Erneuerbare Energien Isolationsüberwachung erhöht die Verfügbarkeit elektrischer Systeme Bei den Anforderungen an mechanische Komponenten in Windenergieanlagen tritt die Verfügbarkeit immer mehr in den Vordergrund. Im elektrischen System werden jedoch nur selten alle Möglichkeiten ausgenutzt, um die Verfügbarkeit von Windenergieanlagen zu erhöhen. Dabei kann sich die Investition in ein IT-System und ein geeignetes Isolations überwachungssystem schon beim ersten Schadensfall bezahlt machen. Elektrische Komponenten belegen seit geraumer Zeit den ersten Platz in der Statistik der Ausfallsverursacher in Windenergieanlagen, wobei die Tendenz mit der Anlagengröße wächst [1]. Da die elektrischen Komponenten in der Regel schneller und kostengünstiger auszutauschen sind als beispielsweise ein Getriebe, wird ihre Überwachung häufig stiefmütterlich behandelt. Hier verbirgt sich jedoch ein hohes Einsparpotential für Betreiber, Betriebsführer und Versicherer. Tritt ein Isolationsfehler im TN- System auf, erkennt dies die Schutzeinrichtung, zum Beispiel ein Leitungsschutzschalter oder eine Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD), und trennt die Versorgung (Bild 3). So Michael Faust schleichende Isolationsverschlechterungen bereits im Entstehungsstadium zu erkennen, stellt die Differenzstromüberwachung, englisch residual current monitoring (RCM), dar. In einem IT-System treten im Falle eines ersten Isolationsfehlers weder hohe Fehlerströme auf (hohe Brandsicherheit), noch können gefährliche Berührspannungen für Personen entstehen (Schutz bei indirektem Berühren) (Bild 4). Der erste Fehler stellt lediglich einen Erd-Potentialbezug her und wandelt ein ungeerdetes System quasi in ein geerdetes. Man kann die Netzformen für Windenergieanlagen In Deutschland sind TN-Systeme (Bild 1) üblich und sehr verbreitet. Das ist aber eher eine Frage der Gewohnheit als der Kosten, der Technik oder der Sicherheit. Dabei liegen die Vorteile eines IT-Systems (Bild 2) vor allem für Windenergieanlagen auf der Hand. So bietet die Auslegung des elektrischen Systems als IT-Netz geringere Ausfallzeiten, eine einfachere Instandhaltung, ein reduziertes Brandrisiko und führt so langfristig zu höheren Erträgen und geringeren Kosten [2]. Dipl.-Wirtsch.-Ing. Michael Faust ist Product Manager MTS Monitoring TN/TT-Systems der Bender GmbH & Co. KG in Grünberg. E-Mail: [email protected] RB Bild 1. Beim TN-System sind der Neutralleiter und der Potentialausgleich (Erde) miteinander verbunden werden zwar Personen bei indirektem Berühren geschützt und Fehlerströme unterbrochen, allerdings steht die Anlage bis zur Instandsetzung still, beziehungsweise kann die Versorgung erst danach wieder eingeschaltet werden. Dies ist für kritische Einsatzgebiete, wie Operationssäle, im Bergbau, oder bei empfindlichen Prozessen in der chemischen Industrie nicht akzeptabel. Deswegen wird das Versorgungsnetz bei den genannten Applikationen stets als IT-System ausgeführt, um bei einem auftretenden Isolationsfehler die Anlage weiter betreiben zu können. Eine Möglichkeit, im TN-System Anlage bis zur Instandsetzung beziehungsweise bis zum Auftreten eines zweiten Fehlers weiterbetreiben. Da ein erster Isolationsfehler allerdings nicht auffällt, muss ein geeignetes Überwachungsgerät, zum Beispiel ein Isolationsüberwachungsgerät, eingesetzt werden. In der Photovoltaik hat man diesen Vorteil bereits erkannt und betreibt große Photovoltaikanlagen meistens ungeerdet. Ausfälle in Windenergieanlagen Aus den Ergebnissen des Verbundprojekts „Erhöhung der Verfügbarkeit von Windkraftanlagen“ [1] geh

Erneuerbare Energien RB Bild 2. Beim IT-System hat kein aktiver Leiter eine leitende, niederohmige Verbindung zum Potentialausgleich Bild 3. Bei einem Isolationsfehler im TN-System spricht die Sicherung nicht an, wenn IF kleiner ist als IK. Der Fehler wird dann nicht gemeldet und es entsteht eine erhöhte Brandgefahr. Ist IF größer als IK löst die Sicherung aus und durch eine unerwartete Betriebsunterbrechung entstehen hohe Kosten Bild 4. Bei einem Isolationsfehler in einem IT-System fließt ein kleiner Strom, der durch die hohe Impedanz der Fehlerschleife begrenzt wird. Dadurch reduziert sich...

Erneuerbare Energien Bild 5. Die A-Isometer der Serie IRDH275 überwachen den Isolationswiderstand von ungeerdeten Hauptstromkreisen Isolationsfehler, wie abgescheuerte Kabelisolierungen, entdecken, sondern auch jene Fehler im elektrischen System, die zwar anderer Natur sind, sich aber auf den gesamten Isolationswiderstand der Anlage auswirken. Auch der VdS-Leitfaden zur Brandsicherheit [3] trägt der häufig vernachlässigten Netzform Rechnung: Als Brandursache wird ein „Unzureichendes elektrisches Schutzkonzept im Hinblick auf Isolationsfehlererkennung und Selektivität der Abschaltung“ genannt....

Tabelle 1. Eine Differenzstromüberwachung bietet im TN und im IT-System Vorteile einer permanenten Differenzstromüberwachung und die Aufschaltung der Meldungen an eine ständig besetzte Stelle. Differenzstromüberwachungsgeräte (RCM) sind in der Lage, Fehler beziehungsweise Differenz-und Betriebsströme ab 5 mA zu erfassen. Dazu erfasst eine Elektronik den Ableitstrom über einen Messstromwandler und wertet ihn aus. Diese Meldung wird am Gerät angezeigt oder kann über Schaltkontakte oder Protokollumsetzer in ein Condition-Monitoring-System (CMS) eingepflegt werden. Einige deutsche Hersteller von...