Fehlerstromschutzschalter

Was ist ein Erdschluss?

Ein Erdschluss ist ein unbeabsichtigter Kontakt zwischen einem spannungsgeladenen Leiter und dem Boden oder dem Geräterahmen. 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?

Das vorrangige Ziel der Erdung elektrischer Systeme ist der Schutz gegen elektrische Störungen. Dies wurde jedoch erst in den 1970er Jahren umgesetzt. Zuvor waren die meisten kommerziellen und industriellen Systeme nicht geerdet. Obwohl nicht geerdete Systeme beim ersten Erdschluss keinen großen Schaden anrichten, führten die vielfachen Nachteile, die mit Erdschluss in Verbindung stehen, zu einem Umdenken hinsichtlich der Erdung. Es gibt weitere Vorteile eines geerdeten Systems, wie die Reduzierung von Stromschlaggefahr und Schutz gegen Blitzschlag.

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.

Tabelle 1

In dem obigen Toaster-Stromkreis beispielsweise hat der schwarze Draht oder Heizdraht Kontakt mit dem Metallgehäuse des Toasters. 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?

Oberwellen und Rauschen in höheren Frequenzen, besonders in der dritten Oberschwingung, erscheinen als Fehlerstrom. 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. In ungeerdeten Systemen kann beim ersten Fehler kein Fehlerstrom fließen, sondern die Spannung an der Fehlerphase wird im gesamten System reduziert. 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.