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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Was ist ein RCM?

Im Gegensatz zu RCDs (Fehlerstromschutzeinrichtungen), die einen Fehlerstrom erkennen und im Fehlerfall den überwachten Stromkreis von der Spannungsquelle trennen, sind RCM-Geräte (Residual Current Monitor) in der Lage, einen Differenzstrom zu erkennen und zu melden.

Differenzstrommonitore geeignet zur Erfassung von Fehlerströmen des Typs B, überwachter Frequenzbereich 0 Hz–100 kHz (Quelle: Sembritzki/Doepke)

Im Fehlerfall erfolgt keine Abschaltung, sondern lediglich eine Meldung. Ein RCM kann u. a. als Alternative für Anwendungsfälle dienen, in denen RCDs nicht eingesetzt werden können, weil z. B. ein Abschalten der Anlage zu weiteren Gefährdungen führt. Zudem können RCMs ergänzend in Kombination mit RCDs verwendet werden. Der Bereich Differenzstrommonitoring beschäftigt sich also mit der Aufzeichnung und Überwachung (Monitoring) von Differenzströmen in elektrischen Anlagen. Wie bei RCDs (Residual Current operated protective Devices) erfolgt auch eine Differenzstrombewertung, jedoch wird auf eine Abschalteinrichtung, die beispielsweise bei einem Fehlerstromschutzschalter durch ein Auslöserelais und ein Schaltschloss mit Schaltkontakten gegeben ist, verzichtet.

Die zur Überwachung und vorbeugenden Instandhaltung konzipierten Geräte kommen zur Kontrolle elektrischer Anlagen, zur Herstellung eines vorbeugenden Brandschutzes und insbesondere bei Rechenzentren, die möglichst in Betrieb bleiben sollen, zum Einsatz.

Aufbau und Funktion

Ein RCM besteht aus einem Differenzstromwandler und einer Auswerteeinheit. Diese analysiert die vom Differenzstromwandler erfassten Ströme. Genau wie im Bereich der RCDs wird auch hier zwischen verschiedenen Typen von RCM-Wandlern und Auswerteeinheiten unterschieden. Nach Auslösecharakteristiken wird in AC, A, B und B+ unterteilt. Darüber hinaus ist die Ansprechschwelle des Differenzstromes, wie z. B. 300 mA, 500 mA, etc. ein wichtiges Kriterium bei der Suche eines passenden Gerätes.

Durch eine entsprechende Auswahl der Auslösecharakteristik und Ansprechschwelle des RCM-Wandlers und der Auswerteeinheit, können unterschiedlich zu erwartende Differenzströme, je nach eingesetzten elektrischen Betriebsmitteln überwacht werden. Zu beachten ist dabei, dass ein RCM nicht für den Fehlerschutz und für den zusätzlichen Schutz (Personenschutz) gemäß DIN VDE 0100-410 [1] zugelassen ist. Ein richtig parame-trierter RCM mit Abschalteinrichtung genügt jedoch dem vorbeugenden Brandschutz in vollem Umfang.

Die zur Überwachung und vorbeugenden Instandhaltung konzipierten Geräte kommen zur Kontrolle elektrischer Anlagen, insbesondere bei Rechenzentren, Wind- und Photovoltaikanlagen, zum vorbeugenden Brandschutz und in der Anlagen der Landwirtschaft, die möglichst in Betrieb bleiben sollen, zum Einsatz.

Unterschiedliche RCM-Typen

Hinsichtlich der zu erwartenden Differenzströme einer elektrischen Anlage und der in einer Anlage verbauten elektrischen Betriebsmittel, wird auch bei RCMs wie bei den RCDs zwischen den Typen AC, A, B und B+ unterschieden. Da Typ AC bereits seit Mitte der achtziger Jahre nicht mehr in Deutschland zulässig ist, wird darauf nicht weiter eingegangen. In einigen ausländischen Errichtungsbestimmungen ist ein Typ AC jedoch noch zulässig, sodass hier Vorsicht geboten ist. Zur besseren Unterscheidung werden nachfolgend die drei unterschiedlichen Typen und deren Anwendungsbereiche genauer beschrieben.

Typ A

RCMs vom Typ A sind für Fehlerströme des Typs A in Anlehnung an IEC TR 60755 (General requirements for residual current operated protective devices) ausgelegt, d. h. sie reagieren bestimmungsgemäß nur auf Wechselfehlerströme und pulsierende Gleichfehlerströme ihrer Bemessungsfrequenz, also der Netzfrequenz. Die Ansprechschwellen bei Fehlerströmen mit abweichenden Frequenzen sind nicht definiert. Bei glattem Gleichfehlerstrom oder Wechselfehlerstrom höherer Frequenz ist somit bei diesen RCMs eine Erfassung nicht mehr sichergestellt. Ein zu großer Gleichstromanteil im Fehlerstrom kann sogar eine Erfassung des netzfrequenten Wechselfehlerstroms stören.

Typ B

Viele Betriebsmittel der Leistungselektronik wie unterbrechungsfreie Stromversorgungen, Photovoltaik-Wechselrichter oder Frequenzumrichter erzeugen aus glatten Gleichspannungen intern oder direkt als Ausgangsspannung eine bipolare Rechteckspannung (getaktete Gleichspannung), welche durch Pulsweitensteuerung der sinusförmigen Ausgangspannung mit der gewünschten Ausgangsfrequenz aufmoduliert ist. Daher können z. B. Frequenzumrichter im Fehlerfall neben Fehlerströmen mit Netzfrequenz und glatten Gleichfehlerströmen auch Fehlerströme mit einem Frequenzgemisch aus der Taktfrequenz mit deren harmonischen Oberschwingungen sowie der Ausgangsfrequenz verursachen. Um auch bei Einsatz dieser Betriebsmittel eine umfassende Erkennung der Differenzströme zu ermöglichen, muss der hierzu verwendete RCM die zuvor genannten Frequenz-anteile sicher erfassen können.

In der Praxis bedeutet dies, dass RCMs auf Differenzströme aller Frequenzen von 0 Hz bis zur höchsten denkbaren Taktfrequenz des Betriebsmittels so empfindlich ansprechen müssen, dass der gewünschte Schutzpegel nicht nur bei der Bemessungsfrequenz, sondern über den gesamten Frequenzbereich gewährleistet ist. Nur so lässt sich bei der Auswahl der RCMs nach deren Bemessungsfehlerstrom ein Irrtum bezüglich des erzielbaren Schutzumfangs vermeiden. Betriebsmittel der Leistungselektronik verursachen jedoch häufig hohe Ableitströme, die RCMs auch unerwünscht erfassen können. Daher sollte der Frequenzgang der Ansprechschwelle des RCMs nur knapp unterhalb der Grenze verlaufen, die zur Erzielung des gewünschten Schutzpegels notwendig ist. Diese Anforderungen erfüllen RCMs mit der Ansprechcharakteristik B mit den nachfolgend genannten Anmerkungen:

  • Je nach Hersteller unterscheiden sich die Erfassungsbereiche von allstromsensitven RCM-Wandlern und Auswerteeinheiten hinsichtlich der Auslöseschwelle und Frequenzbereiche deutlich.
  • Je nach Ausführung und Hersteller ist bei RCMs vom Typ B eine Auslösung bei Wechselfehlerströmen bis zu 100 kHz möglich.

Typ B+

RCMs vom Typ B+ unterscheiden sich durch einen erweiterten Frequenzbereich von Geräten des Typs B. Normativ ist bei RCMs vom Typ B eine Erfassung bis 1 kHz gefordert. Bei RCMs vom Typ B+ reicht die Erfassung von Differenzwechselströmen normativ bis 20 kHz.

Autor: M. Sembritzki

Literatur:

[1] DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10: Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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