Allgemeines
Abgrenzeinheiten
sind Vorrichtungen welche bis zu einer bestimmten Spannung keinen Strom leiten,
beim Erreichen der Durchlass-Spannung werden diese aber sofort leitend und
können hohe Ströme (bis 60kA) ableiten ohne dass die Spannung weiter ansteigen
kann.
Abgrenzeinheiten
werden aus Hochleistungs-Siliziumdioden gefertigt, welche auch in der
Durchlassrichtung bis zur Schleusenspannung einen sehr hohen Innenwiderstand
aufweisen. Beim Überschreiten der Schleusenspannung nimmt der Innenwiderstand
der Dioden rasch ab und die Abgrenzeinheit stellt eine leitende Verbindung mit
einer hohen Stromtragfähigkeit dar.
Siliziumdioden
sperren in der Durchgangsrichtung bis zu Spannungen von ca. 0.5 V, die
Durchlass-Spannung eines Zweiges kann durch Serieschaltung
von mehreren Dioden bestimmt werden.
Durch die
antiparallele Anordnung von zwei Dioden entsteht in beiden Richtungen eine
Sperrspannung von 0.5V, dies genügt meist für Anwendungen als passive
Schutzmassnahme gegen Makroelemente.
Für
Anwendungen bei kathodisch geschützten Objekten müssen wegen dem
Potentialunterschied von ca. 1.5 bis 2.5 V welcher zwischen dem Schutzobjekt
und dem Erdungssystem besteht, im positiven Zweig der Abgrenzeinheit mehrere
Dioden in Reihe geschaltet werden.
Durch
diese unsymmetrische Anordnung der Dioden entsteht bei einer Belastung mit
einer Wechselspannung über der Abgrenzeinheit ein Gleichspannungsmittelwert
welcher der arithmetische Mittelwert der positiven und negativen Halbwelle
darstellt.
Somit
können gefährliche Spannungen welche an Isolierstücken entstehen gefahrlos
abgeleitet werden. Ebenso können erdverlegte Wasserleitungen welche durch
Elementströme die über den Erdungsanschluss fliessen gefährdet sind, durch eine
Abgrenzeinheit im Erdungsanschluss zusammen mit einem Isolierstück von diesem
isoliert werden.
Beim
Überschreiten der Durchlass-Spannung durch einen Fehler am elektrischen
Versorgungsnetz oder durch einen Blitzschlag, werden die Hochleistungsdioden
leitend und die Wasserleitung kann die Funktion als Erdung erfüllen, ohne dass
eine gefährliche Berührungsspannung entstehen kann.
Die
Abgrenzeinheit ist wartungsfrei, wegen der hohen Stossstromfestigkeit der
verwendeten Dioden können diese praktisch nicht zerstört werden. Bei einer
Zerstörung durch Überlast verschweissen die Dioden, so dass die elektrische
Sicherheit für den Personenschutz weiterhin gewährleistet bleibt.
Anwendungsgebiete
für Abgrenzeinheiten
Entkoppelung
von Wasserleitungen vom Erdungssystem
Wegen der
für die Wasserleitungen schädlichen Elementströme welche vom Erdungsanschluss
über die Wasserleitungen abfliessen, muss die Verbindung zur Erdung über eine
Abgrenzeinheit geschaltet werden. Dadurch werden die Elementströme infolge der
Durchlassspannung der Dioden gesperrt, erst bei Fehlerströmen gegen Erde mit
einem höheren Spannungspegel werden die Dioden leitend. Die Funktion als Erdung
kann somit von der Wasserleitung weiterhin erfüllt werden.
Entkoppelung
von Pumpen und Armaturen in Kläranlagen vom Erdungssystem
Zur
Vermeidung der Elementbildung zwischen Pumpen und Armaturen aus Grauguss und
Rohrleitungen aus Edelstahl, muss die Verbindung zum Erdleiter über eine
Abgrenzeinheit geschaltet werden. Eine Abgrenzeinheit genügt für mehrere
Verbraucher.
Der hohe I2t-Wert
der Abgrenzeinheit erlaubt einen gemeinsamen Anschluss von mehreren
Verbrauchern welche mit hohen Nennströmen abgesichert sind, so dass auch
Kurzschlussströme von einigen kA bei grösseren
Abschaltzeiten problemlos über die Abgrenzeinheit gegen Erde abgeleitet werden
können.
Für diese
Anwendung empfiehlt sich die Diodenschaltung 1/1, 1/2
oder 1/3.
Im Zusammenhang
mit Frequenzumformern sollte eine Ausführung mit einer Diodenschaltung
von 1/3 oder 1/4, zusammen mit einem Kondensator verwendet werden zur Ableitung
der Oberwellen, diese können sonst die Gleichstrom-Sperrwirkung der Abgrenzeinheit
beeinträchtigen.
Entkoppelung
von Pumpen und Armaturen in Wasserfassungen vom Erdungssystem
Zur
Auftrennung von im Wasser installierten Rohrleitungen, Armaturen und Pumpen vom
Erdungssystem muss die Verbindung zum Erdleiter über eine Abgrenzeinheit
geschaltet werden.
Für diese
Anwendung empfiehlt sich die Diodenschaltung 1/1 oder
1/2, für Objekte mit kathodischen Korrosionsschutzanlagen ist eine Schaltung
1/3 bis 1/5 notwendig.
Entkoppelung
von kathodisch geschützten Objekten vom Erdungssystem
Für die
Auftrennung der Erdung von elektrischen Verbrauchern welche galvanisch mit den
kathodisch geschützten Objekten verbunden sind, wie z.B. Tauchpumpen bei erdverlegten Tanks oder elektrische Ventilantriebe
und Messeinrichtungen an erdverlegten Pipelines.
Für diese
Anwendung empfiehlt sich die Diodenschaltung 1/6, 1/7
oder 1/8.
Überspannungsbegrenzung
an Isolierstücken von kathodisch geschützten Leitungen
Überspannungen
durch Blitzschläge oder Schaltüberspannungen werden gefahrlos gegen Erde
abgeleitet, ohne dass der kathodische Schutz beeinträchtigt wird. Sobald die
Spannung zwischen dem Schutzobjekt und dem Erdungssystem die Durchlassspannung
der Abgrenzeinheit übersteigt, wird diese leitend und kann Stossströme bis zu
60kA (8/20m s) ableiten.
Für diese
Anwendung empfiehlt sich die Diodenschaltung 1/6, 1/7
oder 1/8.