In jeder elektrischen Anlage fließt ein Teil des Stroms durch den Schutzleiter zur Erde. Diesen Strom bezeichnet man im Allgemeinen als Leckstrom. Leckstrom fließt meistens über die die Leiter umgebende Isolierung und die EMV-Filter, die elektronische Geräte in Privat- und Büroanwendungen schützen. Worin liegt das Problem? Bei durch Fehlerstromschutzschaltern geschützten Stromkreisen kann Leckstrom unnötiges und intermittierendes Auslösen verursachen. Im Extremfall kann er zu einem Spannungsanstieg in zugänglichen stromführenden Teilen führen.
Die Ursachen von Leckstrom
Eine Isolierung hat sowohl einen elektrischen Widerstand als auch eine Kapazität – und leitet Strom auf beiden Wegen. Durch den hohen Widerstand der Isolierung sollte die Höhe des Leckstroms sehr gering sein. Wenn die Isolierung jedoch alt oder beschädigt ist, nimmt der Widerstand ab, und es kann höherer Strom fließen. Hinzu kommt, dass längere Leiter eine höhere Kapazität besitzen, was zu höherem Leckstrom führt. Daher empfehlen Hersteller von Fehlerstromschutzschaltern Einweg-Speisekabellängen von maximal 76,2 m.
Elektronische Geräte verfügen heute über Filter zum Schutz vor Überspannung und anderen Störungen. Diese Filter besitzen normalerweise Eingangskondensatoren, die zur Erhöhung der Gesamtkapazität der Verkabelung führen, wodurch sich wiederum die Höhe des Leckstroms insgesamt erhöht.
Auswirkungen von Leckstrom minimieren
Wie lassen sich die Auswirkungen von Leckstrom minimieren oder vollständig beseitigen? Messen Sie den Leckstrom, und identifizieren Sie die Quelle. Hierzu kann eine Leckstrommesszange verwendet werden. Diese ähneln sehr den Strommesszangen zur Messung von Lastströmen, liefern jedoch wesentlich bessere Ergebnisse beim Messen von Strömen unter 5 mA. Mit den meisten Strommesszangen können solche niedrigen Ströme nicht erfasst werden.
Wenn Sie die Klemmbacken einer Strommesszange an einem Leiter anbringen, hängt der angezeigte Strommesswert von der Stärke des elektromagnetischen Wechselfelds ab, das die Leiter umgibt.
Um niedrige Ströme genau zu messen, ist es äußerst wichtig, dass die Kontaktflächen der Klemmbacken keinerlei Schäden aufweisen, sauber und während der Messung vollständig geschlossen (kein Luftspalt) sind. Verdrehen Sie nicht die Klemmbacken der Strommesszange, da dies zu fehlerhaften Messungen führen kann.
Die Strommesszange erfasst das magnetische Feld, das Leiter wie ein einadriges Kabel, ein drahtbewehrtes Kabel, eine Wasserleitung usw.oder die gepaarten Phasen- und Neutralleiter eines Einphasen-Schaltkreises oder alle stromführenden Leiter (3 oder 4 Drähte) eines dreiphasigen Stromkreises umgibt.
Beim Messen der gruppierten stromführenden Leiter eines Stromkreises heben sich die durch die Lastströme erzeugten Magnetfelder gegenseitig auf. Alle Stromunsymmetrien werden durch Leckstrom der Leiter nach Erde oder an andere Orte verursacht. Die verwendete Strommesszange sollte Ströme von weniger als 0,1 mA erfassen können.
Wenn Sie beispielsweise eine Messung an einem 240-V-Wechselstromkreis durchführen, bei dem alle Lasten nicht angeschlossen sind, kann dies zu einem Wert von führen. 0,02 A (20 mA) Leckage. Dieser Wert steht für eine Isolationsimpedanz von:
240 V/(20 x 10-6) = 12 MΩ. (Ohmsches Gesetz R=U/I)
Wenn Sie eine Isolationsmessung eines abgeschalteten Stromkreises durchführten, würde der Wert im Bereich von 50 MW oder höher liegen. Dies liegt daran, dass das Isolationsmessgerät Gleichspannung für die Messung verwendet, weswegen der Einfluss von Kapazitäten nicht berücksichtigt wird. Der Impedanzwert der Isolierung entspricht dem tatsächlichen Wert unter normalen Betriebsbedingungen.
Wenn Sie denselben Stromkreis mit angeschlossenen Verbrauchern (PCs, Monitoren, Kopierern usw.) testeten, würde aufgrund der Eingangsfilterkapazitäten dieser Geräte ein stark abweichendes Ergebnis angezeigt werden. Wenn ein Stromkreis viele Verbraucher versorgt, summiert sich der Effekt, d. h. der Leckstrom ist höher und kann durchaus im Bereich von Milliampere liegen. Wenn zusätzliche Verbraucher an einen durch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (FI) geschützten Stromkreis angeschlossen werden, kann dies zu einer Auslösung der FI führen. Da die Höhe des Leckstroms von der jeweiligen Leistungsaufnahme der angeschlossenen Verbraucher abhängt, kann die FI unregelmäßig auslösen. Die Identifizierung der Ursache solcher intermittierend auftretender Probleme kann schwierig sein.
Mithilfe einer Strommesszange kann man viele sich ändernde Ströme und Wechselströme messen, die während eines Tests durch einen Leiter fließen. Wenn Telekommunikationsgeräte vorhanden sind, kann der von der Strommesszange angezeigte Wert erheblich höher sein als der Wert, der bei einer Isolationsimpedanz von 60 Hz erhalten wird. Der Grund hierfür ist, dass Telekommunikationsgeräte normalerweise über Filter verfügen, die funktionale Erdungsströme produzieren und andere Geräte, die Oberschwingungen usw. erzeugen. Sie können den charakteristischen Leckstrom bei 60 Hz nur mit einer Strommesszange messen, die über einen engen Band-Pass-Filter verfügt, um Ströme mit anderen Frequenzen zu entfernen.
Messen des Leckstroms an Erde
Wenn die Last angelegt ist (Verbraucher ist eingeschaltet), beinhaltet der gemessene Leckstrom den Leckstrom die Last. Wenn der Leckstrom bei angeschlossenem Verbraucher einen Schwellenwert nicht übersteigt, ist der Leckstrom des Stromkreises sogar noch geringer. Wenn nur der Leckstrom des Stromkreises gemessen werden soll, trennen Sie alle Verbraucher (ausschalten).
Messen Sie einphasige Stromkreise durch Messen zwischen Phase und Neutralleiter. Der angezeigte Wert spiegelt den gegen Erde (PE) fließenden Strom wider.
Messen Sie dreiphasige Stromkreise durch Anlegen der Strommesszange an alle dreiphasigen Leiter. Wenn ein Neutralleiter vorhanden ist, sollte die Strommesszange an diesen und die Phasenleiter angelegt werden. Der angezeigte Wert spiegelt den gegen Erde (PE) fließenden Strom wider.
Messen von Leckstrom durch den Erdleiter
Um den gesamten Leckstrom zu messen, der zu einem bestimmten Masseanschluss fließt, bringen Sie die Klemmbacken am entsprechenden Erdleiter (PE) an.
Messen von Leckstrom gegen Masse über unbeabsichtigte Massepfade.
Durch gleichzeitiges Anlegen der Strommesszange an Phase/Neutralleiter und Erde lassen sich Stromunsymmetrien erkennen, die auf das Fließen von Leckstrom auf unbeabsichtigten Massepfaden an einem Ausgang oder einer elektrischen Verteilung gegen Erde schließen lassen (wenn z. B. eine Verteilung auf einem Betonsockel befestigt ist). Wenn andere elektrische Verbindungen mit Erdschluss bestehen (z. B. eine Verbindung zu einem Wasserrohr), kann eine ähnliche Unsymmetrie das Ergebnis sein.
Feststellen der Ursache eines Leckstroms
Diese Messreihe dient der Identifizierung des Gesamtleckstroms und seiner Quelle. Die erste Messung kann am Hauptleiter zur Verteilung vorgenommen werden. Die Messungen 2, 3, 4, und 5 werden nacheinander durchgeführt, um Stromkreise zu identifizieren, durch die größere Leckströme fließen.
Zusammenfassung
Leckströme ermöglichen Rückschlüsse auf die Wirksamkeit der Isolierung eines Leiters. Hohe Leckströme können in Stromkreisen vorliegen, in denen elektronische Geräte mit Filtern verwendet werden, und können Spannungen hervorrufen, die den normalen Betrieb der Geräte stören können. Es ist möglich, die Quelle des Leckstroms durch Verwendung einer Leckstrommesszange für Niedrigströme zu identifizieren und mit ihr methodische Messungen wie oben beschrieben vorzunehmen. Sie können somit Verfahren entwickeln, um eine gleichmäßige Verteilung der Lasten innerhalb einer Anlage vorzunehmen.