Kombination von Personen-, Brand- und Anlagenschutz

Funktion und Einsatzmöglichkeiten von MRCDs

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Elektrische Anlagen müssen reibungslos funktionieren und immer verfügbar sein. Wichtig dabei ist aber der Schutz gegen den elektrischen Schlag. Im Fehlerfall sorgen Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) durch ein Abschalten innerhalb kürzester Zeit für einen wirksamen Schutz bei indirektem und direktem Berühren sowie für Brandschutz. Aber sind sofortige Abschaltungen immer sinnvoll?

Gerade im Produktionsprozess führen ungeplante Abschaltungen von Anlagenteilen in der Regel zu Produktionsausfällen sowie zu Geräteschäden und gefährden nicht nur die Prozesssicherheit, sondern auch die Qualität der zu produzierenden Güter. Dadurch bedeuten sie für die Unternehmen unvorhersehbare zusätzliche Kosten.

Deshalb ist es wichtig, nicht nur mit geeigneten Schutzeinrichtungen bei tatsächlich vorhandenen Fehlerströmen die Netzversorgung zu unterbrechen, sondern gleichzeitig auch frühzeitig sich anbahnende Fehlerströme zu erkennen. Denn nur wer seine elektrische Anlage permanent im Blick hat, kann rechtzeitig reagieren, ohne dass die Schutzvorrichtung abschaltet.

Hier bietet sich eine Kombination aus Differenzstromüberwachung und Fehlerstrom-Schutzeinrichtung an, ein MRCD (Modular Residual Current Protective Device).

Was ist ein MRCD?

RCD (Residual Current Device) ist der Oberbegriff für alle Arten von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Zu dieser Produktgruppe gehören neben den bekannten RCCBs (FI’s) und RCBOs (FI/LS) u. a. auch CBRs und die sogenannten MRCDs.

Alle genannten Geräte sind in der Lage, einen Fehlerstrom zu erkennen und im Fehlerfall den überwachten Stromkreis zu trennen. Es erfolgt eine geforderte Abschaltung nach DIN VDE 0100-410 [1]. Diese Geräte sind in vielen Bereichen vorgeschrieben oder empfohlen (DIN VDE 0100-530 [2]).

Worin unterscheiden sich RCM und MRCD?

Der allgemeine Unterschied zwischen MRCD und RCM ist, dass das Differenzstrom-Überwachungsgerät (RCM – Residual Current Monitor) für Überwachungszwecke gedacht ist und das MRCD für Schutzzwecke.

Aufgrund dieser Intention sind MRCDs dadurch gekennzeichnet, dass sie in einer normativ vorgegebenen, sehr kurzen Zeit einen angeschlossenen Leistungsschalter mit Trenneigenschaften auslösen, um die Stromversorgung im Fehlerfall rechtzeitig zu unterbrechen. Dementsprechend sind MRCDs im Vergleich zu RCMs besonders zuverlässig und besonders schnell in der Auslösung.

Das MRCD bildet demzufolge unter Berücksichtigung der maximalen Schaltzeit (DIN VDE 0100-410 [1]) eine Schutzeinrichtung nach DIN EN 60947-2 Annex M [3], mit der u. a. die folgenden Schutzziele erfüllt werden können:

  • Personenschutz;

  • Brandschutz.

Wie bei einem RCM wird mit einem MRCD wie beispielsweise von Bender die elektrische Anlage ebenfalls permanent überwacht und bei einem auftretenden Fehlerstrom eine Meldung abgegeben. Jedoch anders als bei einem RCM schaltet bei dem MRCD bei Überschreiten des eingestellten Ansprechwerts ein potentialfreier Kontakt, der zu einer sicheren Abschaltung des mit dem MRCD zu verbindenden Leistungsschalters innerhalb der normativ geforderten Zeit führt (Bild 1).

Die permanente Überwachung und eine Voralarmierung bringen gerade den Betreibern elektrischer Anlagen weitere Vorteile, wie beispielsweise:

  • eine frühzeitige Information zum Isolationsniveau vor der Abschaltung;

  • die Vermeidung von ungeplanten und kostenintensiven Anlagenstillständen sowie

  • eine höhere Betriebs- und Anlagensicherheit.

Wann darf ein MRCD eingesetzt werden?

Bei Anwendungen im industriellen Bereich kann oftmals eine MRCD-Lösung eingesetzt werden. Voraussetzung hierfür ist, dass das MRCD nur für unterwiesene Personen oder Elektrofachkräfte zugänglich ist (DIN VDE 0100-530 [2]).

Daher ist entsprechend der DIN VDE 0100-530 klar:

Für Hausinstallationen ist eine MRCD-Lösung nicht anzuwenden.

Der Einsatz eines MRCDs ist insbesondere dann ratsam, wenn der Betriebsstrom nicht mehr über die Klemmen einer RCCB-Lösung zu führen ist oder wenn sehr hohe Spannungen und/oder Lastströme auftreten können.

Modularer Aufbau für optimalen Schutz

Der modernste Stand der Technik sind modular aufgebaute allstromsensitive Geräte für den Einsatz als Fehlerstromschutzgeräte – MRCDs der Bauart B, die der aktuellen Version der Norm IEC 60947-2 Annex M [3]entsprechen. Sie lassen sich als zusätzlichen Schutz (Schutz vor indirektem Berühren) in geerdete Systeme (TN- und TT-Systemen) einsetzen, in denen Gleichfehlerströme oder Wechselfehlerströme auftreten können.

In Verbindung mit einer geeigneten Abschaltvorrichtung für den Personen-, Brand- oder Anlagenschutz finden sie im industriellen Umfeld ihren Einsatz und vereinen Messstromwandler und Auswerteelektronik, sodass kein zusätzliches Auswertegerät mehr notwendig ist (Bilder 2 und 3).

Mithilfe des integrierten Relais wird die Abschaltvorrichtung angesteuert und es kann eine Vorwarnung ausgegeben werden. Außerdem bietet die Modbus-Schnittstelle die Möglichkeit, die Ableit- und Fehlerströme der Anlage permanent in einem übergeordneten Monitoring-System zu überwachen und ggf. zu analysieren. Durch optional erhältliche, vollgeschirmte Wandlermodule sind diese neuen MRCDs optimal für Sonderanwendungen mit hohen und schnell wechselnden Einschalt- und Impulsströmen (z. B. diverse Schweißapplikationen, Bild 4) geeignet; Fehlauslösungen in den Anlagen werden damit vermieden. Der Frequenzbereich bis 100 kHz sorgt dafür, dass die Anforderungen der Norm IEC 60364-4-42 [4] und die des VdS (VdS 2033 [5]) im Bereich Brandschutz vollumfänglich erfüllt werden, sodass die Geräte auch für einen Einsatz in feuergefährdeten Betriebsstätten, wie etwa in Sägewerken oder anderen Betrieben der holzverarbeitenden Industrie, prädestiniert sind. Mit dem Einsatz eines modular aufgebauten MRCD – Bauart B sind Personenschutz, Brandschutz und Anlagenschutz wirklich kein Thema mehr.

Zusammenfassung der Vorteile auf einen Blick

  • Eine gute Alternative zu „herkömmlichen“ RCDs, wenn diese an ihre Leistungsgrenzen stoßen, beispielsweise bei einem Einsatz in Applikationen mit hohen Strömen und Spannungen.

  • Im Gegensatz zu „herkömmlichen“ RCDs sind MRCDs flexibel anpassbar auf die Anlage, wodurch Fehlauslösungen durch Ableitströme und andere Beeinflussungen reduziert werden können.

  • Permanente Überwachung von Differenzströmen, d. h. Fehler- oder Differenzströme werden erkannt und bei Überschreiten des eingestellten Ansprechdifferenzstroms kommt es innerhalb der in IEC 60947-2 Annex M [3] geforderten Zeiten zur Abschaltung.

  • Wird die Voralarmschwelle überschritten, erfolgt eine Meldung, sodass auch mit MRCDs eine Verschlechterung der Isolation frühzeitig zu erkennen ist. In diesem Fall kann durch vorbeugende Instandhaltung ein Abschalten der Anlage vermieden werden.

  • Folgende Schutzziele können vollumfänglich erfüllt werden:

    • Personenschutz;

    • Brandschutz.

  • Gleichzeitig bietet der Einsatz eines MRCDs für die Hersteller und Betreiber einen zusätzlichen Anlagenschutz.

Literatur


Bilder:


(1) Prinzipschaltbild MRCD: Ein (hier) allstromsensitives modulares Fehlerstromgerät (Typ B) MRCDB303 mit integriertem Messstromwandler wird mit einem Leistungsschalter kombiniert Einstellbarer Ansprechbereich 30 mA … 3 A; flexibel anpassbar auf anlagenbedingte Ableitströme. (Quelle: Bender/ep)

(2) Beispiel für die Zusammenstellung eines MRCD-Moduls (Quelle: Bender/ep)

(3) MRCD und Leistungsschalter im Einsatz (Quelle: Bender)

(4) MRCD in der Energieversorgung eines elektrischen Schweißzangenantriebs (Quelle: Bender)

Literatur:

[1] DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.
[2] DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2018-06 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 530: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Schalt- und Steuergeräte.
[3] DIN EN 60947-2 (VDE 0660-101):2020-11 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 2: Leistungsschalter (IEC 60947-2:2016 + COR1:2016 + A1:2019); Deutsche Fassung EN 60947-2:2017 + A1:2020).
[4] DIN VDE 0100-420 (VDE 0100-420):2019-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-42: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen thermische Auswirkungen (IEC 60364-4-42:2010, modifiziert + A1:2014); Deutsche Übernahme HD 60364-4-42:2011 + A1:2015).
[5] VdS 2033:2019-11 Elektrische Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten und diesen gleichzustellende Risiken.

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