Fehler schnell erkennen

Exklusiv in kem Dieser Beitrag stammt von der ABB Stotz-Kontakt GmbH, Heidelberg

Egal ob Möbelherstellung, Automobilfertigung oder Chemieproduktion: Überall sind die einzelnen Prozessschritte eng miteinander verzahnt. Deshalb ziehen ungeplante Stillstände von Produktionsmaschinen gravierende Folgen mit entsprechend hohen Kosten nach sich. Die Isolationsüberwachungsrelais CM-IWN.4–6 (Solar) finden in IT-Solaranwendungen ihren Einsatz. Hierbei können Netzableitkapazitäten von 500 bis 2000 µF gegen Erde gemessen werden.

Von entscheidender Bedeutung ist, mögliche Fehler in der Produktion zu erkennen, bevor sie auftreten. Nur so lassen sich Stillstände verhindern. Die fortwährende Überwachung von Anlagen oder Komponenten während des Betriebs gibt frühzeitige Hinweise auf notwendige Wartungsarbeiten. Dabei sind Überwachungssysteme wichtige Hilfsmittel, um Schäden, ungewollte Stillstände und damit verbundenen Umsatzausfall zu vermeiden. Die Zustandsüberwachung im laufenden Betrieb umfasst nicht nur die Abnutzung oder den Verschleiß einzelner Anlagenkomponenten, sondern beispielsweise auch die Überprüfung von Hydraulikflüssigkeiten oder der elektrischen Versorgung. Höhere Produktivität, Anlagenverfügbarkeit und Automatisierung müssen daher einhergehen mit einem hohen Maß an Zuverlässigkeit und Sicherheit.

Aber dieses Monitoring muss über die Maschinen und Anlagen an sich hinausgehen, wenn die Verfügbarkeit solcher Produktionsanlagen optimiert werden soll. Die Zuverlässigkeit lässt sich auch durch den Betrieb in durchgängig ungeerdeten Netzen (IT-System) verbessern. Dazu wird die Netzversorgung durch Trenntransformatoren galvanisch vom Erdpotenzial getrennt, sodass die Spannungsversorgung bei einpoligem, direktem Erdschluss erhalten bleibt. Das vorgeschaltete Schutzelement, wie Sicherung, Leitungsschutzschalter oder Motorschutzschalter, löst erst bei einem zweiten Fehler aus und nimmt die gesamte Anlage oder die vom Fehler betroffenen Teile vom Netz. Um trotz dieser „Ein-Fehler-Toleranz“ einen sicheren Betrieb der ungeerdet betriebenen Anlagen zu gewährleisten, müssen Erdschlüsse, die durch Isolationsfehler entstehen können, vermieden werden. Deshalb ist hier der Isolationswiderstand gegen Erde dauernd zu überwachen. Da kein aktiver Leiter direkt mit Erde verbunden ist, fließt bei einem Isolationsfehler nur ein kleiner, hauptsächlich durch die Netzableitkapazität verursachter, Fehlerstrom. Nach DIN EN 61557–8 (DIN VDE 0413–8) müssen entsprechende Isolationsüberwachungsgeräte die Unterschreitung eines Mindestwerts akustisch und optisch signalisieren.

Solche Geräte, die sowohl symmetrische als auch unsymmetrische Isolationsverschlechterungen erkennen müssen, können eingesetzt werden für:

Genau auf diese Aufgabenstellung in Zwei-, Drei- und Vierleiternetzen abgestimmt sind die Isolationsüberwachungsrelais der CM-IWx-Reihe von ABB Stotz-Kontakt. Die Familie umfasst sieben Geräte, die mit zum Patent angemeldeten Messverfahren arbeiten. Diese Palette ergänzt das Vorschaltmodul CM-IVN, mit dem sich der Messbereich des Überwachungsrelais CM-IWN.x auf 690 V AC bzw. 1000 V DC erweitern lässt. Alle Isolationsüberwachungsrelais CM-IWx zeichnen sich durch einfache Handhabung sowie durch übersichtliche Statusanzeige aus. Drei frontseitige LEDs in Rot für Fehlermeldung, Grün für Steuerspeisespannung und Gelb für Schaltstellung des Ausgangsrelais geben Auskunft über den Betriebszustand. Unterschiedliche LED-Kombinationen und Signalformen definieren die Aussage.

Durch Betätigen der Test-/Reset-Taste kann bei Fehlerfreiheit eine Testfunktion angestoßen werden. Diese Systemtestroutine umfasst unter anderem Netzdiagnose und Einstellungsüberprüfung. Zyklisch werden zudem die Messkreisanschlüsse auf Leitungsbruch kontrolliert. Die Geräte arbeiten nach dem Ruhestromprinzip, d.h., bei einem Isolationsfehlerzustand fällt das Relais ab. Dies ist sicherheitstechnisch sinnvoller, da beispielsweise auch ein Ausfall der Geräteversorgungsspannung signalisiert wird. Zusätzlich kann bei den Isolationsüberwachungsrelais CM-IWN.x an einem der vier DIP-Schalter das Arbeitsstromprinzip ausgewählt werden.

Mit dem Isolationsüberwachungsrelais CM-IWS.2 lässt sich nach IEC 61557-8 in reinen IT-Wechselspannungssystemen der Isolationswiderstand überwachen und zwar sowohl einphasiger Steuerstromkreise als auch dreiphasiger Hauptstromkreise. Dafür wird ein DC-Messsignal der sinusförmigen Wechselspannung überlagert. Aus diesem Signal und dem resultierenden Strom wird der Isolationswiderstand des zu überwachenden Netzes berechnet, gemessen zwischen den Leitern des ungeerdeten Netzes und der Betriebserde der Anlage. Bei Unterschreiten des eingestellten Schwellwerts fällt das Ausgangsrelais ab, und es wird eine Fehlermeldung abgesetzt.

Zum Aufspüren von Isolationsfehlern in IT-Wechselspannungssystemen, IT-Wechselspannungssystemen mit galvanisch verbundenen Gleichspannungskreisen sowie IT-Gleichspannungssystemen eignen sich die Isolationsüberwachungsrelais CM-IWS.1 und CM-IWN.x, das mit erweiterter Funktionalität ausgestattet ist. Diese Geräte arbeiten bei dem von ABB Stotz-Kontakt zum Patent angemeldeten Prognosemessverfahren mit einem pulsierenden Messsignal, das in das zu überwachende Netz eingespeist wird. Das Messsignal verändert seine Form abhängig von Isolationswiderstand und Netzableitkapazität. Aus dieser Modifikation wird die Änderung des Isolationswiderstands prognostiziert. Wenn der prognostizierte Isolationswiderstand dem im nächsten Messzyklus berechneten Isolationswiderstand entspricht und kleiner als der eingestellte Schwellwert ist, fällt das Ausgangsrelais ab. Dieses Messverfahren eignet sich auch zur Erkennung von symmetrischen Isolationsfehlern z.B. aufgrund einer Materialalterung ebenso wie von unsymmetrischen Isolationsveränderungen, beispielsweise durch einen Leitungsbruch. Weiterhin werden ungeerdete AC-, DC- oder AC/DC-Systeme von den Geräten CM-IWS.1 und CM-IWN.x auf unzulässig hohe Netzableitkapazität überwacht, von 20 bis 2000 µF. Auch dann fällt das Ausgangsrelais ab. Durch dieses patentierte Prognosemessverfahren wird die Mess- und Antwortzeit erheblich verkürzt.

ABB Stotz-Kontakt, Tel.: 06221 701631, E-Mail: volker.biewendt@de.abb.com