Fordelene ved et IT system

I elektriske lavspændingsinstallationer er IT-systemet (isoleret net) en ikke så ofte forekommen systemjording, set i forhold til TN eller TT-systemet (jordet net). Ikke desto mindre vil et IT-system ofte være et bedre alternativ, set i forhold til de to andre systemjordinger.

Men hvorfor stiller man sig i praksis så tilfreds med et dårligere alternativ? Svaret er nok: Af gammel vane, af bekvemmelighed og af uvidenhed.

I praksis er IT-systemet derfor ikke særlig velkendt. Temaet omkring IT-systemet bliver næsten ikke, eller kun periferisk, behandlet i læretiden når lærlinge er på teknisk skole, for at tilegne sig grundlæggende viden om bl.a. lavspændingsnet.

Lidt dybere teoretisk viden omkring IT-systemet kommer derfor oftest først i forbindelse videreuddannelse på læreanstalter som fx på teknisk universitet, hvor man går dybere teoretisk omkring den kollektive elforsyning, og for den sags skyld transmission og distribution.

Her støder man blandt andet på IT-systemet i forbindelse med temaer som nulpunktsjording, usymmetriske belastninger og fejl i trefasenet, samt i forbindelse med ledninger og ledningsnet, nulimpedans og leder med retur i jorden med mere.

Disse temaer er alle typisk henledt til mellemspænding og højspændingsteori. Derfor har det jordede system i elektriske installationer således etableret sig som en form for standard, og det fortsætter med at sprede sig.

Som ovenfor omtalt, er IT-systemet sjældent forekommen, men finder alligevel typisk anvendt hvor dets massive fordel ikke kan fraviges.

Det være sig hvor der stilles krav til særlig installationer eller områder. Det er således tilfældet i fx medicinske områder, dvs. på operationsstuer og på intensivafdelinger, eller ved banedrift inden for signalteknik, på skibe etc.

Men hvorfor det, og hvorfor netop i disse applikationer?

Svaret er: Fordi dette handler om menneskeliv. Men handler elektriske installationer ikke altid om beskyttelse af personer, husdyr og ejendom, og samtidig om forsyningssikkerhed og korrekt funktion af den elektriske installation i forhold til den tilsigtede anvendelse?

Indbygget sikkerhed – en lille forskel, med stor effekt

IT-systemet adskiller sig hovedsagelig fra et TT- eller TN-system derved, at der ”mangler” en forbindelse mellem forsyningstransformerens nulpunkt (stjernepunkt) og jord.

Denne forbindelse er tilstede i jordede systemer, men altså ikke i et isoleret net som IT-systemet.

Hvad er så den store forskel, hvis selve udførelsen ikke adskiller sig mere end blot en forbindelse mindre? I et fejlfrit system er der ingen forskel.

Den signifikante forskel mellem et isoleret net og et jordet net opstår i tilfælde af en fejl. Hvis en person berører en udsat del i et IT system - fx tavlestel - som grundet en fejl er blevet spændingssat, sker der normalt ikke noget (!) Hvorfor det?

Fordi selvom der løber en fejlstrøm, er strømstyrken forsvindende lille, da fejlstrømmen afhænger af afledningskapaciteten i nettet, og fordi den udsatte del (i dette tilfælde tavlestel) er jordet.

Men hvordan forholder det sig så i et jordet TN-system?

Her er der tale om et i forvejen sluttet kredsløb, som i princippet står klar og blot afventer fejlens opståen.

Hvis en person berører en udsat del i et TN system - fx tavlestel - som grundet en fejl er blevet spændingssat, vil personen, såfremt der ikke er installeret overstrømsbeskyttelsesudstyr, straks blive gennemløbet af en stor fejlstrøm, grundet den lille impedans i forbindelserne til forsyningstransformatoren.

For at sikre at det krævede beskyttelsesudstyr fungerer korrekt og yder tilstrækkelig personbeskyttelse, bør det derfor efterses og afprøves regelmæssigt.

Spørgsmålet er så, om den regelmæssige test og afprøvning så overhovedet forekommer i praksis, og i givet fald med hvilke intervaller?

Isolationsovervågningsudstyr

Et IT-system er særlig velegnet til forsyningssikkerhed, og derfor konstrueret til ikke at afbryde i tilfælde af en første fejl.

Derfor skal der træffes foranstaltninger for at undgå risiko for skadelige virkninger på en person, der er i berøring med samtidig tilgængelige udsatte ledende dele, i tilfælde af to samtidige fejl.

Af denne grund skal et IMD installeres i IT-systemer i overensstemmelse med 411 i del 4-41, som beskrevet i DS/HD 60364-5-53.

En IMD er beregnet til permanent at overvåge isolationsmodstanden i et IT-system og afgiver en alarm, når isolationsmodstanden RF ligger under responsværdien Ra.

Når IMD’en detektere en isolationsfejl til jord, skal isolationsfejlen lokaliseres og fjernes for at genskabe normale driftsbetingelser med den i praksis kortest mulige forsinkelse.

Til opfyldelse af dette krav, anbefales det at der anvendes systemer til isolationsfejlfinding (IFLS).

Isolationsfejlfinding

Når et IT-system anvendes til sikkerhed for fortsat drift, anbefales det at kombinere IMD’en med udstyr, der kan lokalisere fejlen under belastning. Ved brug af systemer til isolationsfejlfinding (IFLS), kan fejlen lokaliseres under belastning.

Automatisk lokalisering af isolationsfejl kan også foretages ved brug af IFLS udstyr, selv der er tale om en afbrudt strømkreds.
Til dette formål findes IFLS-systemer til isolationsfejlfinding i den faste installation, såvel som transportabelt udstyr, som også egnet og beregnet til lokalisering af isolationsfejl.

Eneste beskyttelse mod utilsigtede fejludkoblinger

I det isolerede net (IT-systemet) kræves ingen afbrydelse i tilfælde af en isolationsfejl - selv ved en fuld kortslutning til jord, dvs. jordfejl.

Dette er også grunden til, at et IT-system er egnet og beregnet til for eksempel intensiv stuer, og derfor også er krav (mandatorisk) til eksempelvis medicinske områder. I tilfælde af en isolationsfejl, fortsætter forsyningen kontinuerligt til livsnødvendige apparater og installationen afbrydes ikke.

Generelt set er IT-systemet ideelt til alle applikationer og installationer, hvor afbrydelser er uønskede, og hvor følgeskader grundet afbrydelse er dyre.

Det kan eksempelvis være i procesindustrien, i datacentre, i automatiseringsanlæg, i nødstrømsanlæg – ja i princippet overalt.

IT-systemet giver særlig mening i kontrol- og hjælpekredse af alle slags. En fejlstyring eller en fejl i et styringskredsløb - for eksempel i en transformatorstation, eller på et kraftværk - kan få alvorlige konsekvenser.

Baseret på de valide oplysninger fra isoleringsovervågningen, kan forebyggende vedligeholdelse og reparationsforanstaltninger planlægges i god tid, således utilsigtet afbrydelse og fejludkoblinger kan undgås.

 
Tidlig erkendelse af isolationsforringelse

En anden afgørende fordel ved IT-systemet er, at enhver forringelse af isolationsniveauet kan detekteres (registreres) meget hurtigt, og på så tidligt et stadie, at udbedring ifm.a. forebyggende vedligeholdelse kan planlægges og gennemføres i god tid.

Et eksempel herpå fremgår af standarden DS/HD 60364-5-53, som er oversat til dansk i samarbejde med Sikkerhedsstyrelsen og indgår i bekendtgørelse om sikkerhed for udførelse og drift af elektriske installationer (installationsbekendtgørelsen).

Her anbefales en værdi på 100 Ω/V for hovedalarm (300 Ω/V for forvarsel) for systemets mærkespænding som et eksempel på typiske indstillingsværdier, for et IMD.

Tilsvarende indsigt er ikke umiddelbart muligt i et TN-system. Selv om kun den resistive komposant af fejlstrømmen kunne vælges betyder det, at man i TN-systemet tilsvarende skulle kunne få en erkendelse af installationens forringelse (foralarm) på et niveau svarende til 120 kΩ ved systemets mærkespænding på 400 V, og således med en opløsning på kun 3mA.

Viden omkring installationens tilstand, og i det hele taget information omkring elanlægget forringelse er en enorm driftsmæssig fordel ved IT-systemet, hvilket er alfa og omega for at drifte enhver elektrisk installation.

Dette skal ses i forhold til det jordede system (TT- og TN-system) hvor der ikke er de samme muligheder, og som i sidste ende ved et uheld afbryder, og lukker ned for essentielle dele af forsyningen grundet fejl på installationen, som følge af ælde af isolation, og som følge af manglende viden og indsigt.

Men en isolationsværdi på 120kΩ hhv. 40 kΩ svarer dette allerede til anbefalede hovedresponsværdi for IT-systemet. Isolationsniveauet kan måles i IT-systemet i megohmområdet.

Derover kan alarmer indstilles hvilket betyder, en driftsmæssig sikkerhedsmæssig faktor på mindst 1.000 set i forhold til det jordede system.

Isolationsforringelse i det ujordede system kan derfor måles og fejl kan afhjælpes meget tidligt, uden afbrydelse af forsyningen til kritiske belastninger.

Symmetriske fejl

I et IT-system kan symmetriske isolationsfejl også detekteres ved hjælp af den aktiv målemetode i isolationsovervågningsudstyret.

En symmetrisk fejl er kendetegnet ved en isolationsforringelse af samme størrelsesorden på flere spændingsførende ledere.

Sådanne fejl er ikke sjældne. For eksempel en forringes isolationsniveauet i solcellesystemer (PV-anlæg) ofte umiddelbart forekommen på både plus og minus siden.

Måling på DC-net

En almindelig RCD’er (fejlstrømsafbryder) til rene DC-net som fx batterisystemer findes ikke for øjeblikket, iht. EN 61008-1 (RCCB) og 61009-1 (RCBO).

Her er man i jordede DC net udført som et TN-system alene henvist til brugen af et MRCD® type B, med DC hjælpespænding.

Alternativt, at udføre DC-nettet som et IT-system med isolationsovervågning (IMD).

Til dette formål kan et DC-system med fordel overvåges af et isometer type iso685 da det også er egent og beregnet til denne applikation. I dette tilfælde vil IMD’en i DC-nettet kunne vise, om isolationsfejlen befinder sig på plus eller minus.

Beskyttelse i AC-installationer med tilstædeværelse af DC-komponenter

Befinder der sig batterisystemer, frekvensomformer, switch-mode-power-supplies eller andre strømkredse der indeholder halvledere i a.c.-installationer, er der mulighed for DC-fejlstrøm.

Almindelige fejlstrømsafbrydere til brug i AC-net som fx RCD type A der udkobler ved vekslende sinusformet a.c.-reststrøm og ved pulserende d.c.-reststrøm, pludseligt påført eller jævnt stigende, er uegnet til denne form for installationer.

Her kan der i et jordet TN- eller TT-system kun anvendes et RCD type B. Alternativt må det af anden vej sikres, at der ved en DC-fejlstrøm (DC-reststrøm) på over 0,006A (6mA), sker automatisk afbrydelse af forsyningen.

Et alternativ som giver mening er, at elanlægget udføres som et isoleret net med isolationsovervågning.

På denne er det også muligt at kunne måle systemets isolationsmodstand, hvis d.c.-komponenter forårsaget af elektronisk udstyr, fx ensrettere eller konvertere, er indehold i fejlstrømmen.

Overvågning af afbrudte strømkredse

Idet et IMD er et isolationsovervågningsudstyr med en aktiv målemetode, kan der også anvendes til at overvåge afbrudte strømkredse i IT og TN systemer.

Dette er et særligt vigtigt aspekt i forbindelse med fx sporskiftevarme til baneanlæg, brandpumper på skibe, fjernvarme pumper og fjernvarmeventiler, redundante køleanlæg på kraftværker og lign. applikationer og løsninger.

På denne er måde det også muligt at detektere begyndende fejl, eksempelvis på banens sporskiftedrev allerede i sommerperioden, således vedligeholdelse kan iværksættes i god tid.

Alternativet er, at fejl først opdages når den enkelte sporskiftevarmer tilsluttes i vinterperioden, og kommer til udtryk i form af umiddelbar fejl på installationen - når det er mindst belejligt – og når funktionen er allermest nødvendig.

Verifikation af elektriske installationer

Hvordan foregår verifikation af elektriske installationer? I et IT-system er det iht. gældende standarder foreskrevet som et mandatorisk krav, at der skal forefindes udstyr til isolationsovervågning (IMD).

Det fremgår også, at en IMD er beregnet til permanent at overvåge isolationsmodstanden i et IT-system og afgiver alarm, når isolationsmodstanden RF ligger under responsværdien Ra.

I modsætning hertil måles kun den øjeblikkelige isolationsmodstand under den først verifikation – som tidligere var kaldet: Indledende verifikation.

Værdien af isolationstilstanden kan derfor forringes dramatisk allerede umiddelbart efter udførelsen af den første verifikation, og derfor fremstå ubemærket i lang tid.

Note: Dette kan naturligvis være til fare for personer og ejendom, såfremt der er tale om et TN-system eller et TT-system.Det bemærkes, at overordnet set skelnes der mellem en første verifikation og en periodisk verifikation.

En første verifikation skal vise, at installationen er udført efter de gældende standarder. Mens den periodiske verifikation skal vise, om installationen fortsat er i god nok stand til at blive brugt.

I hele EU forholder det sig således, at der krav om både en første verifikation og periodisk verifikation. Det fremgår af den harmoniserede standard DS/HD 60364-6. Modsætningsvis er det kun i Danmark, at periodisk verifikation er frivillig.

Kontinuerlig overvågning af lægstrømme i TN- og TT-systemer, kan udføres ved brug af RCM-teknologi.

Beskyttelse mod brand

Isolationsfejl i elektriske installationer er den hyppigst forekommende kilde til brand. Ved brug af et IT-system er risikoen for brand reduceret signifikant.

For det første kan isolationsfejl opdages og afhjælpes på så tidligt et tidspunkt, at der ikke opstår risiko eller fare.

For det andet forholder det sig således, at i tilfælde af jordfejl er der ikke en returvej med lav modstand som gør, at der vil ikke kunne løbe en strøm som er tilstrækkelig stor til at forårsage en brand.

Dette naturligvis forudsat, at afledningskapaciteten ikke er uendelig stor.

Langtidsobservationer

Med et IMD type ISOMETER® iso685 er det muligt at foretage kontinuerlig overvågning af systemets parametre med dato og tidsregistreringer over mange år.

I forbindelse med andre registrerede systemoplysninger tillader dette aspekt, at der kan foretages tilstandsbaseret fejlanalyse under drift, og gør det lettere at finde og rette fejl, der momentant opstår; det forbedrer således de tilgængelige oplysninger til beslutningstagning om fremtidige investeringer.

Evalueringen kan udføres på selve udstyret, eller via tilsluttet Ethernet.

Sikker håndtering af ikke-lineære belastninger, især frekvensomformere

Hvordan man udfører en sikker håndtering af ikke-lineære belastninger, særligt frekvensomformere

Moderne installationer indeholder færre og færre lineære (ohmske) belastninger. Glødelampen er blevet erstattet af energisparpære eller LED'er, computere og fjernsyn er tilsluttet nettet via switch-mode strømforsyning, vaskemaskinen indeholder en frekvensomformer, og der bruges et stort antal frekvensomformere til motorerne i industrien.

Et moderne isolationsovervågningsudstyr til IT-systemer har ikke noget problem med disse forskellige forbrugere, og måler derfor korrekt isolationsværdi på hele den tilsluttede installation.

IT-systemet er særlig velegnet til brug med frekvensomformere fordi, selv i tilfælde af fuld kortslutning til jord i DC-kredse på store omformerdrev, eller som følge af jævnstrøm, vil mætning af jernet i forsyningstransformere og generatorer ikke blive påvirket, men isolationsfejlen vil blive registreret.

I IT-systemet vil en isolationsfejl derfor ikke ødelægge det induktive element i den forsynende generatorer, eller transformator. Derfor er IT-systemet ofte en af de sikre løsninger der vælges, når det drejer sig om at opnå en meget pålidelige drift.

Iso685 er designet og beregnet til at overvåge net med frekvensomformere, altså hvor tilstedeværelsen af dc-komponenter og frekvenser ud over mærkefrekvens optræder.

Det muliggør en logisk forbindelse mellem de forskellige systemparametre, og kan evt. igangsætte en kontrolleret automatisk nedlukning af drev, såfremt der er tale om en kritisk tilstand af udstyret.

En differentieret fejlfinding i inverter-drev er mulig. Med iso685 er det muligt at sondre mellem fejl i mellemkredsen (DC-kreds), og fejl på motorsiden uden yderligere udgifter, og uden yderligere udstyr.

Ingen vagabonderende strømme

Vagabonderende strømme forårsager ofte problemer i jordede TN-systemer og TT-systemer.

Der er tale om strømme som ikke løber via L-, N- og PE-leder, men som søger andre veje til jord.
Vagabonderende strøm medfører korrosion og tæringer på rør, lynbeskyttelsessystemer, kuglelejer, fundamentsjord og andre ledende dele.

Vagabonderende strømme kan også forårsage ødelæggelse af skærmen på signalkabler og endda forårsage brand. En yderligere konsekvens af vagabonderende strøm er, at der kan forekomme kraftige magnetfeltforstyrrelser som så igen forårsager problemer i it- og kommunikationssystemer.

Da der ikke findes nogen returvej til forsyningstransformerens stjernepunkt i et isoleret net (IT-system), kan der heller ikke forekomme en spredning af vagabonderende strømme ved denne form for systemjording.

Mere stabilitet ved transienter

Standarden IEC 62109-1 der skildrer ”Omformere til brug i solcelleanlæg”, beskriver muligheden for at reducere overspændingskategorien fra CAT IV til CAT III ved isolation via Transformere til medicinske it-systemer, optokobler eller lignende galvanisk isolation. Dette fordi der ikke skabes så høje transienter i IT-systemet, som i det jordede TN-system.

Den praktiske konsekvens heraf er, at komponenter i de elektriske forbrugere i IT-systemet oplever mindre stress grundet spændingsspidser, og har dermed også en væsentlig længere levetid.

Senest redigeret d.29 september 2021