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Isolationsüberwachung

Isolationsüberwachung mit Isolationswächtern ist eine Schutzmassnahme nach DIN EN 0100 die in isolierten Netzen, auch IT-Netze genannt, zur Anwendung kommt. Die Isolationsüberwachung überwacht den Isolationszustand der Versorgungsleitungen eines Netzes L1/L2/L3/N und alle galvanisch miteinander verbundenen Teile gegen den Schutzleiter (PE/PA). 

Die Isolationsüberwachung dient als Schutz gegen Schaden oder Zerstörung von elektrischen Anlagen, Gebäuden und Personen durch fehlerhafte bzw. schadhafte Elektro- installationen. Anwendung findet die Isolationsüberwachung in medizinisch genutzen Bereichen (DIN VDE 0100-710), zur mobilen Stromerzeugung (DIN VDE 0100-717) wie z.B. auf Feuerwehr- fahrzeugen, auf Fahrzeugen des THW oder in Generatoren für Schweißarbeiten nach Merkblatt GW308. Im industriellen Einsatz werden Isolationsüberwachungen überall dort eingesetzt, wo es auf eine hohe Zuverlässigkeit der Stromversorgung ankommt oder in Anwendungen deren Prozess kritisch ist, und eine Trennung bzw. Abschaltung der Versorgung nicht ohne weiteres möglich ist.

Differenzstromüberwachung

Differenzstromrelais, Fehlerstromrelais oder FI-Relais werden von der DIN VDE 0100 als Schutzmaßnahme in TT- und TN-Netzen (siehe Netzformen) und unter bestimmten Umständen zur Erkennung eines zweiten Isolationsfehlers in IT-Netzen anerkannt. Sie haben die Aufgabe einen Stromfluss zur Erde (Fehlerstrom) zu überwachen und bei Überschreitung des Auslösewertes eine Meldung abzugeben, die eine  Abschaltung der Anlage veranlassen kann. Verglichen mit den bekannten Fehlerstromschutzschaltern (FI-Schalter) haben sie keine Leistungskontakte, um das überwachte Netzes direkt abzuschalten.

Aus zwei Gründen können Differenzstromrelais einem FI-Schalter vorgezogen werden:

  1. Eine unmittelbare Abschaltung ist aus betriebstechnischen Gründen nicht wünsch- enswert 
  2. Die Betriebsströme sind so groß, dass es sinnvoll ist mit separaten Leistungs- schaltern eine Abschaltung vorzunehmen

Fehlerstromrelais verfügen über Summenstromwandler zur Erfassung der Fehlerströme. Dieser ist bei WoKa-Elektronik seperat anzuschließen, sodass eine räumliche Trennung zwischen dem Summenstromwandler, der im Leistungsteil einer Anlage montiert ist und der elektronischen Auswertung, die im Steuerteil der Anlage eingebaut ist, erreicht werden kann. Eine ständige Kontrolle der Fehlerströme erleichtert die Wartung einer Anlage. 

Fehlerströme haben unterschiedliche Ursachen. Zum Einen können sie durch Kapazitäten, sogenannte Ableitkapazitäten entstehen, zum Anderen können Isolationsfehler zur Erde oder direkte Erdschlüsse Auslöser sein.

Bei der Erfassung von Fehlerströmen spielen kapazitive Ableitströme in Drehstromnetzen meistens keine Rolle, da sie häufig von allen aktiven Leitern symmetrisch zur Erde fließen und sich wie Verbraucherströme verhalten. In Wechselspannungsnetzen können jedoch kapazitive Filter Fehlerströme erzeugen die ein FI-Relais bzw. FI-Schalter zum Ansprechen bringen.

Differenzströme entstehen auch durch Isolationsfehler, welche meißt durch eindringende Feuchte oder durch leitfähige Verschmutzung an spannungsführenden Teilen hervorgerufen wird. Es entsteht ein schleichender Prozess. Der Isolationswiderstand eines spannungsführenden Leiters oder Anlagenteils verschlechtert sich langsam, der Fehlerstrom steigt an. Hier macht sich die Möglichkeit der Anzeige des Fehlerstromes positiv bemerkbar. Es können rechtzeitig Gegenmaßnahmen (z.B. trocknen) ergriffen werden. Es muß nicht zu einer Abschaltung führen!

Direkte Erdschlüsse entstehen häufig durch mechanische Einwirkung. Hierbei ändert sich der Isolationswert in kurzer Zeit von hochohmig auf niederohmig. Die Niederohmigkeit ruft große Fehlerströme hervor, die das FI-Relais bzw. den FI-Schalter und im Extremfall die Sicherung zum Ansprechen bringen.

Stromüberwachung

Stromrelais überwachen Betriebsströme einzelner Verbraucher um Störungen zu erkennen. Unterstromrelais erkennen Leitungsbruch, Sicherungsausfall, Lastabfall an elektrischen Antrieben oder Versorgungsunterbrechungen (z.B. in Lampenstromkreisen). Mit Überstromrelais überwacht man Überlast durch Zuschalten von Verbrauchern oder mechanische Überlast von elektrischen Antrieben. Überstromrelais sind aber nicht als Ersatz von Motorschutzschalter oder Sicherungen zu verwenden. Stromrelais mit kleinem Messbereich (20mA) werden als Grenzwertgeber in Messkreisen eingesetzt und können somit auf einfache Art Anzeigeinstrumente durch Instrumente mit Grenzwert- kontakten ersetzen. 

Spannungsüberwachung

Spannungsrelais überwachen die Netzspannung in Versorgungsnetzen auf Unter- oder Überspannung. Unterspannung bzw. Überspannung können bei Anlagen oder einzelnen Verbrauchern von Bedeutung werden wenn eine ungestörte Funktion gewährleistet sein muss. 

Unterspannung könnte beispielsweise bei Elektromotoren zur Zerstörung führen, da sie bei Belastung nicht mehr die volle Leistung bringen und thermisch überlastet werden. 

Überspannung kann Geräte durch Überlastung beschädigen oder zerstören. Überspannungen treten in EVU-Versorgungsnetzen selten auf. Bei Generatoren, die im Inselbetrieb verwendet werden, kann ein durchgehen der Regelung schnell zu Über- spannung und den damit verbundenen Folgen führen.

Frequenzüberwachung

Frequenzrelais überwachen Netze auf Unter- oder Überfrequenz, um Beschädigungen an elektrischen Maschinen zu verhindern. Die Einsatzgebiete von Frequenzrelais können vielseitig sein; beispeilsweise in Generatoren oder im Einsatz in Karusells mit frequenzgeregelten Antrieben, bei denen eine maximale Geschwindigkeit nicht überschritten werden darf.