Was ist ein Erdschluss?
A ground fault is an inadvertent contact between an energized conductor and ground or a grounded equipment frame. Der Rückleitungspfad des Fehlerstroms verläuft durch das Erdungssystem und jede Person oder jedes Gerät, das Teil dieses Systems wird. Erdschlüsse sind regelmäßig das Ergebnis von Isolierungsdurchschlag. Wichtig ist auch, dass feuchte, nasse und staubige Umgebungen eine besondere Vorsicht bei Design und Wartung erfordern. Da Wasser leitfähig ist, legt es Isolierungsabbau frei und erhöht das Risiko.
Was ist der Sinn der Erdung?
Almost all electrical enclosures are bonded or grounded, in an attempt to eliminate a hazardous potential that could exist on the device relative to the ground or floor that someone may be standing on. In other words, it reduces shock hazards. When we look at a grounded power system, we want to ensure that there is a low resistance grounding path from grounded devices back to the power source. This ensures that if there is a ground fault from an energized conductor to the frame of a piece of equipment, there is a low-resistance path for that fault current to flow back to the source. If the path became high resistance, the frame of the equipment could have a high voltage on it.
Elektrische Störungen können in zwei Kategorien unterteilt werden: Kurzschluss und Erdschluss. Studien haben gezeigt, dass 98 % aller elektrischen Störungen Erdschlüsse sind (Quelle: Woodham, Jack, P.E. „The Basics of Grounding Systems,“ 1. Mai 2003). Während Sicherungen Schutz vor Kurzschlüssen bieten, ist zusätzlicher Schutz beispielsweise durch Schutz-Relais erforderlich, um Erdschlüsse zu vermeiden.
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HÄUFIGSTE STÖRUNGSAUSLÖSER
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% ALLER STÖRUNGEN
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Belastung durch Feuchtigkeit
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22.5%
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Kurzschluss durch Werkzeuge, Nagetiere usw.
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18.0%
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Staubbelastung
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14.5%
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Andere mechanische Schäden
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12.1%
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Belastung durch Chemikalien
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9.0%
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Üblicher Verschleiß
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7.0%
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As an example, in the toaster circuit below, the black or hot wire is shorted to the metal casing of the toaster. Wenn sich der Stromkreis schließt, wird der Strom vollständig oder teilweise durch das Toastergehäuse und dann das grüne Erdungskabel geleitet. Bei einem ausreichenden Stromfluss (typischerweise 6 x 15 A = 90 A), öffnet sich der Leistungsschalter. Ein Schutz-Relais könnte installiert werden, um Ströme bereits bei geringen Werten ab 5 mA zu entdecken, was den Leistungsschalter bei einem maßgeblich niedrigeren Pegel auslösen würde, also viel schneller als einen herkömmlichen Leistungsschalter.
Obwohl das oben erläuterte Beispiel einen starr geerdeten einphasigen Stromkreis darstellt, gilt das gleiche für dreiphasige Stromkreise, die später erläutert werden. Relais und Monitore sind speziell darauf ausgelegt, die in Tabelle 1 genannten häufigen Auslöser zu vermeiden, indem kleinste Veränderungen in Strom, Spannung, Widerstand oder Temperatur erkannt werden.
Was sind einige der Ursachen, die zur versehentlichen Auslösung eines Erdschluss-Relais führen können?
Harmonics and higher-frequency noise, especially at the third harmonic, can be present in an electrical system and appear as fault current. Elektrisches Rauschen ist ein immer akuter werdendes Problem, da mehr Nutzer Antriebe, Umwechsler, Batteriespeicher/UPS und sogar LED-Beleuchtung mit variablen Frequenzen verwenden. Zur Vermeidung von Fehlerauslösungen sollten Sie ein hochwertiges Erdschluss-Relais verwenden, das Oberschwingungsfrequenzen und anderes Rauschen aus seiner Reichweite entfernt.
Was sind die Vorzüge eines geerdeten Systems gegenüber einem ungeerdeten System?
Eines der Hauptprobleme von ungeerdeten Systemen ist das Risiko von transienten Überspannungen. Periodische und Lichtbogenerdschlüsse können zum Spannungsstau im System führen, die Isolierung überbelasten und beeinträchtigen und Spannungen erzeugen, die bis zu 6 Mal mehr als die Systemnennspannung betragen. Ein weiterer Vorteil eines geerdeten Systems ist die einfache Ortung eines Erdungsschlusses. Ungrounded systems do not provide a path for ground-fault current to flow on the first fault, so current-based solutions are not used to detect a fault. Instead, voltage-based solutions or insulation monitors are used to detect presence of the fault.
However, because the voltage on the faulted phase will be reduced throughout the entire system, locating the fault can be very difficult. In geerdeten Systemen können strombasierte Erdschlussrelais genutzt werden, um den Fehler genau zu orten.
Wie viele Arten von Fehlern gibt es?
Es gibt 3 verschiedene Fehlerarten: zweipolige Kurzschlüsse, dreipolige Kurzschlüsse und Erdschlüsse. Zu zweipoligen Kurzschlüssen oder „Kurzschlüssen“ zwischen zwei Phasen kommt es innerhalb eines Gerätes, wenn ein zu starker elektrischer Strom durch eine Leitung fließt und diese ausbrennt. Laut dem Lehrbuch von Dunki-Jacobs sind 95 % aller Fehler Erdschlüsse, 4 % gelten als zweipolige Kurzschlüsse und 1 % werden als dreipolige Kurzschlüsse betrachtet.
Wie funktionieren Erdschlussrelais?
In elektrischen Stromkreisen fließt Strom zurück zu seiner Quelle. Ein strombasiertes Erdschlussrelais sucht in der Regel auf eine der folgenden zwei Arten nach Erdschlüssen: 1.) Nullstrom. Hier sucht das Relais nach den Phasenleitern, um zu sichern, dass der gesamte, von der Quelle stammende Strom an die gleichen Leiter zurückfließt. Sollte ein Teil des Stroms über einen anderen Weg zurück zur Quelle gelangen (normalerweise Erde), dann wird dieser Unterschied von Erdschlussrelais erkannt, sodass es bei Überschreitung einer festgelegten Menge über einen bestimmten Zeitraum hinweg in Betrieb gesetzt wird. 2.) Direktmessung. Ein Erdschlussrelais kann aber auch den Strom in der Verbindung zwischen dem Neutralpunkt und dem Erdungspunkt des Transformators (selbst mit neutralem Erdungswiderstand) erkennen. Bei einem Erdschluss, gleich an welchem Punkt im System, fließt der Strom über diesen Weg zurück.