Schleifenimpedanz

Es wird die Schleifenimpedanz (L-PE) und der Netzinnenwiderstand (L-N) gemessen. Oft wird im TN-System davon ausgegangen, dass beide Werte gleich sind. Die Praxis zeigt jedoch, dass in TN-Systemen sowohl die Schleifenimpedanz als auch Netzinnenimpedanz höher sein kann. Bei der Messung erzeugt das Messgerät einen kleinen Fehlerstrom und errechnet daraus die Schleifenimpedanz und aus diesem Wert mit der derzeit anliegenden Spannung den zu erwartenden Kurzschlussstrom.

Hierbei löst oft der vorgeschaltete Fehlerstromschutzschalter (Residual Current Device, RCD) aus. Einige Messgeräte messen daher so, dass der RCD diese Ströme nicht erkennt und es somit nicht zur Auslösung kommt.

Der Messort ist immer am Ende der Kette zu wählen, also in Endstromkreisen z. B. an der entferntesten Steckdose, an welcher ein Verbraucher angesteckt wird. Gegebenenfalls ist dies das Ende einer Kabeltrommel. Da sich der Wert mit Kabellänge und Anzahl der Steckverbindungen verschlechtert, ist es nicht gestattet, mehrere Mehrfachsteckdosen oder Verlängerungskabel hintereinander zu stecken. Dadurch kann sich der Schleifenwiderstand derart erhöhen, so dass die Absicherungen bei Überlast nicht auslösen.

Da oftmals mehrere Sicherungen selektiv in Reihe eingesetzt werden, ist es ratsam, auch am Anschluss der nachgeschalteten Sicherung zu messen, um eine Bewertung der vorhergehenden Sicherung (Größe/Charakteristik) bzw. der Kabel und Anschlüsse bis zu der nachfolgenden (an welcher man misst) getrennt bewerten zu können – z. B. an der Unterverteilung, um die Sicherung in der Hauptverteilung sowie dazwischengeschaltete Kabel und Anschlüsse zu bewerten.

Die Schleifenimpedanzmessungen dürfen nur mit dafür vorgesehenen Messgeräten nach DIN EN 61 557-3 (VDE 0413 Teil 3)[1] durchgeführt werden. Häufig bieten diese speziellen Messgeräte weitere Funktionen, wie z. B. eine Isolationswiderstandsmessung. Die Geräte benötigen eine Zulassung für sicherheitsrelevante Messungen.

Kriterien für die Wahl eines Messgerätes sind:

• Tragbare Ausführung für den mobilen Einsatz
• ausreichend hoher bzw. niedriger Messstrom – abhängig von der zu messenden Anlage
• Zweileiter- oder Vierleitermessung
• Messung während des laufenden Betriebs der Anlage
• direkte Berechnung des zu erwartenden Kurzschlussstromes.

Der Schnellauslöser eines Leitungsschutzschalters B16 löst zwischen ${\displaystyle 3\times I_{n}}$ (48 A) und ${\displaystyle 5\times I_{n}}$ (80 A) aus – es muss also von einem Mindeststrom von 80 A (schlechtester Fall) ausgegangen werden, der fließen muss, damit die Sicherung garantiert in der geforderten Zeit auslöst.

Die Netzspannung darf in Deutschland (gemäß EN 50160) ${\displaystyle 230_{-23}^{+23}\,\mathrm {V} }$ betragen. Für die überschlägige Berechnung ist die kleinere Spannung (207 V) relevant.

${\displaystyle Z_{S}\leq {\frac {U}{I}}={\frac {207\mathrm {V} }{80\mathrm {A} }}=2{,}6\,\mathrm {\Omega } }$

Theoretisch muss die Schleifenimpedanz in diesem Falle (LS B16) also unter 2,6 Ω liegen. Es wird zusätzlich ein Faktor eingerechnet welcher z.b. die Erwärmung der Leitungen durch den Kurzschlussstrom (und die damit resultierende Widerstandserhöhung) berücksichtigt.

Messung im TN-C-S-System

Im TN-System wird die höchstzulässige Schleifenimpedanz ${\displaystyle Z_{S}}$ zur Gewährleistung des Schutzes durch automatische Abschaltung der Stromversorgung bei einem Körperschluss wie folgt berechnet[3]:

${\displaystyle Z_{S}\leq {\frac {U_{0}}{I_{a}}}}$

Der gemessene Wert der Fehlerschleifenimpedanz darf höchstens 2/3 des oben angegebenen Werts ${\displaystyle Z_{S}}$ betragen[4], da die Impedanzmessung lediglich bei kleinen Stromstärken bei Raumtemperatur durchgeführt wird, während im Fehlerfall ein hoher Strom den Leiter erwärmt und dadurch die Impedanz erhöht wird.

• ${\displaystyle U_{0}}$ – Nennwechselspannung (Effektivwert) gegen Erde (Sternpunkt).
• ${\displaystyle I_{a}}$ – Abschaltstrom, der das automatische Ausschalten der jeweiligen Schutzeinrichtung innerhalb einer bestimmten Zeit bewirkt.[5]

Im IT-System, bei denen die elektrischen Betriebsmittel untereinander mit einem geerdeten Schutzleiter verbunden sind, ist die höchstzulässige Schleifenimpedanz für die automatische Abschaltung der Stromversorgung bei einem Doppelfehler wie folgt zu berechnen: ${\displaystyle Z_{S}\leq {\frac {U_{0}}{2I_{a}}}}$

• ${\displaystyle U}$ – Nennwechselspannung (Effektivwert) zwischen den Außenleitern. In IT-Systemen mit einem Neutralleiter ist anstelle ${\displaystyle U}$ die Spannung ${\displaystyle U_{0}}$ zwischen Außenleiter und Neutralleiter zu verwenden.
• ${\displaystyle I_{a}}$ – Abschaltstrom, der das automatische Ausschalten der jeweiligen Schutzeinrichtung innerhalb der nach DIN VDE 0100-410:2018-10 (Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag) geforderten Zeit bewirkt.

Bei einer Netzimpedanz von 2,875 Ω (Grenzwert für B16-Leitungsschutzschalter) beträgt der Spannungsabfall bei Bemessungsstrom von 16 A:

${\displaystyle \Delta U=R\cdot I=2{,}875\mathrm {\Omega } \cdot 16\,\mathrm {A} =46\,\mathrm {V} \quad \Rightarrow \quad \Delta U_{\text{relativ}}={\frac {U}{U_{0}}}\cdot 100\%={\frac {46\,\mathrm {V} }{230\,\mathrm {V} }}\cdot 100\%=20\%}$

Heutige Messgeräte können meist den Spannungsfall aus der Netzimpedanz berechnen und direkt anzeigen.