Differenzströme treten grundsätzlich in allen elektrischen Anlagen auf, da jede Last einen durchschnittlichen Differenzstrom von wenigen mA aufweist. Gründe sind eine ungenügende Isolation durch mechanische Schäden an der Verkabelung, verringerte Isolierungswiderstände durch Feuchtigkeit oder Staub oder eine Schwächung der Kabelisolation durch Überhitzung. Ein Differenzstrommessgerät (Residual Current Monitor, kurz RCM) wird daher in Anlagen eingesetzt, deren Betriebsfähigkeit auf keinen Fall unterbrochen werden darf. Dazu muss der im Laufe der Zeit ansteigende Differenzstrom, der sich irgendwann zu einem Fehlerstrom entwickelt und zum Auslösen des Fehlerstromschutzes führt, durchgehend überwacht werden. Diese Gefahr kann dann rechtzeitig erkannt und durch entsprechende Maßnahmen abgewendet werden. Diese Überwachung des Differenzstroms übernimmt die RCM. Sie misst die Differenzströme mit einem Differenzstromwandler und löst eine Warnung aus, wenn der Differenzstrom einen bei der Installation festgelegten Schwellenwert überschreitet. Durch rechtzeitige Maßnahmen kann dann das Auslösen von Fehlerstromschutzeinrichtungen verhindert werden. In Anlagen ohne Fehlerstromschutzeinrichtungen ermöglicht die RCM einen passiven Schutz durch die Warnung vor gefährlichen Strömen. Dies ist z.B. bei Rechenzentren der Fall, wo auf Schutzeinrichtungen verzichtet wird, um ungewollte Abschaltungen zu verhindern.
Regelmäßige Prüfung und RCM-Typen
Die deutsche Norm für den Betrieb von elektrischen Anlagen DIN VDE0105-100/A1:2017-06 schreibt eine regelmäßige Prüfung der Anlage vor. Eine solche Prüfung kann je nach Größe der Anlage zehntausende Euro kosten. Im Rahmen dieser Prüfung werden auch die Isolationswiderstände der Anlage geprüft. Diese Prüfung ist invasiv, und es werden hohe Spannungen von 500VDC in die Anlage geleitet: Eine Gefahr für die Anlage und Personen. Alternativ hierzu lässt die Norm auch den Einbau einer RCM zu. Gemäß der Norm ist bei Stromkreisen, die permanent von einer der Norm IEC62020 entsprechenden RCM überwacht werden, keine regelmäßige Prüfung des Isolierungswiderstands erforderlich. Die Anforderungen an RCMs sind in der Produktnorm IEC62020-1 beschrieben, die verschiedene RCM-Typen unterscheidet. Typ A wird für den Großteil der Lasten verwendet. Der Typ B wird verwendet für Differenzströme bei Komponenten mit hohen Gleichströmen. Er ist auch bei DC-Installationen wie z.B. PV-Anlagen oder der Lade-Infrastruktur für Elektrofahrzeuge vorgeschrieben. Um sowohl AC- als auch DC-Hochstromkomponenten messen zu können, müssen RCMs mit spezifischen Ringkernwandlern betrieben werden. Diese Ringkernwandler sind aufwändig in der Herstellung und erfordern eine leistungsstarke Regelelektronik. RCMs des Typs B sind deshalb teurer als solche des Typs A. Deshalb ist es wichtig, sorgfältig anhand der Norm die Lasten mit DC-Komponenten in der Anlage zu identifizieren. Zur Vermeidung unnötiger Kosten muss deshalb bei der Auswahl einer RCM vom Typ A oder Typ B genau bestimmt werden, bei welchen der gemessenen Lasten DC-Ströme auftreten können.
Überwachung der Anlagenleistung
Das Diris Digiware RCM-System von Socomec kombiniert die Leistungsüberwachung mit der Differenzstromüberwachung in TN-S- und TT-Anlagen. Das System basiert auf einem modularen Konzept für die Überwachung mehrerer Stromkreise. Es besteht aus verschiedenen Elementen (siehe Abbildung):
- (1) Single-Point-Zugriff auf Messdaten
- (2) Ein Spannungsmessmodul verteilt auf nachgeschaltete Messmodule
- (3) Module mit kombinierter Laststrom- und Differenzstromüberwachung
- (4) Stromsensoren
- (5) Differenzstromwandler
- (6) Kabel für den Anschluss der Messmodule an die Sensoren und Differenzstromwandler
- (7) Kommunikationsbus für Anschluss der Systemkomponenten (RJ45)
Mehrkreisüberwachung
Eine einzelne RCM auf einer Haupteinspeisung reicht nicht aus, um den Isolationszustand einer elektrischen Anlage zu bestimmen. Das modulare Plug&Play-Konzept des Diris Digiware-Systems ermöglicht daher die Messung von Differenzströmen nicht nur in der Haupteinspeisung, sondern auch auf Stromkreisebene. Eine Hochleistungsanlage verteilt wirkungsvoll elektrische Energie, minimiert Verluste, verhindert Fehlfunktionen und vorzeitige Alterung und schützt Personen und Anlagen. Das Digiware RCM-System basiert auf einem 2-in-1-Ansatz, der die Überwachung von Laststrom und Differenzstrom kombiniert. Mit den Messfunktionen ergänzt das System sämtliche Maßnahmen zur Steigerung der Energieeffizienz von Anlagen (ISO50001) durch die Anzeige der Lasten und Bereiche, die die meiste Energie verbrauchen. Die Überwachung der Differenzströme erhöht die Verfügbarkeit und Sicherheit der Anlage, indem sie das Entstehen von Isolationsfehlern frühzeitig sichtbar macht.