Schon bei der Auswahl des richtigen Stromversorgungssystems wird der Grundstein für die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer Anlage gelegt. Denn zusammen mit dem Personen- und Brandschutz ist die Ausfallsicherheit der wichtigste Faktor für die Wahl einer geeigneten Energieversorgung. Bei der Planung einer Anlage stehen die drei Netzformen zur Verfügung: Das TN-System, das TT-System und das IT-System. Nur beim IT-System führt ein erster Isolationsfehler nicht zur Abschaltung des Systems.
In der heutigen Zeit zeichnen sich technische Anlagen aller Branchen durch eine immer höhere Komplexität und Automatisierung aus. Von hochentwickelten Fertigungsstraßen bis hin zur Robotertechnik gibt es stetig mehr Betriebsmittel, deren reibungslose Funktionalität von einer zuverlässigen Stromversorgung abhängt. Diese profitieren von den Vorteilen des IT-Systems, das in sensiblen Bereichen wie Intensivstationen sogar normativ vorgeschrieben ist.
In IT-Systemen sind alle aktiven Teile entweder gegen Erde isoliert oder über eine hochohmige Impedanz mit Erde verbunden. Die hochohmige Impedanz kann aus messtechnischen Gründen vorgesehen werden, jedoch mit der Maßgabe, nicht die elektrische Sicherheit zu gefährden. Die Erdung der Körper der elektrischen Anlage geschieht entweder einzeln oder gemeinsam.
Was ist der Unterschied zu TN- und TT-Systemen? In TN-Systemen ist der Sternpunkt der speisenden Transformatoren niederohmig geerdet, und die Körper der elektrischen Anlage sind über Schutzleiter mit dem Betriebserder des Netzes verbunden. Auch in TT-Systemen wird der Sternpunkt niederohmig geerdet, aber die Körper der elektrischen Anlage sind unabhängig von der Systemerdung geerdet.
Zur Einspeisung bei ungeerdeten IT-Systemen kommen entweder ein Transformator oder eine unabhängige Stromquelle wie eine Batterie oder ein Generator zum Einsatz. Da kein aktiver Leiter niederohmig mit der Erde verbunden ist, fließt hier im Falle eines Körper- oder Erdschlusses kein hoher Fehlerstrom. Was entsteht, ist lediglich ein geringer Fehlerstrom, dessen Größe von den Isolationswiderständen und der Kapazität der Leiter und Systemkomponenten gegen Erde abhängt.
Für ein IT-System ist es normativ vorgeschrieben, ein Isolationsüberwachungsgerät einzusetzen.
Ein Beispiel: Berührt ein Mensch bei einem intakten ungeerdeten 230 V AC-Netz mit genügend kleinen Netzableitkapazitäten ein unter Spannung stehendes leitendes Gehäuse, so erfährt er keinen elektrischen Schlag. Unter diesen Bedingungen fließt nur ein sehr kleiner, nicht spürbarer Strom über die Person. Die Berührungsspannung ist maßgeblich durch den Spannungsabfall des Fehlerstromes über den am Gehäuse angeschlossenen Schutzleiter bestimmt. Da der Fehlerstrom (bestimmt durch den Isolationswiderstand und die Netzableitkapazität) im Normalfall sehr klein ist und der Widerstand des Schutzleiters auch sehr klein ist, entstehen keine hohen Berührungsspannungen.
Im Gegensatz dazu basiert ein geerdetes System auf der Grundidee, im Fehlerfall einen genügend großen Fehlerstrom zu treiben, der zu einer schnellen Abschaltung der Stromversorgung führt. Für den Fall der indirekten Berührung bedeutet dies, wird ein unter Spannung stehendes leitendes Gehäuse berührt, fließt aufgrund der niederohmigen Verbindung zur Stromquelle sofort ein hoher Fehlerstrom über den Menschen. Zum Schutz des Menschen sind Schutzeinrichtungen wie Sicherungen und FI-Schalter vorgeschrieben, um die Anlage abzuschalten, bevor der Mensch geschädigt wird.
Folgende Analogie verdeutlicht das Funktionsprizip der beiden Systeme:
Im geerdeten System nimmt man in Kauf, dass das Kind in den Brunnen fällt – man polstert den Brunnen aber aus.
Im ungeerdeten System wird jedoch prinzipiell vermieden, dass das Kind überhaupt erst in den Brunnen fällt.
Bislang kommt das ungeerdete System vor allem in sicherheitskritischen Anwendungen wie Intensivstationen oder Bahn-Signaltechnik zum Einsatz, wo ein Ausfall der Stromversorgung fatale Folgen hätte. Außerhalb dieser Spezialbereiche ist diese Netzform in der Praxis noch relativ wenig verbreitet, obwohl das IT-System zahlreiche Vorteile nicht nur in puncto Sicherheit, sondern auch Verfügbarkeit bietet.
Denn drei Mythen über die Nachteile dieser Netzform sind bis heute weit verbreitet:
Das IT-System ist teurer als ein geerdetes System
Die Installation eines ungeerdeten Systems ist tatsächlich teurer als ein TN- oder TT-Netz, doch die zusätzlichen geldwerten Vorteile wie vorbeugende Instandhaltung und reduzierter Prüfaufwand kompensieren die zusätzlichen Kosten in kurzer Zeit.
Im TN-System lassen sich Fehler schnell finden
Durch den Einsatz von Fehlersuchsystemen (IFLS) können Fehler auch im IT-System schnell lokalisiert werden.
Für das IT-System müssen kostspielige Betriebsmittel angeschafft werden
Mithilfe technischer Maßnahmen, die keinen Aufpreis erfordern, können auch Standardkomponenten verwendet werden.
Jede Netzform hat ihre Stärken und Schwächen und die Wahl der besten Variante sollte im Optimalfall von der Applikation abhängen, die betrieben werden soll. In der Praxis hat sich häufiger eine Kombination der drei Netzformen bewährt. Das IT-System hat insgesamt die besten Eigenschaften, jedoch eignet es sich nur bis zu einer bestimmten Größe und Komplexität des Netzwerks.
Produkte
Isolationsüberwachungsgerät für Umrichterapplikationen und große Industrieanlagen
Isolationsfehlersuchgerät zur Lokalisierung von Isolationsfehlern in Hauptstromkreisen
Portable Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche für ungeerdete und geerdete Netze (IT- und TN-Systeme)
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Portable Einrichtungen zur Isolationsfehlersuche für ungeerdete und geerdete Netze (IT- und TN-Systeme)
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