Isolationskoordination
DKE
28.08.2015 Seite 193 0

Isolationskoordination im Wandel der Zeit

Artikel 1

„Isolationskoordination umfasst die Auswahl der elektrischen Isolationseigenschaften eines Betriebsmittels hinsichtlich seiner Anwendung und in Bezug auf seine Umgebung. Isolationskoordination kann nur erreicht werden, wenn die Bemessung des Betriebsmittels auf den Beanspruchungen, denen es im Verlauf der zu erwartenden Lebensdauer voraussichtlich ausgesetzt ist, beruht.“ [1]

Mit dieser grundlegenden Definition beginnt die Normenreihe DIN EN 60664 (VDE 0110), die den anerkannten Stand der Technik auf dem Gebiet der Isolationskoordination darstellt. Teil 5 der Normenreihe weist dabei in den Literaturhinweisen auf zwei Forschungsberichte des Zentralverbands Elektrotechnik- und Elektronikindustrie (ZVEI) von 1989 hin:

  • zur Kurzzeitspannungsfestigkeit kleiner Isolierstrecken unter dem Einfluss natürlicher Umgebungsbedingungen [2] sowie
  • zur kriechstromsicheren Bemessung von Isolierungen bei Niederspannung [3].

Im Hinblick auf den verstärkten Einsatz elektrotechnischer und elektronischer Komponenten in innovativen Technologien, wie beispielsweise der Elektromobilität oder der Photovoltaik, stellt sich mittlerweile die Frage, ob die oben genannten Untersuchungen noch ausreichend sind und als Basis für diese und zukünftige Anwendungen verwendet werden können.

Denn mit den neuen Anwendungen gehen Neuentwicklungen in der Batterie- und der Halbleitertechnologie sowie der verstärkte Einsatz dezentraler Energieversorgungseinheiten einher. Dabei spielt der Einsatz von Gleichspannung eine immer größere Rolle:

  • sie wird von elektrischen Energiespeichern zur Verfügung gestellt, z. B. von stationären Pufferspeichern und in Elektrofahrzeugen durch Batterien mit hoher Energiedichte,
  • sie entsteht primär bei der Erzeugung, z. B. in PV-Anlagen und Brennstoffzellen,
  • sie wird von Stromrichtern erzeugt, z.B. bei Windkraftanlagen,
  • zu versorgende elektronische Verbraucher arbeiten mit Gleichspannung und
  • sie ist für die Übertragung über größere Entfernungen besser geeignet als Wechselspannung.

Damit werden neue Fragen zur Isolationskoordination aufgeworfen, insbesondere vor dem Hintergrund von besonders zu berücksichtigenden Umgebungseinflüssen wie Verschmutzung und Betauung.

Und genau hier setzt das durch das Bundesministerium für Wirtschaft und Energie (BMWi) geförderte Projekt „Isolationskoordination: Bemessung von Luft- und Kriechstrecken unter Umgebungsgesichtspunkten in neuen Anwendungen (IsKoNeu)“ an: gemeinsam mit der Bender GmbH & Co. KG, einem Geräte- und Systemhersteller auf dem Gebiet der Netzschutztechnik, erarbeitet die DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE basierend auf theoretischen Betrachtungen und Laborversuchen eine aktuelle Bewertung der Einflussfaktoren für die Auslegung von Luft- und Kriechstrecken.

Auf der Basis der Auswertung bisheriger Erkenntnisse zur Isolationskoordination, insbesondere im Zusammenhang mit zu erwartenden Umgebungseinflüssen und dadurch potenzieller Gefährdungen, sollen Sicherheitsgrenzwerte bestätigt oder neu aufgestellt und bei Bedarf entsprechende Schutzkonzepte neu entwickelt werden.

Der Bereich der Niederspannung (Wechselspannungen bis 1 000 V und Gleichspannungen bis 1 500 V) spielt deshalb dabei eine so große Rolle, weil die meisten Geräte, die von Laien bedient werden, in diesem Spanungsbereich betrieben werden. Die Hauptgefährdung besteht im elektrischen Schlag beim Berühren. Aber auch Ausfälle von wichtigen Komponenten können durch Isolationsfehler hervorgerufen werden, wenn die Isolierung den im realen Betrieb vorkommenden Anforderungen nicht gewachsen ist. Weiterhin besteht unter Umständen Brandgefahr, wenn nicht oder nur unzureichend berücksichtigte Fehlerströme fließen.

Im Rahmen des IsKoNeu-Projektes wird ein Gewinn neuer Erkenntnisse über die verschiedenen Wirkungsmechanismen im Zusammenhang mit der Isolationskoordination angestrebt. Das Projekt dient somit der Bestätigung bzw. Schaffung einer Basis für die sichere Nutzung elektrischer Energie in neuen Anwendungen. Dies erfolgt in mehreren Schritten:

  • einleitend wird eine Untersuchung der Einflussfaktoren auf die Isolationskoordination am Beispiel von Elektrofahrzeugen und der Photovoltaik durchgeführt,
  • parallel dazu wird analysiert, welche möglichen Gefährdungen durch unzureichende Isolationskoordination bestehen,
  • anschließend müssen daraus resultierende Sicherheitsanforderungen hinsichtlich der Isolationskoordination definiert und mit den bestehenden Anforderungen abgeglichen werden,
  • falls Änderungen der Anforderungen an die Isolationskoordination erforderlich sind, müssen abschließend geeignete Prüfungen zur Verifizierung der neuen Schutzkonzepte beschrieben werden.

In Workshops sollen die Ergebnisse der Untersuchungen einer breiten Fachöffentlichkeit vorgestellt werden. Weitere Informationen dazu sind auf der Projektseite zu finden.

 

 

[1]    DIN EN 60664-1 (VDE 0110-1):2008-01, Isolationskoordination für elektrische Betriebsmittel in Niederspannungsanlagen – Teil 1: Grundsätze, Anforderungen und Prüfungen (IEC 60664-1:2007); Deutsche Fassung EN 60664-1:2007

[2]   Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI), Mai 1989; Kurzzeitspannungsfestigkeit kleiner Isolierstrecken unter dem Einfluss natürlicher Umgebungsbedingungen. Abschlussbericht zum AIF-Forschungsvorhaben 6788

[3]   Zentralverband Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e.V. (ZVEI), Mai 1989; Kriechstromsichere Bemessung von Isolierungen bei Niederspannung. Abschlussbericht zum AIF-Forschungsvorhaben 6789

Kontakt

Robert Schmieder