De hoge beschikbaarheid en de betrouwbaarheid van stroomvoorzieningen in industriële en functionele gebouwen is een doorslaggevende factor wat betreft kostenefficiëntie en productiviteit. Onverwachte bedrijfsonderbrekingen, functiestoringen en EMC-problemen kosten tijd en geld. In kader van preventief onderhoud is het daarom belangrijk om stroomvoorzieningen permanent te bewaken. Moderne lekstroombewakingssystemen (RCMS) detecteren vroegtijdig ernstige isolatiefouten, waardoor de exploitant van de technische installatie de fout snel kan lokaliseren en verhelpen, voordat zich een plotselinge storing of uitval van het gehele bedrijf voordoet.
Daarnaast bieden deze potentiële besparingen bij de periodieke controles op grond van het ongevallenpreventievoorschrift DGUV voorschrift 3 en de bedrijfsveiligheidsverordening (BetrSichV).
Deze bijdrage laat praktisch uitvoerbare oplossingsmogelijkheden van een innovatieve lekstroombewaking zien. Deze garanderen dankzij preventief onderhoud de operationele veiligheid voor moderne elektronische installaties in zeer gevoelige bedrijfsonderdelen. Een investering die zich terugbetaalt.
Voor vaste elektrische installaties en apparatuur zijn lekstroombewakingssystemen (RCMS) ideaal voor de permanente evaluatie van isolatiedegeneratie. De gemeten lekstromen kunnen eenduidig tot het desbetreffende stroomcircuit en de individuele verbruiker worden herleid. Een veiligheidstechnische beoordeling van de staat van de installatie is mogelijk.
Het voordeel van deze meetmethode is met name preventief: Deze metingen kunnen namelijk doorlopend worden uitgevoerd en leveren vroegtijdig de noodzakelijke meetwaarden voor veiligheidstechnische beoordeling van de elektrische installatie. In de zin van elektrische veiligheid, met name van elektrische bedrijfsmiddelen die semipermanent beschikbaar moeten zijn, of installaties waarbij een isolatieweerstandsmeting om technische redenen lastig is, biedt dit meetproces vele praktische voordelen.
De inzet van deze meetmethode ontslaat u echter in geen geval van de verplichting tot periodieke controle van elektrische installaties en apparatuur overeenkomstig DGUV voorschrift 3, bijv. door visuele inspectie, controle van de continuïteit van de aardverbinding en potentiaalvereffening alsmede het functioneren van de uitschakelvoorwaarden.
In het momenteel geldende art. 10 van de bedrijfsveiligheidsverordening (BetrSichV) wordt de implementatie van een soortgelijke controle verplicht. Op grond van de risicobeoordeling van art. 3 van de BetrSichV moeten voor bedrijfsmiddelen o.a. de aard, omvang en termijnen van de vereiste controles worden vastgelegd. Gebreken en schade moeten tijdig door deze controles worden vastgesteld. Hoe deze controle moet worden uitgevoerd, wordt niet in detail beschreven. De verantwoordelijke werknemer moet de noodzakelijke maatregelen en controletermijnen vastleggen; in de praktijk worden lekstroombewakingsapparaten hierbij ingezet.
De taak van een lekstroombewakingsapparaat (RCM) (afbeelding 1) is om een elektrische installatie of stroomcircuit op het optreden van lekstroom te controleren en door een alarm aan te geven wanneer deze een vastgelegde waarde overschrijdt [DIN EN 62020 (VDE 0663):2005-11].
Een fundamentele wet van de elektrotechniek, de eerste wet van Kirchhoff, stelt dat de geometrische som van stromen in een elektrisch stroomcircuit gelijk aan nul is. Zoals in afbeelding 2 weergegeven is in een foutenvrij netwerk I1 gelijk aan I2 .
Indien door een isolatiefout lekstroom IΔ ontstaat, die via het lichaam of de aarde wegstroomt, krijgt men overeenkomstig de wet van Kirchhoff:
I∆ =I1 – I2
Met het True RMS metende RMS460-systeem met 12 kanalen voor alle soorten stroom kunnen lekstromen van 0 tot 2000 Hz en van 6 mA tot 20 A tijdens het gebruik worden gemeten en binnen 180 ms worden geëvalueerd.
Het met een beeldscherm uitgeruste systeem stelt vast of een vooraf ingestelde activatiewaarde of activatietijd is bereikt of al is overschreden. Een geïntegreerd historisch geheugen en gegevenslogfunctie slaat tot en met 300 meldingen met exacte fouttijd op. De informatie-uitwisseling tussen de individuele beoordelingsapparaten en een gateway vindt via een RS-485-interface plaats. Daardoor kan vanuit een centrale locatie, bijv. een schakelkast of besturingssysteem, een volledig gebouw of volledig stroomvoorzieningsgedeelte permanent worden bewaakt.
Dankzij de tijdige documentatie van het gedrag van het apparaat is het in kader van de permanente lekstroombewaking mogelijk om aangepaste controletermijnen overeenkomstig DGUV voorschrift 3 vast te leggen, waarbij wordt voldaan aan de beschermingsdoelstelling van BetrSichV “Vastlegging risicogerelateerde controletermijnen”.
Aan de beschermingsvoorwaarde van DGUV voorschrift 3 “Elektrische installaties en apparatuur” met betrekking tot de te implementeren periodieke controles is voldaan wanneer is verzekerd dat de elektrische apparatuur geen mankementen vertonen. Naast de vaste controletermijn bestaat voor vaste elektrische installaties de mogelijkheid van “continue bewaking". Voor mobiele elektrische apparatuur is in de implementatie-instructie bij DGUV voorschrift 3 naast de strakke aanhouding van de toegewezen controletermijnen een oprekking van de controletermijnen toegestaan als een foutpercentage van minder dan 2% wordt vastgesteld. Vanzelfsprekend zijn volgens DGUV ook andere technische/organisatorische oplossingen denkbaar wanneer daarmee wordt verzekerd dat de medewerkers alleen werken met correct werkende apparatuur.
Via het voorgestelde lekstroommeetproces kan de elektromonteur (competent persoon in de zin van BetrSichV) voor specifieke toepassingen eenduidige en doelgerichte controletermijnen bepalen en vastleggen. Dit kan zowel een reductie van de controletermijnen alsmede een oprekking van de controle-intervallen inhouden. Afhankelijkheid van de “mate van gebruik” van de apparatuur is daarmee een veiligheidstechnische en commercieel verantwoorde (vastlegging termijn) periodieke controle mogelijk.
Het uitschakelen van apparaten, ook kortstondig, behoort door de doelgerichte inzet van lekstroombewakingssystemen (RCMS) tot het verleden. Een elektrische installatie is langer beschikbaar en de kosten voor de periodieke controle van elektrische installaties en apparatuur worden lager.
De voordelen laten zich als volgt samenvatten:
Geoptimaliseerd onderhoud
Hogere bedrijfsveiligheid/installatieveiligheid
Hogere efficiëntie
Betere brandbeveiliging
De basisopbouw in afbeelding 4 laat de stroomcircuitbewaking van een stroomvoorziening zien met maximaal 12 uitgangen (stroomcircuits). Ook de geprefereerde inbouwlocatie van de benodigde meetstroomtransformator voor de lekstroomregistratie wordt getoond. Deze dient gelijktijdig voor lokalisatie van de fout (stroomcircuittoewijzing).
Individuele meetwaarden van de lekstroombewakingssystemen kunnen probleemloos vanaf de werkplek van de elektromonteur worden uitgelezen. Veranderingen of optredende lekstromen in de te bewaken stroomvoorziening worden grafisch gevisualiseerd en gedocumenteerd (afbeelding 7). Daardoor kunnen ook de foutlocatie en het uiteindelijke stroomcircuit met zekerheid worden bepaald.
In de onderstaande sectie wordt de traditionele DC-isolatieweerstandsmeting en de bewaking van de installatie met lekstroombewakingssystemen met betrekking tot het testpersoneel met elkaar vergeleken.
| Nadelen van isolatiemeting met DC-meetspanning | Voordelen van RCM-metingen |
|---|---|
| Veroudering en beschadiging van varistoren door isolatiemeting met hogere DC-meetspanning. | RCM's zijn passief metende bewakingsapparaten; deze foutoorzaak is uitgesloten. |
| Te hoge of te lang uitgeschakelde teststroom kan tot verbranding van het beschermingsrelais leiden. | RCM's zijn passief metende bewakingsapparaten; deze foutoorzaak is uitgesloten. |
| Verbruikers die tijdens de isolatiemeting niet van het stroomnet worden afgehaald, kunnen beschadigd raken. | RCM's zijn passief metende bewakingsapparaten; deze foutoorzaak is uitgesloten. |
| Door UPS ondersteunde installatieonderdelen kunnen niet worden gemeten; uitschakeling niet mogelijk. | RCM's zijn passief metende bewakingsapparaten; deze foutoorzaak is uitgesloten. |
| Bij uitgebreide stroomnetwerken, grote leidingdoorsnedes, vermaasde stroomnetwerken zijn de coördinatietijd, isolatiecontrole en beoordeling uit commercieel oogpunt vaak niet acceptabel. | RCM's kunnen tegen technisch en commercieel acceptabele inspanning de taken voor de detectie van isolatiedegeneratie op zich nemen. |
| Terugkerende controles zijn zeer vaak slechts steekproeven. Zij zijn niet representatief en kunnen vanwege bijv. klimaatomstandigheden verschillende waarden aangeven. | RCM's bewaken online. Een trendanalyse en indicaties over toekomstige uitval kunnen worden gegeven wanneer meetwaarden geprotocolleerd en geëvalueerd worden. Gebreken die een gevaar voor personen, veestapel en zaken vormen, moeten direct worden verholpen. |
| Elektronische apparatuur kan door de controlespanning worden beschadigd, wanneer de nuldraad niet gescheiden is of verbindingen, bijv. door isolatiefouten, aanwezig zijn. In deze gevallen bestaat het gevaar dat de controlespanning van het isolatiemeetapparaat bij de inputklemmen van de apparatuur optreedt. | Geen nuldraadscheiding is nodig. Nuldraadscheidingsklemmen zijn overbodig. |
| Uitschakelproblemen tijdens gebruik; niet alle installatieonderdelen worden gecontroleerd. | Geen uitschakeling noodzakelijk. |
| Beïnvloeding van bedrijfsprocessen en uitvalkosten door uitschakelen. | Geen uitvalkosten. |
| Aanbrengen van nuldraadscheidingsklemmen als gevaarlijk punt voor onderbreking of verbinding na de meting vergeten. | Nuldraadscheidingsklemmen hoeven niet te worden gebruikt. |
| Nuldraadscheidingsklemmen zijn bekend als zwak punt bij hoge harmonische stromen. Onderbreking leidt tot een verhoogde spanning. | Nuldraadscheidingsklemmen hoeven niet te worden gebruikt. |
| In spanningsloze toestand kan alleen tot de scheidingsbescherming worden gemeten. | RCM's meten de volledige installatie, inclusief ingeschakelde vaste en mobiele apparatuur. |
| Indien de isolatieweerstand van meerdere stroomcircuits gezamenlijk worden gecontroleerd, kunnen verbindingen van verschillende stroomcircuits onontdekt blijven. Eventuele gevolgen zijn omgekeerde spanningen en beperking van de RCD-functie. | RCM's herkennen dergelijke verbindingen wanneer ieder stroomcircuit los wordt bewaakt. |
| Geen afsluitingsrijke meetresultaten bij aanwezigheid van overspanningsafleiders. |
| Nadelen van isolatiemeting met DC-meetspanning | Voordelen van RCM-metingen |
|---|---|
| Hoge personeelsinzet en aanzienlijke kostenfactor | |
| Technisch deskundig personeel (bekwame personen) van het controleapparaat noodzakelijk. Zij moeten de relevante veiligheidseisen, -voorschriften, gebruiksaanwijzingen en met de werkzaamheden verbonden risico's kennen. Van de aan de elektrische installaties werkende personen moet een voldoende aantal zijn opgeleid om eerste hulp te kunnen bieden. Juiste documentatie is noodzakelijk, maar vaak niet aanwezig. | No expert and knowledgeable personnel are required for monitoring. An electrician is only required when the fault current exceeds the limit value.Geen technisch deskundig personeel bij bewaking nodig. Pas bij het zich voordoen van een grenswaardeoverschrijding van de lekstroom is een elektromonteur noodzakelijk. |
| Gevaren en belasting van de controleur: 1. Gebrekkige voorbereiding, gevaarlijke improvisatie, werken onder tijdsdruk 2. Werken met uitgeschakelde of gedemonteerde beschermingsinstallaties 3. Werken onder zware omstandigheden 4. Werken aan kabels 5. Werken onder spanning of in de buurt van onder spanning staande kabels. | Geen risico |
| Verdere onderscheidende kenmerken van de RCM-meting | Voordelen van isolatiemeting met DC-meetspanning |
|---|---|
| Isolatiefouten tussen actieve kabels worden niet vastgesteld. Isolatiefouten tussen nul- en aarddraad kunnen worden gemeten wanneer verbruikers aangesloten en ingeschakeld zijn. | Kan worden gemeten. |
| RCM's kunnen alleen in TN-S- en niet in TN-C-systemen worden gebruikt. | Kan bij alle soorten stroomnetwerken worden gebruikt. |
| Detecteren door activatiewaarde geen hoogohmige isolatiefouten overeenkomstig DIN EN 5110-1 (VDE 0105-1):2014-02. | Activatiewaarde vanaf ong. 5 mA: Isolatiefouten van minder dan 40 kΩ tussen fase en aarde kunnen worden gemeten. |
| Detecteert alleen niet-symmetrische capacitieve en ohmse isolatiefouten. | Bij de isolatiecontrole worden symmetrische en niet-symmetrische ohmse isolatiefouten geregistreerd. Capacitieve lekstromen zijn ongevaarlijk qua brand, aangezien zij zich gelijkmatig over de kabellengte verdelen. |
| Er zijn nog geen genormeerde activatiewaarden. De activatiewaarden kunnen afhankelijk van lekcapaciteit en installatie sterk wisselen. De juiste activatiewaarde moet door een elektromonteur worden bepaald. | Minimale waarden van de isolatieweerstand staan in DIN VDE 0100-600 (VDE 0100-600): 2017-06, tabel 6.1. |
| Onder voorwaarden inzetbaar in installatieonderdelen waarin geen aarddraad wordt meegenomen. Voor veilige beoordeling van de isolatieweerstand moet de aarddraad altijd worden meegenomen. | |
| In IT-systemen kan de foutstroom niet aan een isolatiefout achter de meetstroomtransformator worden toegewezen. | Inzetbaar bij alle soorten stroomnetwerken. |
Voor vaste elektrische installaties en apparatuur zijn lekstroombewakingssystemen ideaal voor evaluatie van isolatiedegeneratie. De gemeten lekstromen zijn eenduidig aan het desbetreffende stroomcircuit toe te wijzen. Daardoor is een veiligheidstechnische beoordeling van de staat van de installatie mogelijk. Daarbij moet het meetproces van de te gebruiken lekstroombewakingsapparaten (RCM's) en de meetstroomtransformator voor de specifieke installaties worden gekozen. In kader van de constante bewaking kunnen dergelijke bewakingsinstallaties de vereiste “doorlopende” meettechnische controle verzekeren. Eveneens wordt bij stroomcircuits die door lekstroombewakingssystemen worden bewaakt, de aansluiting van defecte, handmatige, elektrische apparatuur meettechnisch vastgelegd, gevisualiseerd en eventueel voor het stroomcircuit uitgeschakeld. Hiervoor is vereist dat de toegestane grenswaardes van de lekstroom door een elektromonteur per installatie zijn bepaald.
Via de tijdige documentatie en grafische weergave van het gedrag van de installatie, bijv. daling of stijging van de lekstromen, is het mogelijk om aangepaste controletermijnen voor de aan te sluiten elektrische apparatuur vast te leggen. Indien organisatorisch wordt vastgelegd welke apparatuur onder voorwaarden wordt ingezet, kan op grond van de meetresultaten een correctie van de controle-intervallen worden doorgevoerd. De praktijkervaringen tot nu toe laten eenduidig zien dat met dit meetproces een toegesneden toewijzing van losse periodieke controles mogelijk wordt en daarmee aan de beschermingsdoelstelling van BetrSichV “Vastlegging risicogerelateerde controletermijnen“ wordt voldaan.
