Netzsysteme und Schutzmaßnahmen
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Netzsysteme und Schutzmaßnahmen Arbeitsbuch TP 1111 Mit CD-ROM L1 L2 L3 PEN M 3 L1 L2 L3 N PE M 3 L1 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 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 © 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 • • • • • • Aufgabe 4: Schutz gegen elektrischen Schlag – Schutz sowohl im normalen Betrieb 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 XIII XIV © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Inhalt 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 1 2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 Stromversorgungssystems. kombiniert in einem einzigen Leiter (PEN-Leiter). Anordnung des Neutralleiters und des Betriebsmitteln der elektrischen Anlage zur Schutzleiters Erde Bedeutung der Buchstaben © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 3 4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 7 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. Tragen Sie die gemessenen Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Beurteilen Sie die gemessenen Werte. Wann wird in der Praxis ein TN-C-S-Netz verwendet? • • • • Arbeitsunterlagen Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 Hausanschluss 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 9 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die einzelnen Leiter. 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Durchführung der Messung – Messen von Spannung und Frequenz 1. Bringen Sie den Drehschalter in die Position V. 2. Verwenden Sie für diese Prüfung alle Anschlüsse (rot, blau und 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 11 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Messen Sie die Spannungen im TN-C-S-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 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 13 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. Tragen Sie die gemessenen Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Beurteilen Sie die gemessenen Werte. 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 Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht 14 Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 Hausanschluss 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 15 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TT-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die einzelnen Leiter. L1 L2 L3 N RCD RCD M 3 b) Aufbauplan für die Messschaltung 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 N (blau). 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • c) Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. Messen Sie die Spannungen im TT-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 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 17 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte. 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) Warum ist in einem TT-Netz eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) zwingend vorgeschrieben? 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 19 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht 20 Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 IT-Netz 1 RCD-Platte (300 mA, 30 mA) 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 21 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Durchführung der Messung – Messen von Spannung und Frequenz 1. Bringen Sie den Drehschalter in die Position V. 2. Verwenden Sie für diese Prüfung alle Anschlüsse (rot, blau und 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • 22 Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen c) Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Achtung Bei den Messungen arbeiten Sie mit Netzspannung. Schalten Sie erst ein, wenn die Schaltung komplett verdrahtet ist! 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 23 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte. 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 25 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen i) Reaktion des Isolationsüberwachungsgerätes. 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 27 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 28 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Übersicht über die Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag Schutz 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) © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 • PELV (Funktionskleinspannung mit sicherer Trennung) • Begrenzung von Ladung 29 30 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Inhalt Aufgaben und Arbeitsblätter 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 1 2 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 Stromversorgungssystems. kombiniert in einem einzigen Leiter (PEN-Leiter). Anordnung des Neutralleiters und des Betriebsmitteln der elektrischen Anlage zur Schutzleiters Erde Bedeutung der Buchstaben © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 3 4 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 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. M 3 6 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 7 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 L1 – L3 L2 – L3 L1 – PEN L2 – PEN L3 – PEN Spannungen im TN-C-Netz d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte. e) Was ist bei einem TN-C-Netz in der Praxis zu beachten? 8 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. Tragen Sie die gemessenen Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Beurteilen Sie die gemessenen Werte. Wann wird in der Praxis ein TN-C-S-Netz verwendet? • • • • Arbeitsunterlagen Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 Hausanschluss 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 9 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TN-C-S-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die einzelnen Leiter. 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: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Durchführung der Messung – Messen von Spannung und Frequenz 1. Bringen Sie den Drehschalter in die Position V. 2. Verwenden Sie für diese Prüfung alle Anschlüsse (rot, blau und 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 11 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Messen Sie die Spannungen im TN-C-S-Netz Achtung Bei den Messungen arbeiten Sie mit Netzspannung. Schalten Sie erst ein, wenn die Schaltung komplett verdrahtet ist! 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: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen f) Was ist bei einem TN-C-S-Netz in der Praxis zu beachten? © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 13 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. Tragen Sie die gemessenen Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Beurteilen Sie die gemessenen Werte. 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 Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht 14 Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 Hausanschluss 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 15 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen a) Vervollständigen Sie die Vorgabe so, dass ein TT-Netz entsteht. Bezeichnen Sie die einzelnen Leiter. M 3 b) Aufbauplan für die Messschaltung 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: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 N (blau). 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • c) Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. Messen Sie die Spannungen im TT-Netz. Achtung Bei den Messungen arbeiten Sie mit Netzspannung. Schalten Sie erst ein, wenn die Schaltung komplett verdrahtet ist! Leiter Normwerte Messwerte L1 – L2 L2 – L3 L3 – L1 L1 – N L2 – N L3 – N Spannungen im TT-Netz © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 17 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte. e) Was ist bei einem TT-Netz in der Praxis zu beachten? f) 18 Warum ist in einem TT-Netz eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) zwingend vorgeschrieben? Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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. © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 19 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Fachbücher, Tabellenbücher Bedienungsanleitungen Datenblätter Internet Geräteübersicht 20 Menge Komponente 1 Netzeinspeisung 1 IT-Netz 1 RCD-Platte (300 mA, 30 mA) 1 geeignetes Messgerät (z. B. Vielfachmessgerät) 2 Sicherheits-Laborleitungen Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 21 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 Durchführung der Messung – Messen von Spannung und Frequenz 1. Bringen Sie den Drehschalter in die Position V. 2. Verwenden Sie für diese Prüfung alle Anschlüsse (rot, blau und 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 zwischen L-PE, L-N und N-PE umzuschalten. • 22 Stecken Sie die Sicherheits-Laborleitungen um, um die geforderten Messungen durchzuführen. Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen c) Messen Sie mit einem Multimeter alle möglichen Spannungen im IT-Netz und tragen Sie die Werte in die vorgegebene Tabelle ein. Achtung Bei den Messungen arbeiten Sie mit Netzspannung. Schalten Sie erst ein, wenn die Schaltung komplett verdrahtet ist! 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 23 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen d) Beurteilen Sie die gemessenen Werte. 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: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen g) Warum ist in einem IT-Netz eine Isolationsüberwachungseinrichtung zwingend vorgeschrieben? h) Beschreiben Sie die Funktion einer Isolationsüberwachung. Isolationsüberwachungsgerät © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 25 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 26 i) Reaktion des Isolationsüberwachungsgerätes. j) Reaktion des IT-Netzes bei Fehler 1 und Fehler 2 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 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 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Name: __________________________________ Datum: ____________ 27 Aufgabe 1 – Messungen an Netzsystemen 28 Name: __________________________________ Datum: ____________ © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 Übersicht über die Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag Schutz 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) © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307 • PELV (Funktionskleinspannung mit sicherer Trennung) • Begrenzung von Ladung 29 30 © Festo Didactic GmbH & Co. KG 567307
