Schleifenimpedanz

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Die Schleifenimpedanz (englisch loop impedance) oder auch Schleifenwiderstand ist die Summe aller Impedanzen einer geschlossenen Strombahn, die bei einem Isolationsfehler in einem elektrischen Betriebsmittel (Körperschluss) vom Fehlerstrom durchflossen wird. Die Fehlerstromschleife zur Ermittlung der Schleifenimpedanz besteht aus:

Messgerät zur Schleifenimpedanzmessung in Niederspannungsanlagen
Einfacheres Messgerät zur Schleifenimpedanzmessung in Niederspannungsanlagen

Nach der Errichtung einer Niederspannungsanlage ist unter anderem eine Messung der Schleifenimpedanz mit Netzfrequenz zur Kontrolle der Einhaltung der Abschaltbedingungen durchzuführen. Diese Messung nach DIN VDE 0100-600:2008-06 ist insbesondere gefordert, wenn der Schutz bei indirektem Berühren durch automatische Abschaltung mittels Überstromschutzeinrichtungen erfolgt. Die Messergebnisse sind in Prüfprotokollen schriftlich festzuhalten und dem Betreiber der Anlage auszuhändigen.

Schleifenimpedanz und Netzinnenimpedanz[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Schleifenimpedanz (Zs) ist der Wert zwischen Außen- und Schutzleiter, der Netzinnenwiderstand bzw. die Netzimpedanz (Zi) ist der Wert zwischen Außen- und Neutralleiter.

Durchführung der Messung[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Es wird die Schleifenimpedanz (L-PE) und der Netzinnenwiderstand (L-N) gemessen. Oft wird im TN-System davon ausgegangen, dass beide Werte gleich sind. Die Praxis zeigt jedoch, dass in TN-Systemen sowohl die Schleifenimpedanz als auch Netzinnenimpedanz höher sein kann. Bei der Messung erzeugt das Messgerät einen kleinen Fehlerstrom, und errechnet daraus die Schleifenimpedanz und aus diesem Wert mit der derzeit anliegenden Spannung den zu erwartenden Kurzschlussstrom. Hierbei löst oft der vorgeschaltete RCD aus. Gute Messgeräte messen so, dass der RCD diese Ströme nicht erkennt, und es somit nicht zur Auslösung kommt. Der Messort ist immer am Ende der Kette zu wählen. Also in Endstromkreisen z.B. an der Steckdose in welcher der Verbraucher angesteckt wird, was theoretisch auch das Ende der Kabeltrommel sein könnte. Daraus resultiert auch das Verbot mehrere Mehrfachsteckdosen / Verlängerungskabel ineinander zu stecken um die Leitung zu verlängern. Es wird der Widerstand teilweise so erhöht, dass die Sicherungen nicht auslösen können. Da oftmals mehrere Sicherungen selektiv in Reihe eingesetzt werden, ist es ratsam an dem Anschluss der nachgeschalteten Sicherung zu messen, um eine Bewertung der vorhergehenden Sicherung(Größe/Charakteristik) bzw. der Kabel und Anschlüsse bis zu der nachfolgenden (an welcher man misst) zu machen - z.B. an der Unterverteilung um die Sicherung in der Hauptverteilung und das/die Kabel inkl. Anschlüssen zwischen den beiden zu bewerten.

Höchstzulässige Schleifenimpedanz (Allgemein)[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Bei der Schleifenimpedanzmessung geht es nicht vorrangig um einen Ω-Wert der unterschritten werden soll, sondern um den daraus resultierenden (spannungsabhängigen) Strom. Bei dem TN / TT - System(Netz) liegen die Abschaltzeiten in Endstromkreisen bis einschließlich 32 A (≤ 32 A) und 230 V Außenleiter (Nennspannung) gegen Erde bei 0,4 s bzw. für Nennspannungen bis 400V gegen Erde 0,2 s. Für Leitungsschutzschalter - unabhängig des Typs (Z,B,C,K,D) - entspricht das immer der Auslösung durch den elektromagnetischen Schnellauslöser. Der meist verwendete Typ in Haushalten ist der "B16" für den folgendes Beispiel gilt. Der Schnellauslöser reagiert zwischen 3xIn(48A) und 5xIn(80A) - es muss also von einem Mindeststrom vom 80A (schlechtester Fall) ausgegangen werden, der fließen muss, damit die Sicherung garantiert in der geforderten Zeit auslöst. Die Spannung in Deutschland variiert in der Regel zwischen 220-230V (je nach Belastung, Leitungslänge, uvm.) - für die überschlägige Berechnung ist die kleinere Spannung relevant.

Grob gesagt muss die Schleifenimpedanz also unter 2,875Ω liegen. Die Netzspannung darf in Deutschland (gemäß EN 50160) betragen. Ferner muss bei Messgeräten die Messtoleranz (Abweichung von bis zu max. 30 % - Messgerät nach EN 61557) [1] beachtet werden. Die meisten Messgeräte zeigen den theoretischen Kurzschlussstrom in der Regel auch direkt an. Sollte man nahe den zulässigen Werten sein, sollte trotz derzeitiger Einhaltung der Werte geprüft werden, ob bzw. wie der Wert verbessert (verkleinert) werden kann.

Höchstzulässige Schleifenimpedanz im TN-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Messung im TN-C-S-System

Im TN-System wird die höchstzulässige Schleifenimpedanz zur Gewährleistung des Schutzes durch automatische Abschaltung der Stromversorgung bei einem Körperschluss wie folgt berechnet[2]:

Der gemessene Wert der Fehlerschleifenimpedanz darf höchstens 2/3 des oben angegebenen Werts betragen[3], da die Impedanzmessung lediglich bei kleinen Stromstärken bei Raumtemperatur durchgeführt wird, während im Fehlerfall ein hoher Strom den Leiter erwärmt und dadurch die Impedanz erhöht wird.

  • - Nennwechselspannung (Effektivwert) gegen Erde (Sternpunkt).
  • - Abschaltstrom, der das automatische Ausschalten der jeweiligen Schutzeinrichtung innerhalb bestimmter Zeit bewirkt.[4]

Höchstzulässige Schleifenimpedanz im IT-System[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Im IT-System, bei denen die elektrischen Betriebsmittel untereinander mit einem geerdeten Schutzleiter verbunden sind, ist die höchstzulässige Schleifenimpedanz für die automatische Abschaltung der Stromversorgung bei einem Doppelfehler wie folgt zu berechnen:

  • - Nennwechselspannung (Effektivwert) zwischen den Außenleitern. In IT-Systemen mit einem Neutralleiter ist anstelle die Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter zu verwenden.
  • - Abschaltstrom, der das automatische Ausschalten der jeweiligen Schutzeinrichtung innerhalb der nach DIN VDE 0100-410:2007-06 (Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag) geforderten Zeit bewirkt.

Messgeräte[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Die Schleifenimpedanzmessungen dürfen nur mit dafür vorgesehenen Messgeräten nach DIN EN 61 557-3 (VDE 0413 Teil 3)[1] durchgeführt werden. Häufig beinhalten diese speziellen Messgeräte weitere wichtige Messfunktionen, wie z. B. die Isolationswiderstands-, Erdungswiderstands- oder Netzinnenwiderstandsmessung. Da sie für zahlreiche Messungen im Sicherheitsbereich zugelassen sind, kosten sie häufig weit über tausend Euro.

Es gibt viele Arten von Messgeräten der diversen Hersteller. Besonderheiten und wichtige Kriterien für die passende Wahl:

  • Tragbare Ausführung für den mobilen Einsatz
  • ausreichend hoher Messstrom - abhängig von der zu messenden Anlage
  • Messung in 2-Leiter - oder 4-Leitermethode
  • Messung während des laufenden Betriebs der Anlage
  • direkte Berechnung des zu erwartenden Kurzschlussstromes

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. a b DIN EN 61557-3 VDE 0413-3:2008-02 Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen bis AC 1000 V und DC 1500 V – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen; Teil 3: Schleifenwiderstand
  2. DIN VDE 0100-410:2007-06, Abschnitt 411.4.4
  3. DIN VDE 0100-600:2008-06 Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen, Abschnitt: C.61.3.6.2 Messung der Fehlerschleifenimpedanz: Berücksichtigung des Anstiegs der Leiterwiderstände bei steigender Temperatur (Seite 32)
  4. DIN VDE 0100-410:2007-06 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag