Missverständnisse über Fehlerströme
Fehlerstromschutzschalter sind ein wichtiger Aspekt bei der Entwicklung industrieller Verteilungs- und Nutzungssysteme. Viele der Probleme, die mit ungeerdeten und fest geerdeten Systemen verbunden sind, werden durch Erdungswiderstand überwunden. Erdungswiderstand begrenzt Schäden an Fehlerstellen, eliminiert transiente Überspannungen und bietet angemessene Auslösepegel für die selektive Fehlerstromerkennung und -koordination. Glücklicherweise bekommt der Erdungswiderstand allmählich die Aufmerksamkeit, die er verdient. Dies wird durch die Aufnahme von Anforderungen für Geräte mit neutraler Erdung in den Canadian Electrical Code, Teil I, belegt. Leider halten sich weiterhin Missverständnisse bezüglich des Fehlerstromschutzschalters. Dies zeigt sich in der Forderung nach Schutzsystemen, die mit der heutigen Technologie nicht praktikabel sind, in der falschen Anwendung der neuesten Technologie und in den Versuchen, Produkte einzuführen, die etwas weniger dem Stand der Technik entsprechen.
Es sollte kein Missverständnis darüber geben, was Fehlerstromschutzschalter ist. Der Fehlerstromschutz ist ein Low-Level-Fehlerschutz. Die Funktion des Fehlerstromschutzschalters besteht darin, Schäden an elektrischen Geräten zu minimieren, wenn ein schwacher Phasenstrom über einen Erdrückleitungspfad zum Versorgungstransformator zurückkehrt. Die Gefahr für das Personal wird durch einen gut konzipierten Fehlerstromschutzschalter minimiert; dies sollte jedoch nicht mit FI-Schutzschaltern verwechselt werden, die so konzipiert sind, dass sie bei einphasigen Systemen bei einem Strom von 5 mA einen Stromschlag verhindern. Der Fehlerstromschutz schützt Menschen nicht vor elektrischen Schlägen, er verhindert nicht das Auftreten von Erdschlüssen und er schützt ein System nicht vor hochgradigen Fehlern. Hochspannungsfehler müssen durch Sicherungen oder Schutzschalter behoben werden, die die durchgelassene Energie auf den Fehler begrenzen.
Die Verwechslung von Fehlerstromschutzschalter und GFCIs zeigt sich in der Anzahl der Anfragen nach Fehlerstromschutzschaltern mit GFCI-Eigenschaften für Tauchpumpenanwendungen. Der oft zitierte Abschnitt des Codes bezieht sich auf kleine, einphasige Pumpen in Cottage-Anwendungen – nicht auf industrielle 3-Phasen-Einheiten. Die verteilte Kapazität ist in einphasigen Systemen, die GFCIs verwenden, gering. Der kapazitive Strom ist jedoch in Bezug auf den Auslösepegel von 5 mA eines GFCI von Bedeutung. Um das Problem der Fehlauslösungen selbst bei diesen kleinen Systemen zu lösen, wird eine Quadratur-Unterdrückungsschaltung verwendet, um Erdschlussströme in Gegenwart von kapazitivem Strom zu identifizieren. Diese Sperrtechnik funktioniert nicht in einem 3-Phasen-System, da der resultierende kapazitive Strom in jedem beliebigen Winkel liegen kann und variiert, wenn Phasenspannungen und Last schwanken.
Ein weit verbreiteter Irrglaube ist, dass ein GFCI den Erdschlussstrom auf 5 mA begrenzt. Das stimmt nicht. Der Erdschlussstrom wird nur durch die Impedanz begrenzt. Der Zeitpunkt für den Beginn der Auslösung beginnt, wenn der Strom gegen Erde 5 mA überschreitet, aber der Strom kann bis zum Auslösen sehr hoch sein. Der Schutz wird dadurch erreicht, dass der menschliche Kontakt in Bezug auf die Auslösezeit in der Regel langsam ist.
Es gibt viele Missverständnisse, wenn die Begriffe „Erdschluss“ und „Nullsystem“ synonym verwendet werden. Jedes Problem von unsymmetrischen Spannungen oder Strömen in einem linearen Dreiphasennetz kann durch Überlagerung symmetrischer Systeme von positiven, negativen und Nullsequenz-Spannungen oder -Strömen analysiert werden. Da symmetrische Komponenten nicht allgemein verstanden werden, ist es nicht verwunderlich, wenn ein Erdschlussrelais, das mit einem Nullsequenz-Stromwandler verbunden ist, fälschlicherweise als Schutz vor Phasenasymmetrie oder Phasenverlust herangezogen wird. Die Nullsequenzkomponente des Stroms entspricht einem Drittel der Summe der drei Leitungsströme und muss Null sein, wenn kein Neutral- oder Fehlerstrom vorhanden ist. Ein Stromwandler, durch dessen Fenster alle drei Phasenleiter verlaufen (Nullstromwandler), misst die Summe der drei Netzströme. Diese Summe entspricht der Summe der drei Nullstromkomponenten, die über einen Erdungspfad zum Versorgungstransformator zurückfließen. Die Nullkomponente kann zur Analyse eines unsymmetrischen Systems verwendet werden, aber ein Nullstromwandler misst keine Unsymmetrie – eine Unsymmetrie beinhaltet keine Nullkomponenten, es sei denn, es liegt ein Erdschluss vor.
Es herrschen auch weit verbreitete Missverständnisse in Bezug auf die Funktionsweise der Größenordnung, die Beziehung zwischen Auslösungsverhältnis und Teilwicklungsschutz, die Grenzen für sympathische Auslösung, die Grenzen für Auslöse- und reine Überwachungssysteme und die Dimensionierung von Neutralleiter-Erdungsgeräten. Diese Missverständnisse führen dazu, dass viele Fehlerstromschutzschalter nicht den gewünschten Schutz bieten und durch Fehlauslösungen und Mitnahmeeffekte beeinträchtigt werden. Glücklicherweise sind die Mittel in der Regel einfach und kostengünstig, und Anwendungshilfe ist kostenlos verfügbar.