Genauigkeitsbetrachtungen bei Differenzstromsensoren

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SAB Bröckskes GmbH & Co KG

Shanghai Yongming Electronic Co., Ltd.

Vacuumschmelze GmbH & Co. KG

Ein teurer FI-Schalter Typ B kann eingespart werden

In den vielfältigen Anwendungen können sowohl Gleich- als auch Wechselstromfehler auftreten. Hier muss ein DI-Sensor eingesetzt werden, der AC- und DC-Ströme erkennt. In Privathäusern sind allerdings oft nur FI-Schalter Typ A vorhanden, die DC-Fehlerströme nicht erkennen und nicht abschalten können.

Stromsensoren

Zuverlässigkeit und schaltungstechnische Absicherung perfektioniert

Der Einbau eines transformatorlosen Solarwechselrichters oder das Laden eines elektrischen Fahrzeugs im Hausnetz würde somit einen teuren FI-Schalter Typ B erfordern, um die Sicherheit auch im Fall von DC-Fehlerströmen weiter zu gewährleisten. Durch die Nutzung von VAC-DI-Sensoren in einer im transformatorlosen Solarwechselrichter integrierten allstromsensitiven Fehlerstromüberwachungseinheit (RCMU, Residual Current Monitoring Unit) spart der Kunde die hohen Kosten eines FI-Schalters Typ B.

Die im Solarwechselrichter integrierte RCMU bietet zusätzlichen Schutz, da sie Gleich-, Wechsel- und Pulsfehlerströme erkennt und abschalten kann. Damit wird allstromsensitive Personen- und Anlagen-Sicherheit zum kleinen Preis erreicht.

Bei dem auftretenden Differenzstrom im Solarwechselrichter handelt es sich um die Summe aus dem kapazitiven Ableitstrom, welcher durch die PV-Module systematisch erzeugt wird, und dem ohmschen Fehlerstrom, welcher beispielsweise durch eine schadhafte Isolierung der PV-Anlage entsteht. Die Unterscheidung zwischen beiden Strömen erfolgt durch rechnerische Auswertemethoden im Wechselrichter.

DI-Sensoren schalten im Fehlerfall bei Erreichen einer festgelegten Schwelle das jeweilige Gerät ab, bevor Defekte wie zum Beispiel Isolationsfehler für Personen gefährlich werden oder elektrische Defekte Brände auslösen können.

Unterschiedliche Anwendungen erfordern aber auch unterschiedliche Sensortypen: Für Ladestationen von Elektrofahrzeugen muss in Zukunft nach IEC 62752 bei 6 mA Gleichstrom zum Schutz des hausinternen FI-Schalters Typ A und bei 30 mA Wechselsrom zum Personenschutz abgeschaltet werden. Solarwechselrichter und Frequenzumrichter müssen bei 30 mA (Personenschutz) und 300 mA (Brandschutz) sicher trennen.

Heute werden DI-Sensoren in transformatorlosen Solarwechselrichtern eingesetzt, sind aber auch in Frequenzumrichtern wie etwa für Pumpen oder elektrische Antriebe sowie in Ladestationen für elektrische Fahrzeuge verwendbar.

Allstromsensitive DI-Sensoren für das Laden von E-Fahrzeugen

In den Normen für Solarwechselrichter und Ladestationen für Elektrofahrzeuge werden DI-Sensoren sogar vorgeschrieben. Um diese Anforderungen zu erfüllen, sind leistungsstarke, möglichst kostengünstige Lösungen mit kleinem Bauvolumen nötig.

Auch die Automobilindustrie fordert aufgrund neuer Normen wie beispielsweise IEC 62752 allstromsensitive DI-Sensoren für das Laden von Elektrofahrzeugen, um gefährliche Zustände zu vermeiden, wenn die Autobatterie (Gleichspannung) mit dem Hausnetz (Wechselspannung) verbunden wird.

Vergleich der DI-Sensoren mit anderen Messsystemen

Abschließend ein kurzer Vergleich der DI-Sensoren mit Strommessverfahren mittels Shunt und Open-Loop-Sensoren. Eine Shunt-Lösung würde zwei (im 1-Phasensystem) bzw. vier (im 3-Phasensystem) exakt gleiche Widerstände in jeder Phase und im Nullleiter erfordern, da der korrekte Vergleich nur möglich ist, wenn die jeweiligen Widerstandswerte identisch sind.

Dies ist prinzipiell möglich, erfordert allerdings speziell selektierte hochpräzise Widerstände für jedes Messsystem, was wiederum hohe Kosten bedeutet.

Open-Loop-Sensoren mit Hall-Sonden sind aufgrund ihres Aufbaus generell ungenauer als ihre Verwandten, die Closed-Loop-Sensoren, und deshalb für die Anwendung als DI-Sensor ungeeignet.

Auch Closed-Loop-Sensoren mit Hall-Sonde werden derzeit wegen der aus der Hall-Sonde resultierenden niedrigeren Genauigkeit besonders auch in Bezug auf Temperatur- und Langzeit-Drifts nicht als DI-Sensoren angeboten.

* Susanne Ganz ist Produkt-Managerin Stromsensoren bei der VACUUMSCHMELZE, Hanau.

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