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Leseranfrage
Isolationsmessung ohne Abschalten der Anlage

Messungen im laufenden Betrieb bergen Gefahren und Risiken. Welchen Möglichkeiten gibt es z. B. Isolationsmessungen durchzuführen, die den normativen Anforderungen gerecht werden und dennoch keine Gefährdungen mit sich bringen?

Schaltschrank

(Symbolbild) (Foto: Christian/stock.adobe.com)

Frage: Wir betreiben in unserem Werk Anlagen, deren Abschaltung aus Produktionsgründen nicht möglich ist. Nun müssen wir die gesetzliche Isolationsmessung nach DGUV-Vorschrift 3 durchführen. Ist es sinnvoll (bzw. als Ersatz zulässig), stattdessen an der Einspeisung des Schaltschrankes der Anlagen, eine Differenzstrommessung zu installieren? Welche Grenzwerte sind dort zulässig? 

Antwort: Leider geht aus der Anfrage nicht hervor, um welche Art der Anlagen es sich handelt. Prüfungen von ortsfesten Anlagen (Maschinen) müssen bei der Errichtung nach DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) [1] geprüft und abgenommen werden. Im Zuge der Wiederholungsprüfung können diese Maschinen nach DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100) [2] geprüft werden. In beiden Normen existiert aber leider keine Aussage oder Empfehlung, diese auf Basis einer permanent eingebauten Isolationsüberwachung, die auf der Grundlage der Differenzstrommessung funktioniert, durchzuführen. Daraus resultiert, dass es bezüglich einer festeingebauten Differenzstrommessung leider keine definierten Grenzwerte gibt.

In der DIN VDE 0701-0702 (VDE 0701-0702) [3] hat sich die Differenzstrommessung schon seit langem etabliert und wird sogar, unter Anwendung einer Stromzangenmessung, als alternatives Messverfahren zu einer nicht durchführbaren Isolationsmessung publiziert. Was allerdings den Grenzwert an einer festangeschlossenen Maschine angeht, so lässt sich die DIN VDE 0701-0702 (VDE 0701-0702) [3] nur als grobe Orientierung verwenden. Alternative zu einer nicht durchführbaren Isolationsmessung könnte hier die Differenzstrommessung herangezogen werden. Also, was machen wir falsch, wenn wir eine Technologie, einer artverwandten Norm verwenden? Wir machen definitive nichts falsch, wenn wir um die Besonderheiten dieser Messung Bescheid wissen. Über das Messverfahren der Differenzstrommessung könnte eigentlich eine schöne Interpretation abgeleitet werden, wenn es da nicht die EMV-Filter geben würde, die in den meisten Maschinen eingebaut sind. Diese EMV-Filter führen dazu, dass auf dem Schutzleiter inzwischen Ableitströme gegen Erde fließen. Diese Schutzleiter(filter)ströme lassen allerdings keine Interpretation mehr zu, hinsichtlich des Isolationsvermögens der Maschine oder Anlage. Hier wird der Schutzleiter von der Industrie leider zweckentfremdet.

Zu den Besonderheiten aller erster Güte gehört, dass wir in den Normen überhaupt keinen Grenzwert in Bezug auf fest angeschlossenen Anlagen bzw. Maschinen finden. Es scheint, als würde hier absolute Narrenfreiheit herrschen. Als könnten die Maschinenhersteller hier tun und lassen, was sie wollen. In der Praxis werden nicht selten, an Maschinen, Ableitströme gemessen, die im zwei-, bis vierstelligen Milliamperebereich liegen. Woher nehmen sich die Hersteller die Freiheit, mit den Ableitströmen so freizügig umzugehen? Es gibt seit April 1998 eine ganz spezielle Norm – die DIN EN 50178 (VDE 0160) [4]. Diese Norm zur Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln (EB) beschreibt folgendes: „5.2.11.1 Hat ein EB bei bestimmungsgemäßer Verwendung dauernd einen höheren Ableitstrom als AC 3,5 mA oder DC 10 mA, so ist für den Schutz ein fester Anschluss erforderlich; dies ist in den Betriebsunterlagen anzugeben [...] Der Gesamtableitstrom kann AC 3,5 mA oder DC 10 mA übersteigen, wenn mehrere EB an eine Versorgungsquelle angeschlossen sind. In diesem Fall und wenn der Schutzleiter unterbrochen ist, kann eine Person einem Ableitstrom ausgesetzt sein, der höher als die Grenze von AC 3,5 mA oder DC 10 mA ist. Unter diesen Bedingungen und solange keine internationalen Normen zu Maßnahmen vorliegen, die das verhindern, ist folgendes vorzunehmen:

  • Verlegung eines zweiten Schutzleiters oder
  • bei Unterbrechung des Schutzleiters selbsttätige Abschaltung der Stromversorgung oder
  • der Einbau eines Zweiwicklungs-Transformators [...] in die Stromversorgung [...]“

Und unter 5.3.2.1 heißt es: „Wird bei einem festangeschlossenen EB der betriebsmäßige Ableitstrom von AC 3,5 mA oder DC 10 mA überschritten, so muss eine der folgenden Bedingungen erfüllt werd

  • Schutzleiterquerschnitt mindestens 10 mm2 Cu;
  • Überwachung des Schutzleiters [...];
  • Verlegung eines zweiten Leiters, elektrisch parallel zum Schutzleiter, über getrennte Klemmen [...]“

Hier wurde also eine Lücke in die Norm eingebaut, die die Maschinenhersteller entsprechend auszunutzen wissen.

Es darf nicht unbeachtet bleiben, dass es in der z. Z. geltenden Norm DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) [5] den Punkt 8.2.8 „Zusätzliche Anforderungen an den Schutzpotentialausgleich für elektrische Ausrüstung mit Erdableitströmen größer als AC oder DC 10 mA“ gibt. Hier heißt es: Bei Erdableiterströmen von mehr als AC oder DC 10 mA, „muss (müssen) eine oder mehrere der folgenden Bedingungen für das Schutzleitersystem erfüllt werden:

a) der Schutzleiter muss einen Mindestquerschnitt von 10 mm2 Cu oder 16 mm2 Al über seine gesamte Länge haben;

b) wo der Schutzleiter einen Querschnitt von weniger als 10 mm2 Cu oder 16 mm2 Al hat, muss ein zweiter Schutzleiter mit mindestens demselben Querschnitt bis zu dem Punkt vorgesehen werden, wo der Schutzleiter einen Querschnitt von nicht weniger als 10 mm2 Cu oder 16 mm2 Al aufweist [...]“

Beide Normen sagen bezüglich der maximal zulässigen Ableitströme nichts über Grenzwerte aus.

Aber wo bleibt der EMV-Aspekt? Bedauerlicherweise wird gegenwärtig das Schutzleitersystem regelrecht zweckentfremdet. Die Folgen sind, dass sich auf dem „Schutzleiter“ Ableitströme (Filterströme) messen lassen, die schon lange nicht mehr im Milliampere-Bereich liegen. Schutzleiterströme im ein- bis zweistelligen Ampere-Bereich sind leider schon an der Tagesordnung. Wo soll das noch hinführen? Was passiert, wenn der Hauptschutzleiter eines schönen Tages komplett ausfällt? Störungen im Regel- und Steuerprozess sind an der Tagesordnung. Die Industrie muss endlich anfangen umzudenken und z. B. Frequenzumrichter einsetzen, die entweder sehr wenig oder am besten erst gar keine Ableitströme produzieren.

Was den Prüfenden bleibt. Den Prüfenden sind quasi die Hände gebunden, sie können die Ableitströme messen und müssen diese zur Kenntnis nehmen. Eine Interpretation dieser Messergebnisse ist leider kaum noch möglich. Gemessen werden kann der Ableitstrom, wenn möglich auf Basis der Differenzstrommessung.

Die Differenzstrommessung muss natürlich mit dem geeigneten Messmitteln durchgeführt werden. Die Stromzangen, die zum Einsatz kommen sollen, müssen den technischen Anforderungen der Industrieanlage bzw. der Produktionsmaschinen Rechnung tragen. Die Zange muss die richtige Bandbreite während der Messung berücksichtigen und einen echten Effektivwert (TRMS) messen können.

Es bleibt zu hoffen, dass die letzte Normenausgabe „2007-06“ jetzt nach über 10 Jahren neu überarbeitet wird und dass die Norm zum Thema „Grenzwert der Ableitströme“ sich konkretisiert und den Prüfern endlich etwas Handfestes für die Praxis mitgibt.

Autor: T. Buchner 

 

Literatur:

[1] DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1):2007-06 Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen.

[2] DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100):2015-10 Betrieb von elektrischen Anlagen – Teil 100: Allgemeine Festlegungen.

[3] DIN VDE 0701-0702 (VDE 0701-0702):2008-06 Prüfung nach Instandsetzung, Änderung elektrischer Geräte – Wiederholungsprüfung elektrischer Geräte – Allgemeine Anforderungen für die elektrische Sicherheit.

[4] DIN EN 50178 (VDE 0160):1998-04 Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln.

[5] DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1):2007-06 Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen.

 

Dieser Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

 

 

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