IT-systemen gezien vanuit de normen

Wereldwijde website
- Duitsland (Deutsch | English | Français)
Europa
- Benelux ( Nederlands | Français)
- Italië (Italiano)
- Rusland (Русский | English)
- Spanje (Español)
- Verenigd Koninkrijk (English)
Amerika
- Canada (English | Français)
- Latijns-Amerika (Español | English)
- Mexico (Español | English)
- Verenigde Staten (English)
Zuidoost-Azië
- Zuidoost-Azië (English)
- China (简体中文)
- India (English)

Netvormen

De basisnetvormen staan in DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100):2009-06. In par. 131.1 van deze norm wordt erop gewezen dat met deze eisen de veiligheid van personen, nutsdieren en zaken wordt verzekerd met oog op de risico's en schade die bij doelmatig gebruik van elektrische installaties kunnen ontstaan. Tot de risico's behoort met name het ontstaan van gevaarlijke lichaamsstromen en de onderbreking van de stroomvoorziening.

IT-systemen worden in par. 312.2.3 (AC), 312.2.4.5 (DC) en in bijlage A beschreven. Vastgelegd wordt dat alle actieve onderdelen van de aarde geïsoleerd zijn of er een punt is dat via een impedantie met de aarde verbonden is. De lichamen (van elektrische bedrijfsmiddelen) van de elektrische installatie zijn of elk apart of gezamenlijk geaard of gezamenlijk met de aarding van het systeem verbonden (zie ook DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10) 411.6. Het systeem mag ook met de aarde verbonden zijn via een afdoende hoge impedantie. Dit wordt in Duitsland alleen voor meet- en functiedoeleinden gebruikt.

Afbeelding 1: Vergelijking tussen een IT-systeem (linkerafbeelding) en een TN-systeem bij de eerste isolatiefout

De stroombron

Qua stroombron moet er onderscheid worden gemaakt tussen een „normaal“ IT-systeem of een medisch IT-systeem. Voor de stroombron is een scheiding met basisisolatie noodzakelijk. In de praktijk is dit meestal door een scheidingstransformator. Dit kan worden bereikt met een accu, een zelfvoorzienend PV-systeem of een mobiele stroomgenerator. In een medisch IT-systeem moeten de lekstromen zeer laag zijn wegens het mogelijke risico voor de patiënt bij intracardiale ingrepen (bijv. openhartoperatie). De vereiste scheidingstransformator wordt in DIN EN 61558-2-15 (VDE 0570-2-15):2012-09 beschreven.

Afbeelding 2: Opbouw van een medisch IT-systeem volgens DIN VDE 0100-710:20xx

De aarding

Het IT-systeem wordt in de praktijk vaak ook het “ongeaarde stroomvoorzieningsysteem” genoemd. “Ongeaard” heeft echter alleen betrekking op de verbinding tussen de actieve leidingen en het aardingssysteem. Volgens DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 paragraaf 411.3.1.1 ”Beschermingsaarding“ moeten de lichamen met een aarddraad worden verbonden, afhankelijk van de aard van de aardingsverbinding. Voor het IT-systeem betekent dit dat volgens 411.6.2 de lichamen elk apart, groepsgewijs of gezamenlijk geaard moeten zijn en aan de volgende eisen moeten voldoen:

In wisselstroomsystemen R_A × I_d ≤ 50 V

Daarbij is

R_A de som van de weerstand in Ω van de aarding en de aarddraad bij het desbetreffende lichaam;

I_d dde lekstroom in A bij de eerste fout met een verwaarloosbare impedantie tussen een fasedraad en een lichaam.

In gelijkstroomsystemen wordt de begrenzing van de aanraakspanning niet meegenomen, omdat de waarde van I_dals verwaarloosbaar klein wordt gezien.

Afbeelding 3: Vergelijking van de aarding in het IT-systeem en TN-systeem

De 1e fout in het IT-systeem

De lekstroom I_d na het ontstaan van een eerste fout tegen een lichaam of aarde is zeer laag en automatische uitschakeling is niet noodzakelijk (DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 par. 411.6.1) mits de aarding voldoet aan paragraaf 411.6.2. Dit betekent dat de weerstand van de aarddraad R_A parallel aan de weerstand van het lichaam ligt en de op zich al zeer lage lekstroom via deze aarddraad wegstroomt en dat de aanrakingsspanning aanzienlijk onder de max. toegestane waarde van 50 V blijft. Dit is met name ook in klinische omgevingen een voordeel.

De waarde van de lekstroom I_d bij een eerste fout wordt bepaald door de nominale spanning, nominale frequentie en de parallelschakeling uit lekcapaciteit en isolatieweerstand van de elektrische installatie tegen de aarde. De lekstroom stroomt bij een eerste fout met verwaarloosbare impedantie tussen een fasedraad en een lichaam. Bij een goed geïsoleerd elektrische systeem kan I_d goed bij benadering door de lekcapaciteit worden bepaald en als volgt berekend worden:

Voor 3f-systeem

I_Ce = U⁄√3 ×3ω × C_e = U ×√3×ω ×C_e

Voor 1f-systeem

I_Ce = U × ω × C_e

Afbeelding 4: Lekstroom I_d bij een eerste isolatiefout in het IT-systeem (equivalent schakelschema)

Afbeelding 5: Voorbeeld aanrakingsspanning UT na eerste fout

De beschermings- en bewakingsinstallaties

Volgens DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 paragraaf 411.6.3 kunnen in IT-systemen de volgende bewakings- en beschermingsinstallatie worden gebruikt:

Isolatiebewakingsinstallaties (IMD's);
Lekstroombewakingsinstallaties (RCM's);
Isolatiefoutopsporingsinstallaties (IFLS);
Overstroombeschermingsinstallaties;
Lekstroombeschermingsinstallaties (RCD's).

Volgens paragraaf 411.6.3.1 moet een isolatiebewakingsinstallatie (IMD) aanwezig zijn om een eerste fout tussen een actief onderdeel en een lichaam of tegen de aarde te melden. Deze installatie moet een hoorbaar en/of zichtbaar signaal genereren dat moet aanhouden zo lang als de isolatiefout aanwezig is. Het is aangeraden om een eerste fout zo snel als praktisch mogelijk te verhelpen. Het "zo snel als praktisch mogelijk” hangt af van de praktische omstandigheden van de installatie. In principe heeft het IT-systeem echter het duidelijke voordeel dat een isolatiefout niet direct hoeft worden verholpen, maar kan worden uitgesteld tot bijv. het volgende onderhoudsbeurt voor de installatie.

Isolatiefoutopsporingsinstallaties (IFLS)

Met een isolatiefoutopsporingsinstallaties (IFLS) kunnen door fouten getroffen outputs of apparaten tijdens het gebruik worden gelokaliseerd, d.w.z. uitschakeling van de installatie is niet nodig. Voor het opsporen van de fouten worden meetpulsen naar het IT-systeem gestuurd die vervolgens door meetstroomomzetters worden opgevangen en geëvalueerd. Aan de hand van de indeling van de meetstroomomzetter en output kan zo de door fouten getroffen output worden gelokaliseerd.

Afbeelding 6: Voorbeeldweergave IT-systeem met IMD en IFLS

Lekstroombewakingsinstallaties (RCM)

Lekstroombewakingsapparaten (RCM) kunnen alleen onder bepaalde omstandigheden functioneren (zie lekstroombeschermingsinstallaties (RCD))

Overstroombeschermingsinstallaties

De inrichting van overstroombeschermingsinstallaties vindt plaats met inachtneming van DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10. Voor IT-systemen moet daarbij met name gelet worden op:

In medische IT-systemen is in het uitgangscircuit (secundaire circuit) van de transformator een overbelastingbescherming niet toegestaan, d.w.z. alleen bescherming tegen kortsluiting is noodzakelijk. Daarom moet de belastingstroom en temperatuur van de transformator worden bewaakt en moeten afwijkingen worden gemeld (par. 710.411.6.3.101)
Overeenkomstig DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10 par. 431.1.1 moeten alle actieve leidingen zijn beveiligd (alpolig). Zie ook in DIN VDE 0100-557 (VDE 0100-557):2014-10 “Secondair circuit” paragraaf 557.3.6.1 “Ongeaarde secondaire wissel- of gelijkstroomcircuits moeten door beschermingsinstallaties tegen kortsluitingsstromen worden beschermd die alle fasedraden onderbreken.” Deze instructie staat eveneens in DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2006-07 paragraaf 431.2.2.
Wanneer in 3f/N-IT-systemen in de nuldraad overstroomdetectie noodzakelijk is, moet dit resulteren in een uitschakeling van alle actieve leidingen. (par. 431.2.2) Deze overstroombescherming is niet nodig wanneer bijv. de nuldraad bij de voeding tegen overstroom is beveiligd.
Een alpolige uitschakeling dient er ook voor om het IT-systeem in de zin van de 5 veiligheidsregels alpolig “vrij te schakelen”
Op dit punt willen wij ook verwijzen naar de algemeen geldende opmerking uit DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430): 2010-10 paragraaf 433.3.3 dat overbelastingsbeschermingsinstallaties niet nodig zijn wanneer onvoorziene onderbreking van het circuit risicovol is. In dit geval moet een overbelastingmeldingsinstallatie in overweging worden genomen.

Afbeelding 7: Verklaring voor de noodzaak van een alpolige overstroombescherming in IT-systemen

Lekstroombeschermingsinstallaties (RCD)

Overeenkomstig DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10, par. 411.3.3 moet in wisselspanningssystemen een extra bescherming in de vorm van lekstroombeschermingsinstallaties (RCD's) voor de stopcontacten < 32 A worden aangebracht, die geschikt zijn voor gebruik door leken en algemeen gebruik. Deze eis is echter voor IT-systemen onpraktisch, zodat RCD's in IT-systemen niet zorgen voor de gewenste bescherming. Het functioneringsprincipe van een RCD vereist na een eerste fout een lekstroom I_d die boven de meetfoutstroom I_Δn van een RCD moet liggen (bijv. > 30mA). Dit is echter in de praktijk niet het geval. Zelfs twee onafhankelijke isolatiefouten aan beide actieve leidingen of aangesloten bedrijfsmiddelen leiden niet tot de activatie van een RCD, aangezien deze beide fouten hetzelfde functioneren als stroomverbruik door een apparaat.

In de uitgave van DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 is echter op internationaal niveau extra bescherming door RCD’s I_Δn< 30 mA ook voor de stopcontactcircuits van IT-systemen vereist wanneer bij de eerste fout een lekstroom I_d van > 15 mA kan gaan stromen. Bij nadere inspectie wordt duidelijk dat deze eis niet alleen technisch twijfelachtig is:

Afgezien van het feit dat stopcontacten in IT-systemen eerder een uitzondering zijn, hoe moet de lekstroom I_d worden bepaald? De stroom I_d wordt met name door de kabellengte en het aantal verbruikers van de elektrische installatie bepaald. Er wordt ook rekening gehouden met lekstromen van de elektrische installatie naar de aarde. Eveneens horen hierbij veranderingen van de installatie door onbekende uit- en inschakeling. Geen enkele planner kan deze waarde bepalen, als is de planning nog zo goed.
De momenteel op de markt gebruikelijke RCD’s hebben een meetlekstroom I_Δn < 30mA. De gebruiker kan dus ook geen geschikt product op de markt kopen. Daarom bevat DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2018-06 in paragraaf 538.4 nog het volgende citaat: “Bij gebruik in wisselstroom-IT-systemen is het aangeraden om richtingsselectieve lekstroombewakingsinstallaties (RCM's) te gebruiken om ongewenste meldingen met betrekking tot lekstromen te voorkomen wanneer vermoedelijk hoge lekcapaciteiten achter het aansluitpunt van de lekstroombewakingsinstallatie (RCM) optreden.” Kort gezegd betekent dit dat de gebruiker of een RCD met een I_Δn < 15 mA of een RCD die richtingsselectief werkt, krijgt. Richtingsselectief betekent in dit geval dat alleen lekstromen naar de verbruiker toe worden herkend.

Par. 8: Twee isolatiefouten op verschillende fasedraden “achter” een RCD

Par. 9 Opdeling van lekcapaciteiten “voor” en “achter” een RCD

Par. 10 Inzet van RCD's in vertakte IT-systemen

e) Gebruik van AFDD's in IT-systemen

Voor IT-systemen geldt primair dat bij een eerste fout geen onverwachte uitschakeling mag plaatsvinden. Op dit punt is het gebruik van vlamboogbeschermingsinstallatie voor eindcircuits tot 16 A in IT-systemen niet zinvol. Dit is ook het onderwerp van de huidige verklaring van DKE van 3 november 2017. Daarin worden de volgende zaken vastgelegd:

a) DIN VDE 0100-420 (VDE 0100-420):2016-02,paragraaf 421.7 bevat geen eisen voor elektrische installaties die binnen het toepassingsgebied (paragraaf 710.1) van DIN VDE 0100-710 (VDE 0100-710):2012-10 “Inrichten van laagspanningsinstallaties Deel 7-710: Eisen voor bedrijfslocaties, ruimtes en installaties met een bijzondere aard - Klinische omgevingen” vallen. Klinische omgevingen in bejaarden- en verzorgingshuizen, waarin patiënten een geneeskundige behandeling ondergaan, vallen daardoor niet binnen de reikwijdte van DIN VDE 0100-420 (VDE 0100-420):2016-02, paragraaf 421.7.

b) Ook lekvlamboogbeschermingsinstallaties (AFDD's) zijn niet nodig voor circuits die elektrische verbruiksmiddelen van stroom voorzien, waarbij een onvoorziene onderbreking van de stroomvoorziening een risico vormt of schade veroorzaakt. Dit geldt bijv.

a. voor IT-systemen die ter verbetering van de voorzieningszekerheid geïnstalleerd zijn of oder
b. voor elektrische installaties voor veiligheidsdoeleinden overeenkomstig DIN VDE 0100-560 (VDE 0100-560), met name in veiligheidsverlichtingssystemen.

Verdere instructies en eisen voor de installatie en apparaatkeuze

Selectie van de isolatiebewakingsapparatuur

Een isolatiebewakingsapparaat wordt met inachtneming van de volgende criteria geselecteerd:

Hoogte van de maximale nominale spanning
AC-, DC- of AC / DC-netvorm
Hoofd-, besturingscircuit of speciale toepassing
Lekcapaciteit
Activatiewaarden
Uitbreiding van de installatie voor de opsporing van isolatiefouten
Speciale milieuvoorwaarden

Om de selectie van de isolatiebewakingsapparatuur voor de planner en gebruiker eenvoudiger te maken, zijn in de productnorm voor isolatiebewakingsapparaten van DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8):2015-12 de volgende zaken vastgelegd:

Markering voor de bijbehorende toepassing
Er wordt onderscheid gemaakt tussen isolatiebewakingsapparaten
- op grond van de mogelijke componenten in het IT-systeem
  - AC IT-systemen
  - DC IT-systemen
  - AC/DC-systemen
- Voor speciale toepassingen
  - Klinische omgevingen
  - Zonnecellen

Afbeelding 11: Voorbeelden voor de markering van IMD's

Eisen aan de isolatiebewakingsapparaten

Belangrijke instructies voor de ontwikkeling van IT-systemen zijn in DIN VDE 0100-530 (VDE 0100-530):2018-06 „Selectie en installatie van elektrische bedrijfsmiddelen – Schakel- en stuurapparaten“ in paragraaf 538 opgenomen:

IMD's moeten overeenkomen met IN EN 61557-8 (VDE 0413-8) (538.1.1).
Meetresultaten mogen niet door gelijkstroomdelen worden beïnvloed (538.1.2).
IMD's moeten symmetrisch tussen fasedraden en aarde of eenpolig tussen een gewenste fasedraad en aarde worden aangesloten (als alternatief ook aan de nuldraad in 3f/N-systemen) (538.1.2).
Indien meerdere IT-systemen aan elkaar worden gekoppeld, mag altijd alleen IMD actief zijn (538.1.2).
IMD's moeten voor de hoogste netwerkspanning geschikt zijn
Het is aangeraden om IMD's te gebruiken die een onderbreking van meetaansluitingen naar de netwerkleidingen en aarde melden (538.1.1).
Inrichtingen voor opsporing van isolatiefouten moeten voldoen aan de eisen van DIN EN 61557-9 (538.2).

Instelling van de activatiewaarden

De activatiewaarde moet passend bij de desbetreffende installatie worden ingesteld. Volgens par. 538.1.3 wordt een waarde van 100 Ohm/V en voor een preventieve waarschuwing een waarde van 300 Ohm/V aangeraden. In de eerdere uitgave van DIN VDE 0100-530:2011-06 en in DIN VDE 0105-100 (VDE 0105-100):2015-10 par. 5.3.3.101.3.3. wordt een streefwaarde van 50 Ohm/V aangeraden. Beide ordes van grootte zijn in principe correct en worden door het aantal verbruikers en kwaliteit van de installatie beïnvloed (bijv. vochtigheid, stof, enz.). In de praktijk wordt de op het scherm van de IMD's getoonde waarde gebruikt om een alarmwaarde in te stellen die onder deze getoonde waarde ligt en daarmee de gewenste minimumwaarde weergeeft en voldoende speelruimte voor onderhouds- en servicewerkzaamheden laat. Hierbij moet er echter op gelet worden dat alle belangrijke processen van de installatie ook in gebruik zijn.

Een voordeel is echter ook dat een aanzienlijke wijziging van de isolatieweerstand bij het in- of uitschakelen van een gebruiker of installatiedeel door de IMD getoond wordt en zo mogelijke zwakke plekken zelf kenbaar worden gemaakt.

Bewaking uitgeschakelde verbruikers

Volgens par. 538.3 kan een isolatiebewakingsapparaat in TN-, TT-, en IT-systemen ter bewaking van uitgeschakelde verbruikers of installaties worden gebruikt. Daartoe behoren bijvoorbeeld motorlieren, liften, schuifaandrijvingen. Voorwaarde is de alpolige scheiding van het bewaakte circuit van het netwerk.

Afbeelding 12: Offline bewaking van een motor, bijv. bij een kraan

Gedrag bij een tweede isolatiefout

Overeenkomstig DIN VDE 0100-410:2018-10 paragraaf 411.6.4 moet na optreden van de eerste fout aan de voorwaarden voor het uitschakelen in geval van een tweede fout die op een andere leiding gebeurt, zijn voldaan. In de praktijk betekent dit dat een bepaalde kringimpedantie moet worden aangehouden. Voor IT-systemen zonder nuldraad

Z_S ≤ U/(2 × I_a )

U = Nettowisselspanning tussen fasedraden
I_a= Stroom die de activatie van de beschermingsinstallatie binnen de periode overeenkomstig 411.3.2.2 / 411.3.2.3 realiseert..

Wanneer vanwege de beschikbaarheid niet bij een eerste fout mag worden uitgeschakeld, moet bij gebruik van RCD's erop worden gelet dat de aanwezige lekstroom I_d Id < 0,4 I_Δn bedraagt. Voor een RCD van 30 mA betekent dit I_d< 12 mA.

Daarvoor geldt de opmerking dat symmetrische fouten op verschillende fasedraden niet een uitschakeling veroorzakende lekstroom genereren.

Wanneer niet kan worden voldaan aan de uitschakelvoorwaarden voor de overstroombescherming, bijv.

de kringimpedantie niet exact kan worden bepaald (lastig te schatten leidinglengtes, metalen materialen in de buurt van leidingen),
de lekstroom zo laag is dat de max. toegestane uitschakeltijd bij gebruik van overstroombeschermingsinstallaties niet kan worden aangehouden,
wanneer de kringweerstand te hoogohmig is om de automatische uitschakeling te garanderen

en een extra potentiaalvereffening niet mogelijk is, kan een RCD voor ieder los verbruiksmiddel worden ingezet.

Afbeelding 13: De tweede fout in het IT-systeem

Nuldraad in driefasige IT-systemen

DIN VDE 0100-410:2018-10 paragraaf 431.2.2 bevat de opmerking dat in IT-systemen wordt aangeraden om de nuldraad niet mee te leiden. Hiermee moet dan rekening worden gehouden wanneer in een 3f/N-IT-systeem ook eenfasige verbruikers worden aangesloten. Als een isolatiefout ontstaat in L1, wordt de spanning in de leiding L2/L3 geaard tot de verbonden spanning van bijv. 400 V verhoogd. Daardoor kunnen ontstoringscondensatoren die geaard zijn, worden beschadigd. Hierbij moet erop worden gelet dat de spanningsverschuiving alleen de spanning naar de aarde betreft. Er vindt geen spanningsverschuiving tussen de actieve leidingen plaats. De eenfasige bedrijfsmiddelen moeten dan overeenkomstig zijn ingericht, d.w.z. voor een gebruik in 3f/N-systemen geschikt zijn. In de praktijk worden dan vaak twee gescheiden IT-systemen ingericht, een van 1f-verbruikers en een voor 3f-verbruikers.

Op dit punt ook een verwijzing naar de algemeen geldige opmerking uit DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10 par. 433.3.3 dat van overbelastingsbeschermingsinstallaties kan worden afgezien wanneer een onvoorziene onderbreking van het circuit een risico vormt. In dit geval moet een overbelastingmeldingsinstallatie in overweging worden genomen

Samenvatting

IT-systemen bieden altijd een voordeel als een eerste fout niet tot uitvallen van de stroomvoorziening mag leiden. Een opbouw volgens de normen alsmede een correcte selectie van de beschermings- en bewakingsinstallaties zijn de wezenlijke basis voor een storingsvrij en veilig gebruik.