Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beim Arbeiten mit Werkzeugen ist man vielerlei Gefahren ausgesetzt, deshalb steht dieses Forum in dieser Rubrik ganz oben.

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Bluey
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Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von Bluey » 1. Jan 2018, 23:02

Da so mancher Beitrag hier auf http://www.werkzeug-news.de und auch allgemein im Internet darauf schließen läßt, dass vielen die Problematik relativ unklar ist möchte ich an dieser Stelle mal einen allgemeinen Hinweis anbringen.

Mir selbst wurde das Thema vor ca. 1 Jahr auf einer Schulung, wo es um Baukräne, Sicherheit, usw. ging nähergebracht, da Frequenzumrichter bei neueren Baukränen inzwischen standart sind.

Klare & wichtige Aussage:

Sobald ein Frequenzumrichter (FU) verbaut wird, ist ein normaler FI, wie er sich üblicherweise in den Netzinstallationen befindet außer Gefecht.
OT des Referenten: der Fehlerstromschutzschalter (FI) wird magnetisch und kann nicht mehr auslösen, ist also vollkommen wirkungslos.
Um den Personenschutz zu gewährleisten ist es zwingend nötig einen sog. allstromsensitiven Fehlerschutzschalter (FI Typ B) statt des normalen FIs zu verwenden.
Im Stahlbau gehts um Millimeter, im Holzbau um Zentimeter und beim Maurer kannste froh sein, wenn er aufm Grundstück bleibt...

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m_karl
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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von m_karl » 1. Jan 2018, 23:17

Vielleicht noch als Ergänzung: Ein vorgeschalteter FI Typ A kann in speziellen Fällen trotzdem erblinden, weil hierfür bereits ein DC-Fehlerstrom mit der Hälfte des Auslösestromes ausreicht.

Als Beispiel: Hat ein FI Typ A einen Auslösestrom von 30mA, und ein nachgeschalteter FI Typ B ebenfalls. Der wie immer geartete Drehstromgleichrichter verursacht einen DC-Fehlerstrom von 20mA, der FI Typ B lässt ihn zu, der FI Typ A ist blind weil der DC-Fehlerstrom mehr als 15mA beträgt.

Deshalb sollte man eine solche Schaltung vermeiden.

(Im Falle eines FUs wird so eine Konstellation selten auftreten, geht es nicht anders kann man auf einen elektronischen FI Typ A-EV verwenden, der wie der Name vermuten lässt in der Elektromobilität häufig zum Einsatz kommt. Diese schalten bei 6-10mA ab.)

Dev
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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von Dev » 1. Jan 2018, 23:59

Bluey hat geschrieben:Klare & wichtige Aussage:

Sobald ein Frequenzumrichter (FU) verbaut wird, ist ein normaler FI, wie er sich üblicherweise in den Netzinstallationen befindet außer Gefecht.
Die Aussage ist nicht nur klar, sie ist auch klar falsch.

Wenn hinter einem FI ein nicht defekter FU sitzt, merkt der FI davon erst einmal exakt: nichts.
Es kann sein, dass er auslöst, weil das im FU verbaute Netzfilter einen etwas höheren Ableitstrom hat. Das ist aber ein Problem des Netzfilters und nicht unbedingt FU-spezifisch.
Ein Problem gibt es nur, wenn ein Isolationsfehler im FU auftritt und z.B. der DC-Zwischenkreis mit PE verbunden wird.
Der resultierende Gleichstrom macht -anders als der Referent behauptet - den FI aber nicht magnetisch, sondern er bringt den dort verbauten Ringkern in Sättigung. Dadurch steigt je nach höhe des DC-Fehlerstroms die Auslöseschwelle des FI stark an bis zu dem Punkt, wo er gar nicht mehr auslöst, falls ein weiteres Gerät einen Fehler aufweist.

Dieses Problem ist aber nicht FU-spezifisch, sondern tritt überall dort auf, wo ein nicht galvanisch vom Netz getrennter DC-Zwischenkreis vorkommt. Es muss nicht mal ein Drehstromgerät sein, sofern ausreichend Kapazität zum Glätten verbaut ist.
(Kostenloser Profitipp: Das gibt es in jedem modernen Schaltnetzteil mit aktiver PFC. Warum hier besonders auf den FUs rumgehackt wird: Weil man in der Industrie eher Kunden findet, die 500 € für einen FI ausgeben. Lieschen Müller wird das für ihren neuen Computer vermutlich eher nicht tun. Aber auch dort gibt es ein Netzteil mit dem ominösen und gefährlichen DC-Zwischenkreis. :wink: )
Um den Personenschutz zu gewährleisten ist es zwingend nötig einen sog. allstromsensitiven Fehlerschutzschalter (FI Typ B) statt des normalen FIs zu verwenden.
Jein. Das würde ich grundsätzlich erst einmal als sinnvoll (!) bezeichnen. Richtig ist es zumindest eingeschränkt.
Normativ werden zwei unabhängige Schutzmaßnahmen gefordert, um Menschen vor einem gefährlichen Stromschlag zu schützen. Die erste Schutzmaßnahme ist die Isolation im Gerät selbst (spannungsführender Leiter zu Gehäuse). Die zweite Maßnahme ist die Schutzerdung. Selbst wenn der FI nicht auslöst sorgt die Schutzerdung immer noch dafür, dass die zulässige Berührspannung am Gehäuse nicht überschritten wird (wenn es nur ein kleiner Leckstrom ist) oder dass praktisch schlagartig der Leitungsschutzschalter auslöst. Eine Personengefährdung liegt dabei nicht vor. Die Gefahr ist nur, dass ein Fehler, bei dem nur ein kleiner Leckstrom fließt, über Jahre nicht erkannt wird - es funktioniert ja alles. Irgendwann könnte dann mal zusätzlich eine PE-Unterbrechung auftreten und erst dann wird es gefährlich.
Deswegen ist der RCD vom Typ B oder B+ auch sinnvoll. Aber das direkt eine Personengefährdung auftritt ist dann doch ein wenig übertreiben. Daher die etwas längere Erwiderung von mir. :schlaubi:

Was noch nicht erwähnt wurde und durchaus relevant ist: Es gibt bei Isolationsfehlern am Ausgang des FU das zusätzliche Problem, dass RCDs vom Typ B eine obere Grenzfrequenz haben, ab der sie Fehlerströme nicht mehr erfassen. Liegt die Schaltfrequenz höher (HF-Spindeln mit z.B. 1,2 kHz), wird der Fehler ebenfalls nicht erkannt. Es ist also nicht einfach irgendein RCD vom Typ B zu verbauen, sondern ein geeigneter für den individuellen Anwendungsfall.

Im privaten Bereich werden aber die wenigsten Leute 500 € für einen entsprechenden RCD ausgeben.
In dem Fall kann ich nur folgendes empfehlen: Bitte einen eigenen FI nur für das eine Gerät mit dem FU verwenden. 90 % der Fehler erkennt auch ein FI vom Typ A. Bei den verbleibenden 10 % gibt es noch die Schutzerdung als unabhängige Schutzmaßnahme und der Schutz der übrigen Steckdosen wird nicht beeinträchtigt.
Die Schutzerdung sollte man dann aber regelmäßig mal kontrollieren. Das ist zuminest schon mal sicherer als den FU einfach mit an den normalen FI zu hängen, der noch ein dutzend weitere Steckdosen überwacht.

Der vollständigkeit halber und um das oben geschriebene zu unterstreichen: Normativ ist es auch erlaubt, einen FU direkt (ohne lösbare Steckverbindung) an eine Wandauslassdose anzuschließen. In diesem Fall darf der FI komplett entfallen, weil die Wahrscheinlichkeit, dass eine PE-Unterbrechung auftritt, bei einem fest angeschlossenen Gerät als ausreichend niedrig eingeschätzt wird. Empfehlen würde ich das aber trotzdem nicht.

Und da ich kein Hauselektriker bin, ist das natürlich nur meine unverbindliche Privatmeinung. :wink:

powersupply
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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von powersupply » 2. Jan 2018, 00:23

@Dev
Klasse Beitrag :top: :top:

Den Tip des letzten Absatzes mit dem fest Anschließen gebe ich auch immer wieder und hätte ihn auch hier angeführt.
Mittlerweile sind ja, was das Thema angeht viele so sehr verschreckt, dass nicht wenige schon pauschal nach dem Typ B FI rufen.
Frage wegen den HF-Spindeln: Die 1,2Khz beziehen sich ja wohl auf die Ausgangsfrequenz der abgegebenen Spannung. Die Zwischenkreisfrequenz liegt ja bei fast allen modernen FUs regelmäßig deutlich höher. Auch stellt sich mir die Frage wie die ihren Weg auf die Netzseite finden soll. Wenn einer der Ausgangstransistoren nicht ganz zu macht schepperts im Leistungsteil meist gewaltig.
So gesehen kann man dein gesagtes ja wohl auch auf alle Inverterschweißgeräte übertragen...

PS

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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von Dev » 2. Jan 2018, 15:55

Die Zwischenkreisfrequenz liegt ja bei fast allen modernen FUs regelmäßig deutlich höher. Auch stellt sich mir die Frage wie die ihren Weg auf die Netzseite finden soll. Wenn einer der Ausgangstransistoren nicht ganz zu macht schepperts im Leistungsteil meist gewaltig.
Die von mir genannten 1,2 kHz bezogen sich in der Tat auf die Ausgangsspannung eines FUs, wie sie an HF-Spindeln noch üblich ist. Die Taktfrequenz der Leistungshalbleiter liegt natürlich deutlich höher im Bereich 100-200 kHz. Auch die können ihren Weg bis zum FI finden.
Da die Transistoren meist auf einem geerdeten Kühlkörper befestigt sind, muss dafür "nur" das dazwischen befindliche Isolationsmaterial versagen. Das kann entweder eine Wärmeleitfolie oder eine Glimmerscheibe sein.
powersupply hat geschrieben:So gesehen kann man dein gesagtes ja wohl auch auf alle Inverterschweißgeräte übertragen...
Wobei Schweißinverter üblicherweise einen galvanisch getrennten Ausgang aufweisen - ganz im Gegensatz zu FUs, wo das nicht gegeben ist.
Da müsste also vermutlich einiges mehr kaputt gehen, bevor der FI die Taktfrequenz der Leistungsendstufe zu Gesicht bekommt.
Die Gefahr, den FI mit DC zu beaufschlagen ist natürlich vergleichbar zum FU.

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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von powersupply » 2. Jan 2018, 16:16

Hi

In modernen (einphasigen) Schweißinvertern hast Du eingangsseitig einen gekühlten Gleichrichter und danach eine mit, ebenfalls gekühlten Transistoren versehene PFC-Stufe.

Im Übrigen kann man auch bei der Benutzung von FUs davon ausgehen, dass es nur zum Personenschaden kommen kann wenn ein doppelter bzw sogar dreifacher Fehler auftritt.
Zum Einen muss die Isolierung nach der Gleichrichtung versagen.
Dann muss der FU trotz Erdschlusses weiterarbeiten und zum Dritten darf bis zu dem Zeitpunkt keine Sicherung angesprochen haben weil der Schutzleiteranschluß gebrochen, defekt oder gar nicht erst angeschlossen ist.

PS

villus
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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von villus » 11. Feb 2019, 09:58

Weil's bei mir gerade aktuell ist:

in der DIN VDE 100-704 gehts jetzt auch sehr darum, Übergangsfrist bis 18.05.2021 für Baustromverteiler.
https://www.walther-werke.de/fileadmin/ ... 18_web.pdf
Habe die suche nach einem passenden Verteiler für meine Bohrmaschine (weka SR35) gerade verschoben, bis der PRCD-S Pro DC von Kopp auf dem Markt ist...
Danke @DEV anschaulich erklärt.

villus
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Re: Frequenzumrichter (FU) und Fehlerstromschutzschalter

Beitrag von villus » 11. Feb 2019, 10:23

@m_karl

der fi typ "ev" ist nur für elektroautos gedacht, Du meinst eher = typ "mi" mobile installation...

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