In besonders sensiblen Bereichen wie zum Beispiel dem Bergbau kommt es darauf an, dass elektrische Betriebsmittel hochverfügbar sind und nicht sofort bei einer elektrischen Störung innerhalb des Versorgungsnetzes abschalten. Damit die meist automatisierten und kontinuierlich ablaufenden Prozesse dort möglichst störungsfrei ablaufen können, werden in der Regel Netze aufgebaut, die mit ausreichend hoher Impedanz geerdet sind oder sogar gegen Erde isoliert sind, wie zum Beispiel bei IT-Netzen. Diese zeichnen sich durch eine erhöhte Anlagenverfügbarkeit der Stromversorgung aus. Käme es aufgrund eines Erdschlusses zu einem Fehlerstrom, wäre dieser entsprechend niedrig und eine sofortige Abschaltung wäre nicht erforderlich. Allerdings müssen Maßnahmen getroffen werden, um das Auftreten eines weiteren Fehlers zu verhindern. Neben den entsprechenden Schutzmaßnahmen ist hier vor allem die Erdschlusserkennung ganz besonders wichtig. Hierfür bietet Siemens mit dem Motormanagementsystem Simocode pro entsprechende Lösungen an, die auf einfache Weise die Überwachung übernehmen. Dieses Motormanagement gibt es seit über 25 Jahren und lässt sich für Niederspannungsmotoren mit konstanter Drehzahl bis zu Nennströmen von 820 A einsetzen. Zwei Produktreihen, nämlich Simocode pro V und Simocode pro S, bieten Anwendern eine hohe Flexibilität in Bezug auf Kompaktheit und Leistungsumfang. Beide gibt es mit einem entsprechenden Basisgerät plus Stromerfassungsmodul und optionalen zusätzlichen Modulen sowie einem Bedienbaustein.
Modular aufgebautes Motormanagement
Das bedeutet konkret: Neben der Stromerfassung lassen sich zusätzlich digitale Ein- und Ausgänge – auch fehlersichere – sowie eine Temperaturerfassung, ein Analogwertmodul und eine Erdschlusserkennung ergänzen. Während das Gerät mit dem höchsten Leistungsumfang Simocode pro V schon lange auf dem Markt ist, hat Siemens Ende 2013 das mit 22,5mm Baubreite überaus kompakte Simocode pro S ergänzt. Beide sind vor allem aus zwei Gründen besonders interessant für den Bergbau. Zum einen lässt sich damit sehr einfach eine Erdschlusserkennung installieren und zum anderen besitzen die Geräte die Atex-Zulassung für den Schutz von Motoren in explosionsgefährdeten Bereichen. Dies gilt für die Zündschutzarten EEx e/d entsprechend der Atex-Richtlinie 94/9/EG für den Schutz von Motoren. Für den weltweiten Einsatz besitzen sie zudem u.a. Zertifizierungen nach UL, CSA und CCC (pro S ab Sommer 2014). Gerade im Bergbau tritt erhöhte Feuchtigkeit auf, gibt es poröse Kabel sowie Leitungen und lässt die Isolationsfähigkeit aufgrund von Materialschwund über die Zeit nach. Schmutzige Umgebung, hohe Temperatur, hohe Motorauslastung und starke Korrosion tun ihr Übriges, dass elektrische Maschinen, Geräte, Betriebsmittel und Installationen unglaublich stark beansprucht werden. Deshalb ist es hier besonders wichtig, Fehlerströme wie zum Beispiel Erdschluss möglichst schnell zu erkennen und dadurch die Anlagen schützen zu können. Serviceeinsätze werden damit leichter planbar und somit werden sowohl die Verfügbarkeit der Anlagen erhöht als auch die Instandhaltungskosten gesenkt.
Erdschluss erkennen ohne abzuschalten
In der Praxis muss lediglich ein Multifunktionsmodul (bei Simocode pro S) bzw. ein Erdschlussmodul (beim Simocode pro V) in Kombination mit einem Differenzstromwandler 3UL23 eingesetzt werden. Die Hauptleiter und – soweit vorhanden – der Neutralleiter, an die ein Verbraucher angeschlossen ist, werden durch die Öffnung des Ringbandkerns des Differenzstromwandlers geführt. Um diesen Ringbandkern ist eine Sekundärwicklung gelegt, an die die Eingänge der Erdschlussüberwachung gelegt werden. Beim störungsfreien Betrieb einer Anlage ist die Summe der zufließenden und abfließenden Ströme gleich null. In der Sekundärwicklung des Differenzstromwandlers wird dann kein Strom induziert. Beim Auftreten eines Isolationsfehlers oder Ähnliches ist die Summe der zufließenden Ströme größer als die Summe der abfließenden Ströme. Der Differenzstrom – also der Fehlerstrom – induziert in der Sekundärwicklung des Wandlers einen Sekundärstrom. Dieser Strom wird in dem Erdschlussmodul/ Multifunktionsmodul ausgewertet und zur Anzeige des aktuellen Fehlerstroms sowie zum Schalten der Ausgangsrelais bei Überschreitung des eingestellten Auslösegrenzwerts verwendet.
Präzise und sichere Überwachung von Fehlerströmen
Vor allem im Bergbau, aber auch in einigen anderen Bereichen, kommt es auf höchste Verfügbarkeit an. Um die Prozesse also kontinuierlich am Laufen zu halten, haben sich die Siemens Entwickler bei der optionalen Erdschlusserkennung im Motormanagement auf einige wesentliche Punkte konzentriert. Zu allererst ist hier die hohe Messgenauigkeit zu nennen, die sich in Kombination mit dem Differenzstromwandler 3UL23 auf +/- 7,5 Prozent beziffern lässt. Daraus resultiert eine sehr genaue Überwachung der eingestellten Grenzwerte und somit eine Minimierung von Fehlauslösungen aufgrund von Messfehlern. In den Geräten lassen sich entsprechende Vorwarn- und Auslöseschwellen individuell in einem sehr weiten Bereich von 30mA bis 40A einstellen. Was das entsprechende Gerät bei Erreichen einer Schwelle dann unternehmen soll, kann der Anwender selbst einstellen. Damit kann erreicht werden, dass bei einem Fehler wie zum Beispiel einem Erdschluss einer Motorphase nicht sofort die Anlage stillsteht. Die Produktion könnte so bis zum nächsten geplanten Stopp der Anlage fortgeführt werden, in der der Defekt behoben werden kann. Dabei ist es möglich, eine frei parametrierbare Verzögerungszeit mit zu nutzen, um Fehlerströme eine gewisse Zeitspanne auszublenden. Vor allem bei Motoranläufen erweist sich dies als äußerst vorteilhaft, wenn nämlich bei hohen Eingangsströmen entsprechende Fehlerströme bzw. Störeinstrahlungen detektiert werden.
