Steuerstromkreise als IT-System

Die steigenden Anforderungen an die Betriebs- und Unfallsicherheit von Maschinen und Anlagen erfordern umfassende Maßnahmen, um Mensch und Maschine vor möglichen Gefährdungen zu schützen. So dürfen beispielsweise Isolationsfehler in einer Steuerung nicht zu gefahrbringenden Bewegungen einer Maschine führen. Daher sollten bei der Auswahl der Netzform (TN-, TT- bzw. IT-Systeme) und der dazugehörigen Schutzmaßnahmen insbesondere folgende Aspekte beachtet werden:

  • Wahrscheinlichkeit von Isolationsfehlern
  • Notwendiger Basis- und Fehlerschutz
  • Kontinuität der Stromversorgung
  • Technische und wirtschaftliche Möglichkeiten
  • Vorliegende Erfahrungswerte bezüglich Sekundärwirkungen (Brand, Stillstandskosten, etc.)

Bei elektrischen Maschinen betrifft dies sowohl die Steuer- und Hilfsstromkreise als auch die Hauptstromkreise. Bei den Hauptstromkreisen geht es vorrangig um den Schutz gegen elektrischen Schlag, Personenschutz sowie Brandvermeidung. Bei Steuer- und Hilfsstromkreisen, insbesondere bei denen mit Spannungen unterhalb der zulässigen Berührungsspannung von AC 50 V/DC 120 V, steht die Betriebssicherheit im Vordergrund.

Steuerstromkreise - geerdet oder ungeerdet?

Nach DIN EN 60204-1/VDE 0113-1 dürfen Erdschlüsse in Steuerstromkreisen weder zum unbeabsichtigten Anlauf oder zu gefahrbringenden Bewegungen einer Maschine führen noch deren Stillsetzen verhindern. Generell werden Steuerstromkreise über einen Sicherheitstransformator mit getrennten Wicklungen oder ein sicher trennendes Netzteil versorgt, wobei die Sekundärspannung 50 V nicht überschreiten darf. Der Steuerstromkreis selbst darf sowohl als geerdetes System (TN-System) oder ungeerdetes System (IT-System) betrieben werden. Gerade bei den empfindlichen Komponenten in einem Steuerstromkreis können jedoch unerkannte hochohmige Isolationsfehler zu Fehlsteuerungen führen. In einem geerdeten System werden diese Fehler von einer Sicherung nicht erkannt, da der Fehlerstrom zu niedrig ist, um diese auszulösen. Ist der Isolationsfehler niederohmig, spricht die Sicherung an und die Anlage steht. Um dies zu vermeiden, werden Steuerstromkreise ungeerdet betrieben und mit einem Isolationsüberwachungsgerät überwacht.

Mehr Betriebssicherheit, auch bei symmetrischen Isolationsfehlern

In Steuerstromkreisen können durch Schmutz, Staub oder Feuchtigkeit z.B. an Endschaltern auch symmetrische Isolationsfehler auftreten, die dann ein Stillsetzen verhindern oder ein unkontrolliertes Einschalten der Anlage verursachen. Unter symmetrischen Isolationsfehlern versteht man widerstandsbehaftete Fehler in der Isolation einer elektrischen Installation oder eines Gerätes mit annähernd gleichem Widerstand aller Außenleiter zur Erde.

Bei empfindlichen Steuereingängen reichen in diesem Fall schon zwei hochohmige Isolationsfehler, um den Eingang zu „setzen“. Diese Fehler führen dann nicht zum Auslösen der Überstromschutzeinrichtung, da der Fehlerstrom deutlich unter dem notwendigen Kurzschlussstrom liegt. Auch Fehlerstromschutzeinrichtungen können nicht helfen, da der Hin- und Rückstrom identisch ist und so kein Differenzstrom entsteht. Bei der Auswahl des entsprechenden Isolationsüberwachungsgerätes ist darauf zu achten, dass es symmetrische Isolationsfehler erkennt. Erdschlussrelais, die als Auswertekriterium die Verlagerungsspannung gegen Erde messen, erfüllen diese Bedingung vom Messprinzip her nicht.

Fazit

Eine normgerechte Ausführung von Steuerstromkreisen muss nicht zwingend geerdet sein. Die Anwendung von ungeerdeten Steuerstromkreisen mit Isolationsüberwachung ist insbesondere unter den Aspekten Betriebssicherheit, Ausfallvermeidung und Kostenreduzierung häufig die bessere Wahl. Systeme zur Isolationsfehlerlokalisierung können ergänzend verwendet werden, um im Live-Betrieb anzuzeigen, wo sich der Isolationsfehler befindet. Welche der Maßnahmen letztlich ergriffen wird, ist im Rahmen einer Risikoanalyse zu ermitteln.