Stromversorgung Warum Fehlerstromschutzeinrichtungen sinnvoll sind

Autor / Redakteur: Peter-Lukas Genowitz / Dipl.-Ing. (FH) Sandra Häuslein

Fehlerstromschutzeinrichtungen steigern die Sicherheit der Bediener, die Verfügbarkeit der Maschinen und die Rentabilität; digitale Funktionen bringen weitere Vorteile mit sich.

Firmen zum Thema

Fehler- und Leckströme können verheerende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben, zu Maschinenausfall führen oder auch Brände auslösen.
Fehler- und Leckströme können verheerende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben, zu Maschinenausfall führen oder auch Brände auslösen.
(Bilder: Eaton)

Die Kosten für Ausfallzeiten einer Maschine können leicht mehrere Zehntausend Euro betragen. Viele Unternehmen arbeiten mit minimalen Lagerbeständen, während die Prozesse mit mehr als 95 % Verfügbarkeit laufen müssen, um der Nachfrage gerecht zu werden. Daher können Ausfallzeiten schnell zu einem Lieferengpass führen und Auswirkungen auf den Umsatz wie auch auf das Kundenvertrauen haben.

Durch Schaltkreisschutz und insbesondere durch digitale Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCD) können Maschinenbauer ihren Kunden aus dem produzierenden Gewerbe zu mehr Verfügbarkeit verhelfen, denn solche Systeme ermöglichen lokale und Fernüberwachung mit Vorwarnfunktionen. Diese Technologie stellt dem Instandhaltungspersonal Informationen über den Zustand der Maschine zur Verfügung und erleichtert dadurch die vorbeugende Instandhaltung, was letztlich zu geringeren Ausfallzeiten führt.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Funktion einer Fehlerstromschutzeinrichtung

Fehlerstromschutzeinrichtungen schützen vor schädlichen elektrischen Störungen, bei denen Fehler- und Leckströme durch Fehlerzustände innerhalb einer elektrischen Schaltung verursacht werden. Diese Ströme können verheerende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben, Herzkammerflimmern oder noch Schlimmeres verursachen; führen sie zum Ausfall von Maschinen, wirkt sich das auf den Gewinn aus. Auch Brände können durch Fehlerströme ausgelöst werden.

Fehlerstromschutzeinrichtungen gibt es schon seit Jahrzehnten. Sie schützen Mensch wie auch Maschine zuverlässig. Erste Patente wurden 1957 Professor Dr. Biegelmeier erteilt, und weitere Entwicklungen folgten mit dem ersten Permanentmagnet-Auslöser im Jahr 1965. Dieser ist noch heute die Kerntechnologie moderner Fehlerstromschutzeinrichtungen. Die erste digitale Fehlerstromschutzeinrichtung mit Technologien des Typs B und B+ kam im Jahr 2014 auf den Markt. Die Vorteile von Fehlerstromschutzeinrichtungen sind also weithin bekannt, aber digitale Fehlerstromeinrichtungen läuten eine neue Ära der vorbeugenden Instandhaltung ein.

Neueste digitale RCD-Technologien

IEC 60364 und die entsprechenden nationalen Normen oder der NEC (National Electrical Code) für Nordamerika bilden die Grundlage für die Installation von elektrischen Niederspannungsanlagen weltweit. Darüber hinaus hat die Normenreihe IEC 60204 grundlegende Bedeutung für Industrieanlagen, da sie die elektrische Sicherheit von Maschinen betrifft. Gemäß der Norm müssen die elektrischen Ausrüstungen einer Maschine alle Sicherheitsanforderungen erfüllen, die bei der Risikobewertung der Maschine bestimmt wurden. Die praktische Erfahrung beweist, dass Fehlerstromschutzeinrichtungen dazu beitragen, das Gefahrenpotenzial zu reduzieren. Ein weiterer von der IEC 60204 empfohlener Aspekt ist die vorbeugende Instandhaltung. Durch Verwendung der neuesten digitalen RCD-Technologien können Maschinenbauer entsprechende Maßnahmen umsetzen.

Ergänzendes zum Thema
Tipp: Whitepaper zum Thema

Zum Thema hat Eaton mehrere Whitepaper veröffentlicht, darunter „Maschinenverfügbarkeit erhöhen durch digitalen Fehlerstromschutz“, „Strombegrenzende Komponenten – Verbesserung des SCCR durch Stärkung der schwächsten Komponenten“ und „Schutzschaltungen – ein unverzichtbarer Teil Ihrer Maschine“. Alle Whitepaper können auf der Webseite des Unternehmens kostenlos heruntergeladen werden.

Perfekte Wahl für Maschinenbauer

Denn digitale Fehlerstromschutzeinrichtungen kombinieren ihre Schutzfunktionalität mit digitalen Funktionen. Das ist auf dem Markt der Schutzeinrichtungen für Schaltungen einzigartig. Indem diese Funktionen zusammenwirken, stellen sie umfangreiche Informationen über den Schaltungsstatus zur Verfügung und verbessern die Verfügbarkeit der geschützten Anlage oder Maschine. Die digitale Technologie wird auf Fehlerstromschutzschalter wie auch auf FI/LS Kombischutzschalter angewendet.

In Echtzeit messen diese Geräte laufend den Fehlerstromwert und nutzen die gewonnenen Ergebnisse, um lokale Vorwarn-LEDs und potenzialfreie Vorwarnsignale dezentral anzusteuern. Diese Vorwarnungen ermöglichen es dem Wartungspersonal, sich entwickelnde Probleme zu beheben, ehe sie zu Unterbrechungen oder Ausfällen führen. Der Systemstatus kann jederzeit abgelesen werden. Kosteneinsparungen sind möglich, weil es weniger ungeplante Serviceeinsätze gibt. Weitere Einsparungen ergeben sich, weil die Prüfungen nur noch einmal jährlich durchgeführt werden müssen.

Verbesserte Systemverfügbarkeit

Auch die Systemverfügbarkeit wird weiter verbessert, da die digitalen Schutzeinrichtungen kurzzeitverzögerte Auslösung und optimierte Auslösegrenzen aufweisen, die sicherstellen, dass kurze vorübergehende Störungen keine Fehlauslösungen und eine geringere Anlagenverfügbarkeit verursachen.

Fehlerstromschutzeinrichtungs-Typen

Im Allgemeinen empfiehlt Eaton die Verwendung von Fehlerstromschutzeinrichtungen, die mindestens Typ A entsprechen, um das für industrielle Anwendungen erforderliche Schutzniveau zu gewährleisten. Darüber hinaus werden Geräte von Typ B für zusätzlichen Schutz in Verbindung mit drehzahlgeregelten Maschinen (BFQ) und bei Brandgefahr (B+) oder ganz allgemein mit Anwendungen für Frequenzumrichter empfohlen. Die auftretenden glatten Gleichströme beeinträchtigen oder verhindern die Erkennung durch Fehlerstromschutzeinrichtungen vom Typ AC oder A, sodass deren Schutzfunktion im schlimmsten Fall aufgehoben ist.

Bildergalerie
Bildergalerie mit 5 Bildern

Genauer Blick auf Typ B:

  • Fehlerstromschutzeinrichtungen von Typ B können sinusförmige Wechselströme und pulsierende Gleichströme sowie glatte DC-Fehlerströme erkennen, sodass sie gemäß IEC/EN 62423 für alle Arten von Anwendungen und auftretenden Wellenformen geeignet sind. Für Fehlerstromschutzschalter von Typ B sind Auslösezustände für Fehlerströme mit unterschiedlichen Frequenzen bis 1 kHz definiert.
  • Fehlerstromschutzeinrichtungen vom Typ BFQ erfüllen die Anforderungen für Typ B (gemäß IEC/EN 62423), sind aber zum Einsatz in Schaltungen mit Frequenzumrichtern für drehzahlgeregelte Antriebe konzipiert. Sie weisen speziell angepasste Auslösekennlinien auf, die bis 50 kHz definiert sind, und ihre Auslegung soll Fehlauslösungen verhindern.
  • Die Fehlerstromschutzeinrichtungen vom Typ B+ erfüllen die Anforderungen von VDE 0664-400 und zeichnen sich durch einen bis 20 kHz definierten Auslöse-Frequenzbereich aus. Bei höheren Frequenzen ist ihr maximaler Auslösestrom auf 420 mA begrenzt. Dies bietet hervorragenden Schutz vor Brandgefahren aufgrund von Erdschlüssen in Anwendungen mit elektronischen Antrieben. Dies wird vor allem in der Landwirtschaft gefordert, um Brände zu verhindern, die durch hochfrequente Erdableitströme verursacht werden.

Fehlerstromschutzeinrichtungen in intelligenten Verkabelungslösungen

Fehlerstromschutzeinrichtungen sind eine wichtige Komponente, um Ausfallzeiten zu reduzieren. Wenn Maschinenbauer, Anlagenbauer und Montagebetriebe sie aber in eine intelligente Verdrahtungsumgebung integrieren, können sie die Verfügbarkeit noch weiter steigern und zusätzliche Einsparpotenziale erschließen.

So lassen sich zum Beispiel Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter und Kombischutzschalter mit Überstromschutz über das Modul MCB-HK-SWD für Smartwire-DT von Eaton schnell und einfach mit intelligenter Verkabelungs- und Kommunikationstechnologie verbinden. Auf diese Weise werden zusätzliche Ein-/Ausgabemodule und Verkabelungen überflüssig, sodass Maschinenbauer die Kosten und den Zeitaufwand für Installation und Nachrüstung senken können.

Mit diesem System ist der Status der Schutzeinrichtung (an, aus, ausgelöst) innerhalb des Steuerungs-/Überwachungssystems der Maschine oder in Leitständen bekannt. Dadurch stehen den Service- und Instandhaltungsteams laufend Informationen über das System zur Verfügung, was ihnen hilft, sofort auf Probleme zu reagieren und Systemausfallzeiten auf ein Minimum zu reduzieren.

Die richtige Strategie hängt von technischen Merkmalen der Ausrüstung ab

Wenn Maschinenbauer Schaltkreisschutzeinrichtungen (insbesondere Fehlerstromschutzeinrichtungen) spezifizieren und die Kosten minimieren wollen, ohne die Leistung und Zuverlässigkeit ihrer Maschinen zu beeinträchtigen, stehen ihnen eine Reihe möglicher Strategien zur Auswahl. Welche dies sind, hängt von den technischen Merkmalen der Ausrüstung ebenso wie von einer ganzen Reihe gleichermaßen wichtiger Faktoren ab. Durch die Fähigkeit, überall auf der Welt genau die gleichen Produkte zu spezifizieren und zu erhalten, wenn auch mit kontrollierten lokalen Variationen, werden die Planungen für Export, Wartung und Betriebsabläufe vereinfacht.

Durch die verbesserten Diagnosemöglichkeiten der heutigen digitalen Technologien werden nicht nur die betriebliche Effizienz und Produktivität gesteigert, sondern mit den richtigen Schaltungsschutztechnologien werden zugleich die Sicherheit und der Schutz von Mensch und Maschine verbessert. (sh)

Hannover Messe 2017: Halle 11, Stand C71

* Peter-Lukas Genowitz ist Produktmanager für Fehlerstromschutzschalter (RCCB) bei Eaton.

(ID:44579699)