IT-System

Welche Bedeutung hat die Netzform für eine Anlage?

In der heutigen Zeit zeichnen sich technische Anlagen aller Branchen durch eine immer höhere Komplexität und Automatisierung aus. Von hochentwickelten Fertigungsstraßen bis hin zur Robotertechnik gibt es stetig mehr Betriebsmittel, deren reibungslose Funktionalität von einer zuverlässigen Stromversorgung abhängt. Daher wird schon bei der Auswahl des richtigen Stromversorgungssystems der Grundstein für die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit einer Anlage gelegt. Zusammen mit dem Personen- und Brandschutz ist die Ausfallsicherheit der wichtigste Faktor für die Wahl einer geeigneten Energieversorgung. Bei der Planung einer Anlage stehen die drei Netzformen zur Verfügung: Das TN-System, das TT-System und das IT-System.

Was ist ein IT-System?

In TN-Systemen ist der Sternpunkt der speisenden Transformatoren niederohmig geerdet, und die Körper der elektrischen Anlage sind über Schutzleiter mit dem Betriebserder des Netzes verbunden. Auch in TT-Systemen wird der Sternpunkt niederohmig geerdet, aber die Körper der elektrischen Anlage sind unabhängig von der Systemerdung geerdet.
In IT-Systemen hingegen sind alle aktiven Teile entweder gegen Erde isoliert oder über eine hochohmige Impedanz mit Erde verbunden. Die hochohmige Impedanz kann aus messtechnischen Gründen vorgesehen werden, jedoch mit der Maßgabe, nicht die elektrische Sicherheit zu gefährden. Die Erdung der Körper der elektrischen Anlage geschieht entweder einzeln oder gemeinsam.

Was ist ein IT-System?

Was ist das Hauptmerkmal des ungeerdeten Systems?

Zur Einspeisung bei ungeerdeten IT-Systemen kommen entweder ein Transformator oder eine unabhängige Stromquelle wie eine Batterie oder ein Generator zum Einsatz. Da kein aktiver Leiter niederohmig mit der Erde verbunden ist, fließt hier im Falle eines Körper- oder Erdschlusses kein hoher Fehlerstrom. Was entsteht, ist lediglich ein geringer Fehlerstrom, dessen Größe von den Isolationswiderständen und der Kapazität der Leiter und Systemkomponenten gegen Erde abhängt.
Für ein IT-System ist es normativ vorgeschrieben, ein Isolationsüberwachungsgerät einzusetzen.

Ein Beispiel: Berührt ein Mensch bei einem intakten ungeerdeten 230 V AC-Netz mit genügend kleinen Netzableitkapazitäten ein unter Spannung stehendes leitendes Gehäuse, so erfährt er keinen elektrischen Schlag. Unter diesen Bedingungen fließt nur ein sehr kleiner, nicht spürbarer Strom über die Person. Die Berührungsspannung ist maßgeblich durch den Spannungsabfall des Fehlerstromes über den am Gehäuse angeschlossenen Schutzleiter bestimmt. Da der Fehlerstrom (bestimmt durch den Isolationswiderstand und die Netzableitkapazität) im Normalfall sehr klein ist und der Widerstand des Schutzleiters auch sehr klein ist, entstehen keine hohen Berührungsspannungen.

Im Gegensatz dazu basiert ein geerdetes System auf der Grundidee, im Fehlerfall einen genügend großen Fehlerstrom zu treiben der zu einer schnellen Abschaltung der Stromversorgung führt. Für den Fall der indirekten Berührung bedeutet dies, wird ein unter Spannung stehendes leitendes Gehäuse berührt, fließt aufgrund der niederohmigen Verbindung zur Stromquelle sofort ein hoher Fehlerstrom über den Menschen. Zum Schutz des Menschen sind Schutzeinrichtungen wie Sicherungen und FI-Schalter vorgeschrieben, um die Anlage abzuschalten, bevor der Mensch nachhaltig geschädigt wird.

Man erkennt die unterschiedlichen Philosophien anhand folgender Analogie:
Im geerdeten System sieht man prinzipiell vor, dass das Kind in den Brunnen fällt – man polstert den Brunnen aber aus.
Im ungeerdeten System wird jedoch prinzipiell vermieden, dass das Kind überhaupt erst in den Brunnen fällt.

Worin liegt der Hauptunterschied des ungeerdeten Systems?

Welche Vorteile hat das ungeerdete IT-System?

Keine Abschaltung

Keine Abschaltung
Selbst bei einem ersten Isolationsfehler kann die Anlage problemlos weiterbetrieben werden.

Erhöhter Brandschutz

Erhöhter Brandschutz
Die vorgeschriebene permanente Isolationsüberwachung reduziert die Brandgefahr und kann zu geringeren Versicherungsprämien führen.

Fehlersuche im Betrieb

Fehlersuche im Betrieb
Im Falle eines Isolationsfehlers kann die genaue Position bei laufender Anlage lokalisiert werden.

Weniger Prüfkosten

Weniger Prüfkosten
Wiederkehrende Prüfungen erfordern keine Abschaltung mehr, RCD-Test und RISO-Messung entfallen.

Erhöhter Personenschutz

Erhöhter Personenschutz
Durch die geringen Fehlerströme gibt es keine Gefahr durch elektrischen Schlag.

Warum wird das IT-System bisher so selten genutzt?

Bislang kommt das ungeerdete System vor allem in sicherheitskritischen Anwendungen wie Intensivstationen oder Bahn-Signaltechnik zum Einsatz, wo ein Ausfall der Stromversorgung fatale Folgen hätte. Außerhalb dieser Spezialbereiche ist diese Netzform in der Praxis noch relativ wenig verbreitet, obwohl das IT-System zahlreiche Vorteile nicht nur in puncto Sicherheit, sondern auch Verfügbarkeit bietet.

Drei Mythen über die Nachteile dieser Netzform sind bis heute weit verbreitet:

  • Das IT-System ist teurer als ein geerdetes System

    Die Installation eines ungeerdeten Systems ist tatsächlich teurer als ein TN- oder TT-Netz, doch die zusätzlichen geldwerten Vorteile wie vorbeugende Instandhaltung und reduzierter Prüfaufwand kompensieren die zusätzlichen Kosten in kurzer Zeit.

  • Im TN-System lassen sich Fehler schnell finden

    Durch den Einsatz von Fehlersuchsystemen (IFLS) können Fehler auch im IT-System schnell lokalisiert werden.

  • Für das IT-System müssen kostspielige Betriebsmittel angeschafft werden

    Mithilfe technischer Maßnahmen, die keinen Aufpreis erfordern, können auch Standardkomponenten verwendet werden.

Wo liegen die Grenzen des IT-Systems?

Jede Netzform hat ihre Stärken und Schwächen und die Wahl der besten Variante sollte im Optimalfall von der Applikation abhängen, die betrieben werden soll. In der Praxis hat sich häufiger eine Kombination der drei Netzformen bewährt. Das IT-System hat insgesamt die besten Eigenschaften, jedoch eignet es sich nur bis zu einer bestimmten Größe und Komplexität des Netzwerks.

Wo kann man ein IT-System einsetzen?

Die Notwendigkeit einer kontinuierlichen Stromversorgung nimmt ständig zu – in Krankenhäusern, auf Schiffen, in Fertigungsanlagen, Prozessanlagen, Rechenzentren, Leitwarten, Flughäfen, Bahnanlagen, Transportsystemen, Heizeinrichtungen, Kühlanlagen usw. In Tunnels und unter Tage muss die Beleuchtung und Belüftung fehlerfrei funktionieren, unter Wasser sind U-Boot-Besatzungen von der sicheren Stromversorgung abhängig und im Weltall sind es die Astronauten.

IT-Systeme mit Isolationsüberwachung stellen in vielen Fällen die optimale technische Lösung dar. Aus diesem Grund kommen IT-Systeme in besonders kritischen Anwendungen wie Steuerstromkreisen, medizinisch genutzten Bereichen oder mobilen Stromerzeugern zum Einsatz. Inzwischen finden sie aber auch zunehmend in neueren Applikationen wie Elektrofahrzeugen, Photovoltaikanlagen oder Industrieanlagen mit geregelten Antrieben Verwendung.

In Kombination mit innovativer Isolationsüberwachungstechnik trägt das IT-System dazu bei, Lebewesen und Anlagen umfassend vor den Gefährdungen durch elektrischen Strom zu schützen, indem es kritische Anlagen- und Betriebszustände zum Teil systembedingt ausschließt und ansonsten frühzeitig erkennt und meldet. Neben der erhöhten Sicherheit hilft es, Wartungs-, Instandhaltungs- und Ausfallkosten zu minimieren. Zudem erhalten Betreiber die Möglichkeit, Anlagedaten nach ihren eigenen Bedürfnissen auszuwerten und zur Anlagenverbesserung zu nutzen. Aufgrund der vielen wirtschaftlichen und technischen Vorteile rentiert sich ein ungeerdetes System mit einer leistungsfähigen Isolationsüberwachung in komplexeren Anlagen nahezu immer.

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