) werdendie Oberschwingungsströme gefil-tert. Ein „Abfallprodukt“ der EMV-Filter sind die Ableitströme. Diesegelangen zu einem großen Teil überden Schutzleiter zum Sternpunktdes Netzes zurück. Ableitströmesind demzufolge betriebsbedingteStröme, die über den Schutzleiteroder andere leitfähige Teile, die �

1 RCD: Residual Current operated protective Device, früher FI-Schutzschalter2 RCM: Residual Current Monitor

3 IMD: Insulation Monitoring Device4 USV: Unterbrechungsfreie Stromversorgung

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Bestandteil des Potentialausglei-ches sind, zur Erde fließen.

Aufgrund ihrer hohen Leistung undder damit verbundenen hohenAbleitströme bereiten Frequenz-umrichter, Stromrichter, Wechsel-richter und USV-Anlagen hinsicht-lich der Beeinträchtigung derFunktion der RCD/RCM die größ-ten Probleme. Im Bild 1 ist der typische Aufbau einer Frequenz-

umrichteranlage, mit den dort vor-kommenden Ableitströmen, darge-stellt.

Ableitströme werden über be-triebsbedingte Kapazitäten, wiez.B. Y-Kondensatoren von Filtern,über parasitäre Kapazitäten undphysikalisch vorhandene Isola-tionswiderstände der angeschlos-senen elektrischen Betriebsmittelzum Schutzleiter (PE) bzw. Poten-

tialausgleich (PA) geleitet. Parasi-täre Kapazitäten sind für den Be-trieb nicht benötigte Kapazitäten,die z.B. durch parallele Leiterfüh-rung in Kabeln und Leitungensowie auf Leiterplatten entstehen.Die Funktionsweise der RCD oderRCM besteht darin, Ströme, die aufdem Schutzleiter fließen, zu erken-nen und ab einer bestimmten Höheabzuschalten oder zu melden. DerStrom, der über den Schutzleiter

Bild 1: Ableitströme in Stromkreisen mit Frequenzumrichtern

Ab

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fließt bzw. nicht über die aktivenLeiter zum Netz zurückfließt, wirdals Bemessungsdifferenzstrom be-zeichnet. Da Ableitströme und Feh-lerströme auf den gleichen Strom-pfaden fließen, kann die RCD/RCMnicht zwischen diesen unterschei-den. Daraus folgt, dass wenn derAbleitstrom die Höhe des Bemes-sungsdifferenzstromes erreicht, dieRCD/RCM abschaltet oder einenFehler meldet, obwohl kein Fehlerexistiert. Die Verfügbarkeit derelektrischen Anlage ist somit nichtmehr gegeben. Dies kann dazuführen, dass die RCD oder RCMüberbrückt oder ausgebaut wird.Um die Ableitströme zu verringern,werden in der Praxis zum Teil Netz-filter überbrückt. Dadurch wirdzwar der Isolationsfehlerschutzaufrechtgehalten, aber es wirdgegen das EMV-Gesetz verstoßen.

Was kann getan werden, damit dieAbleitströme die Funktion der RCDoder RCM nicht mehr beeinträchti-gen? In Fachkreisen wurden in letz-ter Zeit verschiedene Möglich-keiten diskutiert. Ein Weg ist, dieAbleitströme so zu verringern, dassdie Funktion der RCD/RCM nichtbeeinträchtigt wird. Andere Überle-gungen gehen davon aus, dassAbleitströme, da sie betriebsbe-dingt sind, nicht über den Schutz-leiter fließen dürfen, sondern überden Neutralleiter oder über einenseparaten Funktionserdungsleiter.Teilweise wird der Einsatz von an-deren Schutzeinrichtungen für den

Isolationsfehlerschutz in den elek-trischen Anlagen erwogen. Diepraktikabelsten Lösungen werdenin den demnächst erscheinendenneuen Richtlinien des GDV „Iso-lationsfehlerschutz in elektrischenAnlagen mit elektronischen Be-triebsmitteln“ (VdS 3501) aufge-zeigt. Diese Lösungen werdennachfolgend kurz vorgestellt.

Separater Funktionser-dungsleiter bei Einsatz von Frequenzumrichtern

Dieses Konzept wurde in demArbeitskreis des GDV, der dieRichtlinien VdS 3501 erarbeitet,lange Zeit diskutiert. Nachdemerkannt wurde, dass es in abseh-barer Zeit keine Lösung gebenwird, wurde die Idee des separatenFunktionserdungsleiters verworfen.Hier soll noch einmal die Grund-idee des Funktionserdungsleiters(FE) erläutert und die damit zusam-menhängenden Probleme aufge-zeigt werden.

Der Grundgedanke des separatenFunktionserdungsleiters bestehtdarin, dass die betriebsbedingtenAbleitströme nicht über denSchutzleiter, sondern auf einenseparaten Funktionserdungsleiterzum Sternpunkt zurückfließen sol-len. Der Funktionserdungsleiterwird dabei wie ein Neutralleiter be-handelt, d. h., die auf diesem Leiterfließenden Ableitströme werdenvon der RCD/RCM mit erfasst. Es

muss sorgsam darauf geachtetwerden, dass zwischen dem Funk-tionserdungsleiter und dem rest-lichen Erdungssystem sowie demSchutzleiter (PE), nach dessen Auf-trennung vom Schutzleiter oderPEN-Leiter, keine weiteren Verbin-dungen bestehen. Mit der Auftei-lung der Ableitströme und Fehler-ströme auf verschiedene Leiterwären die Probleme für die RCD/RCM behoben. Eine derartige Lö-sung wäre die konsequente Um-setzung des EMV-verträglichenTN-S-Systems auf die Frequenz-umrichtertechnik.

Was macht die Sache so kompli-ziert, dass sie nicht verwirklichtwerden kann? Ein EMV-gerechterAufbau der Anlage würde eine niederimpedante Verbindung desFunktionserdungsleiter mit denelektronischen Komponenten er-fordern, d. h., der Funktionser-dungsleiters müsste großflächig,z.B. mit dem Gehäuse des Fre-quenzumrichters, verbunden wer-den. Am Gehäuse ist aber üblicher-weise schon der Schutzleiterangebunden. Somit ist bei diesenGeräten ein separater Funktions-erdungsleiter nicht möglich. Schutz-isolierte Geräte sind zurzeit nur alsSonderlösungen vorhanden undwerden, aufgrund der benötigtenErdung der Geräte, auch in naherZukunft nicht serienmäßig auf demMarkt verfügbar sein. �

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Welche Komponenten sollen beidem Anschluss an den separatenFunktionserdungsleiter berück-sichtigt werden? Wird der Motormit einbezogen, muss dieser iso-liert vom Rest der Maschine aufge-baut sein, damit die Auftrennungdes Funktionserdungsleiters vomErdungssystem erhalten bleibt. Inden meisten Fällen ist dies unre-alistisch.

Wie wird der Schirm des Motor-kabels angeschlossen, wenn derMotor nicht isoliert aufgebautwurde? Wird der Kabel- oder Lei-tungsschirm mit einem Ende amGehäuse des Frequenzumrichtersoder Ausgangsfilters angeschlos-sen und mit dem anderen amMotorgehäuse, ist der FE nichtmehr isoliert vom Schutzleiter auf-gebaut. Wird der Kabel- oder Lei-tungsschirm dagegen mit beidenEnden an den Funktionserdungs-leiter angeschlossen, ist die EMV-Wirkung, für die der Schirmgedacht ist, aufgehoben.

Die Realisierung des Konzepteseines separaten Funktionserdungs-leiters erfordert ein vollständigesUmdenken der Entwicklungsab-teilungen von Frequenzumrichter-herstellern. Bei entsprechenderUmsetzung dieses Konzeptes wäredie Lösung der vorgenannten Pro-bleme denkbar. Dies ist mit erheb-lichen Kosten verbunden, die vonden Herstellern nicht getragen wer-den. Ein vorhandener Markt für

diese Technik, z. B. für feuergefähr-dete Betriebsstätten, könnte einUmdenken bei den Herstellern vonFrequenzumrichtern bewirken. Da-zu muss der Schutz bei Isolations-fehlern in Anlagen nach DIN VDE0100-482 konsequent umgesetztwerden.

Isolationsfehlerschutz inelektrischen Anlagen mitelektronischen Betriebs-mitteln (VdS 3501)

Alle Maßnahmen, die im Anschlussgenannt werden, sind Bestandteilder neuen GDV-Publikation VdS3501.

Wichtig bei dem Einsatz eines Iso-lationsfehlerschutzes mit RCD/RCM ist, dass die Problematik derAbleitströme schon in der Pla-nungsphase erkannt und berück-sichtigt wird. In Zusammenarbeitmit den Herstellern von z.B. Fre-quenzumrichtern und Filtern solltedeshalb eine Beurteilung der Ab-leitströme in Form einer Ableit-strombilanz erstellt werden.

Als Ergebnis erhält der Planer einenÜberblick über die zu erwartendenAbleitströme. Dazu stellt er Anga-ben über z.B. den Funkentstörgradund die Motorkabellänge bereit. ImGegenzug gibt der Filterherstellerdie Höhe der Ableitströme seinesNetzfilters und eines eventuell Aus-gangsfilters an. Der Hersteller desFrequenzumrichters sollte Anga-

ben zur Höhe der Ableitströme sei-nes Umrichters, in Abhängigkeitder Taktfrequenz, sowie über denAbleitstrom je Meter Motorkabel,bei einem vorgegebenen Kabeltyp,zur Verfügung stellen. Der Ableit-strom des Motors muss mit einereinzuschätzenden Reserve berück-sichtigt werden. Bei den Filterher-stellern ist die Angabe des Ableit-stromes in den Datenblätternschon gängige Praxis. Die Fre-quenzumrichterhersteller werdensich daran gewöhnen müssen,dass ihre Produkte auch nach derHöhe des Ableitstromes bewertetwerden.

Nachdem der Planer die Höhe derAbleitströme ermittelt hat, muss ersich entscheiden, ob und welcheMaßnahmen er treffen muss, umden Ableitstrom so zu verringern,dass die RCD oder RCM ohneBeeinträchtigung ihrer Funktion indie Anlage integriert werden kann.Bei dem Einsatz einer RCD miteinem Bemessungsdifferenzstromvon 300mA sollte die Summe derAbleitströme <150mA sein, da dieRCD schon bei der Hälfte desBemessungsdifferenzstromes aus-lösen kann.

In den Richtlinien ist ein Ablaufdia-gramm enthalten, welches die Aus-wahl der richtigen Maßnahmeerleichtert. Es wird z.B. abgefragt,ob außer dem Brandschutz auchder zusätzliche Schutz durch RCD(Personenschutz) berücksichtigt

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werden muss oder ob es zu Fehl-auslösungen der Schutzeinrichtungwährend des Einschaltens kom-men kann. Entsprechende Maßnah-men werden dann vorgeschlagen.

Die aufgezählten Punkte werdenmit ihren Vorteilen und ggf. ihrenNachteilen erläutert. So wird z.B.

darauf hingewiesen, dass nicht mitallen ableitstromarmen Filtern derhöchste Funkentstörgrad der Klas-se B (Wohn- und Gewerbebereich)erreicht wird. Bei Sinusfiltern wirddarauf hingewiesen, dass diesenicht für hochdynamische Antriebegeeignet sind.

Es gibt elektrische Anlagen, indenen die Ableitströme so groß

sind, dass diese von keiner RCDoder RCM beherrscht werden können. Als Beispiel werden hierAnlagen genannt, bei denen dieGleichrichterbrücke des Frequenz-umrichters gesteuert wird. Alleindie Netzfilter für solche Applikatio-nen erzeugen einen Ableitstromvon ca. 300mA. Bei Anlagen mit

sehr hohen Ableitströmen werdendie folgenden Schutzmaßnahmenempfohlen:

� Aufbau eines IT-Systems mitIsolationsüberwachung

� Permanente Isolationsüberwa-chung in TN-Systemen

Auch diese beiden Punkte werdenin den Richtlinien erläutert. Zum

Beispiel werden Hinweise gegeben,welche Isolationsüberwachungs-einrichtungen bei geregelten An-trieben verwendet werden müssen.

Die permanente Isolationsüberwa-chung in TN-Systemen ist ein neuentwickeltes Verfahren, welchessich zurzeit in der Erprobung befin-det. Laut Herstellerangaben soll dieentsprechende Gerätetechnik imJahr 2006 oder 2007 serienreifsein. Zurzeit werden noch Applika-tionen gesucht, in denen dieseneuartige Isolationsüberwachunggetestet werden kann.

Der Vorteil dieser Lösung liegtdarin, dass es in den üblichengeerdeten Systemen arbeitet undvom Ableitstrom unabhängig ist.Der Aufbau der permanenten Isola-tionsüberwachung ist im Bild 2dargestellt.

Das System besteht aus einemGenerator zur Einspeisung desMessstromes und den Auswerte-einheiten. Der Generator sollte vorzugsweise in den Sternpunktder Anlage eingebunden werden.Wenn kein Sternpunkt vorhandenist, wird er wie im Bild 2 mit durch-gehender Linie dargestellt ein-gebunden. Hinter dem Generatorkönnen mehrere Auswerteeinhei-ten angeordnet werden. Das Prin-zip dieses Verfahrens basiert aufder induktiven Einspeisung eineskleinen Messstromes. In den Netz-abgängen werden in speziellen �

Folgende Maßnahmen zur Verringerung der Ableitströmewerden in diesen Richtlinien erläutert:

� Einsatz von ableitstromarmen Netzfiltern oder Netzdros-seln

� Einsatz von Eingangs-Sammelfiltern für mehrere Frequenz-umrichter, Stromrichter oder USV-Anlagen

� Einsatz von Ausgangsfiltern� Aufteilung der Stromkreise von mehreren elektronischen

Betriebsmitteln auf mehrere RCD/RCM� Schutz vor transienten Ableitströmen, die durch Schalt-

handlungen entstehen

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Auswerteeinheiten die aus derMessquelle resultierenden Strom-komponenten erfasst und ausge-wertet. Mit den im Bild 2 darge-stellten Kontaktausgängen könnenAbschalteinrichtungen, z. B. Lei-stungsschalter, angesteuert wer-den.

Bei allen vorgenannten Maßnah-men ist es wichtig, dass Anlagenmit elektronischen Betriebsmittelngrundsätzlich so zu errichten sind,dass sie den Bestimmungen zurelektromagnetischen Verträglich-keit (EMV) entsprechen. Deshalbwurde in den Richtlinien ein Kapitelzur Errichtung von Frequenz-umrichteranlagen gewidmet. Mit-telpunkt dieses Kapitels ist der allumfassende zusätzliche Potenti-alausgleich. Ziel ist es, eine mög-lichst niederimpedante Potential-ausgleichsverbindung zwischendem umrichtergesteuerten Ver-brauchsmittel und dem Schutz-leiteranschluss des Gleichstrom-

Zwischenkreises des Umrichtersherzustellen.

Bei der Planung und Errichtungelektrischer Anlagen mit elektroni-schen Einrichtungen ist ein hohesMaß an fachlicher Kompetenz not-wendig. Aus diesem Grund solltenderartige Anlagen von Elektrofach-kräften mit fundierten Kenntnissenin der EMV geplant und errichtetwerden. Solche Fachkräfte sindbeispielsweise VdS-anerkannteEMV-Sachkundige. Ein Verzeichnismit diesen Sachkundigen enthältdie Publikation VdS 2832.

Anforderungen an Fehler-strom-Schutzeinrichtungen(RCD) und Differenzstrom-Überwachungseinrichtungen(RCM)

Der Einsatz von elektronischenBetriebsmitteln hat nicht nur Aus-wirkungen bezüglich der Ableit-ströme, sondern auch auf die

Stromform im Fehlerfall. So könnenbei einem Einsatz von Frequenz-umrichtern glatte Gleichfehlerströ-me auftreten. Deshalb dürfen nachder Norm zur „Ausrüstung vonStarkstromanlagen mit elektroni-schen Betriebsmitteln“ (DIN EN50178 VDE 0160) und der Norm zur„Auswahl und Errichtung elektri-scher Betriebsmittel – Schalt- undSteuergeräte“ (DIN VDE 0100-530)bei diesen Anwendungen nur RCDdes Typ B (DIN VDE 0664-100 oder-200) eingesetzt werden. In derNorm für Fehlerstrom-Schutz-einrichtungen (RCD) DIN VDE0664-100/-200 ist die Brand-schutzgrenze von 300mA für hoheFrequenzen nicht definiert, da derSchwerpunkt in dieser Norm aufdem Personenschutz liegt. BeimPersonenschutz wird die Herzkam-merflimmergrenze, die bis ca. 1000Hz bekannt ist, als Grundlagegenommen. Nach dieser Herzkam-merflimmergrenze nimmt die Ge-fährdung für Personen mit steigen-

Bild 2: Aufbau der Isolationsüberwachung für geerdete Netze

29ELEKTROTECHNIK 3 | 2005

der Frequenz ab und liegt bei 1000 Hz schon weit über 300mA.

Durch Beachtung des Personen-schutzes war der Brandschutz beiFrequenzen von ca. 50 Hz mitberücksichtigt. Nach dem EntwurfDIN VDE 0664-100 ist die Ober-grenze, bei der die RCD auslösenmuss, bei einer Frequenz von 1000Hz mit 11 IΔn und bei 2000 Hz mit 20

IΔn definiert. Bei einer RCD miteinem IΔn = 30 mA liegt der Strom,bei der sie auslösen muss, ab 1000Hz, also über 300mA. Versucheergaben, dass die von elektroni-schen Betriebsmitteln erzeugtenhohen Frequenzen schon bei ca.300mA brandgefährlich sind (siehenächster Absatz). Für die Gewähr-leistung des Brandschutzes müs-sen deshalb die Anforderungen in

den Richtlinien noch weitergehen.Wie in den Bildern 3 und 4 darge-stellt, darf im Bereich von 0 bismindestens 1 MHz die Auslöse-schwelle der RCD nie über 300mAliegen. Nur in diesem Fall ist einumfassender Schutz bei feuerge-fährdeten Betriebsstätten nach DINVDE 0100-482 gegeben. �

Bild 3: Gerätekurve einer RCD mit einem IΔn = 30mA, geeignet für zusätzlichen Personenschutz und umfassenden Brandschutz

Bild 4: Gerätekurve einer RCD mit einem IΔn = 300mA, geeignet für umfassenden Brandschutz

1000

100

100,1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Frequenz/Hz

Differenz-strom /mA

300

30

1000

100

100,1 1 10 100 1000 10000 100000 1000000

Frequenz/Hz

Differenz-strom /mA

300

30

30 3 | 2005 ELEKTROTECHNIK

Diese Anforderungen sind sinn-gemäß auch auf Differenzstrom-Überwachungseinrichtungen (RCM)zu übertragen, wenn sie zur Sicher-stellung des Brandschutzes einge-setzt werden.

Sind hohe Frequenzenbrandgefährlich?

Schon vor vielen Jahren wurdedurch Versuche nachgewiesen,dass Fehlerströme schon im Be-reich von ca. 300mA brandgefähr-lich sind. Diese Versuche wurdenbei einer Frequenz von 50 Hzdurchgeführt. In letzter Zeit kamenvon verschiedenen Seiten Zweifelauf, ob auch Fehlerströme imhöheren Frequenzbereich brandge-fährlich sind. Fachleute vom GDV,VdS und verschiedenen Firmensind der Meinung, dass für dieBrandgefährdung der Effektivwertdes Stromes maßgeblich ist unddie Frequenz eine untergeordneteRolle in diesem Punkt spielt. Umdies nachzuweisen, wurden zu-sammen mit der Fa. DoepkeSchaltgeräte GmbH & Co. KG Ver-suche mit Frequenzumrichterndurchgeführt.

Bild 5 zeigt den Versuchsaufbau imLabor und Bild 6 zeigt den prinzi-

piellen Aufbau der Versuchsreihe.Die Versuche wurden mit zweiunterschiedlichen Fabrikaten vonFrequenzumrichtern durchgeführt.Die Fehlerstelle wurde durch einenHolzscheit (mit Brandspuren vonvorhergehenden Versuchen) oderkünstlich gealterten Holzplättchensimuliert. Der Fehlerstrom (Mess-wandler Ch. 2) wurde mit Hilfe voneinstellbaren Widerständen (ohneHolzscheit) auf ca. 300mA einge-stellt. Der Motor lief mit einer Fre-quenz von ca. 1 Hz. Die Taktfre-quenz des Frequenzumrichtersbetrug 8 kHz. Die gemessenenAbleitströme lagen bei ca. 40mA.

Bei den ersten Versuchen wurdedie Fehlerstrom-Schutzeinrichtung(RCD) überbrückt. Die am Mess-wandler Ch. 2 gemessenen Fehler-ströme betrugen 285 mA. Diesesetzten sich aus den folgendenStrömen zusammen:

� 1-Hz-Komponente vernachläs-sigbar klein,

� 150-Hz-Komponente ca. 60 mA,� 450-Hz-Komponente vernach-

lässigbar gering,� Frequenzanteile über 1000 Hz,

bestehend aus Oberschwin-gungen und Taktfrequenz, ca.220mA

Aus diesen Messungen geht her-vor, dass der größte Anteil der Fehlerströme bei Frequenzen über1000 Hz lag. Dieser Fehlerstromfloss von den Versuchselektrodenüber das Holz und entzündete die-ses (s. Bild 7). Bei einem weiterenVersuch wurde anstelle des Holz-scheites künstlich gealtertes Holzverwendet. Wie in Bild 7 zu sehen,entstand erst ein verkohlter Strom-pfad und nach anfänglichem Glü-hen des Holzes bildete sich einesichtbare Flamme. Damit wurdenachgewiesen, dass Frequenzenüber 1000 Hz brandgefährlich sind.

Die gleichen Versuche wurden mit– im Stromkreis integrierten – RCD(IΔn = 300 mA) durchgeführt. Eszeigte sich, dass RCD mit einerBrandschutzgrenze ab 700 Hz (s. Bild 4) bei ca. 260mA aus-lösten. Eine kurzzeitige Flammeverlöschte nach Auslösung derRCD selbstständig. RCD ohneBrandschutzgrenze ab 700 Hzlösten bei diesen Versuchen nichtaus. Dies geschah erst bei sehrhohen Motordrehzahlen. Bei solchhohen Motordrehzahlen kann da-von ausgegangen werden, dass dieFrequenzanteile unterhalb 700 Hzausreichen, um die RCD auszu-lösen.

Bild 5: Versuchsaufbau im Labor

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Literatur

� Störungsarme ElektroinstallationDipl.-Ing. Adalbert HochbaumSchadenprisma 4/2003

� Isolationsfehlerschutz – Vor-aussetzung für den Brand-schutz in elektrischen AnlagenDipl.-Ing. Adalbert HochbaumSchadenprisma 4/2000

� Fehlerstrom-Schutzeinrichtun-gen als BrandschutzDipl.-Ing. Adalbert HochbaumSchadenprisma 4/1996

� Methoden der konstanten IsolationsüberwachungK.-H. KaulElektropraktiker 2/2005

� VdS 2033 FeuergefährdeteBetriebsstätten und diesengleichzustellende Risiken

� VdS 2349 Störungsarme Elek-troinstallation

� VdS 2832 VdS-anerkannteEMV-Sachkundige, Verzeichnis

� VdS 2046 Sicherheitsvorschrif-ten für Starkstromanlagen bis1000V

� VdS 2837 Mängelstatistik Elek-trische Anlagen 2000 bis 2003

� DIN VDE 0100 Errichten vonStarkstromanlagen mit Nenn-spannungen bis 1000 Volt

� Teil 482 Brandschutz beibesonderen Risiken oderGefahren

� Teil 530 Auswahl und Errich-tung elektrischer Betriebsmittel– Schalt- und Steuergeräte

� E DIN VDE 0664-100 Fehler-strom-Schutzschalter Typ B zurErfassung von Wechsel- undGleichströmen – RCCB

� E DIN VDE 0664-200 Fehler-strom-Schutzschalter Typ B zurErfassung von Wechsel- undGleichströmen – RCBO

� DIN EN 50178 VDE 0160 Aus-rüstung von Starkstromanlagenmit elektronischen Betriebs-mitteln

Herausgeber der GDV-Publikatio-nen ist der Gesamtverband derDeutschen Versicherungswirt-schaft e.V. (GDV). Die Richtlinienzur Schadenverhütung könnenbezogen werden über:

� VdS Schadenverhütung, VerlagAmsterdamer Straße 17450735 KölnTel.: 0221 – 7766-0Fax: 0221 – 7766-341 �

Dipl.-Ing.(FH) Karsten CallondannGDV

Sachversicherung/Schadenverhütung

EMV-FilterPE

RCDFrequenz-umrichter

PEM

Hauptschalter

Schutz

MesswandlerCh.1

MesswandlerCh.2

470 Ohm

HolzscheitmitElektroden

Bild 6: Prinzipieller Aufbau der Versuchsreihe RCD mit Frequenzumrichter

Bild 7: Durch Ströme < 300mA entflammtes Holz (Frequenzen ≠ 50 Hz) Bilder 1-3: künstlich gealtertes Holz. Bilder 4-5: Holzscheit mit alten Brandspuren