Schutzleiter überhitzt, keinen Grund dafür gefunden

[der Horst im Forum]

Hallo,
zunächst muss ich betonen, dass das in meinem Bericht vorkommende Batterieladegerät ein Selbstbau Projekt eines angehenden Technikers ist (etwa im Jahr 2005). Die Fa. Jungheinrich hat damit nichts zu tun.

Wann der Defekt und das Problem mit dem Schutzleiter aufgetreten ist, weiß ich nicht, das kann schon Jahre zurückliegen.

Wir wurden auf das Problem aufmerksam, nachdem ein barfuß laufendes Kind gesagt hatte, wenn man das Auto berührt, kribbelt es in den Fingern.
Grund genug, das Ladegerät mal sofort genauer zu überprüfen!



Aha! - 3-adriges Kabel mit Schuko-Stecker, aber das Prüfgerät sagt, der Schutzleiter ist unwirksam.



Wir haben da einen Ableitstrom (Berührungsstrom heißt er auf dem Display) von 320 µA. Auf dem Display steht "normal condition", aber man muss hier berücksichtigen, dass der Schutzleiter keine Verbindung hat.
Dieser Strom wurde mit der Prüfspitze an den Ladeklemmen und am Gehäuse des Ladegerätes gemessen.
Das ist dann wahrscheinlich auch der Strom, den das Kind so leicht an den Fingern wahrgenommen hat.



Isolationswiderstand mit 500V und dann nochmal mit 1000 V gemessen zwischen den Pins des Netzsteckers und den Ladeklemmen.



im Ladegerät fällt mir erst mal eine grün-gelbe Leitungsbrücke auf, die geht vom Minus-Ladekabel zum Kühlblech für das Thyristor Modul, und somit auch auf das Gehäuse.
Der Schutzleiter des Netzkabels ist ordnungsgemäß angeschlossen, hat aber dennoch keine Verbindung zum Gehäuse.
Nach Montage eines neuen Netzkabels ist alles wieder in Ordnung. Der Ableitstrom ist nicht mehr messbar.

Aber: die Isolierung des Schutzleiters im alten Netzkabel sieht etwas angeschmolzen aus, so als wäre ein hoher Strom geflossen. Der Schutzleiter ist wahrscheinlich im Stecker unterbrochen.

Da sollte man mal die Installation der Garage in Augenschein nehmen, wo das Ladegerät das ganze Jahr über permanent an einem Traktor angeschlossen ist, der nur sehr selten gebraucht wird.
an dieser Steckdose ist es immer angeschlossen:



Die Schutzkontakte sehen stark oxidiert aus, aber nach dem Ausbau der Steckdose ist noch festzustellen, dass die Schutzkontakte nur noch eine schwache Federwirkung haben und die Anschlussleitung, wahrscheinlich nur der Schutzleiter, hat auch Spuren von Überhitzung.



Die Steckdose ist an einem kleinen Verteiler mit LS und RCD angeschlossen.
Dort finden sich an dem Schutzleiter für diese Steckdose auch leichte Spuren von Überhitzung.
Weiter kann man das nicht verfolgen, weil die Zuleitung zum Verteiler einen wesentlich höheren Querschnitt hat und deshalb durch den vermuteten hohen Stromfluss nicht beschädigt wurde.

Aus dem Stromnetz kann der Strom, der die Schäden verursacht hat, eigentlich nicht gekommen sein, der RCD löst beim Test ordnungsgemäß aus.

Wie ein Stromfluss aus dem Ladegerät über die Minusklemme (die ja eine Verbindung zum Schutzleiter hat), über das Netzkabel des Ladegerätes, über den Schutzleiter der Steckdose bis zum Verteiler zustande gekommen sein könnte, ist mir völlig rätselhaft.
Ich komme auch mehr und mehr davon ab, dass der Strom vom Ladegerät gekommen ist.
Wenn man die Plusklemme sonstwo anbringt, anstatt an der Batterie, passiert nichts, der Thyristor wird erst getriggert, wenn die Spannung von der Batterie anliegt.

was könnte da passiert sein?
Der Besitzer des Traktors ist etwas beunruhigt über meine Aussage, es ist alles wieder in Ordnung, aber ich habe keine Ahnung, was da passiert sein könnte...
..könnte ja dann jederzeit mal wieder passieren, aber mit weitreichenderen Konsequenzen, sagt er...

 

[Knolli]

Tipp: Blaue CEE-Steckdose und Anschlussschnur mit CEE-Stecker.

 

[EBC41]

Wie ein Stromfluss aus dem Ladegerät über die Minusklemme (die ja eine Verbindung zum Schutzleiter hat), über das Netzkabel des Ladegerätes, über den Schutzleiter der Steckdose bis zum Verteiler zustande gekommen sein könnte, ist mir völlig rätselhaft.

Wenn jemand versehentlich die Plusklemme auf das Metallgehäuse eines anderen Gerätes gelegt hat, das auch mit dem Schutzleiter verbunden ist, kann hier schon ein hoher Strom zustande gekommen sein. Und zwar aus dem Ladestrom des Ladegeräts, evtl. plus Strom aus der Fahrzeugbatterie, bei gleichzeitig Starthilfe aus einer anderen Batterie und Strom aus dem Ladegerät?

Das eigentliche Problem ist, dass der Minuspol des Ladegerätes nicht mit dem Schutzleiter verbunden sein sollte!

 

[der Horst im Forum]

Danke für den Hinweis. Wäre auf jeden Fall erst mal eine bessere Verbindung als der Standard Stecker.
Andererseits wäre das Überhitzen vielleicht noch weiter gegangen, wenn sich nicht im Stecker des Ladegerätes der Schutzleiter gelöst hätte.

 

[der Horst im Forum]

Von EBC41: Das eigentliche Problem ist, dass der Minuspol des Ladegerätes nicht mit dem Schutzleiter verbunden sein sollte!

Ja - Ohne diese Verbindung wäre der Schaden wahrscheinlich nicht passiert. Warum der Techniker diese Leitungsbrücke eingesetzt hat, weiß ich auch nicht.
Nachteil wäre aber ohne diese Verbindung, dass ich dann wieder den Ableitstrom von 320µA auf der Minus-Klemme und auf dem Traktor habe
bzw. eine Berührungsspannung.
Die Frage ist jetzt, soll ich die Verbindung entfernen und das in Kauf nehmen?
In Bezug auf Brandschutz wahrscheinlich die bessere Lösung.

Die andere Vermutung mit der Plusklemme hatte ich auch schon, aber die habe ich wieder verworfen, weil der Thyristor im Ladegerät erst getriggert wird, wenn der Spannungsregler die Spannung von der Batterie bekommt. Wenn das Ladegerät nur an der Netzspannung angeschlossen ist, passiert nichts, egal was ich mit den Klemmen mache. Wenn man Plus und Minus an der Batterie vertauscht, wird der Signalgeber aktiviert, links neben der Regler-Platine. Das ist nicht zu überhören und man wird die Klemmen sofort wieder entfernen.
Sonst passiert nichts, es fließt kein Kurzschluss-Strom.

Mein Hauptproblem ist, dass ich nichts näheres weiß und auch nicht in Erfahrung bringen kann, was da vielleicht vor Jahren mal gemacht wurde. Starthilfe usw. - alles denkbar, aber so richtig nachvollziehen kann ich es trotzdem nicht.

 

[Stromberger]

Der Schutzleiter des Netzkabels ist ordnungsgemäß angeschlossen, hat aber dennoch keine Verbindung zum Gehäuse.

Ist das nicht ein Widerspruch in sich?
Seit wann wird bei einem metallenen Gehäuse der Schutzleiter nicht hier mal aufgelegt?
(Jaaa, bei doppelter Isolierung kann diese wegfallen, aber bei diesem Selbstbau mit "fliegenden Strippen" würde ich das zwingend vorsehen!)

 

[der Horst im Forum]

Ich habe mich nicht ganz präzise ausgedrückt: Im Ladegerät selbst war die Verbindung zum Gehäuse schon in Ordnung.
Dass der Schutzleiter aber letztendlich keine Verbindung zu den Schutzkontakten am Stecker hatte, das lag daran, dass der Schutzleiter im Stecker unterbrochen war. Also ein nachträglich aufgetretener Fehler. Der Techniker hatte das ursprünglich schon richtig verdrahtet, will ich doch mal annehmen.

 

[der Horst im Forum]

Tipp: Blaue CEE-Steckdose und Anschlussschnur mit CEE-Stecker.

Noch ein Nachtrag zu diesem Hinweis:
Ich werde Morgen eine CEE Steckdose installieren und am Ladegerät ein passendes Netzkabel montieren.

Ich habe noch festgestellt, dass die Berührungsspannung am Traktor davon abhängig ist, wie der Netzstecker eingesteckt ist...
(die Brücke zwischen Minus Ladeleitung und Gehäuse/Schutzleiter habe ich jetzt mal entfernt).
Einmal messe ich (mit dem Multimeter mit 10 M-Ohm Innenwiderstand) ca. 50 V; im anderen Fall nur 13V.
Jetzt muss ich nur noch L und N im Ladegerät "richtig" anschließen, durch den CEE Stecker können L und N ja nicht mehr vertauscht werden.

Dazu kommt noch, dass mit dem CEE Stecker weitgehend verhindert wird, dass das Ladegerät ab und zu schnell mal entfernt und sonst wo zum Laden von allen möglichen Batterien und zur Starthilfe für Autos verwendet wird.

 

[EBC41]

Nachteil wäre aber ohne diese Verbindung, dass ich dann wieder den Ableitstrom von 320µA auf der Minus-Klemme und auf dem Traktor habe
bzw. eine Berührungsspannung.

Prinzipiell wäre der geringe Ableitstrom von 320µA ja kein Problem. Aber dir aus der Ferne zu raten, besagte Brücke zu entfernen, ohne das Ladegerät selber in Augenschein genommen zu haben, ist etwas problematisch. Ich kann nur sagen, dass alle Ladegeräte, die ich kenne, keine direkte Verbindung von der Minusklemme zum Schutzleiter haben.

 

[der Horst im Forum]

Prinzipiell wäre der geringe Ableitstrom von 320µA ja kein Problem. Aber dir aus der Ferne zu raten, besagte Brücke zu entfernen, ohne das Ladegerät selber in Augenschein genommen zu haben, ist etwas problematisch. Ich kann nur sagen, dass alle Ladegeräte, die ich kenne, keine direkte Verbindung von der Minusklemme zum Schutzleiter haben.

Ja, das ist mir bisher auch noch nie aufgefallen, dass der Sekundär-Stromkreis eines Ladegerätes mit dem Schutzleiter verbunden war.
Die Berührungsspannung an den Klemmen geht von 50 auf 13 V zurück, wenn man den Netzstecker umdreht, d.h. wenn L und N vertauscht werden. Somit dürfte sich das mit dem Ableitstrom (und mit leichtem Kribbeln in den Fingern) auch erledigt haben, wenn man eine CEE Steckdose installiert. Dann können die Leiter nicht mehr vertauscht werden.

 

[edi]

Ja, das ist mir bisher auch noch nie aufgefallen, dass der Sekundär-Stromkreis eines Ladegerätes mit dem Schutzleiter verbunden war.

Ich weiß dass es sicherlich damit kaum etwas zu tun hat , aber nur mal als Anmerkung:
In der Industrie ist es in Steuerstromkreisen ( Sekundärkreisen ) üblich und auch gefordert , eine der sekundären Anschlüsse zu" erden" , also mit dem Schutzleiter zu verbinden.....
Vielleicht mal in diese Richtung recherchieren...

 

[Octavian1977]

Es geht doch hier um ein Ladegerät mit 12-24VDC oder?
Das sollte mit dem Trafo darin eine Schutzkleinspannung ergeben.
Hierzu wäre aber im Gerät die 230V Seite ausreichend von der Kleinspannungsseite zu isolieren.
Das sehe ich in diesem Bastelteil aber an keiner Stelle gewährleistet.
Die Kleinspannungsseite ist Erdfrei zu betreiben, denn die hohen Ströme im Fehlerfall, können wie bereits geschehen von dem Schutzleiter der Speisenden Quelle nicht getragen werden.

Ob die Querschnitte im Gerät überhaupt zu den Strömen passen erscheint mir fragwürdig.

 

[der Horst im Forum]

Es geht doch hier um ein Ladegerät mit 12-24VDC oder?

Danke für den kritischen Hinweis.
Ja, das ist richtig: 12V (Leerlaufspannung am Gleichrichter ca. 15 V, Ladespannung an den Klemmen max. 13,8V, elektronisch begrenzt.

Die Trennung der Sekundär Spannung von Gehäuse und Schutzleiter ist inzwischen gewährleistet - d.h. die Ladeklemmen sind jetzt erdfrei.

Der Trafo gewährleistet meiner Einschätzung nach eine sichere Trennung von Primär- und Sekundär-Wicklungen - getrennte Kammern. Der Trafokern ist mit dem Gehäuse verschraubt, somit geerdet.

Ja, die allgemeine Isolierung der Primär und Sekundär Stromkreise könnte man noch etwas verbessern, Isolierschläuche über die Leiter und Stecker am Netzschalter und ein Blech zwischen dem Netzschalter und dem (Sekundär-) Überstrom Schutzschalter direkt darunter.

Leiterquerschnitte:
die lassen in fertigen Geräten aus dem Handel auch oft sehr zu wünschen übrig.
An diesem Selbstbau Gerät sind die Leitungen, über die der Ladestrom fließt, mit 6 mm² ausgeführt. Der Überstromschalter (auf dem Bild unten links) löst bei ca. 30 Amp. nach einigen Sekunden aus. - ich denke, das ist vertretbar.
Getestet, indem man am Traktor bei angeschlossenem Ladegerät die Glühkerzen für den Dieselmotor aktiviert
Beim Betätigen des Anlassers löst der Überstrom-Schutzschalter sofort aus (weniger als eine Sekunde).

 

[der Horst im Forum]

Ich weiß dass es sicherlich damit kaum etwas zu tun hat , aber nur mal als Anmerkung:
In der Industrie ist es in Steuerstromkreisen ( Sekundärkreisen ) üblich und auch gefordert , eine der sekundären Anschlüsse zu" erden" , also mit dem Schutzleiter zu verbinden.....
Vielleicht mal in diese Richtung recherchieren...

Der Techniker, der das damals konstruiert hat, kommt aus der Industrie (Mechatronik, Fachrichtung Automatisierungstechnik). Wahrscheinlich kannte er diese Forderung aus irgendwelchen Steuerungen und hat deshalb diese Verbindung hergestellt.
Wie schon einige hier im Forum angemerkt haben, ist es bei Batterieladegeräten nicht üblich, und auch davon abzuraten, da man nie weiß, welchen Weg der Ladestrom finden wird, wenn z.B. die Minus-Klemme keinen Kontakt an der Batterie hat, aber das Fahrzeug auf irgend eine andere Art zufällig geerdet ist, wenn z.B. eine Maschine auf dem Traktor abgelegt wird, die an einer Steckdose mit Schutzleiter angeschlossen ist.
(So etwas ähnliches muss hier bei unserem Gerät passiert sein, ist aber leider nicht mehr nachvollziehbar).

 

[Harry Hole]

Frage: wird die Schutzleiterisolierung nur um den Klemmkontakt der Steckdose verbrutzelt sein (höherer Durchgangswiderstand) oder auf der ganzen Länge ?
Das sieht nämlich auf dem Foto ziemlich weit nach hinten verbrutzelt aus. Könnte sogar einen kompletten Leitungstausch zur Folge haben oder ?
Schon krass. Mit sowas umgeht man eigentlich jeglichen Leitungsschutz oder ? Hätte da der FI nicht auslösen müssen oder bekommt der normale solche Gleichströme nicht mit ?
Würde das z.B. ein Typ B FI mitbekommen ?

 

[der Horst im Forum]

Frage: wird die Schutzleiterisolierung nur um den Klemmkontakt der Steckdose verbrutzelt sein (höherer Durchgangswiderstand) oder auf der ganzen Länge ?
...umgeht man eigentlich jeglichen Leitungsschutz oder ? Hätte da der FI nicht auslösen müssen oder bekommt der normale solche Gleichströme nicht mit ?
Würde das z.B. ein Typ B FI mitbekommen ?

Ich befürchte auch, dass die Schutzleiter-Isolierung auf der ganzen Länge geschädigt ist. Der Leiter selbst ist noch intakt. Leitung komplett austauschen wäre gut, geht in diesem Fall aber nicht, da müsste man schon diese Steckdose komplett stilllegen (würde ich machen, wenn der Schutzleiter unterbrochen wäre oder einen zu hohen Widerstand hätte).

Leitungsschutz für den Schutzleiter gibt es i.d.R. nicht, das wäre auch fatal, denn dieser würde ja den Schutzleiter unterbrechen.
Wenn ein Fremdstrom über den Schutzleiter fließt, dann merkt der FI nichts davon, weil nur die durchgeführten Leiter überwacht werden. Der FI (egal welcher Typ) wird nur ausgelöst, wenn der Strom von einem dieser Leiter kommt, und dann außerhalb vom FI weiter fließt. Das ist aber hier nicht der Fall, der Strom kam aus dem Ladegerät, der Fahrzeug-Batterie, oder sonst wo her.

 

[Harry Hole]

Ich befürchte auch, dass die Schutzleiter-Isolierung auf der ganzen Länge geschädigt ist. Der Leiter selbst ist noch intakt. Leitung komplett austauschen wäre gut, geht in diesem Fall aber nicht, da müsste man schon diese Steckdose komplett stilllegen (würde ich machen, wenn der Schutzleiter unterbrochen wäre oder einen zu hohen Widerstand hätte).

Leitungsschutz für den Schutzleiter gibt es i.d.R. nicht, das wäre auch fatal, denn dieser würde ja den Schutzleiter unterbrechen.
Wenn ein Fremdstrom über den Schutzleiter fließt, dann merkt der FI nichts davon, weil nur die durchgeführten Leiter überwacht werden. Der FI (egal welcher Typ) wird nur ausgelöst, wenn der Strom von einem dieser Leiter kommt, und dann außerhalb vom FI weiter fließt. Das ist aber hier nicht der Fall, der Strom kam aus dem Ladegerät, der Fahrzeug-Batterie, oder sonst wo her.

Schön blöd.
An so einen möglichen Fehler hätte ich auch nie gedacht.
Geht der Schutzleiter direkt zum Schrank ? Kann man dort auch Beschädigungen erkennen ?

 

[der Horst im Forum]

Schön blöd.
An so einen möglichen Fehler hätte ich auch nie gedacht.
Geht der Schutzleiter direkt zum Schrank ? Kann man dort auch Beschädigungen erkennen ?

Die Leitung geht von der Steckdose zu einem kleinen Verteiler in der Garage. Dort ist an dem Schutzleiter von der Steckdose auch die leicht geschmolzene Isolierung zu sehen. Aber nur an diesem (1,5 mm²) - Die Zuleitung zu dem Verteiler sieht nach 5x6mm² aus. Da sind keine Spuren von Überhitzung sichtbar.

 

[Harry Hole]

Die Leitung geht von der Steckdose zu einem kleinen Verteiler in der Garage. Dort ist an dem Schutzleiter von der Steckdose auch die leicht geschmolzene Isolierung zu sehen. Aber nur an diesem (1,5 mm²) - Die Zuleitung zu dem Verteiler sieht nach 5x6mm² aus. Da sind keine Spuren von Überhitzung sichtbar.

Krass. Aber Glück das vom Verteiler weiter nichts sichtbar ist.
Ob man mit solchen Fehlern ggf künftig auch bei Elektromobilität und Akkus rechnen muss ?
Gibts da wirklich keinen FI der solche Fehlerströme erkennt ?

 

[Octavian1977]

Der vorhandene FI kann durchaus auch durch einen vom Ladegerät ausgehenden Gleichstrom blockiert werden.
Bildet sich eine Fehlerschleife über PE und N wieder zurück zum Gerät kann das durchaus vorkommen.
bereits 6mA ist die Normative Grenze für einen Typ A FI.

Für fest installierte Steuerstromkreise in der Maschinentechnik wird eine Erdung nach einem Trenntrafo vorgesehen.
Hierbei handelt es sich aber um Niederspannungsstromkreise mit 230V AC und nicht um Schutzkleinspannungen.
solche Trafos werden üblicherweise dort eingesetzt wo z.B. kein Neutralleiter vorhanden ist und damit 400 auf 230V umgewandelt, oder aber auch um den Kurzschlußstrom im Steuerstromkreis zu begrenzen.
Alternativ zur Erdung wäre eine Isolationsüberwachung.

Auch bei 24V DC wird oft geerdet um Ein einfaches Bezugspotential zum messen zu haben.
Das ist hier aber völlig ungeeignet.

Welchen Strom kann das Ladegerät denn? spätestens ab 16A wäre der Schutzleiter der Steckdose vollkommen unzureichend.
auch den Schutzleiter muß man durch Abschalten schützen, nur eben nicht durch abschalten des Schutzleiters, sondern durch Abschalten der stromführenden Adern.