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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Innenwiderstand Drehstromnetz


Autor: pi (Gast)
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Hallo.

Wir haben eine Anlage am 32A Drehstromnetz. Aufgrund des speziellen 
Systems können ab und zu Kürzschlüsse nach PE auftreten. Dieser 
Kurzschluss über PE verursacht am Gehäuse einen Spannungsabfall (bis 
dann die Sicherung kommt).

Um dessen maximale Höhe und die Höhes des Strompulses einschätzen zu 
können, muss ich wissen, wie hoch der minimale Innenwiderstand eines 32A 
Drehstromnetztes in der Praxis ist.

Also in verschiedenen Betrieben. Nicht nur bei uns.

Hat hier jemand Erfahrung ?

-pi-

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>Aufgrund des speziellen Systems können ab und zu Kürzschlüsse nach PE >auftreten.

Klingt aber nicht nach Ordnungsgemaesser Installation.

Den Innenwiderstand des Netzes kann man messen.
Stichwort Schleifenimpedanz

http://de.wikipedia.org/wiki/Schleifenwiderstand

Gruss Helmi

Autor: Michael (Gast)
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Die sollte, ich mein (meine Lehre ist schon lange her ;)), nicht höher 
als 2 Ohm sein. Genaueres weiß gewiss der VDE

Autor: pi (Gast)
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Hallo Helmi,

danke schön. Schleifenimpedanz war ein gutes Stichwort.

Jetzt würden mir nur noch typische Werte eines 32A industriellen 
Drehstromnetzes fehlen.

-pi-

Autor: pi (Gast)
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@Michael. Ja- 2 Ohm ist die obere Grenze. Ich suche die untere ;)

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Aufgrund des speziellen Systems können
> ab und zu Kürzschlüsse nach PE auftreten.
Na, wenns weiter nichts ist... :-(

> wie hoch der minimale Innenwiderstand eines 32A Drehstromnetztes
> in der Praxis ist.
Richtig gefragt: wie niedrig der minimale Innenwiderstand ... ist.
Da gibts ne Norm:
http://www.voltimum.de/catalog/prod/BFD-XX00246217...
Aber: geh' doch erst mal von 0 Ohm aus, und überlege, was dann passiert.
Nicht überall in der Welt hält man sich an DIN-Normen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Nach unten ist keine Grenze gesetzt nur nach oben.
Aber rechne mal kurz nach:

16A B Automat um nach VDE innerhalb von 200mS auszuloessen braucht er
 5 * In + 30 % macht 104 A

Ri = 230V / 104A = 2.2Ohm

bei 32A Automaten liegt es dann bei 208A entsprechen Ri = 230V / 208A = 
1.1 Ohm

Gruss Helmi

Autor: Spötter (Gast)
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Für's Drehstromnetz "Zuhause" gibt es folgenden "Normwert":

Z = ( 0,25 + j0,15 ) Ohm

Gruss

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo,

> Wir haben eine Anlage am 32A Drehstromnetz. Aufgrund des speziellen
> Systems können ab und zu Kürzschlüsse nach PE auftreten. Dieser
> Kurzschluss über PE verursacht am Gehäuse einen Spannungsabfall (bis
> dann die Sicherung kommt).
Wie wäre es an dieser Stelle mit einer Fehlerstromerkennung 
(FI-Schutzschalter)?

> Um dessen maximale Höhe und die Höhes des Strompulses einschätzen zu
> können, muss ich wissen, wie hoch der minimale Innenwiderstand eines 32A
> Drehstromnetztes in der Praxis ist.
> Also in verschiedenen Betrieben. Nicht nur bei uns.
> Hat hier jemand Erfahrung ?
So wird das glaube ich nichts. Wenn Du eine kritische Anwendung hast, 
solltest Du von 0 Ohm ausgehen und kannst Dich nicht auf irgendwelche 
Werte berufen, die in einem Forum für Mikrocontroller genannt werden, 
zumal Mikrocontroller-Programmierer nicht unbedingt die ausgesprochenen 
Fachleute für Drehstromnetze sind. Sonst knallt Dir das Ding um die 
Ohren, ehe Du Dich umdrehst.

Wenn Du einen höheren Innenwiderstand als 0 Ohm brauchst, bau selbst 
einen in die Leitung ein, dann weißt Du, wie hoch er ist.
Ggf. macht sich auch eine Spule ganz gut, da sie im normalen Betrieb 
nicht so viel Leistung verbraucht und trotzdem als Strombegrenzung 
dient.


Gruß,
  Michael

Autor: Michael (Gast)
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Wenn er die Höhe eines Stromstoßes bei 0 Ohm Innenwiderstand abschätzen 
will wird ihm sicherlich über. Mir fällt dazu grad nur Buzz Lightyear 
ein: "Bis zur Unendlichkeit und noch viel weiter.". Von daher finde ich 
seine Frage schon berechtigt. Es ist unwahrscheinlich, dass es 0 Ohm 
sind aber mehr als 2 Ohm dürfen es ja nicht sein. Am Besten ist wohl 
nachmessen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Na 0 Ohm sind es wahrscheinlich nicht. Oder er hat Supraleiter zum 
Schaltschrank liegen bis zum Kraftwerk.

Aber die VDE schreibt ohnehin eine Schleifenimpedanzmessung vor.

Gruss Helmi

Autor: Spötter (Gast)
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Null Ohm geht nicht.

Näherungswert auf der "sicheren Seite" wäre z.B. der zulässige 
Kurzschlussstrom, den übliche Sicherungen abschalten können, bezogen auf 
die Phasenspannung, Beispiel:

230 V / 6 kA = 0,04 Ohm.

Oder einfach den Widerstand des letzten Stücks der Netzzuleitung
nehmen.

( Keine Gewähr. )

Gruss

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Michael,

> Wenn er die Höhe eines Stromstoßes bei 0 Ohm Innenwiderstand abschätzen
> will wird ihm sicherlich über. Mir fällt dazu grad nur Buzz Lightyear
> ein: "Bis zur Unendlichkeit und noch viel weiter.". Von daher finde ich
> seine Frage schon berechtigt. Es ist unwahrscheinlich, dass es 0 Ohm
> sind aber mehr als 2 Ohm dürfen es ja nicht sein. Am Besten ist wohl
> nachmessen.
Ein Bauteil nach dem typischen Innenwiderstand des Netzes auszulegen, 
halte ich nicht für besonders intelligent, wenn man den Kurzschluß durch 
eigene Maßnahmen auch verhindern oder abmildern kann.


Gruß,
  Michael

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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> Null Ohm geht nicht.
Wahrscheinlich wegen der Tangens-Funktion, die für pi/2 gegen plusminus 
unendlich geht. Dann rechne halt mit -0,5 Ohm, dann bist du wieder im 
sicheren Bereich ;-)

> Null Ohm geht nicht.
Aber man kann so wunderschön damit rechnen. Und für 
Grenzwertbetrachtungen wie
> der minimale Innenwiderstand .... in verschiedenen Betrieben.
> Nicht nur bei uns.
ist das der richtige Ansatz.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo Spötter,

> Null Ohm geht nicht.
>
> Näherungswert auf der "sicheren Seite" wäre z.B. der zulässige
> Kurzschlussstrom, den übliche Sicherungen abschalten können, bezogen auf
> die Phasenspannung, Beispiel:
Sichere Seite wär, wenn er die Schaltung so sicher baut, daß im 
Normalfall die Sicherung nicht kommt.

Aber ich ahne ja schon, daß das eine Fakefrage ist. Oder es ist eine 
Anlage, bei denen wie so häufig die Sicherheitsfunktionen ausgebaut 
wurden, und darum gibt es häufiger mal einen Kurzschluß.



Gruß,
  Michael

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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pi koennte uns ja mal etwas naehres darueber sagen was das fuer eine 
Anlage ist.

Autor: pi (Gast)
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Ich muss ein bisschen aufpassen, weil das Produkt in einer 
Entwicklungsphase steckt und ich nicht zuviel sagen darf. aber ...

Es ist eine industrielle Maschine, 32A Drehstrom. Sie wird bei 
unterschiedlichen Kunden eingesetzt. In der Maschine sind Heizstäbe 
verbaut. Diese sind in einem Metallrohr und durch Keramikzeug isoliert. 
Es hat sich jedoch in den letzten 20 Jahren gezeigt, dass bei anderen 
Anlagen mit diesen Heizstäben diese schon ab und zu durchbrennen und 
einen Kurzschluss im Heizstab verursachen. Sicherung fliegt raus. 
Heizstab wird gewechselt. Kein Problem.

Wir entwickeln jetzt eine Elektronik, die leider eine Masseverbindung an 
2 Stellen an der Anlage hat.

Fliesst dieser Kurzschlußstrom über das Gehäuse, so entsteht auf dem 
Gehäuse eine Masseversatz. Dieser darf einen bestimmten Wert von einigen 
Volt nicht überschreiten.

Ich muss jetzt also den Widerstand des Gehäuses mit dem minimal zu 
erwartenden Widerstand des Netzes vergleichen.

zB: Wenn das Gehäuse 10mR hat und das Netz 100mR. Dann habe ich bei 230V 
schon 23V Spannungsabfall.

-pi-

Autor: Frank (Gast)
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Eine Netzimpedanz von kleiner 130 mOhm habe ich bisher an keiner unserer 
weltweit eingesetzter Maschinen gefunden. Meist waren es bei 
ordentlichen Netzen 150 - 200 mOhm.

Autor: Spötter (Gast)
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"Sichere Seite wär, wenn er die Schaltung so sicher baut, daß im
Normalfall die Sicherung nicht kommt."

Dummerweise wurde anfangs gefragt, was im

FEHLERFALL <> Normalfall

passiert.

0 Ohm geht dabei nicht ( Division durch 0 ist immer blöd ),
Minus 0,5 Ohm hilft hierbei auch nicht so recht weiter
( bei 230 V hätte man dann einen kplx. Kurzschlussstrom von
nur -460 A, hoffentlich ist das genug für die Sofort-Abschaltung bei 
alten 32 A-Sicherungen ) ...

Die oben vorgeschlagenen Werte für die Netzimpedanz sind dann 
vergleichsweise doch gar nicht so unbrauchbar ...

MfG.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Warum nimmst du nicht einfach einen FI Schalter. Wenn da irgendwo vom 
Heizstab ein Strom gegen PE anzufliessen faengt loest der aus und Peng 
das wars Maschine aus. Dieser FI muss ja nicht zwingend in der naechsten 
Unterverteilung sein der kann genaus gut in der Machinensteuerung 
sitzen.
Elektronik zu verwenden um irgendeinen Gehaeuseschluss zu detektieren 
und dann Abzuschalten ist nach meinen Wissen sowieso vom VDE verboten. 
Da darf nur gute alte Elektromechanik rein aus Sicherheitgruenden. Also 
im Schaltschrank nach dem Hauptschuetz fuer die Heizung einen FI 
Schalter gesezt und gut ist. Den gibt es sogar mit Hilfskontakten um der 
Steuerung zu zeigen hier ist was faul bitte nachsehen.

Gruss Helmi

Autor: pq (Gast)
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@Frank: Super - Danke schön. Ich werde die Werte mal als Basis nehmen 
und dann noch ordentlich Reserve dazu.

@Helmut: FI geht leider nicht. Die Heizstäbe stehen teilweise im Wasser 
und es gibt recht große Fehlerströme. Selbst ein 150mA FI lößt oft aus.

>Elektronik zu verwenden um irgendeinen Gehaeuseschluss zu detektieren
>und dann Abzuschalten ist nach meinen Wissen sowieso vom VDE verboten.

Die Elektronik überwacht nichts. Sie erfasst nur Sensorwerte. Aber sie 
soll eben nicht kaputtgehen.

-pi-

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Es gibt auch FI-Schalter mit 500mA Ausloesestrom. Mit einem Trick kann 
man auch beliebige Ausloesstroeme einstellen. Du nimmst einen 
Stromwandler und steckst alle 3 Phase durch. Die Sekundaerseite kommt an 
einen FI. Mit dem Hilfskontakt kannst du dann das Netzschuetz 
abschalten.

http://www.hager.de/menu/e-katalog/fi-schalter/102...

Gruss Helmi

Autor: Singvogel (Gast)
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> Wir entwickeln jetzt eine Elektronik, die leider eine Masseverbindung an
> 2 Stellen an der Anlage hat.

Zwischen diesen beiden Massepunkten eine Ausgleichsleitung legen. Und 
dann nochmals von hieraus nach Schutzleiter.

Autor: Michael (Gast)
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Also du solltest bei so einer Anlage mal überlegen, wo es zu den 
Fehlerströmen kommen kann und wie man sie vermeidet. Ansonsten klingt 
das nach erheblich viel gebastel Arbeit und das ist nicht wirklich gut, 
da macht man sich auch beim Kunden keine große Freude mit. 150 mA 
Fehlerstrom ist nicht grad ohne. Das ist LEBENSGEFÄHRLICH. Und so wie 
ich deinen Beitrag lese würdest du so einen Fehlerstrom zulassen wollen. 
Das ist kein gute Idee, da stehst du mit eineinhalb Beinen im Knast (mit 
einem steht man eh immer im Knast wenn man elektrische Anlage 
baut/entwickelt ;)xD). Mir ist jetzt so auf Anhieb keine Anlage bekannt, 
die im "Normalfall" auch nur 10 mA Fehlerstrom aufweist geschweige denn 
das zehnfache.

Autor: Michael Lenz (hochbett)
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Hallo pi,

> @Frank: Super - Danke schön. Ich werde die Werte mal als Basis nehmen
> und dann noch ordentlich Reserve dazu.
>
> @Helmut: FI geht leider nicht. Die Heizstäbe stehen teilweise im Wasser
> und es gibt recht große Fehlerströme. Selbst ein 150mA FI lößt oft aus.
>
>>Elektronik zu verwenden um irgendeinen Gehaeuseschluss zu detektieren
>>und dann Abzuschalten ist nach meinen Wissen sowieso vom VDE verboten.
>
> Die Elektronik überwacht nichts. Sie erfasst nur Sensorwerte. Aber sie
> soll eben nicht kaputtgehen.

Achso, die Elektronik soll bloß nicht kaputtgehen. Ich hatte ja schon 
vorgeschlagen, eine Spule in die Leitung einzusetzen, damit Fehlerströme 
begrenzt werden.

Wenn Du allerdings die Elektronik schützen willst und nicht irgendein 
Bauteil vor dem thermischen Tod bewahren willst, würde ich erstmal 
andere Möglichkeiten durchdenken, die vielleicht einfacher und 
effektiver sind.

Nun kenne ich Deine Sensoren nicht genau. Ich vermute aber mal, daß Du 
im normalen Betrieb keine höheren Ströme über das Gehäuse schickst.

Vielleicht kannst Du die Verbindung beider Schaltungsteile zum Gehäuse 
also über einen Widerstand realisieren und die beiden Schaltungsmassen 
über einer Draht verbinden.

Dann fällt der Spannungsabfall, den der Kurzschluß verursacht, über dem 
Widerstand R ab und Du hast im Normalbetrieb trotzdem an der 
Schaltungsmasse dasselbe Potential wie am Gehäuse.


Schaltungsmasse1                              Schaltungsmasse2
     __________________________________________________
     |                                                  |
     |                                                  |
     |                                                  |
_____|__________                                 _______|________
| Widerstand R |                                 | Widerstand R  |
----------------                                 ----------------
     |                                                  |
     |                                                  |
  Gehäusepunkt 1                                  Gehäusepunkt 2



Gruß,
  Michael

Autor: Wigbert Picht (wigbert) Benutzerseite
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Hi,
ich bin der Meinung an den Netz-Eingangsklemmen ein Potentialausgleich
anzubringen.
Also die Elektronik isoliert aufzubauen und nur! die Elektromik mit den
Potenialausgleich mit PE verbinden. Dann würde die Elektronik
irgendwelche Gehäuse-R nicht spüren.

Wigbert

Autor: eProfi (Gast)
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Ich halt's nicht aus.

Du denkst, die Spannung zwischen den zwei Punkten entsteht nur durch 
U=R*I.

Der weitaus größere Anteil wird aber aus der Induktivität kommen.
Sobald die Punkte 1 Meter auseinander sind und Kurzschlußströme im 
100A-Bereich fließen, kannst Du mit Spikes im kV-Bereich rechnen.

Da hilft nur eines: Optische Trennung oder satte hochspannungsfeste 
Filter.

Um welche Sensoren geht es denn? Temperatur? PT100 / 1000?

Autor: Matthias Lipinsky (lippy)
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>Mir ist jetzt so auf Anhieb keine Anlage bekannt,
>die im "Normalfall" auch nur 10 mA Fehlerstrom aufweist geschweige denn
>das zehnfache.

Mir schon: Ein Prüfgerät für FI-Schalter ;-)

Autor: Wigbert Picht (wigbert) Benutzerseite
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moment mal,
wenn ich alles auf ein gleiches Potenzial hebe, interessieren mich auch
die Spikes nicht mehr, denn U muss zwischen 2 Bezugspunkte gemessen 
werden.
Beim Potenzialausgleich hab ich ja nur einen.

Optische Trennung würde ich auch empfehlen.

Wigbert

Autor: Chris D. (m8nix)
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Erdschlüsse können nur sicher mit Fehlerstromschutzeinrichtungen erfasst 
werden. Im Hochspannungsnetz oder in Krankenhäusern werden dazu 
Isolationswächter eingesetzt die einen Potentialunterschied zwischen 
isolierten Netzen und dem Erdpotential auswerten.

Dein Vorhaben erscheint mir wirklich wagemutig. - Es reicht bei weitem 
nicht nur die Netzimpendanz zu "kennen". Der spezifische Erdwiderstand 
der je nach Bodenbeschaffenheit 1 Ohm/m bis zu 1500 Ohm/Meter betragen 
kann und zudem Witterungsabhängig ist, kommt erschwerdend hinzu.  Eine 
Messung des Potentialunterschiedes zwischen zwei Potentialausgleichen 
ist schier unmöglich, da ortsfremde Systeme DEINE Potentialausgleiche 
als "besserer Leiter" benutzen können und somit dein Messergebnis 
verfälschen.

Mit einer Netzimpendanzmessung können, wie der Name schon sagt, nur 
Impendanzsprünge erfasst werden. Die VDE hat hierzu Richtlinien erlassen 
die Impendanzsprunge bis zu 0,5 Ohm dulden. (Bei Netzerzeugungsanlagen)
Das hilft dir aber auch nicht weiter.

Die einfachste und billigste Lösung wurde ja hier schon mehrfach 
genannt:
-> Fehlerstromschutzschalter (Gibts auch mit Hilfskontakten zum 
Auswerten. Und das beste ist: Die Konformitätserklärung ist auch schon 
mit dabei, oder gibts zum gratis downloaden ;-).

Gruss Chris

Autor: Michael (Gast)
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>>Mir ist jetzt so auf Anhieb keine Anlage bekannt,
>>die im "Normalfall" auch nur 10 mA Fehlerstrom aufweist geschweige denn
>>das zehnfache.
>
>Mir schon: Ein Prüfgerät für FI-Schalter ;-)

Das ist kein Fehlerstrom sondern ein Prüfstrom. Und ich kann mir grad 
auch nicht vorstellen, dass dieser Prüfstrom über das Gehäuse des 
Prüfgeräts abfließt. Zumindest die, die ich kenne machen das nicht, die 
haben auch einen Anschluss für PE.

Autor: so nicht (Gast)
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Hat sich schon mal jemand ueberlegt was der Unterschied zwischen einem 
60A und einem 300A Anschluss ist ? So ganz nebenbei koennen die zwei 
einen Metaer von einander weg sein ? Richtig, die Sicherung. Die 
industrielle Massnahme zur Eingangsstrombegrenzung : Ein Trafo. 
Widerstaende werden keinen verwendet.

Autor: Wigbert Picht (wigbert) Benutzerseite
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@so nicht
>Hat sich schon mal jemand ueberlegt was der Unterschied zwischen einem
>60A und einem 300A Anschluss ist

Das kann ich Dir sagen:
wenn Du im Kurzschlussfall eine 250A oder 315A Sicherung reindrückst, 
gehe ich vorher mid. 10m zurück.

um 300A zu übertragen werden ganz andere Leitungsquerschnitte benötigt,
und damit treten auch ganz andere Impedanzen auf als bei 60A auf
Es wird nicht nur eine andere Sicherung verwendet. Der Netzaufbau
ist unterschiedlich.

>Dieindustrielle Massnahme zur Eingangsstrombegrenzung : Ein Trafo.

Trafos werden in der Industrie verwendet, da mit Mittelspannungssysteme
verlustloser Leistung übertragen weden kann. Sicher spielt sein
Kurzschussverhalten für die Netzberechnung auch eine Rolle. Schützen
sollen aber die Sicherungen.

@Chris D.
>Eine Messung des Potentialunterschiedes zwischen
> zwei Potentialausgleichen ist schier unmöglich.
im Gegenteil, der Poti-R wird im mOhm bereich nachgewiesen
>da ortsfremde Systeme DEINE Potentialausgleiche
>als "besserer Leiter" benutzen können und somit dein Messergebnis
>verfälschen.
da ortsfremde Systeme ein parallel R darstellt sollte der schlechtere!!
R der "nicht zum Betriebsstromkreis gehörenden leitenden Teile"
den Potenzialausgl. noch verbessern.
Wobei ein ordentlicher Hauptpotenzialausgleich diese "Nebenwiderstände"
sehr gering halten soll. Es sollen ja keine Gehäusekrichströme
entstehen, und alles auf ein Potenzial gebracht werden.
Der Potenzialausgleich nuss nur "ordentlich" ausgeführt werden.

Wigbert

Autor: so nicht (Gast)
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Du hast keine Ahnung was sich hinter einem xx-A Anschluss verbirgt. Da 
kommt ein Kabel aus der Wand auf die Sicherung, das ist es. Du weisst in 
der Regel nicht ob 2m daneben, hinter einer Wand, nochmals ein xx-A 
Anschluss ist, oder einer, der das 10fache kann. Moeglicherweise kann 
der Trafo in der Naehe das 10fache wie ueblich, denn als er installiert 
wurde war eine Grossueberbauung geplant, andersherunm kann der Trafo 
jderzeit durch einen groesseren getauscht werden wenn Bedarf besteht. 
Das Elektrizitaetswerk kommt dich nicht benachrichtigen wenn sie den 
Trafo tauschen.

Eine Sicherung ist nur eine Massnahme. Dass im Ausloesefall mindestens 
das 10fache kommt versteht sich von selbst. Wenn man eine 
Strombegrenzung will, muss man einem Trafo nehmen. Regel Nummer 1 in der 
Leistungselektronik: Bei Thyristoren hat man immer einen Trafo zum Netz 
hin. Wurd uns als Mantra aufgetischt. Das gilt auch ohne Thyristoren, 
denk ich.

Ich hab mal auf einem System, dass aus beliebig vielen ungesicherten 16A 
Anschluessen bestand, und nur am Generator mit 2000A abgesichert war, 
mit einem 1.5 Quadrat einen Kurzen gemacht. Da ist man in der Tat wach, 
nachher. Das bleibt fuer eine Woche in den Knochen.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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>ungesicherten 16A Anschluessen bestand,

Ja was denn nun ?  16A oder ungesichert ?

Gruss Helmi

Autor: so nicht (Gast)
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Die Steckdosen waren 16A, die Sicherung wurde am einzusteckenden Geraet 
erwartet. Auch das gibt es.

Autor: Helmut Lenzen (helmi1)
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Wer baut denn so was. Leitungsverdampfungsmaschine

Aber da haette man die 2000A Sicherung auch noch sparen koennen.

Autor: Spötter (Gast)
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"Die industrielle Massnahme zur Eingangsstrombegrenzung : Ein Trafo.
Widerstaende werden keinen verwendet."

Gelegentlich werden Drosseln genommen, wenn die gegebene Spannungsebene 
schon die "Richtige" ist.

MfG.

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