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Messpraktikum: Schleifenimpedanz und Netzinnenwiderstand

(Kommentare: 18)

Messpraktikum: Schleifenimpedanz und Netzinnenwiderstand
(Bildquelle: kadmy/iStock/Thinkstock)

Mit der Durchführung von Messungen kann die Elektrofachkraft die Wirksamkeit von Schutzmaßnahmen nachweisen. Eine der häufigsten Schutzmaßnahmen von elektrischen Stromkreisen ist der Schutz durch Abschaltung. Eine der wichtigsten Messungen in diesem Zusammenhang ist die Messung der Schleifenimpedanz.

Die Begriffe „Impedanz“ und „Fehlerschleifenimpedanz“

Unter einer Impedanz wird der Wechselstromwiderstand eines Stromkreises verstanden. Diese Impedanz setzt sich z.B. aus allen Leitungs-, Klemmen- und Übergangswiderständen des Stromkreises zusammen. In der Normung (z.B. DIN VDE 0100-600 „Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen“) wird diese zu messende Impedanz auch Fehlerschleifenimpedanz genannt (vgl. Beuth 2016a).

Die Fehlerschleifenimpedanz setzt sich dabei aus den gesamten Wechselstromwiderständen von der Stromquelle (z.B. Transformator) über den aktiven Leiter (Außenleiter) als Hinweg und den Rückleitern zur Stromquelle (z.B. Schutz- bzw. PEN-Leiter) des im Fehlerfall wirkenden Kreises zusammen.

Schleifenimpedanzmessung bedeutet also nichts anderes als die Messung der Widerstände des gesamten Hin- und Rückwegs einer Stromschleife innerhalb eines Wechselstromkreises, die im Fehlerfall (z.B. Gehäuseschluss eines Betriebsmittels) entsteht.

Die folgende Abbildung zeigt eine solche Fehlerschleife für ein TN-CS-System bei einem Fehlerfall.

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Fehlerschleife in einem TN-CS-System mit einem fehlerbehafteten Betriebsmittel
Fehlerschleife in einem TN-CS-System mit einem fehlerbehafteten Betriebsmittel (Bildquelle: Dipl.-Ing. (FH) Christoph Schneppe, B.A.)

In der Praxis einer Elektrofachkraft ist das TN-CS-System wohl die am häufigsten angewendete Netzform. Dabei kommen fast immer Spannungen zwischen 230 V und 400 V zur Anwendung. Typische Anwendungsbereiche für die Schleifenimpedanzmessung sind Steckdosenstromkreise und Verbraucherstromkreise mit Nennströmen bis 32 A.

Abschaltzeiten müssen beachtet werden

Laut DIN VDE 0100-410 („Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag“), Tabelle 41.1, muss in einem TN-System zur Realisierung der Schutzmaßnahme „Schutz durch Abschaltung“ für Stromkreise bis max. 32 A innerhalb von 0,2 0,4 Sekunden durch die Schutzeinrichtung eine Abschaltung des fehlerbehafteten Stromkreises erfolgen (vgl. Beuth 2016b). Die Abschaltzeit der Schutzeinrichtung hängt dabei von der Charakteristik des Schutzorgans und des Nennstroms ab. So schaltet z.B. ein Leitungsschutzschalter mit einem Nennstrom von 16 A und einer Charakteristik vom Typ B innerhalb von 0,2 0,4 Sekunden ab, wenn mindestens das fünffache des Nennstroms fließt. In der Praxis bedeutet das, dass bei einem Fehlerstrom von 5 x INenn (5 x 16 A = 80 A) die Abschaltzeit normativ durch den beschriebenen Leitungsschutzschalter sichergestellt ist.

Angemerkt sei hier noch, dass Leitungsschutzschalter mit einer Charakteristik vom Typ C den zehnfachen und solche mit der Charakteristik vom Typ D das zwanzigfache des Nennstroms benötigen, um innerhalb der gleichen Zeit eine Abschaltung herbeizuführen. Bei dem Austausch von Leitungsschutzschaltern (z.B. aufgrund von Anlaufströmen an CEE-Steckdosen) ist deshalb auch immer die Schutzmaßnahme zu überprüfen.

Leitungs- und Übergangswiderstände begrenzen den Fehlerstrom

Damit die Schutzmaßnahme „Schutz durch Abschaltung“ im Fehlerfall funktioniert, ist es erforderlich, dass ein möglichst großer Fehlerstrom innerhalb der Fehlerschleife fließen kann. Der Fehlerstrom wird jedoch maßgeblich durch den Leitungswiderstand (z.B. aufgrund von Leitungslänge und -querschnitt) bestimmt. Je größer die Leitungslänge und je kleiner der Leitungsquerschnitt, desto größer der Leitungswiderstand.

Die Schleifenimpedanz (Zs) muss laut DIN VDE 0100-410, Abs. 411.4.4 in einem TN-System dabei so bemessen sein, dass diese zur Einhaltung der Schutzmaßnahme nicht größer wird als der Quotient aus Nennspannung (UNennspannung) des Außenleiters gegen Erde (z.B. 230 V für eine Steckdose) und erforderlichen Abschaltstrom (IAbschalt) der Schutzeinrichtung (z.B. 80 A für einen LS-Schalter vom Typ B 16 A). In einer Formel ausgedrückt bedeutet das:

ZS ≤ UNennspannung/IAbschalt

Als Rechen- und Messbeispiel für die maximale Schleifenimpedanz soll hier noch einmal die Steckdose mit 230 V dienen, die über einen LS-Schalter vom Typ B 16 A abgesichert ist:

Zs ≤ 230 V/80 A

Zs ≤ 2,88 Ω

Messwert mit Sicherheitsfaktor beaufschlagen

Die maximale Schleifenimpedanz dürfte somit theoretisch 2,88 Ω betragen. Dabei handelt es sich jedoch um einen rein akademischen Wert. Messgeräte nach VDE 0413 („Elektrische Sicherheit in Niederspannungsnetzen bis AC 1.000 V und DC 1.500 V – Geräte zum Prüfen, Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen“) dürfen, auch wenn sie kalibriert sind, einen Messfehler (sog. Betriebsmessabweichung) von 30 % besitzen. D.h. die Elektrofachkraft sollte hier einen Sicherheitsaufschlag von mind. 30 % (Faktor 0,7) beachten:

Zs ≤ 0,7 x (230 V/80 A)

Zs ≤ 2,0 Ω

Für die Praxis bedeutet das, dass Schleifenimpedanz Messwerte von deutlich unter 2,0 Ω erreicht werden sollten. Messwerte um die 2,0 Ω sollten immer Grund für eine erhöhte Aufmerksamkeit bzw. Korrektur sein.

Tipps für wiederkehrende Messungen

Für die regelmäßigen wiederkehrenden Prüfungen muss die Schleifenimpedanz nicht zwingend für alle Steckdosen eines Bereichs (z.B. eines Flures) gemessen werden. In der Praxis reicht es vielmehr aus die Schleifenimpedanzmessung an der entferntesten Steckdose eines Stromkreises durchzuführen (z.B. letzte Steckdose des Flures). Diese Steckdose besitzt den längsten Leitungsweg. Demzufolge muss sie auch die höchste Impedanz und somit letztendlich auch den schlechtesten Messwert des gesamten Steckdosenstromkreises im Flur aufweisen.

Unterschied: Schleifenimpedanz und Netzinnenwiderstand

Oft kommt es in der Praxis zu Verwechslungen zwischen den Begriffen „Schleifenimpedanz“ und „Netzinnenwiderstand“. Die Schleifenimpedanz wird zwischen Außen- und Schutzleiter gemessen.

Der Netzinnenwiderstand hingegen zwischen Außen- und Neutralleiter. Die Messung des Netzinnenwiderstands ist also keine Ersatzmessung für die Schleifenimpedanz. Die Messung gibt keine direkte Auskunft über den Schutzleiter. Bei dieser Messung wird vielmehr unterstellt, dass die Impedanz von Neutral- und Schutzleiter annähernd gleich sind.

Messungen in der Praxis

In der Praxis wird die Schleifenimpedanzmessung z.B. an Steckdosen durchgeführt, indem das Messgerät mit entsprechendem Adapter (z.B. Steckdosenadapter) in die unter Spannung stehende Steckdose eingesteckt wird. Je nach Messgerät gibt es eine entsprechende Auswahltaste für die Schleifenimpedanz (z.B. „Zs“ oder „ZSchl.“).

Nach der automatischen Messung können am Messgerät meist sowohl der Impedanzwert (ZSchl.) als auch der aufgrund der gleichzeitig erfolgten Spannungsmessung (UN) vom Messgerät berechnete theoretische Kurzschlussstrom (IAuslöse oder Ik) abgelesen werden.

Die folgende Abbildung zeigt einen unzureichenden Schleifenimpedanz-Messwert für einen Steckdosenstromkreis ( Ik ≈ UNennspannung/Zs = 230 V / 3,2 Ω = 71,9 A).

Unzureichender Schleifenimpedanz-Messwert an einem Steckdosenstromkreis
Unzureichender Schleifenimpedanz-Messwert an einem Steckdosenstromkreis (Bildquelle: Dipl.-Ing. (FH) Christoph Schneppe, B.A.)

Fazit

Die Messung der Schleifenimpedanz ist wichtig zur Überprüfung der Einhaltung von Schutzmaßnahmen. Durch den ermittelten Messwert kann die Elektrofachkraft den Nachweis führen, dass ein Stromkreis die normativ geforderten Abschaltbedingungen einhält. Dabei sind die Nennspannungen gegen Erde und der Abschaltstrom der Schutzeinrichtung zur Einhaltung der Abschaltzeiten laut DIN VDE 0100-410 für die verschiedenen Netzformen von der Elektrofachkraft zu berücksichtigen. Sollte die Schleifenimpedanz zu hoch sein, so können zur Korrektur die Leitungslänge verringert, der Leitungsquerschnitt vergrößert oder die Schutzeinrichtung mit ihrer Charakteristik empfindlicher gestaltet werden.

Quellenangaben:

Beuth 2016a: Beuth Verlag GmbH, Am DIN-Platz, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin; VDE 0100-600:2008-06; Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 6: Prüfungen (28.03.2016)

Beuth 2016b: Beuth Verlag GmbH, Am DIN-Platz, Burggrafenstraße 6, 10787 Berlin; VDE 0100-410:2007-06; Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-41: Schutzmaßnahmen - Schutz gegen elektrischen Schlag (28.03.2016)

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Christoph Schneppe, B.A.

Christoph Schneppe

Dipl.-Ing. (FH) Christoph Schneppe, B.A. - geschäftsführender Gesellschafter im Sachverständigenbüro Bluhm + Schneppe

Christoph Schneppe betreut als freiberuflicher Sachverständiger für Elektrotechnik den Schwerpunkt baurechtliche Prüfungen. Er ist VdS-anerkannter Sachverständiger zum Prüfen elektrischer Anlagen und staatlich anerkannter Sachverständiger (Prüfsachverständiger) für Sicherheitsbeleuchtungs-, Sicherheitsstromversorgungs-, Brandmelde- und Alarmierungsanlagen.

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Kommentare

Von Lukethedude |

Wie ist es wenn man an der Klemme der Zuleitung im Unterverteiler misst? Misst man dann in beide Richtungen oder misst das Messgerät immer nur von den Messpunkten aus zum Trafo ? wenn ja wie macht es da ?

Von Joachim Paßmanns |

Hallo, muss der Schleifenwiderstand im Drehstromnetz für jede Phase ermittelt werden oder reicht eine stellvertretend für alle aus?

Von Sascha |

Moin,
habe heute mit dem Fluke 1654B den RCD 40/0,03 A überprüft.
Bei der Messung Zi. laut Fluke für die Schleifenimpedanz L-PE hatte ich ein Wert von ca. 200 Ohm und 1A Ik.
Zi Messung Netzinnenwiderstand L-N runde 1,5 Ohm durchschnitt und Ik 700 A.
Auslösestrom und zeit im grünen Bereich.
Im Prinzip Wiederholungsprüfung , Instandsetzung

Riso teilw. zu niedrig

Von VT zu Abzweigdosen mit Nym, von Abzweigdose zu Stedo etc. mit Impuleitung

Gilt noch der Bestandsschutz?

Von Martin |

Es müssen auch Beleuchtungsstromkreise gemessen werden, denn im Fehlerfall muss die automatische Abschaltung dort auch gewährleistet sein.

Von wilson |

Frage :
Müssen bei einer Wiederholungsprüfung auch reine Beleuchtungsstromkreise
gemessen werden ??

Von Michael MOhr |

Ich suche verzweifelt die Vorschrift, dass bei einer Messung nach DIN VDE 0100-600 (Erstprüfung) bzw. DIN VDE 0105-100 (Wiederholungsprüfung) die Netzimpedanz durch Messung nachgewiesen werden muss.
Folgender Hintergrund: Muss bei einem eingebauten RCD mit einem Nennfehlerstrom 30mA (Personenschutz) die Netzimpedanz / Kurzschluss L-N nachgewiesen werden?
Der RCD löst bei Kurzschluss L-N nicht aus, wenn der vorgeschaltet LS einen nur um 1,13 größeren Nennstrom dauerhaft führt, erfolgt die Auslösung > 1Std. In dieser Zeit könnten die Kontakte des RCD festkleben, was nicht bemerkt werden würde.
Im Falle einen Fehlerstroms welchen der RCD merkt, würde diese nie auslösen. Im günstigen Fall, brennt die Wicklung des RCD bei dauerhafter Überlast durch und der RCD löst aus, hoffentlich.
Kann mir jemand helfen?

Von wirths |

Hallo zusammen,

die Schleifenmessung bei Steckdosen ist klar. Wie sieht die Praxis denn bei Beleuchtungsanlagen oder ähnlicher Peripherie aus, die nicht so einfach demontiert werden können.

Von Christoph Schneppe |

Sehr geehrte Leser,
leider ist mir in diesem Fachbeitrag ein Fehler unterlaufen.
Normativ sind natürlich 0,4 Sekunden anstelle 0,2 Sekunden gefordert.
Sie alle hatten vollkommen recht.

Über diesen von mir, trotz mehrfachen Korrekturlesens, entgangenen Fehler im Text habe ich mich geärgert.
Gleichzeitig war ich natürlich über die zahlreichen Kommentare Ihrerseits sehr erfreut. Zeigt es doch, dass die Fachbeiträge kritisch gelesen und auch diskutiert werden.
Der Text wurde bereits aktualisiert. Danke für Ihre Kommentare.
Mit freundlichen Grüßen
Christoph Schneppe

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