Sorgfalt ist das A und O

Teil 3: Schutzmaßnahmen-Prüfung der elektrischen
Sicherheit von Maschinen

Der dritte Teil der Beitragsreihe ‚Anlagensicherheit auf dem Prüfstand‘ befasst sich mit Normen und Messverfahren zur Prüfung der Schutzmaßnahmen an und in elektrischen Maschinen. Dargestellt werden die maßgeblichen Richtlinien und Vorschriften und ihre Umsetzung im Prüfverfahren.


Beitragsreihe: Anlagensicherheit auf dem Prüfstand

Teil 1: Schutzmaßnahmen-Prüfungen für Windkraft- und PV-Anlagen

Teil 2: Schutzprüfung von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen


Sorgfalt ist das A und O

 Maschinen sind vor ihrer Inbetriebnahme und durch Wiederholungsprüfungen regelmäßig auf ihre elektrische Sicherheit zu prüfen. (Bild: ©Monty Rakusen/Fotolia.com)

Maschinen sind vor ihrer Inbetriebnahme und durch Wiederholungsprüfungen regelmäßig auf ihre elektrische Sicherheit zu prüfen. (Bild: ©Monty Rakusen/Fotolia.com)

Die Prüfung der elektrischen Sicherheit von Maschinen gehört zu den wesentlichen Schutzmaßnahmen in Betrieben, um Gefahren für Leib und Leben abzuwenden. Zu den häufigsten Gefahrenquellen zählen neben elektrochemischer Korrosion und Kurzschlussströmen auch die Explosions- und Brandgefahr, das Auftreten gefährlicher Lichtbögen sowie Berührströme. Maschinen sind daher sowohl vor ihrer Inbetriebnahme als auch in regelmäßig wiederkehrenden Abständen und zusätzlich nach erfolgten Änderungen und Umbauten sorgfältig zu prüfen.

 

Dauerhaft wirksame Schutzmaßnahmen

Vor Inbetriebnahme einer installierten elektrischen Maschine ist ihre Funktionssicherheit nachzuweisen. Anhand einer Gefährdungsbeurteilung nach der Betriebssicherheitsverordnung (BetrSichV) und den Technischen Regeln für Betriebssicherheit (hier der TRBS 1201) werden der exakte Prüfumfang, die jeweiligen Prüfungsarten und -fristen sowie die fachliche Eignung des Prüfpersonals bestimmt. Wiederholungsprüfungen sind bei ortsfesten Maschinen im Turnus von vier Jahren vorzunehmen. Für ortsveränderliche Maschinen und Anlagenbereiche besonderer Art verkürzen sich die Fristen auf bis zu sechs Monate. Als maßgebliche Grundlage für eine normkonforme Erstprüfung dienen die in der DIN EN60204-1 (VDE0113-1) zur Sicherheit von Maschinen und der elektrischen Ausrüstung von Maschinen fixierten Produktnormen. Sie erstrecken sich auf ortsfeste Maschinen und finden ab der Netzanschlussklemme – bzw. bei steckerfertigen Maschinen ab der Steckvorrichtung – Anwendung.

 Sicher prüfen mit dem Profitest Prime: Das moderne, vielseitige Prüfgerät erfüllt die Anforderungen für CAT III bis 600V sowie CAT IV bis 300V. (Bild: GMC-I Messtechnik GmbH)

Sicher prüfen mit dem Profitest Prime: Das moderne, vielseitige Prüfgerät erfüllt die Anforderungen für CAT III bis 600V sowie CAT IV bis 300V. (Bild: GMC-I Messtechnik GmbH)

Prüfsicherheit gewährleisten

Höchste Priorität hat die Gewährleistung der Prüfsicherheit. Daher ist nach EN60204-1 / VDE0113-1 eine Netz-Trenneinrichtung für jeden Netzanschluss zu einer oder mehreren Maschinen sowie für jede Bordstromversorgung vorzusehen. Außerdem bedarf es geeigneter Einrichtungen zum Trennen der elektrischen Ausrüstung, um Arbeiten im freigeschalteten und getrennten Zustand zu ermöglichen. Schließlich müssen die Betriebsmittel einen sicheren Schutz vor elektrischem Schlag bieten: Dies betrifft gleichermaßen den Basisschutz gegen direktes Berühren durch IP-Gehäuseschutzart, Isolierung, Abdeckung und den Schutz vor Restspannung wie auch den Fehlerschutz bei indirektem Berühren durch Verminderung überhöhter Berührspannung und eine automatische Abschaltung der Einspeisung. Entscheidenden Anteil an der Sicherheit hat die Auswahl des geeigneten Prüfgeräts, dessen Messkategorie die zulässigen Anwendungsbereiche zum Messen und Prüfen elektrischer Betriebsmittel und Anlagen in Niederspannungsnetzen definiert.

Prüftechnik auf neuestem Stand

Als sicherstes Prüfgerat seiner Produktklasse erfüllt der Profitest Prime die Sicherheitskriterien für CAT III bis 600V sowie CAT IV bis 300V und ist gemäß DIN EN61557 / VDE0413 zum Prüfen, Messen und Überwachen von Schutzmaßnahmen im Niederspannungsbereich bis AC 1.000V und DC 1.500V zugelassen. Erstmals lassen sich auch Schleifenmessungen bei an Frequenzumrichtern zur Regelung elektrischer Maschinen angebrachten allstromsensitiven Fehlerstromschutzschaltern durchführen. Ein weiteres messtechnisches Alleinstellungsmerkmal ist der Pulsbrennbetrieb, mit dem sich z.B. Isolationsschäden in Kabelketten einfach auffinden lassen. Weil allein mit dem Profitest Prime sowohl in 690V AC- als auch in 800V DC-Netzen geprüft werden kann und sich außerdem Spannungen bis 1.000V AC / 1.000V DC messen lassen, reicht jetzt ein einziges Gerät, um neben Schaltschränken, Maschinen und Industrieanlagen auch die elektrische Sicherheit von Photovoltaik- und Windkraftanlagen sowie Ladestationen für die Elektromobilität zu testen. Besondere Flexibilität bietet der integrierte Akku, der bei fehlender Stromversorgung ausreichend Energie für bis zu tausend Messungen bereitstellt.

Zentrale Prüfabläufe und Messungen

  • Überprüfung der Durchgängigkeit des Schutzleitersystems: Hierzu wird der Widerstand jedes Schutzleitersystems zwischen der PE-Klemme und allen relevanten Punkten, die Teil jedes Schutzleitersystems sind, mit einem Strom zwischen mindestens 0,2A und ungefähr 10A gemessen. Weil größere Ströme die Genauigkeit der Prüfergebnisse insbesondere bei niedrigen Widerstandswerten, das heißt bei größeren Querschnitten und/oder kürzeren Leiterlängen erhöhen, ermöglicht der Profitest Prime auch Messungen mit 25A Prüfstrom. Der Prüfstrom ist einer elektrisch getrennten Versorgung (z.B. SELV, siehe IEC60364-4-41, VDE413.1) mit einer maximalen Leerlaufspannung von AC 24V oder DC 24V zu entnehmen. Der gemessene Widerstand muss Länge, Querschnitt und Material des relevanten Schutzleiters entsprechen. Eine geerdete PELV-Versorgung kann die Messresultate verfälschen und darf deshalb nicht verwendet werden. Mit dem PROFITEST PRIME lässt sich diese Messaufgabe zeitsparend mit 200mA und automatischer Polaritätsumkehr durchführen.
  • Überprüfung der Fehlerstromschutzeinrichtungen: Bei Einsatz von Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCDs) muss deren Funktion entsprechend den Herstellerangaben geprüft werden. Die Prüfanforderungen für TN-Systeme entsprechen VDE0100-410 und DIN VDE0100-600. Maßgeblich für TT- und IT-Systeme ist die IEC60364 (VDE0100-410). Die Kennwerte der Überstrom-Schutzeinrichtungen und die Impedanzen der Stromkreise sind so zu bemessen, dass beim Auftreten eines Fehlers vernachlässigbarer Impedanz zwischen einem Außenleiter und einem Schutzleiter oder Körper eine automatische Abschaltung der Versorgung innerhalb der festgelegten Zeit erfolgt.
  • Messung der Fehlerschleifenimpedanz: Zur Messung der Fehlerschleifenimpedanz ist ein IEC61557-3-konformes Prüfgerät zu verwenden. Die zu prüfende Maschine wird an eine Versorgung mit denselben Netzdaten wie denen der Versorgung in der bestimmungsgemäßen Installation angeschlossen. Treten im Verlauf des Messvorgangs Spannungsschwankungen im Netz auf, lässt sich auf Basis mehrerer Messungen ein valider Mittelwert bilden. Bei der Beurteilung der Messwerte ist ein Gesamtfehler von ± 30 Prozent zu berücksichtigen. Da die Messungen in der Regel bei einer Leitertemperatur von +20°C erfolgen, muss die in der DIN EN60909-0 (VDE0102) vorgesehene Leitertemperatur von +80°C durch Umrechnung mit einem Korrekturfaktor von 1,24 ermittelt werden. Problematisch bis undurchführbar ist eine Messung der Fehlerschleifenimpedanz bei Maschinen mit Frequenzumrichtern aufgrund von Frequenzabweichungen, Phasenanschnittsteuerung, Spannungsformen und Erdschlussüberwachung. In diesen Fällen sollte ersatzweise eine sorgfältige Prüfung des Schutz-Potenzialausgleichs von Maschine und elektrischer Anlage am Standort erfolgen. Im Profitest Prime sind die Prüfprogramme für alle relevanten Messungen der Schleifenimpedanz ohne RCD, mit DC-RCD TYP A, RCD TYP B und IN /2 (Motoren) hinterlegt.
  •  Der Profitest Prime lässt sich universell für Prüfaufgaben in 690V AC- sowie 800V DC-Netzen einsetzen. (Bild: GMC-I Messtechnik GmbH)

    Der Profitest Prime lässt sich universell für Prüfaufgaben in 690V AC- sowie 800V DC-Netzen einsetzen. (Bild: GMC-I Messtechnik GmbH)

    Prüfungen des Isolationswiderstands: Bei diesen Messungen mit 500V Gleichspannung zwischen den Leitern der Hauptstromkreise und dem Schutzleitersystem darf der Isolationswiderstand den Wert von 1M nicht unterschreiten. Für bestimmte Teile der elektrischen Ausrüstung, wie z.B. Sammelschienen, Schleifleitungssysteme oder Schleifringkörper, ist ein niedrigerer Wert von mindestens 50k zulässig. Falls die elektrische Maschinen-Ausrüstung Geräte für den Überspannungsschutz enthält, die während der Prüfung voraussichtlich ansprechen, ist es erlaubt, diese Geräte abzuklemmen. Alternativ dazu kann die Prüfspannung aber auch auf einen Wert reduziert werden, der niedriger als das Schutzniveau des Überspannungsschutzes (nicht aber geringer als der Spitzenwert des oberen Grenzwertes der Versorgungsspannung) ist. Der Profitest Prime führt diese Messungen sowohl mit Sprung als auch mit Rampe durch.

  • Spannungsprüfungen sollten mit einem der IEC61180-2 gemäßen Prüfgerät vorgenommen werden, wobei die Nennfrequenz der Prüfspannung 50Hz oder 60Hz betragen muss. Die maximale Prüfspannung muss zwischen den Leitern der Hauptstromkreise und dem Schutzleitersystem für eine Zeit von ungefähr 1s angelegt werden. Das Maximum entspricht entweder dem zweifachen Wert der Bemessungsspannung für die Energieversorgung der Ausrüstung oder kann auf 1.000V festgelegt werden. Die Anforderungen der Prüfung sind erfüllt, wenn kein Lichtbogendurchschlag erfolgt. Baugruppen und Geräte, die nicht dafür bemessen sind oder bereits nach ihren Produktnormen spannungsgeprüft wurden, dürfen ausgenommen werden.
  • Schutz gegen Restspannungen: Aktive Teile, die nach dem Ausschalten der Versorgung eine Restspannung von mehr als 60V aufweisen, müssen innerhalb einer Zeit von 5s auf 60V oder weniger entladen werden, sofern diese Entladerate nicht die ordnungsgemäße Funktion der Ausrüstung stört. Bauteile mit einer gespeicherten Ladung von 60mC oder weniger sind davon ausgenommen. Wenn das Ziehen von Steckern oder ähnlichen Geräten zum Freilegen von Leitern (z.B. Steckerstiften) führt, darf die Entladezeit auf 60V maximal 1s betragen. Hinweis: Umrichter und DC-Sammelschienen weisen typischerweise längere Entladezeiten als 5s auf.
  • Messungen von Temperatur und Luftfeuchte: Die einwandfreie Funktionstüchtigkeit der gesamten elektrischen Ausrüstung ist vor, während und nach der Durchführung der Prüfmaßnahmen bei Lufttemperaturen zwischen +5 und +40°C und einer relativen Luftfeuchte von 50 Prozent bei maximal +40°C nachzuweisen. Durch Anschluss eines kombinierten Temperatur/Feuchte-Sensors lassen sich auch diese Messungen mit Profitest Prime unkompliziert durchführen.

Auswertung und Dokumentation

Eine gemäß EN60204-1/VDE0113-1 erstellte Prüfdokumentation enthält Angaben zu Prüfstelle, Prüfer und Prüfdatum, die Bezeichnungen der Protokolle für die Messwerte, geprüften Anlagen und Maschinen und die hierzu verwendeten Mess- und Prüfgeräte sowie eine Bewertung der Prüfergebnisse. Im Prüfbericht einer Erstprüfung werden die Besichtigung, geprüften Stromkreise, PE-Messpunkte und Prüfergebnisse festgehalten und für jeden geprüften Stromkreis samt zugehöriger Schutzeinrichtung die Ergebnisse der geforderten Erprobungen und Messungen dokumentiert. Um Prüfabläufe und Dokumentationspflichten zu vereinfachen, können vom Profitest Prime Messwerte per Push Print über Bluetooth- und USB-Schnittstellen in die Auswerte-Software Izytroniq eingelesen und mit Messresultaten anderer Geräte zusammengefügt werden. Softwareseitig lassen sich komplette Prüfverzeichnisse von der gesamten Anlage bis zu den einzelnen Messpunkten anlegen, um Prüfsequenzen und -schritte zu definieren, abzuspeichern und revisionssicher zu protokollieren.

Autor | Michael Roick,
Produktmanager Test & Measurement,
Gossen Metrawatt

Beitragsreihe: Anlagensicherheit auf dem Prüfstand

Teil 1: Schutzmaßnahmen-Prüfungen für Windkraft- und PV-Anlagen

Teil 2: Schutzprüfung von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen

Teil 3: Schutzmaßnahmen-Prüfung der elektrischen Sicherheit von Maschinen

GMC-I Messtechnik GmbH
ww.gossenmetrawatt.com

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