ABB Insulation Monitoring Relays, CM range

Insulation Monitoring Relays CM range

2  2CDC112147B0201 ABB developed a totally new range of insulation monitor-ing relays. With this new generation of measuring and monitoring relays of the CM-range ABB consolidates its strengths in innovative control products.  The new products are in accordance to IEC/EN 61557-1 and to IEC/EN 61557-8.     That means the monitoring relays can be used directly to measure the insulation resistance in unearthed AC and DC mains with a voltage up to 690 V AC and 1000 V DC!  Furthermore the products feature a new prognostic measuring principle which decreases the measuring and response time significantly. Standardisation background : –    EC/EN 61557-1 “Electrical safety in low voltage distribution  systems up to 1000 V a.c. and 1 500 V d.c. – Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures – Part 1: General requirements”  –   IEC/EN 61557-8 “Electrical safety in low voltage distribution  systems up to 1 000 V a.c. and 1 500 V d.c. – Equipment for testing, measuring or monitoring of protective measures – Part 8: Insulation monitoring devices for IT systems” ABB‘s insulation monitoring relays CM range generator side converter line side converter convertercontrol pitch drive wind turbine control line couplingtransformer 10 ... 24 kV, f = 50 Hz  or 60 Hz DC 

2CDC112147B0201  3   The field of applications for insulation monitors is quite big, it covers machines and  generators, emergency power supplies and ship applications, railway applications  and mobile power generators (air planes), industrial IT systems, printing applications  and the renewable energy segments, like wind and photo voltaic.   The big challange is to meet the changing requirements of each single application. With the CM-IWx range ABB offer  a modular and adjustable assortment of insulation monitors. In combination with a new measuring principle mains up to 690 V AC and 1000 V DC from 15 to 400 Hz can be monitored. Wind Wind turbines are completely unearthed applications. Depending on the technology (e.g double feed, full power, etc) both 3 phase mains and / or DC mains might to be monitored for insulation faults. The actual trend is to increase the DC voltage level.  ABB offers a perfect solution with its modular insulation monitor concept for voltages up to 690 V AC and 1000 V DC. Ship In ship building industry and retrofitting / maintenance two major trends can be seen: increasing the voltage level (up to 690 V) or increasing the frequency level (up to 400 Hz), both lead to a higher efficiency and sufficient supply power. But still the ship itself is an unearthed application designed for reliable operation on the harsh sea. Solar Solar is a rapidly growing segment. In PV (photo voltaic) appli-cations the efficiency of each single cell is getting better and better, every day i.e. it is easier to create energy. Nevertheless the PV plant needs space and the DC strings have to be con-nected and protected. The new CM-IWx series is designed to meet solar requirements.  Crane Very often transportable construction cranes are totally isolated. ABB offers a solution for each function in the crane application. In combination with the control gear products both individual / customized applications as well as standardised / serial appli-cations can be designed and equipped.

4  2CDC112147B0201 In electricity supply systems, an earthing system defines the electrical potential of the conductors relative to that of the Earth’s conductive surface. The choice of earthing system has implications for the safety and electromagnetic compatibility of the power supply. Note that regulations for earthing (grounding) systems vary considerably among different countries. A protective earth (PE) connection ensures that all exposed conductive surfaces are at the same electrical potential as the surface of the earth, to avoid the risk of electrical shock if a person touches a device in which an insulation fault has occurred. It ensures in case of an insulation fault (a “short circuit”), a very high current flows, which will trigger an over current protection device (fuse, circuit breaker) that discon-nects the power supply. A functional earth connection serves a purpose other than providing protection against electrical shock. In contrast to a protective earth connection, a functional earth connection may carry a current during the normal operation of a device. Functional earth connections may be required by devices such as surge suppression and electromagnetic interference filters, some types of antennas and various measurement instruments. Generally the protective earth is also used as a functional earth, though this requires care in some situations. Background information Isolated supply systems L1 L2L3 N PE M A1 11 S2 S3 21 S1 L+ V 12 14 A2 V1- V1+ 22 24 L- K Consumer 3~ w

2CDC112147B0201  5   TN-system In a TN earthing system, one of the points in the generator or transformer is connected with earth, usually the star point in a three-phase system. The body of the electrical device is connected with earth via this earth connection at the trans-former. Basically three different types of TN systems are distinguished: TN-S, TN-C, TN-C-S. TN systems can be protected by a MCB (miniature circuit breaker). Any short circuit in the system will create sufficient energy to trip the MCB. TT-system In a TT earthing system, the protective earth connection of the consumer is provided by a local connection to earth, independent of any earth connection at the generator. In case of an earth fault the resistance of the fault path back to the supply is too high for the branch circuit over current protection to operate (blow a fuse or trip a circuit breaker). In such case a residual current detector (RCD) is installed to detect the current leaking to ground and interrupt the circuit. IT-system In an IT network, the distribution system has no connection to earth at all, or it has only a high impedance connection. In such systems, an insulation monitoring device is used to monitor the impedance. An insulation monitoring device monitors the ungrounded system between an active phase conductor and earth. It is intended to give an alert (light and sound) or disconnect the power supply when the impedance between the two conductors drops below a set value, usually 50 kΩ. The international standard IEC 60364 distinguishes three  families of earthing arrangements, using the two-letter codes TN, TT and IT.  The first letter indicates the connection between earth and the power-supply equipment (generator or transformer):T: direct connection of a point with earth (Latin: terra);I:  no point is connected with earth (insulation), except   perhaps via a high impedance. The second letter indicates the connection between earth and the electrical device being supplied:T: direct connection of a point with earthN: direct connection to neutral at the origin of installation,       which is connected to the earth L1L2L3 N PE Consumer Earth Generator ortransformer Installation L1L2L3 N Consumer Earth Earth Generator or transformer L1L2L3 Consumer Earth Generator or transformer

6  2CDC112147B0201 Isolated systems are used whenever a high reliability of the supply is needed, e.g. emergency lighting systems.  Due to the fact that the energy released in case of an earth fault will not be suffient enough to trip an MCB or RCB a different protection device is to be used in unearthed systems. An insulation monitor constantly detects the insulation resistance to earth and releases a signal whenever the thresholds are passed.  Insulation monitoring relays are the only technical solution to detect an earth fault in an unearthed system.   ABB’s offer at a glance –  Modular set up–  3 products for AC and DC systems–   Direct connection to 690 V AC and 1000 V DC systems with  the coupling module –  Frequency rating 15-400 Hz–  Interrupted wire monitoring–  Incorrect setting monitoring–  Safety on board by implemented system test after start-up –  Reset and test possibility at the front face or by control       contact–  New prognostic measuring principle State of the art control products Revolution in measuring principle

2CDC112147B0201  7   Benefits at a glance Additional monitoring functions CM-IWS.1 and CM-IWN.1 –   When interrupted wire monitoring is activated, the   CM-IWN.1 automatically monitors the network/measuring      circuit connections L+ and L- when the system starts up.   This can be repeated at any time by activating the test   function. CM-IWN.1 and CM-IWS.1 cyclically monitor the      measuring circuit connections and KE for wire interruption.    In case of a wire interruption in one of the connections, the  output relays switch to the fault state.  –   In addition, the unearthed AC-, DC- or AC/DC system is  monitored for inadmissible leakage capacitance. If the    system leakage capacitance is too high, the output relay      switches or the output relays switch to the fault state. –   Also incorrect settings that could cause a faulty function   of the device are monitored. When the device detects such    an incorrect setting, the output relay switches or the output    relays switch to the fault state. –   Once the control supply voltage has been applied the insu- lation monitoring relay runs through a system test routine. The system is diagnosed and the settings are tested. If no internal or external faults are found after this test routine is completed, the output relays switch into the operational state.  –   By pressing the front-face combined test/reset button a  system test routine is executed. The output relays switch to the fault state as long as the test function is activated, the control contact S1-S3 is closed or the test functions are processed. LED status and failure informationCM-IWS.2, CM-IWS.1 and CM-IWN.1 Operating state   U:   F:    R:        LED green   LED red   LED yellow Start-up    OFF  OFF No fault    OFF  –  1) Pre-warning  2) Insulation fault      –  1) (below threshold value)PE/KE wire interruption  –     –  1) Network capacitance too high /  –     –  1) invalid measurement resultInternal system fault  –     –  1) Setting fault  2) 3) Test function    –  –  1) No fault after fault storage  4)   ON  – 1)   With open-circuit principle - LED off,    With closed-circuit principle - LED on 2)   Only with CM-IWN.1 3)    Possible faulty setting: The threshold value for final switch-off is set at a higher value  than the threshold value for pre-warning. 4)    The device has triggered after an insulation fault. The fault has been stored and the  insulation resistance has returned to a higher value than the threshold value plus hysteresis. State of the Art Technology – ABB’ insolation monitoring relays

8  2CDC112147B0201 The CM-IWS.2 is used to monitor insulation resistance in accordance with IEC 61557-8 in pure IT AC systems.Measured are insulation resistances between system lines and system earth. When falling below the adjustable threshold values, the output relays switch into the fault state.  With CM-IWS.2 a superimposed DC measuring signal is used for measurement. From the superimposed DC mea-suring voltage and its resultant current the value of the insulation resistance of the system to be measured is calculated. Characteristics: –  Supply voltage 24-240 V AC/DC–  Output 1 c/o (15-16/18), closed circuit principle –  Fault storage / latching configurable by control input–  Test: front face button or control input (S1-S3)–  Reset: front face button or control input (S2-S3)  –  Measuring input L – PE with external voltages up to   400 V AC –  Measuring range: 1-100 kΩ Assortment CM-IWS.2 for AC systems up to 400 V  AC

2CDC112147B0201  9   Front face test and reset button  Set-up and adjustment Front face rotary switches for:–  Threshold value adjustment   0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 kΩ in ten kΩ steps–  Threshold value adjustment   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 kΩ in one kΩ steps Status indication –  ‘U’ green LED – supply voltage–  ‘F’ red LED – failure–  ‘R’ yellow LED – relay status Connections, max. to 400 V AC, 45-65 Hz Connections, max. to 400 V AC, 45-65 Hz Connection of measuring input ‘L’ to any of the conductors Connection of measuring input ‘L’ to any of the conductors 2-wire AC system 4-wire AC system 3-wire AC system L1L2L3 N PE L1L2L3 PE A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12 A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12 L N PE A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12 A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12 A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12 A1S1 S2 S3 11 w L A2 14 12

10  2CDC112147B0201 The CM-IWS.1 and CM-IWN.1 serve to monitor insulation resistance in accordance with IEC 61557-8 in unearthed IT AC or DC systems. Measured are insulation resistances between system lines and system earth. When falling below the adjustable threshold values, the output relays switch into the fault state. With CM-IWS.1 und CM-IWN.1 a pulsating measuring signal is fed into the system to be monitored and the insulation resistance calculated.  Characteristics: –  Supply voltage 24-240 V AC/DC–  Output 1 c/o (15-16/18)–  Closed circuit principle–  Fault storage / latching configurable by control input–  Broken wire detection in measuring circuit –  Test: front face button or control input (S1-S3)–  Reset: front face button or control input (S2-S3)  –  Measuring input L – PE with external voltages up to   250 V AC and 300 V DC–  Measuring range: 1-100 kΩ Assortment CM-IWS.1 for systems up to 250 V AC  and 300 V DC

2CDC112147B0201  11   Front face test and reset button  Set-up and adjustment Front face rotary switches for:–  Threshold value adjustment   0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 kΩ in ten kΩ steps–  Threshold value adjustment   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 kΩ in one kΩ steps Status indication –  ‘U’ green LED – supply voltage–  ‘F’ red LED – failure–  ‘R’ yellow LED – relay status Connections, max. 250 V AC (15-400 Hz) or 300 V DC CM-IWS.1Connections, max. 250 V AC (15-400 Hz) or 300 V DC Connections, max. 250 V AC (15-400 Hz) or 300 V DC Always connect L+ and L- to two different lines / conductors,any of them w  and KE use 2  separate wires for interrupted wire detection  Always connect L+ and L- to two different lines / conductors,any of them w  and KE use 2  separate wires for interrupted wire detection  Always connect L+ and L- to two different lines / conductors,any of them w  and KE use 2  separate wires for interrupted wire detection  2-wire DC system 3-wire AC system 3-wire DC system 4-wire AC system L1L2L3 PE PWM PWM DC DC L+ L+ ML- L- PE L+ L- A1S1 S2 S3 KE 11 w L- L+ A2 14 12 A1S1 S2 S3 KE 11 w L- L+ A2 14 12 L N PE PWM DC L+ L- PE L1L2L3 N PE A1S1 S2 S3 KE 11 w L- L+ A2 14 12 A1S1 S2 S3 KE 11 w L- L+ A2 14 12 A1S1 S2 S3 KE 11 w L- L+ A2 14 12 2-wire AC system

12  2CDC112147B0201 Assortment CM-IWN.1 for systems up to 400 V AC  and 600 V DC The pulsating measuring signal from CM-IWS.1 and CM-IWN.1 alters its form in dependence of the insulation resistance and the system leakage capacitance. From this altered form the change in the insulation resistance is forecast.   When the forecast insulation resistance corresponds to the insulation resistance calculated in the next measure-ment cycle and is smaller than the set threshold value, the output relays are activated or deactivated, depending on the device configuration. This measuring principle is also suitable for the detection of symmetrical insulation faults. Characteristics: –  Supply voltage 24-240 V AC/DC–  Output 1 x 2 c/o or 2 x 1 c/o (15-16/18, 25-26/28)–  Open or closed circuit principle selectable–  Fault storage / latching configurable by control input–  Non volatile failure storage configurable–  Two threshold values (pre-warning) and final switch off       configurable–  Interrupted wire detection in measuring circuit configurable–  Test: front face button or control input (S1-S3)–  Reset: front face button or control input (S2-S3) –  Measuring input L – PE with external voltages up to   400 V  AC and 600 V DC–  Measuring range: 1-100 kΩ, 2-200 kΩ–  Coupling unit for connection to systems with voltages up to      690 V AC and 1000 V DC CM-IVN

2CDC112147B0201  13   Set-up and adjustment Front face rotary switches for:–  Threshold value adjustment   0, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 kΩ in ten kΩ steps–  Threshold value adjustment   1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 kΩ in one kΩ steps Status indication –  ‘U’ green LED – supply voltage–  ‘F’ red LED – failure–  ‘R’ yellow LED – relay status  Front face test and reset button DIP switches for configuration of –  Open or closed circuit principle–  Non volatile failure storage–  One or two threshold values (pre-warning and final switch of) –  Interrupted wire detection Connections max. 690 V AC (15-400 Hz) or 1000 V DC L1L2L3 N PE Always connect to twodifferent lines / conductors,any of them Earth Consumer CM-IWN.1 and CM-IVN

14  2CDC112147B0201 Assortment CM-IVN coupling module for 690 V AC  and 1000 V DC The voltage levels in many DC applications are increasing constantly. Especially in the renewable energy sectors the actual voltages are between 800 and 1000 V DC. Also in ship industries two trends can be seen: increase of voltage or increase of frequency up to 400 Hz, never-theless still the ship is an unearthed application.  With this range of insulation monitors ABB offers a unique modular solution. All standard applications can be covered with a single standard device while for all special applica-tions, i.e. high voltages simply an additional coupling module can be used. Characteristics: –  Coupling unit for systems up to 690 V AC and up to   1000 V DC–  No auxiliary supply–  Just the adaption of the higher voltage to the insulation       monitoring relay CM-IWN.1–  Only connectable to the CM-IWN.1

2CDC112147B0201  15   Selection table Type   CM-IWS.2   CM-IWS.1   CM-IWN.1   CM-IVN Order code  1SVR 630 670 R0200  1SVR 630 660 R0100  1SVR 650 660 R0200  1SVR 650 669 R9400 Sypply voltage 24-240 V AC/DC  •  •  •  no auxillary supply Measuring voltage 250 V AC (L-PE)    • 400 V AC (L-PE)  •    • 690 V AC        • 300 V DC (L-PE)    • 600 V DC (L-PE)      • 1000 V DC        • Measuring resistance 1-100 kΩ  •  •  • 2-200 kΩ      • Output contacts 1 c/o  •  • 1 x 2 c/o or 2 x 1 c/o      • Working principle   closed circuit  closed circuit  selectable Test Front face or control input  •  •  • Reset Front face or control input  •  •  • Fault storage / latching  configurable  configurable  configurable Non voltage storage      configurable Broken wire detection    •  configurable Threshold values      two, configurable Coupling unit      yes  CM-IWN.1 Approvals A  UL 508, CAN/CSA C22.2 No.14   pending / planned C  GL   pending / planned K IEC/EN 60947-5-1,CB scheme  pending / planned E  GB14048.5 - 2001, CCC  pending / planned D  GOST   pending / planned Marks a CE b C-Tick  pending / planned

Contact us  Or der Number 2CDC 112 147 B0201   Printed in Germany (03/10-5-ZVD)  ABB STOTZ-KONTAKT GmbH http://www.abb.com/lowvoltage-  Control Products   -  Electronic Relays and Controls  -  Isolation Monitors www.abb.com/contacts Note:We reserve the right to make technical changes or modify the contents of this document without prior notice. With regard to purchase orders, the agreed particulars shall prevail. ABB AG does not accept any responsibility whatsoever for potential errors or possible lack of information in this docu-ment.  We reserve all rights to this document and the sub-ject matter and illustrations contained therein. Any reproduction, disclosure to third parties or utilisation of its contents – in whole or in part – is forbidden without prior written consent from ABB AG.  Copyright© 2010 ABB All rights reserved