Prüfung der Schutzmaßnahmen

Prüfung der Schutzmassnahmen / Messpraxis
Prüfung der Schutzmaßnahmen
Im folgenden sollen die Meßverfahren zur Prüfung der Schutzmaßnahmen erklärt werden.
Bei diesen Messungen bedient man sich sehr genau definierter Messmethoden und dementsprechend
gebauter Geräte. Wichtigste Grundlage hierfür ist die Baubestimmung für Prüfgeräte DIN VDE 0413 in
ihren verschiedenen Teilen.
Wenn die Elektrofachkraft die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen durch Messungen prüft, so muss
sie zwingend nach den in DIN VDE 0100 und DIN VDE 0413 angegebenen Messmethoden und
Messschaltungen vorgehen und sich dabei der dort beschriebenen Geräte bedienen. Nur so kann bei
späteren Reklamationen oder Regressansprüchen der Nachweis geführt werden, dass nach den
anerkannten Regeln der Technik gearbeitet wurde.
In der Regel sind folgende Messungen erforderlich:
> Isolationswiderstand
> Niederohmiger Widerstand
> Erdungswiderstand
> Schleifenimpedanz bzw. Kurzschlussstrom
> Berührungsspannung
> Auslöseprüfung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
> Netzspannung
> Prüfung des Drehfeldes an Drehstrom-Steckdosen.
4.4.1 Messung des Isolationswiderstandes
In der Isolationsmessung werden die Außenleiter, der Neutralleiter und de Schutzleiter
auf ihren Isolationswiderstand hin überprüft.
Fließt infolge eines lsolationsfehlers ein begrenzter Fehlerstrom zwischen zwei Leitern,
so führt das zu einer Erwärmung oder gar zur Zündung eines Brandes. In einem solchen
Fall würde keine Überstrom-Schutzeinrichtung ansprechen. Nur durch die
Isolationsmessung kann ein solcher Fehler geortet werden.
Die Isolationsmessung ist eine Messung, die keinen Netzanschluss erfordert. Im
Gegenteil - es muss stets im spannungsfreien Zustand gemessen werden, der
Isolationsmesser „fürchtet" die Netzspannung.
Bei welchen Schutzmaßnahmen ist der Isolationswiderstand zu messen?
Bei allen Schutzmaßnahmen ist die Isolationsmessung erforderlich! Sowohl für
die Schutzmaßnahmen ohne Schutzleiter als auch für diejenigen mit Schutzleiter.
(DIN VDE 0100 Teil 610)
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Die DIN VDE 0100 Teil 610 schreibt folgende Isolationsmessungen vor:
1 . Zwischen allen Außenleitern und Schutzleiter
2.
Zwischen Neutralleiter und Schutzleiter
-
3.
PE-Leiter und Neutralleiter sind zu trennen! Diese Messung entfällt im
TN – C - Netz.
Zwischen den Außenleitern. Diese Messung darf entfallen
- wenn die Leitung einen geerdeten Leiter oder geerdeten Mantel hat
- bei Schalterleitungen in Lichtstromkreisen.
4.
Zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter.
Sind elektronische Bauteile, z. B. Halbleiter, in den Stromkreisen, so ist
unbedingt darauf zu achten, dass durch die hohe Messspannung diese Bauteile
nicht beschädigt werden. Das gilt auch für Motorschutzschalter, Zeitschalter,
Treppenhausautornaten, aber auch für angeschlossene Verbrauchsmittel.
Isolationswiderstand
Der Isolationswiderstand ist ein komplexer Widerstand in Form einer Parallelschaltung eines
Wirkwiderstandes Rw und einer Kapazität C. Dabei ist der Wirkwiderstand eine veränderliche Größe,
die von verschiedenen Parametern beeinflusst wird (Strom, Spannung, Alterung, Material und
Verschmutzung).
Um den Einfluss des kapazitiven Blindwiderstandes in der Isolation auszuschalten, müssen die
Messungen mit Gleichspannung durchgeführt werden. Die Werte für die Messspannung und des
Mindest- Isolationswiderstandes können Tabelle 4-1 entnommen werden.
Schutzmaßnahme und Nennspannung
Messspannung
Schutzkleinspannung und
Funktionskleinspannung mit sicherer
Trennung
Schutztrennung
Nennspannung bis 500 V sowie
Funktionskleinspannung ohne sichere
Trennung
Nennspannung von 500 V - 1000 V
250 V =
Mindestwert des
Isolationswiderstandes
0,25 Mü
500 V =
500v=
>1M
0,5 mf2
Tabelle 4-1
Hinweis:
1000 V
1M
Werte für Messspannung und Mindest-Isolationswiderstand
Die Schutzmaßnahme "Schutz durch nichtleitende Räume" erfordert die Messung der
Übergangswiderstände von Fußböden und Wänden. Dies kann geschehen durch eine
Messung mit einem Isolationsmessgerät oder mit Wechselspannung (DIN VDE 0100 Teil
610). Für Mannesmann Mobilfunk ist diese Messung in der Bauphase, der Erstprüfung
und bei relativ langen Leitungswegen von Interesse.
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4.4.2 Niederohmmessung
Schutzleiter, Potentialausgleichsleiter und Erdungsleiter müssen auf niederohmigen Durchgang
gemessen werden. Zusätzlich muss die hinreichend niederohmige Verbindung von Körpern mit den
Schutzleitern und Erdern sowie ihren Anschlussstellen festgestellt werden.
Die grundsätzlichen Messaufgaben können drei unterschiedlichen Messkreisen zugeordnet werden:
1)
Die Messung der Schutzleiter, ausgehend von der PE-Schiene des Verteilers zu den
Anschlussstellen der Verbraucher (z. B. Steckdosen).
2)
Die Messung zwischen fremden leitfähigen Teilen, wie beispielsweise Rohrsysteme,
Metallkonstruktionen oder metallene Gefäße untereinander und mit dem Schutzleiter
(Hauptpotentialausgleich). Eine Messung ist nur dann erforderlich, wenn durch Besichtigen die
Wirksamkeit des Hauptpotentialausgleiches nicht beurteilt werden kann.
3)
Die Messung der Erdungsleitungen vom Erder oder von mehreren Erdern zur
Potentialausgleichsschiene, beispielsweise zum Erder für Fernmeldeanlagen, für die Antenne,
für den Kabelanschluss oder für die Blitzschutzanlage.
Die Niederohmmessung an Schutzleitern
Zur Messung des Schutzleiters PE, hier ausgehend von dem Verteiler, wird das Ohmmeter zwischen
die PE - Schiene des Verteilers und z. B. dem Schutzkontakt der Steckdose geschaltet (siehe
Abbildung 4 - 1). Bei entfernter Brücke zwischen PE und N werden fehlerhafte Stellen, an denen
versehentlich der Neutralleiter mit dem Schutzleiter verbunden ist, erkannt.
Ist die Messleitung nicht lang genug, um alle Schutzleiterkontakte oder Körper zu erreichen, wird ein
neuer Ausgangspunkt für die Messleitung benötigt. Hierzu kann eine bereits gemessene
Anschlussstelle genutzt werden. Der Widerstand zwischen dem Verteiler und diesem neuen
Ausgangspunkt ist den jetzt gewonnenen Messwerten hinzuzuaddieren (siehe Abbildung 4-2).
Abbildung 4-1
Messung des niederohmigen Widerstandes des Schutzleiters, ausgehend von der PE-Schiene des Verteilers bis zum Schulzkontakt der
Steckdose. R« = Ohmmeter gemäß DIN VDE 0413 Teil 4.
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Abbildung 4-2
Niederohmmessung der Schutzleiter. Der Schutzleiterwiderstand Ra bis zu
Schutzkontakt-Steckdose A wurde in einem ersten Arbeitsgang ermittelt.
Dann wird, ausgehend von A, der Schutzleiterwiderstand Rb bis zur Schutz
kontakt - Steckdose B gemessen. Der gesamte Schutzleiterwiderstand bei B,
ab Verteilung, ergibt sich zu Ra + Rb.
Die Niederohmmessung an Potentialausgleichsleitern
Sie dient zur Überprüfung des Hauptpotentialausgleiches oder des zusätzlichen (örtlichen)
Potentialausgleiches (siehe Abbildung 4-3).
Ausgehend von der Potentialausgleichsschiene PS wird der niederohmige Widerstand der
Potentialausgleichsleitung, der Übergangswiderstand an der Anschlussleitung bis zur letzten gerade
noch zugänglichen Stelle der metallischen Rohre gemessen (siehe Abbildung 4-4).
Abbildung 4-3
Messung des niederohmigen Widerstandes zwischen zwei in den Potential
ausgleich einbezogenen leitfähigen Körpern. R« = Ohmmeter gemäß DIN
VDE 0413 Teil 4, PAS = Potentialausgleichsschiene.
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Abbildung 4-4
Messung des niederohmigen Widerstandes der Zuleitung von der Potentialausgleichsschiene zu metallischen Rohren. R« Ohmmeter gemäß DIN VDE 0413 Teil
4, PAS = Potentialausgleichsschiene, S = Rohrschelle.
Die Niederohmmessung der Erdungsleitung
Ausgehend von der Potentialausgleichsschiene PAS wird der niederohmige Widerstand
der Erdungsleitung bis an die Klemme des Schutzerders gemessen, wie Abbildung 4-5
zeigt (Diese Messung ist keine Erdungsmessung!).
Abbildung 4-5
Messung des niederohmigen Widerstandes der Erdungsleitung.
R« = Ohmmeter gemäß DIN VDE 0413 Teil 4,
PAS = Potential - Ausgleichsschiene, RA = Schutzerder.
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Welches Messgerät ist zu verwenden?
Das Messgerät muss DIN VDE 0413 Teil 4 entsprechen. In dieser VDE - Bestimmung sind u. a. die
Anforderungen an ' das Messgerät und die maximal zulässigen Gebrauchsfehler beschrieben. Die
Messspannung darf eine Gleichspannung oder eine Wechselspannung sein. Die Leerlaufspannung
muss in beiden Fällen zwischen 4 V und 24 V liegen. Die Messströme müssen bei Gleichstrom min.
0,2 A und bei Wechselstrom mindestens 5 A betragen.
Achtung:
Herkömmliche Widerstandsmesser arbeiten mit viel geringeren Messströmen,
als hier für die Schutzmaßnahmen - Prüfung vorgeschrieben ist.
Das gilt in besonderem Maße für die Widerstandsmessbereiche von Multimetern.
Vor allem bei digital anzeigenden Multimetern sind die Messströme sehr klein.
Sie erfüllen nicht die Bedingung von DIN VDE 0413 Teil 4 und sind somit
für die Niederohmmessungen im Rahmen der Schutzmaßnahmen ungeeignet!
Was ist zu messen und was ist zu besichtigen?
Bei der Prüfung der Wirksamkeit des Potentialausgleichs ist die Besichtigung die wichtigste Aufgabe,
denn wesentliche Fehler, wie beispielsweise ein teilweise abgeschalteter oder abgebrochener
Potentialausgleichsleiter, lassen sich messtechnisch nicht ermitteln.
DIN VDE 0100 Teil 610 fordert die Niederohmmessung an Potentialausgleichsleitern nur an Stellen,
wo der Potentialausgleichsleiter durch Besichtigen nicht einwandfrei überprüft werden kann. Tabelle
4-2 (siehe Seite 4-13) gibt dazu einen Überblick. Die Niederohmmessung im Bereich von Schutzleitern
in Stromkreisen kleinerer Querschnitte (z. B. 1,5 mm²) wird gut ablesbare Werte zwischen 0,3 Ω und 1
Ω ergeben.
Eigenschaft
Besichtigen
Richtige Kennzeichnung
X
Ordnungsgemäße Verlegung
X
X
X
X
X
Erkennbare Beschädigungen
Ausreichender Querschnitt
Anschlüsse gesichert gegen Lösen
Gesicherte Schraubverbindungen
Niederohmiger Widerstand einschließlich der
Anschlüsse
Tabelle 4-2
Messen
X
Die Prüfung der Schutzleiter und Potentialausgleichsleiter
Werden dagegen Potentialausgleichsleiter oder Zuleitungen zu Erdern gemessen, so wird bei intakten
Anlagen der Widerstand sehr klein im Bereich von wenigen Zehntel Ohm liegen. Denn der Querschnitt
der Potentialausgleichsleiter wurde aus Gründen der mechanischen Festigkeit auf 6 mm² CU für den
Hauptpotentialausgleich festgelegt. Dies bedeutet, dass bei einer Temperatur von 30°C der
Widerstand pro m Leitungslänge nur 3,15 mΩ beträgt, für 100 m also 0,315 Ω!
Tabelle 4-3 (Seite 4-14) gibt eine Übersicht über die Mindestquerschnitte für Schutzleiter und
Potentialausgleichsleiter.
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Außenleiter
Schutzleiter oder
PEN - Leiter
mm²
1
1,5
2,5
44
66
10
16
25
35
50
70
95
120
150
185
Tabelle 4-3
Potentialausgleichsleiter
Querschnitt
Widerstand pro m Leitungslänge für Cu bei
30° C
mm²
mm²
mΩ
1,5
2,5
>6
3,15
>AO
1,88
>I 6
1,19
>25
0,75
1
10
16
16
16
25
35
50
70
70
95
Mindestquerschnitte für Schutzleiter und Potentialausgleichsleiter in
Abhängigkeit vom Außenleiterquerschnitt.
* PEN-Leiter sind nur für > 10 mm² CU Zu1ässig.
Hinweis: Die Niederohmmessung ist für Mannesmann Mobilfunk bei der Erstprüfung,
nach Instandsetzungsarbeiten und bei Wiederholungsprüfungen von Interesse.
Unter Niederohmwiderstand versteht man im Prinzip den Leitungswiderstand
plus der Kontaktwiderstände an den Verbindungsstellen.
4.4.3 Messung der Schleifenimpedanz ZS
Die Messung der Schleifenimpedanz ZS ist insbesondere erforderlich im TN - Netz (DIN
VDE 0100 Teil 410). Sie dient der Ermittlung des Kurzschlussstromes, der direkt nicht
messbar ist. Dieser Strom ist für die Dimensionierung der Überstrom-Schutzeinrichtung
von großer Bedeutung, da die Höhe des Kurzschlussstromes in direktem Zusammenhang
mit der Auslösezeit der Überstrom-Schutzeinrichtung zu bringen ist.
Innerhalb der folgenden Auslösezeiten muss der Überstromschutz ansprechen:
0
0
0
0,2 s: In Stromkreisen > 35 A Nennstrom
0,4 s: Nur in Steckdosen-Stromkreisen :~ 35 A Nennstrom sowie in Stromkreisen mit
ortveränderlichen Betriebsmitteln der Schutzklasse 1, die während des Betriebes
üblicherweise in der Hand gehalten oder umfasst werden.
5 s: In allen anderen Stromkreisen.
Diese Abschaltzeiten können nur erreicht werden, wenn der Abschaltstrom hinreichend
hoch ist.
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Definition-.
Die Schleifenimpedanz ist die Summe der Impedanzen in einer
Stromschleife, bestehend aus der Impedanz der Stromquelle, der
Impedanz des Außenleiters von einem Pol der Stromquelle bis zur
Messstelle und der Impedanz der Rückleitung (z. B. Schutzleiter,
PEN-Leiter bzw. Erder, von der Messstelle bis zum anderen Pol der
Stromquelle), DIN VDE 0100 Teil 200.
Wie hoch muss der Abschaltstrom sein?
Folgende Bedingung muss erfüllt sein:
Zs
·Iα
ZS:
Impedanz der Fehlerschleife.
la:
Strom, der das automatische Abschalten bewirkt.
Uo:
Nennspannung gegen geerdeten Leiter, also im Netz 220/380 V:
220V. Nach DIN IEC 38 beträgt die Nennspannung seit Mai 1987
230/400 V.
< Uо
Das bedeutet, dass bei einem gegebenen Schleifenwiderstand die oben genannte
Bedingung eingehalten werden muss.
Welcher Abschaltstrom ist für schnelle und zuverlässige Abschaltung
erforderlich?
Den Strom - Zeitkennlinien der unten genannten Bestimmungen ist zu entnehmen, dass
der Abschaltstrom la mindestens folgende Werte erreichen muss:
•
Niederspannungssicherungen mit Charakteristik gL nach
DIN VDE 0636:
- la = 10 X In (In: 2 ... 20 A)
- la = 12 x In (In: 25 ... 63 A)
•
Leitungsschutzschalter mit Charakteristik B nach DIN VDE 0641 A4, früher L:
- la=5xln
•
Leitungsschutzschalter mit Charakteristik C nach DIN VDE 0641 A4, früher G und U
nach CEE - Publikation Nr. 19:
- la = l0 x ln
•
Leistungsschalter nach DIN VDE 0660 Tei 104 z. B. mit Charakteristik K:
- la=14xln
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IN [A]
6
10
16
20
25
32
40
50
63
Tabelle 4-4
LS - Schalter mit Charakteristik B, früher L
la [A]
Zs In]
1f21
30
50
80
100
125
160
200
250
315
5,6
3,4
2,2
1,7
1,4
1,1
0,8
0,7
0,5
7,3
4,4
2,8
2,2
1,8
1,4
1,1
0,9
0,7
Abschaltstrom la, Grenzwert der Schleifenimpedanz Zs und maximaler
Ablesewert einschließlich des genormten Gebrauchsfehlers bei Abschaltung
200 ms.
Anmerkung zum Gebrauchsfehler:
Der Gebrauchsfehler ist ein in der DIN VDE 0413 Teil 3 festgeschriebener Wert von 30 % und schließt
Messfehler ein, die durch das Messgerät selbst und durch die Meßmethode hervorgerufen werden.
Wenn das Messgerät zusätzlich den Kurzschlussstrom anzeigt, ist auch bei dessen Ablesung der
maximal zulässige Gebrauchsfehler (30%) zu berücksichtigen.
Bedingt durch den Quotienten lk=Uo/Zs ergibt sich rein rechnerisch ein Gebrauchsfehler für die
Messung von lk von + 43 % bis - 23 %, entsprechend Zsvon+30% bis -30%.
Weiche Messung ist durchzuführen?
Der Kurzschlussstrom lässt sich direkt nur mit sehr großem Aufwand messen. Die Messung der
Schleifenimpedanz in der Schleife L-PE dagegen ist sehr einfach: Die Schleife wird mit einem
bekannten Messstrom kurzzeitig beaufschlagt und die dabei auftretende Spannungsabsenkung U wird
gemessen (Abbildung 4-6)
Abbildung 4-6
Der Messkreis bei der Schleifenimpedanz-Messung
Wie kann die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme verbessert werden?
Erreicht der gemessene Wert der Schleifenimpedanz - unter Berücksichtigung des Gebrauchsfehlers
der Messung - nicht den geforderten Wert, so kann die Wirksamkeit des Schutzes durch
Überstrom-Schutzeinrichtungen mit folgenden Maßnahmen verbessert bzw. ersetzt werden.
1 . Verlegen einer neuen Leitung mit größerem Querschnitt.
2.
Austausch einer vorhandenen Schmelzsicherung durch Leitungsschutzschalter der
Charakteristik B, früher L, die einen kleineren Abschaltstrom erfordern.
3.
Einbau eines Fehlerstrom-Schutzschalters (F1). Die Überstrom - Schutzeinrichtung
dient dann allein dem Überstromschutz, die Schutzmaßnahme gegen gefährliche
Körperströme jedoch wird vom Fehlerstrom-Schutzschalter übernommen.
Hinweis: Bei Mannesmann Mobilfunk soll der Schleifenwiderstand im Rahmen der
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Erstprüfung und bei Wiederholungsprüfungen gemessen werden. Eine
gleichzeitige Messung des Kurzschlussstromes wäre von Vorteil.
4.4.4 Prüfung der FI -Schutzmaßnahme
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen zwei Prüfungen:
a)
Prüfung der Schutzeinrichtung: Dies geschieht durch Betätigung der
Prüfeinrichtung (Prüftaste); und
b)
Prüfung der Schutzmaßnahme: Diese muss mit einem Mess- oder Prüfgerät
erfolgen.
Prinzipiell wird mit einem Widerstand zwischen Außenleiter und Schutzleiter bzw. Körper
ein Fehlerstrom erzeugt und dabei geprüft,
•
wie groß der Auslösewert des Fehlerstromes ist, bzw. ob die Schutzeinrichtung bei
einem Wert auslöst, der gleich oder kleiner dem Nennwert ist (IA:9 lAn ), und
•
ob bei der Auslösung die zulässige Berührungsspannung UE3 :~ UL nicht
überschritten wird.
Der Auslösewert IA der Fehlerstromschutzeinrichtung hat nach VDE 0664 Teil 1
zwischen 50 % und 100 % des Nennwertes lAn zu liegen. Die Hersteller legen sich im
Auslieferungszustand meist auf 75 % des Nennwertes fest; eine 30 mA
FI - Schutzeinrichtung löst bei ca. 20 mA aus.
Man unterscheidet zwei verschiedene Messverfahren: a) die Methode des ansteigenden
Prüfstroms
b)
die Impuls-Methode.
Bei dieser Messung wird ein stetig steigender Fehlerstrom erzeugt, bis der FI Schutzschalter auslöst. Dabei wird die Berührungsspannung, die zum Zeitpunkt der
Schalterauslösung vorliegt, gemessen. Diese Spannung kann bis zu 50 % kleiner sein,
da der Fehlerstrom-Schutzschalter im Bereich seiner Auslösetoleranz von 50 ... 100 %
schon ab dem halben Nennfehlerstrom auslösen darf! Bei Verwendung solcher
Messgeräte ist also durch Rechnung die Berührungsspannung bei Nennauslösestrom zu
ermitteln.
IA"
:5
UBO X
UL
IA0
UL: vereinbarte Grenze der zulässigen
Berührungsspannung (50 V/25 V)
UE30 : tatsächlich gemessene Berührungsspannung
lAn: Nennfehlerstrom der FehlerstromSchutzeinrichtung
1A0: tatsächlich gemessener Fehlerstrom
(Auslösestrom)
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zu b)
Eine zweite Meßmethode ist die seit einigen Jahren verwendete Impulsmethode.
Anstelle eines bis zur Auslösung ansteigenden künstlichen Fehlerstromes lässt das
Prüfgerät einen Impuls von 200 ms oder etwas kürzerer Dauer fließen. Während des
Messimpulses wird die Berührungsspannung gemessen. Wird zur Messung ein Impuls in
Höhe des Nennauslösestromes lAn erzeugt, so muss bei einwandfreier Schutzschaltung
der Schutzschalter bei jeder Messung auslösen.
Vergleich der Messmethoden
Bei der ersten Methode erhält man eine genaue Aussage über den tatsächlichen
Fehlerstrom in der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung.
Bei der Impulsmethode wird die Berührungsspannung und die Auslösezeit unter
Nennbedingungen gemessen, was für den Praktiker in der Regel eher von Bedeutung
ist.
Tabelle 4-5 gibt einen direkten Vergleich der beiden Meßmethoden wieder.
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