Netzsysteme und Schutzmaßnahmen

Transcription

Netzsysteme
und Schutzmaßnahmen
Arbeitsbuch
TP 1111
Mit CD-ROM
L1
L2
L3
PEN
M
3
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L2
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PE
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3
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L2
L3
N
RCD
RCD
M
3
Festo Didactic
567307 de
Bestell-Nr.:
Stand:
Autor:
Redaktion:
Grafik:
Layout:
567307
09/2011
Jürgen Stumpp
Frank Ebel
Remo Jedelhauser, Thomas Ocker, Jürgen Stumpp
01/2012, Frank Ebel
© Festo Didactic GmbH & Co. KG, 73770 Denkendorf, 2012
Internet: www.festo-didactic.com
E-Mail: [email protected]
Weitergabe sowie Vervielfältigung dieses Dokuments, Verwertung und Mitteilung seines Inhalts verboten,
soweit nicht ausdrücklich gestattet. Zuwiderhandlungen verpflichten zu Schadenersatz. Alle Rechte
vorbehalten, insbesondere das Recht, Patent-, Gebrauchsmuster- oder Geschmacksmusteranmeldungen
durchzuführen.
Hinweis
Soweit in dieser Broschüre nur von Lehrer, Schüler etc. die Rede ist, sind selbstverständlich auch
Lehrerinnen, Schülerinnen etc. gemeint. Die Verwendung nur einer Geschlechtsform soll keine
geschlechtsspezifische Benachteiligung sein, sondern dient nur der besseren Lesbarkeit und dem
besseren Verständnis der Formulierungen.
Inhalt
Bestimmungsgemäße Verwendung __________________________________________________________ IV
Vorwort
______________________________________________________________________________ V
Einleitung _____________________________________________________________________________ VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise __________________________________________________________ VIII
Trainingspaket „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“ (TP 1111) ________________________________ IX
Lernziele _______________________________________________________________________________X
Gerätesatz ______________________________________________________________________________ XI
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder __________________________________________________________ XII
Struktur der Aufgaben ____________________________________________________________________ XIII
Inhalte der CD-ROM ______________________________________________________________________ XIII
Aufgaben und Lösungen
Übersicht Netzsysteme _____________________________________________________________________3
Aufgabe 1: Messungen an Netzsystemen _____________________________________________________5
Übersicht Schutz gegen elektrischen Schlag __________________________________________________ 29
Aufgabe 2: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz im normalen Betriebsfall____________________ 31
Aufgabe 3: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz im Fehlerfall ______________________________ 43
Aufgabe 4: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz sowohl im normalen Betrieb
als auch im Fehlerfall __________________________________________________________ 65
Aufgabe 5: Projekt Kundenanlage: Übergabe einer Hausinstallation an den Kunden _________________ 71
Aufgaben und Arbeitsblätter
© Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307
III
Bestimmungsgemäße Verwendung
Das Trainingspaket „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“ ist nur zu benutzen:
• für die bestimmungsgemäße Verwendung im Lehr- und Ausbildungsbetrieb
• in sicherheitstechnisch einwandfreiem Zustand
Die Komponenten des Trainingspakets sind nach dem heutigen Stand der Technik und den anerkannten
sicherheitstechnischen Regeln gebaut. Dennoch können bei unsachgemäßer Verwendung Gefahren für Leib
und Leben des Benutzers oder Dritter und Beeinträchtigungen der Komponenten entstehen.
Das Lernsystem von Festo Didactic ist ausschließlich für die Aus- und Weiterbildung im Bereich
Automatisierung und Technik entwickelt und hergestellt. Das Ausbildungsunternehmen und/oder die
Ausbildenden hat/haben dafür Sorge zu tragen, dass die Auszubildenden die Sicherheitsvorkehrungen, die
in diesem Arbeitsbuch beschrieben sind, beachten.
Festo Didactic schließt hiermit jegliche Haftung für Schäden des Auszubildenden, des
Ausbildungsunternehmens und/oder sonstiger Dritter aus, die bei Gebrauch/Einsatz dieses Gerätesatzes
außerhalb einer reinen Ausbildungssituation auftreten; es sei denn Festo Didactic hat solche Schäden
vorsätzlich oder grob fahrlässig verursacht.
IV
Vorwort
Das Lernsystem Automatisierung und Technik von Festo Didactic orientiert sich an unterschiedlichen
Bildungsvoraussetzungen und beruflichen Anforderungen. Abgeleitet hieraus ergibt sich die Gliederung des
Lernsystems:
• Technologieorientierte Trainingspakete
• Mechatronik und Fabrikautomation
• Prozessautomation und Regelungstechnik
• Robotino® – Lernen und forschen mit mobilen Robotern
• Hybride Lernfabriken
Die technologieorientierten Trainingspakete befassen sich mit den Technologien Pneumatik,
Elektropneumatik, Hydraulik, Elektrohydraulik, Proportionalhydraulik, Speicherprogrammierbare
Steuerungen, Sensorik, Elektrotechnik und elektrischen Antrieben.
Der modulare Aufbau des Lernsystems ermöglicht Anwendungen, die über die Grenzen der einzelnen Pakete
hinausgehen. Beispielsweise sind SPS-Ansteuerungen von pneumatischen, hydraulischen und elektrischen
Antrieben möglich.
V
Alle Trainingspakete setzen sich aus den folgenden Elementen zusammen:
• Hardware
• Medien
• Seminare
Hardware
Die Hardware der Trainingspakete besteht aus didaktisch aufbereiteten Industriekomponenten und
Systemen. Die Komponentenauswahl und Ausführung in den Trainingspaketen ist speziell an die Projekte
der begleitenden Medien angepasst.
Medien
Die Medien zu den einzelnen Themengebieten sind den Bereichen Teachware und Software zugeordnet. Die
praxisorientierte Teachware umfasst:
• Fach- und Lehrbücher (Standardwerke zur Vermittlung fundamentaler Kenntnisse)
• Arbeitsbücher (praktische Aufgaben mit ergänzenden Hinweisen und Musterlösungen)
• Lexika, Handbücher, Fachbücher (bieten Fachinformationen zu vertiefenden Themenbereichen)
• Foliensammlungen und Videos (zur anschaulichen und lebendigen Unterrichtsgestaltung)
• Poster (für die übersichtliche Darstellung von Sachverhalten)
Aus dem Bereich Software werden Programme für die folgenden Anwendungen bereitgestellt:
• Digitale Lernprogramme (didaktisch und medial aufbereitete Lerninhalte)
• Simulationssoftware
• Visualisierungssoftware
• Software zur Messdatenerfassung
• Projektierungs- und Konstruktionssoftware
• Programmiersoftware für Speicherprogrammierbare Steuerungen
Die Lehr- und Lernmedien sind in mehreren Sprachen verfügbar. Sie sind für den Einsatz im Unterricht
konzipiert, aber auch für ein Selbststudium geeignet.
Seminare
Ein umfassendes Seminarangebot zu den Inhalten der Trainingspakete rundet das Angebot in Aus- und
Weiterbildung ab.
Haben Sie Anregungen oder Kritikpunkte zu diesem Buch?
Dann senden Sie eine E-Mail an: [email protected]
Die Autoren und Festo Didactic freuen sich auf Ihre Rückmeldung.
VI
Einleitung
Das vorliegende Arbeitsbuch ist ein Element aus dem Lernsystem Automatisierung und Technik der Firma
Festo Didactic GmbH & Co. KG. Das System bildet eine solide Grundlage für eine praxisorientierte Aus- und
Weiterbildung. Das Trainingspaket „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“ (TP 1111) behandelt die
folgenden Themen:
• Netzeinspeisung
– Netzsysteme (TN-, TT-, IT-System)
– Schutzmaßnahmen in den unterschiedlichen Netzen
• Hausanschluss
– Komponenten einer Hausanschlussanlage
– Zusatzbezeichnungen im TN-System (TN-C, TN-S, TN-C-S)
– Auswahl der Schutzmaßnahme und der Schutzorgane
– Schutzmaßnahmen-Messgeräte
– Planung und Durchführung von Erstprüfungen nach DIN VDE 0100-610 und
Wiederholungsprüfungen nach DIN VDE 0105 und BGV A3
– Prüfprotokolle erstellen
• Unterverteilung
– Umgang mit Schutzmaßnahmen und Messgeräten
– Planung und Durchführung von Erst- und Wiederholungsprüfungen
– Bewertung der Messergebnisse und Erstellen von Prüfprotokollen
– Gefahren durch Fehler erkennen, beschreiben und messtechnisch erfassen
– Systematische Fehlersuche
Das Arbeitsbuch Netzsysteme und Schutzmaßnahmen befasst sich gezielt mit dem Thema Sicherheit von
elektrischen Anlagen nach DIN VDE. Auf die speziellen Gegebenheiten und die Maßnahmen zur Vermeidung
gefährlicher Situationen wird anhand realitätsnaher Situationen eingegangen. In Projektform werden für
unterschiedliche Netzformen (TN-C, TN-CS, TT- und IT-Netz) der Schutz gegen direktes und indirektes
Berühren, der Schutz gegen elektrischen Schlag (auch im Fehlerfalle), der Schutz durch RCD und die Erstund Wiederholung von elektrischen Anlagen und Elektrogeräten vermittelt.
Voraussetzung für den Aufbau und das Auswerten der Schaltungen ist ein Laborarbeitsplatz, ausgestattet
mit einer abgesicherten Netzspannungsversorgung, zwei Digital-Multimetern und SicherheitsLaborleitungen.
Mit dem Gerätesatz TP 1111 werden die kompletten Schaltungen der 5 Aufgabenstellungen zum Thema
Grundlagen Halbleiter aufgebaut. Die theoretischen Grundlagen für das Verständnis dieser Aufgaben
enthalten die Lehrbücher
• Fachkunde Elektroberufe, Bestell-Nr. 567297 und
• Elektrotechnik, Bestell-Nr. 567298.
VII
Arbeits- und Sicherheitshinweise
Allgemein
• Die Auszubildenden dürfen nur unter Aufsicht einer Ausbilderin/eines Ausbilders an den Schaltungen
arbeiten.
• Beachten Sie die Angaben der Datenblätter zu den einzelnen Komponenten, insbesondere auch alle
Hinweise zur Sicherheit!
• Störungen, die die Sicherheit beeinträchtigen können, dürfen beim Schulungsbetrieb nicht erzeugt
werden und sind umgehend zu beseitigen.
Elektrik
• Lebensgefahr bei unterbrochenem Schutzleiter!
– Der Schutzleiter (gelb/grün) darf weder außerhalb noch innerhalb des Geräts
unterbrochen werden.
– Die Isolierung des Schutzleiters darf weder beschädigt noch entfernt werden.
• In gewerblichen Einrichtungen sind die Berufsgenossenschaftlichen Vorschriften BGV A3 "Elektrische
Anlagen und Betriebsmittel" zu beachten.
• In Schulen und Ausbildungseinrichtungen ist das Betreiben von Netzgeräten durch geschultes Personal
verantwortlich zu überwachen.
• Vorsicht!
Kondensatoren im Gerät können noch geladen sein, selbst wenn das Gerät von allen Spannungsquellen
getrennt wurde.
• Beim Ersetzen von Sicherungen: Verwenden Sie nur vorgeschriebene Sicherungen mit der richtigen
Nennstromstärke.
• Schalten Sie Ihr Netzgerät niemals sofort ein, wenn es von einem kalten in einen warmen Raum
gebracht wird. Das dabei entstehende Kondenswasser kann unter ungünstigen Umständen Ihr Gerät
zerstören. Lassen Sie das Gerät ausgeschaltet, bis es Zimmertemperatur erreicht hat.
• Verwenden Sie als Betriebsspannung für die Schaltungen der einzelnen Aufgaben nur Kleinspannungen,
maximal 25 V DC.
• Stellen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand her!
• Bauen Sie elektrische Anschlüsse nur in spannungslosem Zustand ab!
• Verwenden Sie für die elektrischen Anschlüsse nur Verbindungsleitungen mit Sicherheitssteckern.
• Ziehen Sie beim Abbauen der Verbindungsleitungen nur an den Sicherheitssteckern, nicht an den
Leitungen.
VIII
Trainingspaket „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“ (TP 1111)
Das Trainingspaket TP 1111 besteht aus einer Vielzahl von einzelnen Ausbildungsmitteln. Gegenstand
dieses Teils des Trainingspaketes TP 1111 sind die Grundlagen elektrischer Schutzmaßnahmen.
Wichtige Komponenten des TP 1111
• Netzeinspeisung EduTrainer®
• Hausanschluss EduTrainer®
• Unterverteilung EduTrainer®
Medien
Die Teachware zum Trainingspaket TP 1111 besteht aus Fach- und Tabellenbüchern und Arbeitsbüchern. Die
Fachbücher vermitteln anschaulich und übersichtlich die Grundlagen von Netzsystemen und elektrischen
Schutzmaßnahmen. Die Arbeitsbücher enthalten zu jeder Aufgabe die Aufgabenblätter, die Lösungen zu
jedem einzelnen Arbeitsblatt und eine CD-ROM. Ein Satz gebrauchsfertiger Aufgaben- und Arbeitsblätter zu
jeder Aufgabe wird mit jedem Arbeitsbuch geliefert.
Datenblätter zu den Hardware-Komponenten werden mit dem Trainingspaket zur Verfügung gestellt.
Medien
Fachbücher
Fachkunde Elektroberufe
Elektrotechnik
Tabellenbuch
Elektrotechnik/Elektronik
Arbeitsbücher
Netzsysteme und Schutzmaßnahmen
Schutzmaßnahmen nach DIN VDE
Digitale Lernprogramme
WBT Elektrische Schutzmaßnahmen
Übersicht der Medien zum Trainingspaket TP 1111
Als Software zum Trainingspaket TP 1111 steht das digitale Lernprogramm Elektrische Schutzmaßnahmen
zur Verfügung. Dieses Lernprogramm bietet einen Einstieg in die Thematik der Schutzmaßnahmen. Zudem
erfährt der Lernende alles über die gesetzlichen Regelungen.
Die Medien werden in mehreren Sprachen angeboten. Weitere Ausbildungsmittel ersehen Sie aus unseren
Katalogen und im Internet.
IX
Lernziele
X
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aufgabe 1: Messungen an Netzsystemen
Sie kennen ein TN-C-Netz.
Sie kennen die Verwendung eines TN-C-Netzes in der Praxis.
Sie kennen ein TN-C-S-Netz.
Sie kennen die Verwendung eines TN-C-S-Netzes in der Praxis.
Sie kennen ein TT-Netz.
Sie kennen die Verwendung eines TT-Netzes in der Praxis.
Sie kennen ein IT-Netz.
Sie kennen die Verwendung eines IT-Netzes in der Praxis.
Sie kennen die vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen für die einzelnen Systeme.
•
•
•
•
•
•
Aufgabe 2: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz im normalen Betriebsfall
Sie kennen den Begriff „Isolierung aktiver Teile“.
Sie kennen den Begriff „Abdeckung oder Umhüllung“.
Sie kennen den Begriff „Schutz durch Hindernisse“.
Sie kennen den Begriff „Schutz durch Abstand“.
Sie kennen den zusätzlichen Schutz durch RCD-Schutzschalter.
Sie kennen die unterschiedlichen Typen von RCD-Schutzschaltern.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aufgabe 3: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz im Fehlerfall
Sie kennen den Begriff „Fehlerarten“.
Sie kennen die Begriffe „Fehlerwiderstände“ und „Verlauf des Fehlerstromes“.
Sie kennen die Begriffe „Fehlerspannung“ und maximalzulässige „Berührungsspannung“.
Sie kennen den Begriff „Schleifenimpedanz“ (Schleifenwiderstand).
Sie kennen den Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung im TN-Netz.
Sie kennen den Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung im TT-Netz.
Sie kennen den Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung im IT-Netz.
Sie kennen den Schutz durch Potenzialausgleich.
Sie kennen den Schutz durch nichtleitende Räume.
Sie kennen den Schutz durch erdfreien örtlichen Potenzialausgleich.
Sie kennen den Schutz durch Schutztrennung.
•
•
•
•
•
•
als auch im Fehlerfall
Sie kennen den Begriff SELV.
Sie kennen den Aufbau eines SELV-Stromkreises.
Sie Kennen die Anwendung von SELV-Stromkreisen in der Praxis.
Sie kennen den Begriff PELV.
Sie kennen den Aufbau eines PELV-Stromkreises.
Sie kennen die Anwendung von PELV-Stromkreisen in der Praxis.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Aufgabe 5: Projekt Kundenanlage: Übergabe einer Hausinstallation an den Kunden
Sie kennen die Vorgehensweise bei der Prüfung der Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-610.
Sie kennen die Vorgehensweise bei der Besichtigung der Anlage.
Sie kennen die Vorgehensweise bei der Erprobung der Anlage.
Sie kennen Schaltung und Bedienung der verwendeten Messgeräte.
Sie kennen die Vorgehensweise bei den einzelnen vorgeschriebenen Messungen.
Sie kennen Prüfprotokoll und Übergabebericht für eine elektrische Anlage.
Sie kennen die Ermittlung und Beseitigung von Fehlern im CEE-Steckdosenkreis.
Sie kennen die Ermittlung und Beseitigung von Fehlern im Schuko-Steckdosenkreis.
Sie kennen die Ermittlung und Beseitigung von Fehlern im Lampen-Stromkreis.
Gerätesatz
Der Gerätesatz „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“ (TP 1111) enthält alle Komponenten, die für die
Erarbeitung der vorgegebenen Lernziele erforderlich sind. Zum Aufbau und zur Auswertung funktionsfähiger
Schaltungen werden zusätzlich zwei Digital-Multimeter und Sicherheits-Laborleitungen benötigt.
Gerätesatz „Netzsysteme und Schutzmaßnahmen“, Bestell-Nr. 571824
Komponente
Bestell-Nr.
Menge
Netzeinspeisung EduTrainer®
571825
1
Hausanschluss EduTrainer®
571826
1
Unterverteilung EduTrainer®
571827
1
XI
Hinweise für den Lehrer/Ausbilder
Lernziele
Das Groblernziel des vorliegenden Arbeitsbuchs ist das Analysieren und Auswerten von Messergebnissen in
Netzsystemen. Abgeleitet aus den Messergebnissen werden elektrische Schutzmaßnahmen abgeleitet.
Durch die direkte Wechselwirkung von Theorie und Praxis ist ein schneller und nachhaltiger Lernfortschritt
gewährleistet. Konkrete Einzellernziele sind jeder Aufgabenstellung zugeordnet.
Richtzeit
Die benötigte Zeit für das Durcharbeiten der Aufgabenstellungen hängt vom Vorwissen der Lernenden ab.
Pro Aufgabe können ca. 1 bis 1,5 Stunden angesetzt werden.
Komponenten des Gerätesatzes
Arbeitsbuch und Gerätesatz sind aufeinander abgestimmt. Für alle 5 Aufgaben benötigen Sie nur
Komponenten eines Gerätesatzes TP 1111.
Normen
Im vorliegenden Arbeitsbuch werden die folgenden Normen angewendet:
EN 60617-2 bis EN 60617-8
Graphische Symbole für Schaltpläne
EN 81346-2
Industrielle Systeme, Anlagen und Ausrüstungen und Industrieprodukte;
Strukturierungsprinzipien und Referenzkennzeichnung
DIN VDE 0100-100
Errichten von Niederspannungsanlagen – Allgemeine Grundsätze,
(IEC 60364-1)
Bestimmungen, allgemeiner Merkmale, Begriffe
DIN VDE 0100-410
Errichten von Niederspannungsanlagen – Schutzmaßnahmen –
(IEC 60346-4-41)
Schutz gegen elektrischen Schlag
Kennzeichnungen im Arbeitsbuch
Lösungstexte und Ergänzungen in Grafiken oder Diagrammen sind rot dargestellt.
Ausnahme: Angaben und Auswertungen zu Strom sind immer rot dargestellt, Angaben und Auswertungen
zur Spannung sind immer blau dargestellt.
Kennzeichnungen in den Arbeitsblättern
Zu ergänzende Texte sind durch Raster oder graue Tabellenzellen gekennzeichnet.
Zu ergänzende Grafiken sind durch Raster hinterlegt.
XII
Lösungen
Die in diesem Arbeitsbuch angegebenen Lösungen sind Ergebnisse von Testmessungen. Die Resultate Ihrer
Messungen können von diesen Daten abweichen.
Struktur der Aufgaben
Alle 5 Aufgaben haben den gleichen methodischen Aufbau. Die Aufgaben sind gegliedert in:
• Titel
• Lernziele
• Problemstellung
• Schaltung oder Lageplan
• Arbeitsauftrag
• Arbeitshilfen
• Arbeitsblätter
Das Arbeitsbuch enthält die Lösungen zu jedem Arbeitsblatt der Aufgabensammlung.
Inhalte der CD-ROM
Das Arbeitsbuch ist auf der mitgelieferten CD-ROM als pdf-Datei gespeichert. Zusätzlich stellt die CD-ROM
Ihnen ergänzende Medien zur Verfügung.
Die CD-ROM enthält folgende Ordner:
• Bilder
• Produktinformationen
Bilder
Fotos und Grafiken von Komponenten und industriellen Anwendungen werden bereitgestellt. Hiermit
können eigene Aufgabenstellungen illustriert werden. Auch Projektpräsentationen können durch den
Einsatz dieser Abbildungen ergänzt werden.
Produktinformationen
Für ausgesuchte Komponenten erhalten Sie Produktinformationen des Herstellers. Die Darstellung und
Beschreibung der Komponenten in dieser Form soll zeigen, wie diese Komponenten in einem industriellen
Katalog dargestellt sind. Zusätzlich finden Sie hier ergänzende Informationen zu den Komponenten.
XIII
XIV
Inhalt
Aufgaben und Lösungen
1
2
Übersicht Netzsysteme
Netzsysteme
TN-Netz
TT-Netz
IT-Netz
T N C S
1 2
3
Netzsysteme; 1: Erdung beim EVU, 2: Erdung beim Verbraucher; 3: N-und PE-Leiter beim Verbraucher
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
PEN
PEN
RB
PE
PEN
RA
PE
RA
Erster Buchstabe
Zweiter Buchstabe
Beziehung des Stromversorgungssystems
zur Erde
Beziehung der Körper von elektrischen
Weitere Buchstaben
T
Direkte Verbindung eines Punkts zur Erde.
T
S
Direkte Verbindung der Körper zur Erde,
Schutzfunktion, die durch einen vom
unabhängig von der etwa bestehenden
Neutralleiter oder von dem geerdeten
Erdung eines Punkts des
Stromversorgungssystems.
Außenleiter getrennten Leiter vorgesehen
wird.
I
N
C
Entweder alle aktiven Teile von Erde
Direkte elektrische Verbindung der Körper
Neutralleiter- und Schutzleiterfunktion,
getrennt oder ein Punkt über eine hohe
Impedanz mit Erde verbunden.
mit dem geerdeten Punkt des
kombiniert in einem einzigen Leiter
(PEN-Leiter).
Anordnung des Neutralleiters und des
Betriebsmitteln der elektrischen Anlage zur Schutzleiters
Erde
Bedeutung der Buchstaben
3
4
Aufgabe 1
Messungen an Netzsystemen
Lernziele
Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,
• kennen Sie ein TN-C-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TN-C-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein TN-C-S-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TN-C-S-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein TT-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TT-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein IT-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines IT-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie die vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen für die einzelnen Systeme.
Problemstellung
Verschiedene Netz-Systeme sollen mit geeigneten Messgeräten untersucht werden.
Die verschiedenen Netz-Systeme können durch Umschalten oder durch Umstecken auf einer
Netzeinspeisungsplatte dargestellt werden.
Netzeinspeisungsplatte
5
Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen
1. TN-C-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TN-C-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TN-C-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannungen im TN-C-Netz.
Tragen Sie die gemessenen Werte in die vorgegebene Tabelle ein.
Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
Wann wird in der Praxis ein TN-C-Netz verwendet?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Fachbücher, Tabellenbücher
Bedienungsanleitungen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät)
2
Sicherheits-Laborleitungen
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-Netz entsteht.
Bezeichnen Sie die einzelnen Leiter.
L1
L2
L3
PEN
M
3
6
b) Aufbauplan für die Messschaltung
L1
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L1
L2
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
TEST
F3
F4
~
mS
VAC
mA
MΩ
TEST
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
ZL UL= 50
store
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000 VOLTS
RE
2500
47Ω
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
Durchführung der Messung – Messen von Spannung und Frequenz
1. Bringen Sie den Drehschalter in die Position V.
2.
Verwenden Sie für diese Prüfung die Anschlüsse L (rot) und PE (grün).
Verwenden Sie Sicherheits-Laborleitungen.
• Die Primäranzeige (obere Anzeige) zeigt die Wechselspannung an.
• Die Sekundäranzeige (untere Anzeige) zeigt die Netzfrequenz an.
• Drücken Sie auf F1, um die Spannungsanzeige auf L-PE umzuschalten.
•
Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten
Messungen durchzuführen.
7
c)
Messen Sie die Spannungen im TN-C-Netz
Achtung
Bei den Messungen arbeiten Sie mit Netzspannung.
Schalten Sie erst ein, wenn die Schaltung komplett verdrahtet ist!
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
400 V
398 V
L1 – L3
400 V
398 V
L2 – L3
400 V
396 V
L1 – PEN
230 V
230,8 V
L2 – PEN
230 V
230,8 V
L3 – PEN
230 V
231,2 V
Spannungen im TN-C-Netz
d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
Die gemessenen Werte entsprechen den Normwerten. Geringfügige Abweichungen sind auf
unterschiedliche Belastungen im Netz zurückzuführen.
e) Was ist bei einem TN-C-Netz in der Praxis zu beachten?
In einem TN-C-Netz wird ein PEN-Leiter verwendet, der gleichzeitig Schutzleiter (PE) und Neutralleiter
(N) ist.
Bei ungleichmäßiger Belastung der Außenleiter fließt über den Neutralleiter ein Ausgleichsstrom.
Dadurch besteht zwischen leitfähigen Gehäusen von Betriebsmitteln, die am PEN liegen und der Erde
in der Regel eine Spannung. Diese ergibt sich nach dem ohmschen Gesetz aus dem Widerstand des
Leiters und dem fließenden Strom.
8
Wird in einer Installation der PEN-Leiter unterbrochen, liegt an den leitfähigen Gehäusen der Geräte
nach der Unterbrechungsstelle die volle Spannung gegen Erde an, also bis zu 230 V.
Ein TN-C-Netz ist nur noch zulässig bei Leitern mit einem Querschnitt von mindestens 10 mm2 Kupfer
oder 16 mm2 Aluminium. Die Beschränkung wurde festgelegt, um die Wahrscheinlichkeit eines
unterbrochenen PEN-Leiters gering zu halten.
2. TN-C-S-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TN-C-S-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannung im TN-C-S-Netz.
Wann wird in der Praxis ein TN-C-S-Netz verwendet?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
2
9
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht.
L1
L2
L3
N
PE
M
3
b) Zeichnen Sie die Fehlerschleife bei Körperschluss in die folgende Grafik ein.
IK
L1
L2
L3
N
IK
PEN
PE
IK
RB
RA
IK
10
c)
Aufbauplan für die Messschaltung
L1
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L1
L2
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
47Ω
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
UL= 50
TEST
ZERO
F1
MEMORY
F2
F3
L-N
N PE L
V
V
battery test
TEST
F4
Hz
2.
Verwenden Sie für diese Prüfung alle Anschlüsse (rot, blau und grün).
• Drücken Sie auf F1, um die Spannungsanzeige zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten.
•
11
d) Messen Sie die Spannungen im TN-C-S-Netz
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
400 V
398 V
L2 – L3
400 V
396 V
L1 – N
230 V
230,8 V
L2 – N
230 V
230,8 V
L3 – N
230 V
231,2 V
L1 – PE
230 V
230,4 V
L2 – PE
230 V
229,8 V
L3 – PE
230 V
231,6 V
Spannungen im TN-C-S-Netz
e) Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
Die gemessenen Werte entsprechen mit geringfügigen Abweichungen den Normwerten.
Die Spannung zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter N hat denselben Wert, wie die
Spannung zwischen den Außenleitern und dem Schutzleiter PE.
Diese Spannungswerte waren zu erwarten, da vor der Trennung in Neutralleiter und Schutzleider die
beiden Leiter verbunden sind.
12
f)
Was ist bei einem TN-C-S-Netz in der Praxis zu beachten?
Ein TN-C-S-Netz ist vom Transformator aus zunächst wie ein TN-C-Netz aufgebaut. An einem
bestimmten Punkt, spätestens ab der Stelle, an der der geforderte Mindestquerschnitt von 10 mm2
unterschritten werden soll, wird der PEN-Leiter in Neutralleiter und Schutzleiter aufgeteilt. Diese
werden separat weitergeführt und dürfen im weiteren Verlauf nicht mehr zusammengeführt werden.
Das TN-C-S-Netz ist bei Gebäudeversorgungen in Deutschland weit verbreitet. Die Trennung von
Schutzleiter und Neutralleiter erfolgt in der Hauptverteilung innerhalb des Gebäudes.
Der PEN-Leiter wird dann ein der PE-Leiter (Schutzfunktion, grün-gelb) und den Neutralleiter N
(Betriebsstromkreis, hellblau) aufgetrennt.
Der Schutzleiter darf für nichts anderes verwendet werden, als für die Realisierung der
Schutzmaßnahme, indem er alle leitfähigen Anlageteile, Gehäuse usw. untereinander und mit dem
Sternpunkt des Transformators verbindet.
13
3. TT-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
•
•
•
•
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TT-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TT-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannungen im TT-Netz.
Wann wird in der Praxis ein TT-Netz verwendet?
Warum ist in einem TT-Netz eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) zwingend vorgeschrieben?
Untersuchen Sie die Abhängigkeit der Berührungsspannung vom Erdungswiderstand und vom
Fehlerstrom.
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
14
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
2
Information
Im TT-Netz ist die Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) zwingend vorgeschrieben!
L1
L2
L3
N
RCD
RCD
RCD
L1
L2
L3
N
PE
M
RB
RA
RA
RA
Anschlüsse der Verbraucher über RCDs im TT-Netz
15
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TT-Netz entsteht.
L1
L2
L3
N
RCD
RCD
M
3
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
TEST
F3
F4
16
~
mS
VAC
mA
MΩ
TEST
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
ZL UL= 50
store
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000
RE
2500 VOLTS
47Ω
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
2.
Verwenden Sie für diese Prüfung die Anschlüsse L (rot) und N (blau).
•
c)
Messen Sie die Spannungen im TT-Netz.
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
400 V
399 V
L2 – L3
400 V
398 V
L3 – L1
400 V
401 V
L1 – N
230 V
230,5 V
L2 – N
230 V
229 V
L3 – N
230 V
230,8 V
Spannungen im TT-Netz
17
Die gemessenen Werte entsprechen mit geringfügigen Abweichungen den Normwerten.
e) Was ist bei einem TT-Netz in der Praxis zu beachten?
Die Anwendung des TT-Netzes in Verbindung mit Fehlerstromschutzschaltern ist z. B. in
landwirtschaftlichen und gartenbaulichen Anwesen sowie in Verteilungen auf Baustellen
vorgeschrieben.
Ein TT-Netz ist ebenfalls vorgeschrieben bei ortsveränderlichen Verteileranlagen, wie fliegenden
Bauten, z. B. Schaustellerwagen.
f)
Der Erdungswiderstand des Erders muss so klein sein, dass im Fehlerfall die höchstzulässige
Berührungsspannung nicht überschritten wird und die Überstromschutzeinrichtung auslöst.
Beim Einsatz von Schmelzsicherungen oder LS-Schaltern führt dies bei Nennströmen über 6 A zu
wirtschaftlich nicht erreichbar kleinen Werten für den Erdungswiderstand.
Bei einem Nennfehlerstrom des RCDs von 30 mA und einer maximal zulässigen Berührungsspannung
von 50 V kann der Erdungswiderstand 1665 Ω betragen.
Verringert sich die maximal zulässige Berührungsspannung auf die Hälfte, also 25 V, so verringert sich
der Erdungswiderstand ebenfalls auf die Hälfte, also 832 Ω.
UL = RA ⋅ I A
aufgelöst nach RA
RA =
UL
IA
UL= maximal zulässige Berührungsspannung
RA= Erdungswiderstand,
IA= Nennfehlerstrom des RCDs
18
g) In der folgenden Tabelle wurde bei verschiedenen Erdungswiderständen der jeweilige Fehlerstrom
gemessen.
Berechnen Sie mit den Werten die einzelnen Berührungsspannungen.
Erdungswiderstand
Fehlerstrom
Berührungsspannung
1 kΩ
0,21 A
210 V
400 Ω
0,48 A
192 V
200 Ω
0,82 A
164 V
100 Ω
1,42 A
142 V
40 Ω
2,15 A
86 V
20 Ω
2,5 A
50V
h) Beurteilen Sie die einzelnen Werte.
Je kleiner der Erdungswiderstand wird, umso größer wird der Fehlerstrom. Steigt der Fehlerstrom, so
steigt nach dem Ohmschen Gesetz auch die Berührungsspannung. Vernachlässigt man den
Fehlerwiderstand, so ergeben sich Berührungsspannungen, die größer sind, als die maximal zulässige
Berührungsspannung.
Wird von den Berührungsspannungen ausgegangen, so müsste der Erdungswiderstand kleiner als
20 Ω sein. Erdungswiderstände, die kleiner sein sollen als 20 Ω, sind in der Praxis mit Einzelerdern
sehr schwer zu erreichen.
Bei einer maximal zulässigen Berührungsspannung von 25 V ist der Erdungswiderstand mit
Einzelerdern in der Praxis nahezu nicht erreichbar. Um die Abschaltbedingungen im Fehlerfall erfüllen
zu können, werden RCDs eingesetzt.
RCDs werden folglich dort eingesetzt, wo vorgeschriebene Erdungswiderstände nicht erreicht werden
können.
19
4. IT-Netz
Arbeitsaufträge
1. Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein IT-Netz entsteht.
2. Bauen Sie mit der Netzanschlussplatte und der IT-Netzplatte ein IT-Netz auf.
3. Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die
vorgegebene Tabelle ein.
4. Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
5. Der Transformator in der IT-Netzplatte hat die Bezeichnung Dyn5. Erklären Sie die Bezeichnung.
6. Beschreiben Sie, wann und wo wird in der Praxis ein IT-Netz verwendet.
7. Warum ist in einem IT-Netz eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben?
8. Beschreiben Sie die Funktion einer Isolationsüberwachung.
9. Nehmen Sie das IT-Netz in Betrieb. Stellen Sie am Isolationsüberwachungsgerät einen Ansprechwert
von ca. 60 kΩ ein. Machen Sie über das Potentiometer (500 kΩ) einen Erdschluss und stellen Sie mit
dem Ohmmeter verschiedene Widerstände ein (500 kΩ, 200 kΩ, 100 kΩ, 50 kΩ). Beschreiben Sie die
Reaktion des Isolationsüberwachungsgerätes.
10. Für die Abschaltung im IT-Netz werden zwei RCDs verwendet (30 mA, 300 mA).
Erweitern Sie das IT-Netz um die beiden RCD-Platten. Simulieren Sie am 300 mA-RCD über das
Potenziometer (500 kΩ) einen Erdschluss von L1 nach PE (1. Fehler). Setzen Sie das akustische Signal
zurück und simulieren Sie nach dem 30 mA-RCD einen Erdschluss von L2 nach PE (2. Fehler).
Beschreiben Sie die Reaktion des IT-Netzes.
11. Welche Aufgaben sind bei der Prüfung nach VDE im IT-Netz durchzuführen?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
20
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
IT-Netz
1
RCD-Platte (300 mA, 30 mA)
1
2
Achtung
Das IT-Netz hat keine Verbindung zwischen aktiven Leitern und geerdeten Teilen.
Die Körper der elektrischen Anlage sind geerdet.
Im IT-Netz ist eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben.
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein IT-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die
einzelnen Leiter.
L1
L2
L3
N
Z<
RCD
M
3
RA
RA
RA
Z: Impedanz
21
b) Bauen Sie mit der Netzanschlussplatte und der IT-Netzplatte ein IT-Netz auf.
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L3
L3
L2
ON AL
Test
L3
RAL
L3
Reset
N
N
5
4
PE/PEN
PE
N
VCC
L1
L2
VCC
L3
VCC
10kW
500kW
+
N
1,5W
1,5Ω
GND
GND
GND
PE
1,5W
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
ZL UL= 50
mS
VAC
mA
MΩ
store
TEST
F3
F4
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000
RE
2500 VOLTS
~
TEST
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
2.
•
22
c)
Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
400V
410V
L2 – L3
400V
410V
L3 – L1
400V
410V
L1 – N
230V
236V
L2 – N
230V
236V
L3 – N
230V
236V
L1 – PE
0V
nicht messbar
L2 – PE
0V
nicht messbar
L3 – PE
0V
nicht messbar
Spannungen im IT-Netz
23
Die gemessenen Werte entsprechen mit geringen Abweichungen den Normwerten. Die Werte sind
etwas höher, da sie bei unbelastetem Transformator gemessen werden.
Zwischen den Außenleitern liegt eine Spannung von 400 V. Zwischen Außenleiter und Neutralleiter
liegt eine Spannung von 230 V. Die Spannungen entsprechen einem Drehstrom-Vierleiternetz.
Da im IT-Netz alle aktiven Leiter gegen Erde isoliert sind, besteht zwischen Außenleiter und Erde keine
messbare Spannung. Im IT-Netz darf kein Punkt des Netzes direkt geerdet werden!
e) Der Transformator in der IT-Netzplatte hat die Bezeichnung Dyn5. Erklären Sie die Bezeichnung
Die Bezeichnung deutet auf einen Drehstrom-Transformator hin. Es gibt wie bei jedem Transformator
eine Oberspannungs- und eine Unterspannungswicklung.
Buchstabe D:
Buchstabe y:
Buchstabe n:
Zahl 5:
f)
Die Oberspannungswicklung ist in Dreieck geschaltet.
Die Unterspannungswicklung ist in Stern geschaltet.
An der Unterspannungswicklung wird der Neutralleiter herausgeführt.
Die Spannung der Oberspannungswicklung eilt der Spannung der
Unterspannungswicklung um 5 x 30° voraus.
Beschreiben Sie, wann und wo wird in der Praxis ein IT-Netz verwendet?
In der Praxis sind IT-Netze nur in begrenzten Anlagen mit eigenem Transformator oder Generator
zulässig.
Ein IT-Netz ist Einfehler sicher und somit ist dessen Ausfallsicherheit wesentlich erhöht. IT-Netze
werden für Einrichtungen verwendet in Intensivüberwachungsstationen und in Operationsräumen, in
Ex-geschützten Bereichen, sowie im Bergbau und in Hüttenwerken.
In Produktionsbetrieben z. B. in der chemischen Industrie, wird das IT-Netz angewendet, wenn beim
TN-Netz durch Netzausfall größerer wirtschaftlicher Schaden zu befürchten ist.
IT-Netze finden auch bei Einsätzen der Feuerwehr und des Katastrophenschutzes Anwendung
(Generatoren).
24
g) Warum ist in einem IT-Netz eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben?
Da beim IT-Netz kein Punkt des Netzes direkt geerdet sein darf, kann zwischen Außenleiter und Erde
keine Spannung auftreten.
Entsteht im IT-Netz ein Fehler (Erdschluss), muss dieser Fehler sofort gemeldet und dann behoben
werden. Diese Meldung übernimmt ein Isolationsüberwachungsgerät.
Ein zweiter Fehler würde zur Abschaltung der Anlage führen.
h) Beschreiben Sie die Funktion einer Isolationsüberwachung.
Isolationsüberwachungsgerät
Der Isolationswiderstand im IT-Netz wird durch eine Isolationsüberwachung laufend kontrolliert. Der
Betriebszustand (ohne Fehler) wird durch eine grüne Meldeleuchte angezeigt.
Der Ansprechwert des Gerätes kann eingestellt werden, z. B. 50 kΩ. Sinkt der Isolationswiderstand
unter den Mindestwert von 50 kΩ, so wird dies durch eine gelbe Meldeleuchte und durch ein
akustisches Signal angezeigt. Das akustische Signal kann gelöscht, die optische Meldung erst nach
Fehlerbeseitigung abgeschaltet werden.
Beim Auftreten eines zweiten Fehlers wird die Anlage sofort abgeschaltet.
25
i)
Das IT-Netz wird in Betrieb genommen. Am Isolationsgerät wird ein Ansprechwert von 60 kΩ
eingestellt. Über das Potenziometer wird mit verschiedenen Widerständen ein Erdschluss hergestellt
und die Reaktion des Isolationsüberwachungsgerätes beobachtet.
•
•
•
•
Widerstand 500 kΩ:
Widerstand 200 kΩ:
Widerstand 100 kΩ:
Widerstand 50 kΩ:
keine Reaktion
keine Reaktion
keine Reaktion
Das Isolationsüberwachungsgerät zeigt optisch und akustisch einen
Fehler an.
Wird der eingestellte Ansprechwert des Isolationsüberwachungsgerätes unterschritten, so erfolgt eine
optische und akustische Fehlermeldung.
j)
Reaktion des IT-Netzes bei Fehler 1 und Fehler 2
Für die Abschaltung des Netzes werden zwei RCDs verwendet (30 mA, 300 mA).
Einstellung am Isolationsüberwachungsgerätes = 50 kΩ. Am 300 mA RCD wird ein Erdschluss
simuliert (L1 nach PE über Potenziometer (1. Fehler)).
Das Isolationsüberwachungsgerät meldet der Fehler optisch und akustisch.
Der 300 mA RCD schaltet nicht ab.
Das akustische Signal wird zurückgesetzt und am 30 mA RCD wird ein zweiter Fehler
simuliert (L2 nach PE (2. Fehler)).
Der 30 mA RCD schaltet die Anlage ab, der 300 mA RCD bleibt eingeschaltet.
26
k) Welche Aufgaben sind bei der Erstprüfung nach VDE im IT-Netz durchzuführen?
1. Besichtigung
Allgemeinzustand der Anlage, Schutzpotenzialausgleich, Leitungstypen, Aderkennzeichnung,
Schutzart ist für die Anlage ausreichend, Dokumentation der Anlage vorhanden.
2. Besichtigung und Erprobung
Der Schutzleiterverbindungen, des Hauptpotenzialausgleichs, des zusätzlichen Potenzialausgleichs.
3. Messen des Isolationswiderstandes
Darf bei der Wiederholungsmessung entfallen, Messung ohne Isolationsüberwachungsgerät.
4. Messen oder Berechnen des Ableitstromes
Ableitstrom der Leitung, Ableitströme der Verbraucher, Addition der einzelnen Ströme.
5. Messen des Erdungswiderstandes
6. Messung oder Berechnung der Berührungsspannung beim 1. Fehler.
7. Messung zum Nachweis der Schutzmaßnahme, Abschaltung beim zweiten Fehler.
8. Erprobung des Isolationsüberwachungsgerätes und Erprobung vorhandener RCD-Schutzschalter.
9. Beurteilung der Ergebnisse
Erstellung einer Dokumentation.
Hinweis
VDE-Vorschriften zur Isolationsüberwachung:
• VDE 0100 Teil 310: Schutz gegen indirektes Berühren mit Abschaltung und Meldung
• VDE 0100 Teil 710: Elektrische Sicherheit in medizinisch genutzten Bereichen
27
28
Übersicht über die Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag
Schutz im normalen Betrieb
Schutz im Fehlerfall
Schutz sowohl im normalen
Betrieb als auch im
Fehlerfall
Schutz gegen direktes
Berühren oder Basisschutz
Schutz bei indirektem
Berühren oder Fehlerfall
Schutz sowohl gegen
direktes Berühren als
auch bei indirektem
Berühren
Schutz durch:
Schutz durch:
Schutz durch:
• Isolierung aktiver Teile
• Abdeckung oder
Umhüllung
• Hindernisse
• automatische Abschaltung
der Stromversorgung
• Potentialausgleich
• Schutzisolierung
• nichtleitende Räume
• erdfreien örtlichen
Potentialausgleich
• Schutztrennung
• Kleinspannung
• SELV (Sicherheitskleinspannung) oder
• Zusätzlicher Schutz durch
RCDs (nicht als alleinige
Schutzmaßnahme zulässig)
• PELV (Funktionskleinspannung mit sicherer
Trennung)
• Begrenzung von Ladung
29
30
Inhalt
Aufgaben und Arbeitsblätter
1
2
Übersicht Netzsysteme
Netzsysteme
TN-Netz
TT-Netz
IT-Netz
T N C S
1 2
3
Netzsysteme; 1: Erdung beim EVU, 2: Erdung beim Verbraucher; 3: N-und PE-Leiter beim Verbraucher
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
PEN
PEN
RB
PE
PEN
RA
PE
RA
Erster Buchstabe
Zweiter Buchstabe
Beziehung des Stromversorgungssystems
zur Erde
Beziehung der Körper von elektrischen
Weitere Buchstaben
T
Direkte Verbindung eines Punkts zur Erde.
T
S
Direkte Verbindung der Körper zur Erde,
Schutzfunktion, die durch einen vom
unabhängig von der etwa bestehenden
Neutralleiter oder von dem geerdeten
Erdung eines Punkts des
Außenleiter getrennten Leiter vorgesehen
wird.
I
N
C
Entweder alle aktiven Teile von Erde
Direkte elektrische Verbindung der Körper
Neutralleiter- und Schutzleiterfunktion,
getrennt oder ein Punkt über eine hohe
Impedanz mit Erde verbunden.
mit dem geerdeten Punkt des
kombiniert in einem einzigen Leiter
(PEN-Leiter).
Anordnung des Neutralleiters und des
Betriebsmitteln der elektrischen Anlage zur Schutzleiters
Erde
Bedeutung der Buchstaben
3
4
Aufgabe 1
Messungen an Netzsystemen
Lernziele
Wenn Sie die Aufgabe bearbeitet haben,
• kennen Sie ein TN-C-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TN-C-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein TN-C-S-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TN-C-S-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein TT-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines TT-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie ein IT-Netz.
• kennen Sie die Verwendung eines IT-Netzes in der Praxis.
• kennen Sie die vorgeschriebenen Schutzmaßnahmen für die einzelnen Systeme.
Problemstellung
Verschiedene Netz-Systeme sollen mit geeigneten Messgeräten untersucht werden.
Die verschiedenen Netz-Systeme können durch Umschalten oder durch Umstecken auf einer
Netzeinspeisungsplatte dargestellt werden.
Netzeinspeisungsplatte
5
1. TN-C-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TN-C-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TN-C-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannungen im TN-C-Netz.
Wann wird in der Praxis ein TN-C-Netz verwendet?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
2
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-Netz entsteht.
M
3
6
Name: __________________________________ Datum: ____________
L1
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L1
L2
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
TEST
F3
F4
~
mS
VAC
mA
MΩ
TEST
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
ZL UL= 50
store
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000 VOLTS
RE
2500
47Ω
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
2.
Verwenden Sie für diese Prüfung die Anschlüsse L (rot) und PE (grün).
• Drücken Sie auf F1, um die Spannungsanzeige auf L-PE umzuschalten.
•
Name: __________________________________ Datum: ____________
7
c)
Messen Sie die Spannungen im TN-C-Netz
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
L1 – L3
L2 – L3
L1 – PEN
L2 – PEN
L3 – PEN
Spannungen im TN-C-Netz
e) Was ist bei einem TN-C-Netz in der Praxis zu beachten?
8
Name: __________________________________ Datum: ____________
2. TN-C-S-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TN-C-S-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannung im TN-C-S-Netz.
Wann wird in der Praxis ein TN-C-S-Netz verwendet?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
2
Name: __________________________________ Datum: ____________
9
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht.
M
3
b) Zeichnen Sie die Fehlerschleife bei Körperschluss in die folgende Grafik ein.
L1
L2
L3
N
PEN
RB
10
PE
RA
Name: __________________________________ Datum: ____________
c)
Aufbauplan für die Messschaltung
L1
L1
L1
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L1
L2
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
47Ω
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
UL= 50
TEST
ZERO
F1
MEMORY
F2
F3
L-N
N PE L
V
V
battery test
TEST
F4
Hz
2.
•
Name: __________________________________ Datum: ____________
11
d) Messen Sie die Spannungen im TN-C-S-Netz
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
L2 – L3
L1 – N
L2 – N
L3 – N
L1 – PE
L2 – PE
L3 – PE
Spannungen im TN-C-S-Netz
e) Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
12
Name: __________________________________ Datum: ____________
f)
Was ist bei einem TN-C-S-Netz in der Praxis zu beachten?
Name: __________________________________ Datum: ____________
13
3. TT-Netz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
•
•
•
•
Arbeitsaufträge
Stellen Sie auf Ihrer Netzanschlussplatte ein TT-Netz her.
Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein TT-Netz entsteht.
Messen Sie mit einem geeigneten Messgerät alle möglichen Spannungen im TT-Netz.
Wann wird in der Praxis ein TT-Netz verwendet?
Untersuchen Sie die Abhängigkeit der Berührungsspannung vom Erdungswiderstand und vom
Fehlerstrom.
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
14
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
Hausanschluss
1
2
Name: __________________________________ Datum: ____________
Information
Im TT-Netz ist die Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) zwingend vorgeschrieben!
L1
L2
L3
N
RCD
RCD
RCD
L1
L2
L3
N
PE
M
RB
RA
RA
RA
Anschlüsse der Verbraucher über RCDs im TT-Netz
Name: __________________________________ Datum: ____________
15
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TT-Netz entsteht.
M
3
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L3
L3
N
N
PE/PEN
PE/PEN
L2
5
L3
L3
L
N
PE
L1
L2
L3
N
PE
N
PE
PE
L1
L2
L3
N
PE
kWh
Probe
4
VCC
VCC
VCC
20m
N
1,5Ω
GND
GND
1,5Ω
PE
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
TEST
mS
VAC
mA
MΩ
F4
16
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000
RE
2500 VOLTS
~
TEST
470Ω
1kΩ
2,7kΩ
GND
ZL UL= 50
store
F3
47Ω
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
Name: __________________________________ Datum: ____________
2.
Verwenden Sie für diese Prüfung die Anschlüsse L (rot) und N (blau).
•
c)
Messen Sie die Spannungen im TT-Netz.
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
L2 – L3
L3 – L1
L1 – N
L2 – N
L3 – N
Spannungen im TT-Netz
Name: __________________________________ Datum: ____________
17
e) Was ist bei einem TT-Netz in der Praxis zu beachten?
f)
18
Name: __________________________________ Datum: ____________
g) In der folgenden Tabelle wurde bei verschiedenen Erdungswiderständen der jeweilige Fehlerstrom
gemessen.
Berechnen Sie mit den Werten die einzelnen Berührungsspannungen.
Erdungswiderstand
Fehlerstrom
1 kΩ
0,21 A
400 Ω
0,48 A
200 Ω
0,82 A
100 Ω
1,42 A
40 Ω
2,15 A
20 Ω
2,5 A
Berührungsspannung
h) Beurteilen Sie die einzelnen Werte.
Name: __________________________________ Datum: ____________
19
4. IT-Netz
Arbeitsaufträge
1. Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein IT-Netz entsteht.
2. Bauen Sie mit der Netzanschlussplatte und der IT-Netzplatte ein IT-Netz auf.
3. Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die
4. Beurteilen Sie die gemessenen Werte.
5. Der Transformator in der IT-Netzplatte hat die Bezeichnung Dyn5. Erklären Sie die Bezeichnung.
6. Beschreiben Sie, wann und wo wird in der Praxis ein IT-Netz verwendet.
7. Warum ist in einem IT-Netz eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben?
8. Beschreiben Sie die Funktion einer Isolationsüberwachung.
9. Nehmen Sie das IT-Netz in Betrieb. Stellen Sie am Isolationsüberwachungsgerät einen Ansprechwert
von ca. 60 kΩ ein. Machen Sie über das Potentiometer (500 kΩ) einen Erdschluss und stellen Sie mit
dem Ohmmeter verschiedene Widerstände ein (500 kΩ, 200 kΩ, 100 kΩ, 50 kΩ). Beschreiben Sie die
10. Für die Abschaltung im IT-Netz werden zwei RCDs verwendet (30 mA, 300 mA).
Erweitern Sie das IT-Netz um die beiden RCD-Platten. Simulieren Sie am 300 mA-RCD über das
Potenziometer (500 kΩ) einen Erdschluss von L1 nach PE (1. Fehler). Setzen Sie das akustische Signal
zurück und simulieren Sie nach dem 30 mA-RCD einen Erdschluss von L2 nach PE (2. Fehler).
Beschreiben Sie die Reaktion des IT-Netzes.
11. Welche Aufgaben sind bei der Prüfung nach VDE im IT-Netz durchzuführen?
•
•
•
•
Arbeitsunterlagen
Datenblätter
Internet
Geräteübersicht
20
Menge
Komponente
1
Netzeinspeisung
1
IT-Netz
1
RCD-Platte (300 mA, 30 mA)
1
2
Name: __________________________________ Datum: ____________
Achtung
Das IT-Netz hat keine Verbindung zwischen aktiven Leitern und geerdeten Teilen.
Die Körper der elektrischen Anlage sind geerdet.
Im IT-Netz ist eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben.
a) Vervollständigen Sie die Vorgabe auf dem Arbeitsblatt so, dass ein IT-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die
einzelnen Leiter.
Z<
M
3
Z: Impedanz
Name: __________________________________ Datum: ____________
21
b) Bauen Sie mit der Netzanschlussplatte und der IT-Netzplatte ein IT-Netz auf.
L1
L1
L1
L1
L2
L2
L2
L3
L3
L2
ON AL
Test
L3
RAL
L3
Reset
N
N
5
4
PE/PEN
PE
N
VCC
L1
L2
VCC
L3
VCC
10kW
500kW
+
N
1,5W
1,5Ω
GND
GND
GND
PE
1,5W
ZERO
F1
MEMORY
F2
select Var
300 500 mA
N PE L
1000
L-NL-PEN-PE
RCD
RLO RE RISO ΔT IΔ
ZL UL= 50
mS
VAC
mA
MΩ
store
TEST
F3
F4
x1/2x1x5
AUTO
ZRZLZS ZERO
recall
0
S
battery test
!
IKRE
UN
clear
UF
PSC
180°
PEFC IK
1000
RE
2500 VOLTS
~
TEST
memory recall
V
+
VDC
VAC
kDΩ
Hz
2.
•
22
Name: __________________________________ Datum: ____________
c)
Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die
Achtung
Leiter
Normwerte
Messwerte
L1 – L2
L2 – L3
L3 – L1
L1 – N
L2 – N
L3 – N
L1 – PE
L2 – PE
L3 – PE
Spannungen im IT-Netz
Name: __________________________________ Datum: ____________
23
e) Der Transformator in der IT-Netzplatte hat die Bezeichnung Dyn5. Erklären Sie die Bezeichnung
f)
24
Beschreiben Sie, wann und wo wird in der Praxis ein IT-Netz verwendet?
Name: __________________________________ Datum: ____________
g) Warum ist in einem IT-Netz eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben?
h) Beschreiben Sie die Funktion einer Isolationsüberwachung.
Isolationsüberwachungsgerät
Name: __________________________________ Datum: ____________
25
26
i)
j)
Reaktion des IT-Netzes bei Fehler 1 und Fehler 2
Name: __________________________________ Datum: ____________
k) Welche Aufgaben sind bei der Erstprüfung nach VDE im IT-Netz durchzuführen?
Hinweis
VDE-Vorschriften zur Isolationsüberwachung:
• VDE 0100 Teil 310: Schutz gegen indirektes Berühren mit Abschaltung und Meldung
• VDE 0100 Teil 710: Elektrische Sicherheit in medizinisch genutzten Bereichen
Name: __________________________________ Datum: ____________
27
28
Name: __________________________________ Datum: ____________
Übersicht über die Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag
Schutz im normalen Betrieb
Schutz im Fehlerfall
Schutz sowohl im normalen
Betrieb als auch im
Fehlerfall
Schutz gegen direktes
Berühren oder Basisschutz
Schutz bei indirektem
Berühren oder Fehlerfall
Schutz sowohl gegen
direktes Berühren als
auch bei indirektem
Berühren
Schutz durch:
Schutz durch:
Schutz durch:
• Isolierung aktiver Teile
• Abdeckung oder
Umhüllung
• Hindernisse
• automatische Abschaltung
der Stromversorgung
• Potentialausgleich
• Schutzisolierung
• nichtleitende Räume
• erdfreien örtlichen
Potentialausgleich
• Schutztrennung
• Kleinspannung
• SELV (Sicherheitskleinspannung) oder
• Zusätzlicher Schutz durch
RCDs (nicht als alleinige
Schutzmaßnahme zulässig)
• PELV (Funktionskleinspannung mit sicherer
Trennung)
• Begrenzung von Ladung
29
30

Netzsysteme und Schutzmaßnahmen

Transcription

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