Jordfelsbrytar-handboken. Ökad el-säkerhet med Jordfelsbrytare. Installationsteknik från A till Ö

Transkript

1 Jordfelsbrytar-handboken Ökad el-säkerhet med Jordfelsbrytare Installationsteknik från A till Ö

2

3 Inledning Säkerhet är det viktigaste kravet i samband med elektricitet. Varje el-fackman måste vara speciellt samvetsgrann i detta avseende och använda nödvändiga skyddsåtgärderna korrekt. I förbrukaranläggningar ska jordfelsbrytare absolut föredras framför alternativa skyddsanordningar. Utöver skydd vid indirekt beröring ger jordfelsbrytare med märkfelströmmar upp till 30 ma i stor utsträckning också skydd vid direkt beröring. Även bränder orsakade av jordslutningsströmmar kan förhindras att uppkomma. I många situationer är användning av jordfelsbrytare idag krav enligt Starkströmsföreskrifter, därför måste varje el-fackman vara väl förtrogen med dessa produkter. Förutom informationen över jordfelsbrytarnas skyddsverkan ska även förståelse för produktens funktion förmedlas. För att optimalt anpassa användningen av jordfelsbrytare med kraven från den elektriska anläggningen, förklaras funktionen hos de olika utförandena av jordfelsbrytarna och användaren får installationsstöd och praktisk hjälp. Siemens AG Avdelning för installationsteknik 1

4 Jordfelsbrytare utan överströmsskydd (RCCB) 5SM3 Typ AC och typ A I n = A I n = 10 ma 1 A 2-polig (1+N) och 4-polig (3+N) N-anslutning vänster och höger SIGRES för svåra miljövillkor i Utförande K och S Utförande för 500 V Utförande Hz SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare (RCCB) 5SM3 Typ B I n = A I n = 30, 300 och 500 ma 4-polig (3+N) Utförande K och S SIQUENCE jordfelsbrytare med överströmsskydd (RCBO) 5SM2 Typ B I n = A I n = 30, 300 ma och 1A 4-polig Överströmsskyddskarakteristik C och D Märkbrytförmåga 10KA Utförande K och S 2

5 Jordfelsblock för kombination med överströmsskydd (RC unit) 5SM2 För montering till överströmsskydd Kombinerat person- och ledningsskydd Typ AC och Typ A I n = 0,3 100 A I n = 10 ma 1 A 2-, 3- och 4-polig Utförande K och S Jordfelsbrytare med överströmsskydd; kombinationsapparat (RCBO) 5SU1 Kombinerat person- och ledningsskydd Typ AC och Typ A I n = 6 40 A I n = ma Överströmsskyddskarakteristik B och C Märkbrytförmåga 4,5 ka, 6 ka och 10 ka 2-polig (1+N) N-anslutning höger och vänster 3

6 Innehåll 1. Skydd genom jordfelsbrytare Skydd vid direkt beröring (extra skydd) med I n 30 ma Skydd vid indirekt beröring (felskydd) Brandskydd 8 2 Jordfelsbrytare Typer av jordfelsbrytare Typ AC Typ A Typ B Indelning av jordfelsbrytare Principiell uppbyggnad och verkningssätt Jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ A SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ B Egenskaper och användningsområden SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ B SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare med överströmsskydd typ B Jordfelsbrytare med överströmsskydd (typ A/typ B) 19 Traditionell installation 19 Installation med jordfelsbrytare med överströmsskydd Jordfelsblock för montering till överströmsskydd SIGRES-jordfelbrytare typ i (för svåra miljövillkor) Typ K, korttidsfördröjd Typ S, selektiv Utföranden för 50 till 400 Hz Utföranden för 500 V driftspänning Jordfelsbrytare med N-anslutning på vänster sida Tillbehör för jordfelsbrytare Fjärrdrift Hjälpkontakt 25 3 Installations- och användningsanvisningar Allmänna anvisningar Val av lämplig jordfelsbrytare Typ A eller typ B? 27 4

7 3.2.2 Vilken grad av skydd måste uppnås? 27 Märkfelström I n 30 ma 27 Märkfelström I n > 30 ma 28 Märkfelström I n 300 ma Vilka störningsinflytanden uppträder och hur behärskas dessa? Läckströmmar 28 Statiska läckströmmar 28 Dynamiska läckströmmar Starka lastströmmar Överspänningar och stötströmbelastning Egenheter vid användning av SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare (typ B) Användningsfall Felströmmar på olika felplatser med en frekvensomformare (FU) som exempel 31 Felplatser i område 1 (före frekvensomformaren) 32 Felplatser i område 2 (inom frekvensomformaren) 33 Felplatser i område 3 (efter frekvensomformaren) 33 Frekvensandelar i felströmmen hos en frevensomformare Projektering Orsaker till höga läckströmmar och möjligheter till reducering Märkbrytförmåga och villkorlig märkkortslutningsström Val av märksström enligt termisk belastning Felsökning Läckströmsmätning Jordfelsbrytare 4-polig i ett 3-poligt nät 43 4 Framtidsperspektiv 44 Bilaga 45 5

8 1. Skydd genom jordfelsbrytare Vid utförandet av skyddsåtgärden med en jordfelsbrytare är den grundläggande förutsättningen att en lämpligt jordad skyddsledare är dragen till de anläggningsdelar och anordningar som ska skyddas. Ett strömflöde via en människa kan då bara uppträda när två fel uppkommer (förutom isoleringsfel även avbrott av PEledaren) eller vid oavsiktlig beröring av aktiva delar. 1.1 Skydd vid direkt beröring (extra skydd) med I n 30 ma Med direkt beröring menar man en människas direkta kontakt med en aktiv del som driftmässigt står under spänning. Om en människa berör aktiva delar, bestämmer två i serie liggande motstånd storleken på den ström som flyter det inre motståndet hos människan R m och platsens övergångsmotstånd R st (bild 1). Bild 1: Exempel på oavsiktlig direkt beröring För att betrakta en olycka måste man förutsätta det mest ogynnsamma fallet med ett motstånd på platsen som är nära noll. Kroppens motstånd är beroende av strömmens väg och övergångsmotståndet hos huden. Mätningar har givit t.ex. ca 1000 Ω för strömvägen hand/hand eller hand/fot. Under dessa antaganden resulterar vid en beröringsspänning på 230 V en farlig kroppsström på 230 ma. Bild 2 visar kurvor över strömstyrka/verkningstid i relation till de fysiologiska reaktionerna hos den mänskliga kroppen. Strömstyrkor och verkningstider som räcker in i område 4 är farliga. Här kan det leda till döden genom hjärtkammarflimmer för den berörda personen. Utlösnings-områden för ofördröjda 6

9 jordfelsbrytare med märkfelströmmar på 10 ma och 30 ma är också införda. Därvid är de empiriska värdena för utlösningstiderna vid 5-faldig märkfelström införda och inte de enligt VDE 0664 del 10 tillåtna maximala värdena. Som framgår av utlösningskurvorna begränsar jordfelsbrytare inte storleken på felströmmen utan uppnår skyddsverkan genom den snabba frånkopplingen och därmed korta inverkningstiden för strömmen. Område Inverkan är normalt inte märkbar Område Medicinskt skadlig inverkan är vanligtvis ännu inte märkbar Område Muskelkramper kan uppträda. Fara för hjärtkammarflimmer består vanligen inte. Område Hjärtkammarflimmer kan uppträda. Bild 2: Strömtålighetskurva för växelström 50/60 Hz på människor Jordfelsbrytare (RCDs) med en märkfelström II n 30 ma ger på så sätt extra skydd mot elektrisk chock (se bild 1): vid oavsiktlig, direkt beröring av delar som driftmässigt står under spänning (t.ex.: ej fungerande basisolering, drift som ej följer bestämmelserna, ineffektivt basskydd) vid vårdslöshet hos användaren (t.ex. användning av defekta instrument, ej sakkunniga reparationer av anläggningar och anordningar), vid beröring av delar som felaktigt står under spänning (t.ex. ej fungerande felskydd vid avbrott i skyddsledaren) 7

10 Det extra skyddet genom jordfelsbrytare (RCDs) med en märkfelström I n 30 ma krävs eller rekommenderas uttryckligen i flera delar av normerna i grupperna 4 och 7 i DIN VDE 0100 (VDE 0100) (se bilaga). I jordfelsbrytare (RCDs) med en märkfelström I n 10 ma ligger utlösningskurvans hela förlopp inom område 2 under släppgränsen. Medicinskt skadliga inverkningar och muskelkramper uppträder vanligen inte (se bild 2). De är därför speciellt lämpliga för känsliga områden som badrum. 1.2 Skydd vid indirekt beröring (felskydd) Med indirekt beröring menar man en människas kontakt med en elektriskt ledande del som driftmässigt inte står under spänning. I dessa fall krävs automatisk frånkoppling av strömförsörjningen, när genom ett fel en fara kan uppstå på grund av storleken och tiden för den uppträdande beröringsspänningen. Härtill är även jordfelsbrytare med märkfelströmmar över 30 ma lämpliga. För att uppnå skyddsverkan, ska frånkopplingsvillkoren följas. För detta får den farliga beröringsspänningen inte verka otillåtet länge med hänsyn till jordningsmotstånd och märkfelström. 1.3 Brandskydd DIN VDE 0100 del 482 kräver åtgärder för undvikande av bränder på "eldfarliga driftställen", som kan uppkomma genom isoleringsfel. Enligt denna måste kabel- och ledningsanläggningar i TNoch TT-systemen skyddas med jordfelsbrytare med märkfelsröm I n 300 ma. Undantagna från detta är mineraliska ledningar och strömskensystem. För användningar, i vilka motståndsbehäftade fel kan tända en brand (t.ex. vid takuppvärmning med ytformade värmeelement), måste märkfelströmmen vara I n = 30 ma. Det extra skyddet mot bränder genom jordfelsbrytare bör inte bara begränsas till eldfarliga driftställen, utan bör användas principiellt. 8

11 2 Jordfelsbrytare 2.1 Typer av jordfelsbrytare Jordfelsbrytare delas in efter deras lämplighet att registrera olika felströmsformer (bild 3). Bild 3: Indelning av jordfelsbrytare i olika typer med utlösningsområden Beroende av elektronisk koppling i strömkretsen kan olika felströmsformer uppträda. Eftersom jordfelsbrytare skiljer sig i lämplighet för registrering av felströmformer, ska det vid valet tas hänsyn till respektive förbrukares ingångskrets. Tabell 1 visar elektroniska kopplingskretsar och deras möjliga lastoch felströmmar med den för var och en lämpliga typen av jordfelsbrytare. 9

12 Tabell 1: Möjliga felströmsformer och lämpliga jordfelsbrytare Typ AC Jordfelsbrytare av typ AC är bara lämpliga för registrering av felströmmar i form av sinusformade växelströmmar (se strömkretsar 1 till 3 i tabell 1). Denna instrumenttyp är i Tyskland enligt DIN VDE inte tillåten för realisering av skyddsåtgärd med jordfelsbrytare och kan inte erhålla något VDE-märke. 10

13 2.1.2 Typ A Jordfelsbrytare av typ A registrerar felströmmar förutom i form av sinusformade växelströmmar även pulserande likströmmar. Denna produkttyp är i Tyskland den vanligen använda pulsströmkännande jordfelsbrytaren. Därmed behärskas även de vid enfasiga förbrukare med elektroniska komponenter i nätdelen (t.ex. elektroniska förkopplingsinstrument, tvättmaskiner) möjliga felströmformerna. Denna typ av jordfelsbrytare är lämplig för elektroniska anordningar med ingångsströmkretsar nr 1 till 6 i tabell Typ B Jordfelsbrytare av typ B tjänar, förutom till registrering av felströmformer av typ A, även till registrering av felströmmar i form av glättade likströmmar. Jordfelsbrytare av denna typ är lämpliga för användning i trefassystem med 50/60 Hz även före ingångsströmkretsarna nr 7 till 10 i tabell 1 och därmed för alla visade strömkretsar. 2.2 Indelning av jordfelsbrytare Jordfelsbrytare delas in enligt de olika utförandena (se bild 4). Bild 4: Indelning av jordfelsbrytare (RCDs) RCD är överordnat begrepp för alla typer av jordfelsbrytare. RCCB är de i Sverige under namnet jordfelsbrytare kända produkterna utan inmonterat överströmsskydd. RCBO är produkter som förutom skydd mot felströmmar även 11

14 förenar ett inmonterat överströmsskydd för överlast- och kortslutningsskydd i en produkt (jordfelsbrytare med överströmsskydd). En ytterligare version i denna produktgrupp är jordfelsblocken (RC units). Till dessa jordfelsblock kan sedan kunden montera de för användningen önskade utförandet av överströmsskydd (karakteristik, märkström, brytförmåga). Efter denna hopmontering erbjuder dessa instrument samma funktioner som jordfelsbrytare med överströmsskydd. Därvid innehåller jordfelsblocket registreringen av jordfel men inga egna kontakter, utan utlöser i händelse av fel via kopplingen i överströmsskyddet, som öppnar kontakterna och skiljer från strömkretsen RCCBs och RCBOs är vad gäller utlösningsvillkoren för felströmmar i form av växelströmmar och pulserande strömmar (typ A) tillåtna som skyddsåtgärd med frånkoppling endast i nätspänningsoberoende utförande i Tyskland och de flesta europeiska länder. Endast sådana RCCB och RCBO kan erhålla VDE-märket. För användningar med högre märkströmmar (> 125 A) är jordfelsregistrering i förbindelse med effektbrytare tillåtna. Effektbrytare med felströmutlösare (CBRs) enligt DIN EN (VDE ) bilaga B. Här monteras felströmregistreringen fast till en effektbrytare och säkerställer så felströmsskyddet. MRCDs är instrument som är modulärt uppbyggda, det vill säga felströmregistrering (via transformator), utvärdering och utlösning (via effektbrytare) sker i skilda komponenter (enligt DIN EN (VDE ) bilaga M). PRCDs och SRCDs är inte tillåtna för realisering av en skyddsåtgärd med frånkoppling. Till skyddsnivåförhöjning vid användningar, i vilka de krävda skyddsåtgärderna är säkerställda på annat sätt, kan PRCDs och SRCDs användas. Till realisering av en skyddsåtgärd med frånkoppling är de inte tillåtna. PRCDs är portabla jordfelsbrytare, som t.ex. är integrerade i en stickkontakt eller i ett grenuttag. SRCDs är fast installerade jordfelsbrytare, som är monterade i ett vägguttag resp. bildar en enhet med ett vägguttag. 12

15 2.3 Principiell uppbyggnad och verkningssätt Jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ A En jordfelsbrytare typ A består av följande funktionsgrupper: summaströmtransformator för felströmregistrering utlösningskrets med komponenter för utvärdering och hållmagnetutlösare för omvandling av den elektriska mätstorleken till en mekanisk upplåsning brytarlås med kontakter Anmärkning: Konstruktionen av utlösarkretsen hos jordfelsbrytare typ AC är nästan identisk med den för typ A. Summaströmtransformatorn omfattar alla strömledare i den strömkrets som ska skyddas inklusive neutralledaren. I en felfri anläggning upphäver de magnetiska verkningarna från de strömgenomflutna ledarna varandra i summaströmtransformatorn. Det uppstår inget resterande magnetfält, som skulle kunna inducera en spänning på transformatorns sekundärlindning. Först när en felström flyter t.ex. genom ett isoleringsfel i den anläggning som ska skyddas (elektriskt sett efter jordfelsbrytaren), förblir ett resterande magnetfält i transformatorkärnan. Därigenom skapas en spänning i sekundärlindningen, som via hållmagnetutlösaren och brytarlåset förorsakar frånkopplingen av den felaktiga strömkretsen med den för höga beröringsspänningen (bild 5). Bild 5: Principiell framställning av en jordfelsbrytare 13

16 Frånkopplingen måste enligt apparatbestämmelsen DIN EN (VDE 0664, del 10) ske inom 300 ms vid märkfelström. För att uppnå en hög tillförlitlighet i apparatskyddsfunktionen, krävs av jordfelsbrytare typ A enligt den i Tyskland gällande normen, att den i alla funktionsgrupper (registrering, utvärdering, frånkoppling) arbetar oberoende av nät- eller hjälpspänning. Funktionen hos en utlösare, som arbetar oberoende av en hjälpeller nätspänning, visas i bild 6. Bild 6: Funktionsprincip för en hållmagnetutlösare Omedelbart över den permanenta magneten ligger ett magnetiskt biflöde, som i första hand tjänar till konstanthållande av den magnetiska kraften hos den permanenta magneten. På den ena polskänkeln befinner sig en magnetlindning, som är förbunden med sekundärlindningen på summaströmtransformatorn. Vid ett jordfel i huvudströmkretsen induceras en spänning i sekundärlindningen till summaströmtransformatorn. Den vänstra figuren visar viloläget vid felfri anläggning. Den permanenta magneten driver ett kraftflöde genom två skänklar av magnetiskt mjukt material och håller därvid fast ankaret mot en i andra riktningen verkande fjäderkraft. Skapas en spänning i sekundärlindningen till transformatorn (figuren i mitten), så driver denna en ström genom magnetlindningen. Därigenom skapas ett andra kraftflöde. Verkan av det permanenta magnetfältet upphävs i en halvvåg av det andra magnetfältet (högra bilden). Därigenom kan fjädern dra ankaret från polytorna. Ankaret utlöser via brytarlåset frånskiljandet av kontakterna. 14

17 Transformatorn måste därvid endast skapa den ringa energin för upphävande av hållflödet, som via det nedfallande ankaret utlöser upplåsningen av kraftackumulatorn i brytarlåset, och inte den höga energin för öppnandet av kontakterna. Funktionsdugligheten hos jordfelsbrytaren låter sig kontrolleras via den kontrollknapp som finns på varje apparat. Vid intryckning av kontrollknappen skapas en konstgjord felström, vid vilken jordfelsbrytaren måste utlösa. För att säkerställa skydd mot farliga kroppsströmmar, måste vid idrifttagandet av anläggningen och med regelbundna intervall, minst en gång per halvår (t.ex. vid omställning från sommar- till vintertid), funktionsdugligheten hos jordfelsbrytaren kontrolleras SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ B Denna apparattyp arbetar enligt den i Tyskland gällande DIN VDE beträffande registrering, utvärdering och frånkoppling enligt kraven för typ A nätspänningsoberoende enligt beskrivning i Bara för registrering av felströmmar i form av glättade likströmmar är av fysikaliska orsaker en spänningsförsörjning nödvändig. Denna görs av alla nätledningar. Skyddsfunktionen är given från en minsta spänning på 50 V. Därmed erbjuds även för den spänningsberoende delen av apparatfunktionen ett maximum av säkerhet. Till och med för den händelse att endast en ledare för spänning och därvid en felström börjar flyta, upprättas skyddet genom den nätspänningsoberoende utlösningsfunktionen i den traditionella pulsströmkännande instrumentdelen (bild 7). A Hållmagnetutlösare M Mekanik för skyddsanordningen E Elektronik för utlösning vid felströmmar i form av glättade likströmmar T Kontrollanordning n Sekundärlindning W1 Summaströmtransformator för registrering av sinusformade felströmmar W2 Summaströmtransformator för registrering av felströmmar i form av glättade likströmmar Bild 7: Uppbyggnad av en SIQUENCE allströmkännande jordfelsbrytare typ B 15

18 2.4 Egenskaper och användningsområden SIQUENCE allströmkännande jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ B Möjliga felströmmar i form av glättade likströmmar registreras inte av jordfelsbrytare av typ A för felströmmar i form av sinusformade växelströmmar och pulserande likströmmar. Felströmmar i form av likströmmar kan genom förmagnetisering av transformatorn leda till att skyddsfunktionerna till jordfelsbrytare av typ A inte heller längre är garanterade vid felströmmar i form av växelströmmar. Därför införde Siemens som första tillverkare redan 1994 den allströmskännande jordfelsbrytaren typ B även för felströmmar i form av glättade likströmmar. Sedan dess kan den krävda jordfelsbrytartekniken användas i många tillämpningar vid vilka felströmmar i form av glättade likströmmar uppträder. Vid elektroniska anordningar kan, som till exempel på utgångssidan till en frekvensomformare (se även avsnitt 3.3.2), förutom de beskrivna felströmformerna även felströmmar i form av växelströmmar med de mest olika frekvenser uppträda. Jordfelsbrytare av typ A är inte konstruerade för detta. Jordfelsbrytarna av typ B, som är avsedda för användning i trefassystem (inte i likspänningsnät), är därför definierade i de utvidgade utlösningsvillkoren upp till 2 khz i DIN VDE (för jordfelsbrytare utan överströmsskydd) och DIN VDE (för jordfelsbrytare med överströmsskydd). Utlösningskurvorna för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare typ B med märkfelströmmar 30 ma och 300 ma finns avbildade i bild 8. Utlösningsvärdet för skyddsbrytaren ligger alltid inom gränsvärdena i apparatföreskrifterna och för märkfelströmmen 30 ma även tydligt under gränskurvan för farligt hjärtkammarflimmer (enligt IEC ). 16

19 Bild 8: Utlösningsström som funktion av frekvensen För att uppfylla frånkopplingsvillkoren för skydd vid indirekt beröring (felskydd) med SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare, ska det tas hänsyn till dess utlösningsbeteende vid olika frekvenser och i användningsfallet uppträdande frekvensspektra på felplatsen. Vid antagande av ogynnsamma villkor (hög taktfrekvens för en frekvensomformare, se även avsnitt 3.3.2) rekommenderas nedanstående maximalt tillåtna jordningsmotstånd: Märkfelström 30 ma 300 ma 500 ma Maximalt tillåtet jordningsmotstånd vid beröringsspänning 50 V 160 Ω 16 Ω 10 Ω 25 V 80 Ω 8 Ω 5 Ω Tabelle 2: Rekommenderade maximala jordningsmotstånd för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare typ B Till skydd mot av elektricitet förorsakade bränder krävs för vissa användningar insats av jordfelsbrytare med märkfelström 300 ma (DIN VDE ; DIN VDE ). Detta kommer av antagandet att för uppkomsten av en brand räcker ca 60 till 70 W. Utlösningsvärdena för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare typ B stiger vid högre frekvenser. Men eftersom förutom hög- även lågfrekventa andelar finns i felströmmen (se avsnitt 3.3.2), kan ett verksamt bidrag till brandskydd vid jordfelströmmar uppnås även vid en med frekvensen stigande utlösningskurva. 17

20 Den positiva effekten av den stigande utlösningsströmmen är en högre driftsäkerhet för anläggningen, eftersom driftsmässigt förekommande läckströmmar över kondensatorer i ringa utsträckning leder till oönskade utlösningar av jordfelsbrytaren. Utformningen av frekvenskurvan för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare typ B tar hänsyn till dessa perifera villkor och utgör en god kompromiss mellan brandskydd och driftsäkerhet. Eftersom driftmässigt förekommande kapacitiva läckströmmar tydligt begränsas i sitt inflytande på jordfelsutlösningen, utvidgas användningsmöjligheterna. Vid tillkoppling av kondensatorer, som är kopplade mot skyddsledaren PE (t.ex. vid EMC-filter i förbindelse med frekvensomformare), kan kortvariga höga läckströmmar uppstå. För att garantera en störningsfri drift för dessa fall, har SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare typ B en korttidsfördröjd utlösning (typ K ) SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare med överströmsskydd typ B Registreringsprincipen för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare med överströmsskydd typ B är identisk med den för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytaren utan överströmsskydd och arbetar nätspänningsoberoende enligt den i Tyskland gällande föreskriften VDE 0664 del 200 angående kraven för typ A. Beträffande beteendet för typ B vid felströmmar och skyddsfunktioner gäller uttalanden och uppgifter lika som för SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare utan överströmsskydd typ B. Jordfelsbrytare med överströmsskydd förenar i en enhet skyddsfunktionerna för person- och brandskydd förutom ledningsskyddet. Genom det integrerade överströmsskyddet är det termiska egenskyddet för apparaten automatiskt givet utan vidare anpassning med för- och efterkopplade överlastskyddsanordningar. Den direkta samordningen av en SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare med överströmsskydd typ B till en strömkrets erbjuder gentemot installationen med en jordfelsbrytare utan överströmsskydd och flera överströmsskydd i utgången, förutom de i avsnitt nämnda, speciellt följande fördelar: 18

21 I varje förgrening kan den maximalt möjliga läckströmmen (0,3 * I n ) användas. Som vid överström skiljs även vid frånkoppling genom felström endast den aktuella grenen från spänningen. Hög disponibilitet av anläggningen, eftersom den felfria delen förblir försörjd Jordfelsbrytare med överströmsskydd (typ AC /typ A ) Jordfelsbrytare med överströmsskydd möjliggör det kombinerade person-, brand- och ledningsskyddet i en apparat. Genom en egen jordfelsbrytare med överströmsskydd för varje strömkrets skiljs även vid frånkoppling på grund av en felström endast den berörda strömkretsen. Användaren projekterar för en högre driftsäkerhet och anläggningsdisponibilitet. I moderna installationer läggs extra värde på en hög disponibilitet. Kombinerade jordfelsbrytare med överströmsskydd erbjuder på grund av sitt kompakta byggnadssätt och höga funktionalitet nya möjligheter för en modern och komfortabel elinstallation. En jämförelse mellan traditionell installation och en med jordfelsbrytare med överströmsskydd visar fördelarna. Traditionell installation Vid traditionella elektroinstallationer (se bild 9) görs inmatningen via en förkopplad säkring som till exempel är kopplad till elmätaren. Till de följande jordfelsbrytarna är för varje ytterledare flera överströmsskydd efterkopplade. Därvid övertar jordfelsbrytaren person- och brandskyddet samt med I n 30 ma även det för vissa strömkretsar krävda ytterligare skyddet vid direkt beröring. Överströmsskyddet förhindrar ledningsskador genom överbelastning eller kortslutning. Utlösandet av jordfelsbrytaren på grund av ett jordfel i en av de efterkopplade strömkretsarna leder till att även alla andra, till och med de felfria strömkretsarna, kopplas spänningsfria. Driften av dessa anläggningsdelar kan fortsätta först efter det att felet åtgärdats. Vid denna installationstyp ska det tas hänsyn till följande synpunkter: För en korrekt dimensionering av anläggningen vad beträffar jordfelsbrytarna ska ges akt på att jordfelsbrytarna inte blir överbelastade genom för höga lastströmmar (se avsnitt 3.5). De enpoliga överströmsskydden skiljer i frånkopplat tillstånd endast ytterledaren från nätet. Neutralledaren förblir tillkopplad på förbrukarsidan. 19

22 Installation med jordfelsbrytare med överströmsskydd De kompakta jordfelsbrytarna med överströmsskydd i utförandet 1-polig + N tillåter ett nytt installationssätt. Inmatningen sker som förut via en förkopplad säkring (t.ex. till elmätaren förkopplad säkring, skyddsbrytare för huvudledningen), men varje enskild strömkrets förfogar nu över en egen jordfelsbrytare med överströmsskydd, som övertar det kompletta fel-, brand- och ledningsskyddet samt extra skydd vid direkt beröring. I händelse av fel kopplas endast den vederbörande strömkretsen från. Den förkopplade selektiva jordfelsbrytaren S säkerställer därutöver vid förgrenade anläggningar fel- och brandskyddet för installationen fram till jordfelsbrytarna med överströmsskydd. Denna installation erbjuder många fördelar för planerare och användare: Märkströmmen i den förkopplade överströmsskyddsanordningen (t.ex. till elmätaren förkopplad säkring, skyddsbrytare för huvudledningen) begränsas inte av de efterföljande märkströmstyrkorna för jordfelsbrytarna med överströmsskydd (avgörande är endast faktorer som t.ex. ledararea, frånkopplingsvillkor). Jordfelsbrytarna med överströmsskydd skyddar sig själva för överbelastning, en oönskad överbelastning genom för höga lastströmmar är därför inte möjlig. Vid ett jordslutningsfel i en strömkrets blir, som även vid kortslutning eller överbelastning, endast den vederbörande strömkretsen frånkopplad. Alla felfria strömkretsar står fortfarande under spänning. Anläggningens disponibilitet är därför hög. Användningen av jordfelsbrytare med överströmsskydd för varje strömkrets uppfyller kravet i DIN (Elektriska anläggningar i bostadshus - Del 2: Typ och omfattning av minsta utrustning). Enligt denna skall samordningen av jordfelsbrytare med strömkretsarna göras så att frånkopplingen av en jordfelsbrytare inte leder till att alla strömkretsar bryts (undantagna är selektiva jordfelsbrytare). Vid jordfelsbrytarna med överströmsskydd (1-polig+N) kopplas dessutom alltid neutralledaren med. Därmed skiljs 1-fasiga förbrukare allpoligt från nätet. Detta betyder högsta säkerhet mot medsläpade spänningar i frånkopplat tillstånd. Perfekt anpassning av det termiska beteendet hos överströmsskyddet vid frånkoppling genom direkt samordning inom en apparat. 20

23 Bild 9: Jämförelse av installationsutföranden (exempel) Jordfelsblock för montering till överströmsskydd Jordfelsblock (RC units) är lämpliga för montering till överströmsskydd enligt DIN EN (VDE ): , bilaga G. Dessa jordfelsblock kan av kunden byggas ihop med ett för detta avsett överströmsskydd och har därefter samma funktion som de fabrikstillverkade jordfelsbrytarna med överströmsskydd (RCBOs). Ur det tillgängliga produktutbudet av jordfelsblock och överströmsskydd låter sig ett stort antal olika kombinationer bildas, utan att ett stort urval måste hållas i lager. Detta erbjuder viktiga fördelar: Hög flexibilitet i användningen Av kunden gjorda kombinationer av apparategenskaper från jordfelsblock (märkfelström, ofördröjd eller selektiv) och utförande på överströmsskydd (märkström, karakteristik, brytförmåga) apparatkombinationen erbjuder person-, brand- och ledningsskydd SIGRES-jordfelsbrytare typ i (för svåra miljövillkor) Vid användning av jordfelsbrytare i svår miljö med förhöjd påverkan av skadliga gaser som t.ex. simhallar (klorgas; ozon), lantbruk (ammoniak), industri (svaveldioxid) utsätts jordfelsbrytarna för betydligt större påverkan. Dessa gaser verkar i förbindelse med luftfuktighet korroderande på alla metalldelar och därmed även på metallytorna till hållmagnetutlösaren. 21

24 Med SIGRES-jordfelsbrytare som är markerade med ett i, står för sådana användningar ett instrument till förfogande, som genom ett patenterat aktivt kondenseringsskydd uppvisar en betydligt längre livslängd. Därvid uppnås genom en direkt uppvärmning av hållmagnetutlösaren med minimal effekt en något förhöjd temperatur på metalldelarna. Eftersom härigenom kondenseringen av den med skadliga gaser bemängda fuktiga luften undviks, kan inte heller den korrosiva inverkan äga rum. Detta leder till en förhöjd livslängd hos apparaten. För uppvärmningen behövs en spänningsförsörjning. Används jordfelsbrytaren även i frånkopplat tillstånd längre tid, så ska inmatningsriktningen (underifrån) beaktas. Därmed garanteras uppvärmningen även i detta tillstånd. Skyddsfunktionen hos jordfelsbrytaren är därvid fortfarande absolut nätspänningsoberoende enligt produktnormen Typ K, korttidsfördröjd Enligt innebörden i instrumentföreskriften finns det bara 2 apparatutföranden: ofördröjd och selektiv. Därför måste K utförandena uppfylla de maximalt tillåtna frånkopplingstiderna för ofördröjda apparater. Jordfelsbrytare av typ K är något fördröjda i sin frånkoppling (ca 10 ms för höga felströmmar). Frånkopplingstiderna för K -utförandena är därför något längre än de för standardapparaterna ex. för felströmmar > 5 I n : ca. 30 ms i stället för ca ms. Med de följer därmed de maximalt tillåtna frånkopplingstiderna (40 ms) för standardutförandena (se bild 10). De är markerade med symbolen K. Genom konstruktionen av utlösningskretsen är det störande inflytandet av transienta felströmmar reducerad. Detta leder till en gentemot standardutförandet (1 ka) förhöjd stötströmtålighet på 3 ka (8/20 µs strömform, se bild 12). Dessutom är dessa jordfelsbrytare okänsliga mot kortvariga impulsformiga läckströmmar, som t.ex. uppstår vid tillkoppling av kondensatorer i brytanordningar i kretsen eller filter. 22

25 2.4.7 Typ S, selektiv För att uppnå en selektiv frånkoppling i händelse av fel vid en seriekoppling av jordfelsbrytare, måste apparaten vara indelade i grupper både vad gäller märkfelström I n och även utlösningstid. De olika tillåtna frånkopplingstiderna för standard och selektiva jordfelsbrytare framgår av bild 10. Även den lämpliga grupperingen beträffande märkfelströmmar syns på bild 10. Selektiva jordfelsbrytare av typ S uppvisar dessutom en mycket hög stötströmtålighet på 5 ka (8/20 µs strömform). De är markerade med symbolen S. Bild 10: Anordning av olika jordfelsbrytare och deras utlösningstider Utföranden för 50 till 400 Hz Jordfelsbrytare är på grund av sin funktionsprincip i sitt standardutförande konstruerade för den maximala verkningsgraden i 50/60-Hz-nätet. Även apparatbestämmelserna och utlösningsvillkoren är relaterade till denna frekvens. Med stigande frekvens avtar vanligen känsligheten. För att kunna realisera ett verksamt felströmsskydd för användningsfall i nät upp till 400 Hz (t.ex. industri), ska vederbörligen lämpliga apparater användas. Sådana jordfelsbrytare uppfyller utlösningsvillkoren upp till angiven frekvens och erbjuder lämpligt skydd. 23

26 2.4.9 Utföranden för 500 V driftspänning Standardutförandena av jordfelsbrytare är med sina kryp- och luftsträckor konstruerade för nät upp till 240/415 V växelspänning. För nät upp till 500 V kan lämpliga jordfelsbrytare levereras Jordfelsbrytare med N-anslutning på vänster sida Eftersom jordfelsbrytaren framför allt i Tyskland vanligen monteras till vänster om överströmsskydden, men den har N-ledaranslutningen till höger, störs den genomgående samlingsskeneanslutningen. Jordfelsbrytare i förbindelse med överströmsskydd kräver därför en speciell samlingsskena. För att alltid kunna använda en standardsamlingsskena, erbjuds fyrpoliga jordfelsbrytare även med N-anslutning till vänster. Installationsvanan med jordfelsbrytaren till vänster om överströmsskyddet och användning av standardmässiga samlingsskeneförbindelser kan därmed bibehållas. 2.5 Tillbehör för jordfelsbrytare Fjärrdrift Vanliga användningsplatser är rymliga eller ej ständigt bemannade driftställen, som t.ex. reningsverk eller radiostationer samt automatiserade anläggningar för energi- och driftmanagement. Användningen av fjärrdrift tillåter användaren en direkt och omedelbar åtkomst till anläggningen även på avlägsna eller svårtillgängliga platser. Speciellt den snabba återtillkopplingen efter ett fel erbjuder tids- och kostnadsbesparningar. Manövreringen av fjärrdriften görs med en mekanisk funktionsväljare. I läget OFF är fjärrdriften frånkopplad och kan också låsas. RC OFF förhindrar fjärrkoppling och tillåter endast manuell manövrering av jordfelsbrytaren. På så sätt kan t.ex. vid användning vid service ett otillåtet fjärrkopplande uteslutas. 24

27 I läget RC ON är både Fjärr TILL - och Fjärr FRÅN -koppling och även manövrering på plats möjlig. I händelse av ett felutlösande intar manövervippan på jordfelsbrytaren och fjärrdriften läget FRÅN. Återtillkopplingen av brytaren får göras endast efter det en fara uteslutits. För detta måste operatören efter frånkopplingen dessutom kvittera med RESET (FRÅN-kommando) för fjärrdriften. Bild 11: Fjärrdrift med jordfelsbrytare Hjälpkontakt Hjälpkontakt kan vanligen monteras på jordfelsbrytaren i efterhand av kunden. De tjänar till att meddela jordfelsbrytarens kopplingstillstånd. Härför finns de olika versioner (1 slutare/1 öppnare; 2 öppnare; 2 slutare). 3 Installations- och användningsanvisningar 3.1 Allmänna anvisningar Jordfelsbrytare låter sig kombineras med alla andra skyddsanordningar. I en bestående anläggning med en annan skyddsåtgärd kan trots detta jordfelsskyddet användas för denna anläggning eller anläggningsdelar. Praktiskt varje förekommande skyddsåtgärd låter sig utan större arbetsinsats ställas om till jordfelsskydd. Jordfelsbrytare med en märkfelström 30 ma är erkända som extra skydd mot elektrisk chock i normal drift när andra skyddsåtgärder inte fungerar eller vid användarens oaktsamhet. 25

28 Men de är inte avsedda som det enda skyddsmedlet. Ytterligare skyddsåtgärder för grundläggande skydd och för felskydd enlig DIN VDE (VDE ) har därmed inte ersatts. Finns i en anläggning vid inmatningen en jordfelsbrytare med en märkfelström I n 30 ma, så kan den samtidigt överta skyddet genom automatisk frånkoppling av strömförsörjningen (felskydd) och det extra skyddet (direkt beröring). För att uppnå en så hög disponibilitet och driftsäkerhet som möjligt, ska man ge akt på en meningsfull indelning av strömkretsarna på flera jordfelsbrytare. Därvid ska även DIN följas. Detta kräver, att göra samordningen av jordfelsbrytarna till strömkretsarna så att frånkopplingen av en jordfelsbrytare inte leder till att alla strömkretsarna bryts (utom för selektiva jordfelsbrytare). När en jordfelsbrytare för det extra skyddet (märkfelström 30 ma) har kopplats före en ytterligare jordfelsbrytare för andra skyddsuppgifter (felskydd, brandskydd), bör denna ovillkorligen ha ett selektivt frånkopplingsbeteende (t.ex. typ S ). Vid jordfelsbrytare med selektivt frånkopplingsbeteende (typ S ) ska kraven för frånkopplingstiderna enligt DIN VDE , som är nödvändiga för felskyddet, följas. De selektiva jordfelsbrytarna från Siemens uppfyller de krävda frånkopplingstiderna (mindre än 400 ms vid märkfelström TN-system vid U 0 = 230V). I Tyskland ska vid användning av jordfelsbrytare för felskydd, brandskydd och enligt DIN VDE för det extra skyddet följande punkter respekteras: Allpolig frånkoppling av alla aktiva ledare dvs även neutralledaren, krävs alltid. Endast spänningsoberoende jordfelsbrytare (typ A) är tillåtna. Bara växelströmskänsliga jordfelsbrytare av typ AC är uteslutna. För speciella användningar (t.ex. omformarmatade förbrukarströmkretsar) kan allströmskännande jordfelsbrytare av typ B vara nödvändiga. 26

29 Siemens jordfelsbrytare (RCDs) uppfyller de angivna kraven. Även SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare av typ B arbetar spänningsoberoende vid registrering av felstömmar i form av växel- och pulsströmmar och behöver bara av fysikaliska skäl en spänningsförsörjning för registreringen av felströmmar i form av glättade likströmmar (se även avsnitt 2.3.2). 3.2 Val av lämplig jordfelsbrytare Vid val av lämplig jordfelsbrytare, med hänsyn till vilken grad av skydd och för vilken användning, ska följande avsnitt speciellt iakttas Typ A eller typ B? Valet av den för användningen lämpliga typen av jordfelsbrytare görs efter tabell 1 (motsvarande DIN EN 50178/VDE 0160 Utrustning i starkströmsinstallationer med elektroniska anordningar resp. enligt DIN VDE avsnitt ). För direkt av trefasnätet driven elektronisk utrustning (t.ex. frekvensomformare) med kopplingar av ingångsströmkretsarna nr 7 till 10 (se tabell 1) blir användning av allströmskännande jordfelsbrytare (typ B) nödvändig. För övrig användning är insats av jordfelsbrytare av typ A (pulsströmskännande) tillräcklig Vilken grad av skydd måste uppnås? Allt efter användningsfall och insatsområde ska den planerade skyddsgraden respekteras: Märkfelström I n 30 ma: Med dessa RCDs kan extra skydd mot en elektrisk chock i normal drift vid fel på de andra skyddsåtgärderna (DIN VDE avsnitt 412.5; DIN VDE avsnitt ) uppnås. Denna skyddsverkan gäller för frekvenser upp till 100 Hz. Vid högre frekvenser låter sig för närvarande endast begränsade uttalanden angående faran för hjärtkammarflimmer (upp till 1kHz) göras. Över ytterligare effekter (termiska, elektrolytiska) kan man inte göra några säkra uttalanden över inflytandet på den mänskliga organismen. 27

30 Märkfelström I n > 30 ma: Vid dessa märkfelströmmar kan skydd bjudas mot elektrisk chock under felvillkor enligt DIN VDE avsnitt 413 (skydd vid indirekt beröring eller felskydd) resp. DIN VDE avsnitt Härtill ska frånkopplingsvillkoren för respektive nätsystem respekteras. För högre frekvenser än 100 Hz ska skyddet vid indirekt beröring realiseras under iakttagande av frekvenskurvan för jordfelsbrytaren, den maximalt tillåtna beröringsspänningen (t.ex. 50 V), de avgörande frekvensandelarna i felströmmen och det tillåtna jordningsmotståndet som bestäms därav (se även avsnitt 2.4.1). Märkfelström I n 300 ma: Som åtgärd för det förebyggande brandskyddet är jordfelsbrytare (RCDs) med en märkfelström på inte mer än 300 ma lämpade (DIN VDE avsnitt 532.2) Vilka störningsinflytanden uppträder och hur behärskas dessa? Läckströmmar Med läckströmmar avses strömmar, som flyter till jorden, utan att ett isoleringsfel föreligger. De kan uppträda som statiska eller dynamiska läckströmmar och vid överskridande av utlösningsvärdet för jordfelsbrytaren föranleda frånkoppling. Det ska därför tas hänsyn till dem vid val av märkfelströmmen I n för jordfelsbrytaren och vid behov minineras så att den önskade skyddsgraden kan uppnås. Statiska läckströmmar Statiska läckströmmar flyter vid drift av förbrukaren utan att ett isoleringsfel förligger alltid till jord/pe-ledaren. Ofta rör det sig därvid till stor del om läckströmmar via lednings- och filterkapacitans. I bestående anläggningar kan den stationära läckströmmen mätas med hjälp av läckströmmätaren 5SM (se även 3.7). För en drift av jordfelsbrytare utan problem under praktisk användning bör den stationära läckströmmen vara 0,3 * I n. 28

31 Dynamiska läckströmmar Vid dynamiska läckströmmar rör det sig om kortvarigt uppträdande strömmar till jord/pe-ledare. Speciellt vid koppling av instrument med filterkopplingar uppträder dessa läckströmmar i området från få µs till ms-området. Varaktigheten beror förutom tidskonstanten, som resulterar ur impedansen för strömkretsen, speciellt på kopplingsinstrumentet, med vilket filtret sätts under spänning. Genom den ojämna kontaktgivningen för enskilda kopplingskontakter uppstår allt efter uppbyggnaden av filterkopplingen kortvarigt stora kapacitansvärden mot PE, som förringas efter fullständig tillkoppling genom stjärnkoppling av kapacitanserna till små restkapacitanser mot PE. Storleken på dessa dynamiska läckströmmar kan uppgå till några ampere och på det viset också förorsaka att ofördröjda jordfelsbrytare med I n = 300 ma utlöser. Toppvärdet för den dynamiska läckströmmen kan fastställas oscilloskopiskt i PE-ledaren. Därvid ska man ge akt på att anordningarna har en isolerad uppställning, så att hela läckströmmen kan flyta tillbaka via mätvägen. För att undvika oönskade utlösningar i dessa användningsfall, rekommenderas insatsen av korttidsfördröjda jordfelsbrytare (typ K ) Starka lastströmmar Även utan läckströmmar kan det bli oönskade utlösningar av en jordfelsbrytare genom starka lastströmmar (> 6 gånger I n ). Genom dessa starka lastströmstoppar kan det på grund av den inte absolut symmetriskt placerade primärledaren och inte fullständigt stängda sekundärlindningen på omkretsen till jordfel-summaströmtransformatorn leda till olika magnetisering i den magnetiska bandkärnan, som skapar en utlösningssignal. Även direkt strålning av det magnetiska fältet runt den strömförande ledaren på hållmagnetutlösaren kan leda till utlösning. 29

32 Höga lastströmstoppar uppkommer speciellt vid direktstart av motorer, lamplaster, värmeutvecklingar, kapacitiva laster (kapacitanser mellan L och N), drift av medicinska instrument som magnetresonanstomograf, röntgenanläggningar. Jordfelsbrytare är enligt produktnormen resistenta upp till 6 gånger märkströmmen mot oönskad utlösning Överspänningar och stötströmbelastning Vid åskväder kan atmosfäriska överspänningar i form av vandrarvågor tränga in i en anläggnings installation via försörjningsnätet och därvid utlösa jordfelsbrytare oavsiktligt. För att undvika dessa oönskade frånkopplingar undergår våra jordfelsbrytare en kontroll med den normerade strömformen 8/20 µs (se bild 12). Denna kontroll krävs i apparatbestämmelserna DIN EN (VDE 0664) endast för selektiva jordfelsbrytare (i = 3kA). Våra jordfelsbrytare av typ A och B erbjuder i alla utförandena betydligt större stötströmtålighet. Därigenom sjunker tendensen till felutlösningar betydligt i praktiken. Stötströmtåligheten i de enskilda instrumentserierna uppgår till: ofördröjd 1 ka korttidsfördröjda (typ K ) 3 ka selektiv (typ S ) 5 ka Med dessa värden är redan vid standardutförandet en hög säkerhet mot felutlösningar given och användningen av skyddsåtgärden även med märkströmmar på 30 ma till och med för känsliga förbrukarströmkretsar (t.ex. kylskåp) möjlig. Kärnstorlekar för en strömstöt enligt DIN VDE 0432 del 2 T s stigtid i s T r halvvärdestid/avtagande i s 0 1 märkbörjan I m maxvärde Bild 12: Form för stötström 8/20 µs 30

33 3.3 Egenheter vid användning av SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare (typ B) Användningsfall Exempel på användningsfall, i vilka även felströmmar i form av glättade likströmmar kan uppstå, är: frekvensomformare med trefasanslutning medicinska instrument som röntgenapparater eller CT-anläggningar fotovoltaik- eller USV-anläggningar hisstyrningar värmerörsystem försöksanläggningar på laboratorier UPS anläggningar laddningsstationer för batteridrivna gaffeltruckar kranar alla typer blandinstallationer, när motsvarande förbrukare är anslutna varvtalsreglerade verktygsmaskiner, som fräs-, slipmaskiner och svarvar Felströmmar på olika felplatser med en frekvensomformare (FU) som exempel Som typiskt exempel på en anordning, i vilken allt efter felplats olika felströmformer kan uppträda, ska en frekvensomformare (FU) betraktas (se bild 13). Bild 13: Strömkrets med SIQUENCE allströmskännande jordfelsbrytare och frekvensomformare 31

34 Felplatser i område 1 (före frekvensomformaren) Mellan jordfelsbrytaren och frekvensomformaren uppträder nätfrekventa växelströmmar som felströmmar (se bild 14). Dessa rent sinusformade 50-Hz-felströmmar behärskar alla jordfelsbrytarna (typ AC, A och B). Vid uppnåendet av utlösningsvärdet för jordfelsbrytaren i området 0,5 till 1 I n sker frånkoppling av området i farozonen. Bild 14: Felströmform på felplats 1 Felplats i område 2 (inom frekvensomformare) Inom frekvensomformaren (mellan ingångslikriktaren och utgångselektronik, dvs. i likströmsmellankretsen) uppträder nästan glättade likströmmar som felströmmar (se bild 15). Vid användning av en allströmskännande jordfelsbrytare typ B sker i området 0,5 till 2 I n tillförlitlig frånkoppling. Bild 15: Felströmform på felplats 2 Jordfelsbrytare av typ A kan i dessa fall inte erbjuda något skydd. Ingen frånkoppling äger rum, eftersom felström i form av likström inte förorsakar någon tidsförändring av induktionen i transforma- 32

35 torn till jordfelsbrytaren som arbetar enligt induktionsprincipen. Desstuom förorsakar en felström (eller läckström) i i form av glättad likström till följd av ett smygande isoleringsfel en förmagnetisering av transformatormaterialet till jordfelsbrytaren typ A. Detta kan till och med leda till att en jordfelsbrytare typ A vid en samtidigt uppträdande, rent sinusformad felström, som annars kopplas från utan problem, inte längre kan utlösa. Skyddsfunktionen är inte garanterad i dessa fall. Felplatser i område 3 (efter frekvensomformaren) På frekvensomformarens utgångssida fram till motorn uppträder från nätfrekvens och sinusform avvikande felströmmar i form av växelströmmar. Det rör sig här om en frekvensblandning med olika andelar av de enskilda frekvenserna (se bild 16). Allt efter driftsläge för frekvensomformaren (t.ex. som likströmsbroms, likströmsförvärmning) kan det också uppkomma felströmmar i form av glättade likströmmar. Bild 16: Felströmform på felplats 3 Jordfelsbrytare av typ A är i enligthet med produktnormen konstruerad endast för registrering av felströmmar med 50/60 Hz. Utlösningsvärdet stiger därför för högre frekvensandelar i felströmmen odefinierat. Den önskade skyddsverkan är därmed inte längre garanterad. För jordfelsbrytare av typ B är utlösningsvillkor för frekvenser upp till 2 khz definierade. Frekvensandelar i felströmmen hos en frekvensomformare För att kunna bedöma skyddsverkan hos en jordfelsbrytare vid användning av en frekvensomformare, ska det förutom utlösningsbeteendet hos jordfelsbrytaren även tas hänsyn till frekvens- 33

36 andelarna i felströmmen. Som avgörande frekvensandelar uppträder följande andelar på felplats 3: Taktfrekvens hos frekvensomformaren (några khz) Motorfrekvens (för det mesta 0 till 50 Hz, maximalt upp till 1 khz) 3:e övervågen på 50 Hz (150 Hz vid 3-fasanslutning av frekvensomformaren Bild 17 visar som exempel de enskilda frekvensandelarna, som flyter via ett felmotstånd på 1 kohm i området för felplats 3 (se bild 13). Med stigande motorfrekvens avtar andelen av taktfrekvensen i summafelströmmen, andelen av motorfrekvensen ökar. Detta beteende är representativt för frekvensomformare i olika utföranden. Bild 17: Frekvensandelar i felströmmen med en frekvensomformare som exempel Projektering Allströmskännande jordfelsbrytare av typ B måste användas, när vid drift av elektronisk utrustning och i händelse av fel glättade eller nästan glättade likströmmar kan uppstå som felströmmar (ingångströmkretsar nr 7 till 10 i tabell 1). Jordfelsbrytare av typ A (pulsströmsensitiv) får i dessa fall inte användas för realisering av skyddsåtgärden, eftersom dessa i sin utlösningsfunktion kan bli så negativt påverkad av möjliga glättade 34

37 likströmmar som felströmmar, att de vid uppträdande av felströmmar för vilka de är lämpliga, inte längre kan koppla från. Av detta skäl ska även vid montering av jordfelsbrytare av typ A och B i en gemensam anläggning ges akt på att en jordfelsbrytare av typ B principiellt kopplas före en av typ A (projekteringsexempel se bild 18). Bild 18: Projekteringsexempel med jordfelsbrytare av typ A och B 35

38 3.3.4 Orsaker för höga läckströmmar och möjligheter till reduceringg Orsak till läckströmmar EMC-(ingångs-)filterkapacitanser mellan ytterledare och PE-ledare Verkan höga dynamiska och statiska läckströmmar Ledningskapacitanser övervägande statiska läckströmmar Till- och frånkopplingsasymmetrier höga dynamiska läckströmmar möjliga Summering av läckströmmar genom anslutning av flera förbrukare (speciellt frekvensomformare) till en jordfelsbrytare höga dynamiska och statiska läckströmmar Taktfrekvens från frekvensomformare statiska läckströmmar via kabelkapacitans Jordningsförhållanden statiska läckströmmar Översvängningsandel från frekvensomformarens utgångsspänning statiska läckströmmar via kabelkapacitans 36

39 Avhjälpningsåtgärder Användning av läckströmarma filter. Klarläggande med omformartillverkaren, om i enskilda fall det är möjligt att helt eller delvis avstå från EMC-ingångsfilter, t.ex. vid användning av sinusfilter på utgångssidan. Välja ledningar med ringa ledare-jord-kapacitans. Avstå från användning av skärmade ledningar, t.ex. när EMC-kraven kan uppfyllas även med oskärmade ledningar (vid sinusfilter i utgången). Minimera ledningslängden (med längden på ledningen ökar den totala kapacitansen motsvarande kapacitansbeläggningen per meter och därmed den mot PE flytande läckströmmen läckström skärmade ledningar från ca 0,2 ma/m till 1 ma/m). Anslut befintlig ledningsskärm enligt tillverkarens uppgifter för frekvensomformaren. Avstå från användning av manuellt manövrerade kopplingsinstrument för den driftsmässiga kopplingen, så att till- och frånkopplingsasymmetrin förblir snävt begränsad i tiden. Användning av allpoliga reläer eller kopplingsinstrument med snabbkoppling. Uppdelning av strömkretsarna på flera jordfelsbrytare. Inte sätta flera frekvensomformare bakom en jordfelsbrytare i drift samtidigt. Använd vid flera förbrukare ett gemensamt EMC-filter (läckströmmen för det mesta lägre än summan av enskilda filter). Välj om möjligt taktfrekvens över 4 khz. Högre taktfrekvenser leder visserligen primärt till högre kapacitiva läckströmmar, men känsligheten för den allströmskännande jordfelsbrytaren avtar märkbart vid frekvenser över 4 khz. Totalt avtar verkan från dessa sedan registrerade läckströmmar på utlösningen av jordfelsbrytaren. Ge akt på avstämning med EMC-filter (undvik resonans). Led om möjligt tillbaka alla läckströmmar via PE-anslutningen till frekvensomformaren, så att filteråtgärderna verkar optimalt och inga odefinierade läckströmmar uppträder. Sinusfilter i frekvensomformarens utgång filtrerar bort kopplingsfrekvensen och dess översvängningar tillförlitligt och skapar därmed nästan sinusformiga utgångsspänningar och -strömmar. Därmed kan EMC-kraven för det mesta också uppfyllas med oskärmade ledningar. Detta leder till en tydlig reducering av de kapacitiva läckströmmarna efter frekvensomformaren (t.ex. via ledningens kapacitansbeläggning). Delvis kan till och med avstås från nätfiltret på ingångssidan, vilket leder till ytterligare reducering av de stationära och dynamiska läckströmmarna. Alternativt till sinusfilter kan, visseligen med mindre verkan, utgångsspärrar, du/dt-filter eller nanopermfilter användas. 37