Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung - Die ...
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<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong><br />
Gemäß <strong>der</strong> aktuell gültigen DIN VDE 0100-410 ist <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> im Fehlerfall eine<br />
<strong>Schutz</strong>maßnahme, bei <strong>der</strong><br />
<strong>der</strong> <strong>Schutz</strong> gegen direktes Berühren (Basisschutz) vorgesehen ist <strong>durch</strong> eine Basisisolierung <strong>der</strong> aktiven Teile o<strong>der</strong> <strong>durch</strong> Abdeckung<br />
bzw. Umhüllungen und<br />
<strong>der</strong> <strong>Schutz</strong> bei indirektem Berühren (Fehlerschutz) vorgesehen ist <strong>durch</strong> <strong>Schutz</strong>potenzialausgleich über die Haupterdungsschiene<br />
(HES, früher Potenzialausgleichsschiene – PAS) und <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> im Fehlerfall.<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an den Basisschutz (<strong>Schutz</strong> gegen direktes Berühren)<br />
Basisschutz unter normalen und beson<strong>der</strong>en Bedingungen<br />
<strong>Die</strong> Anfor<strong>der</strong>ungen an den Basisschutz bei <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong>“ gelten<br />
gemäß DIN VDE 0100-410, Abschn. 411.2 als erfüllt, wenn alle elektrischen Betriebsmittel mit den Anfor<strong>der</strong>ungen an den Basisschutz<br />
unter normalen Bedingungen (siehe Kap. 7.1.1.3) o<strong>der</strong> falls zutreffend mit den Anfor<strong>der</strong>ungen an den Basisschutz unter beson<strong>der</strong>en<br />
Bedingungen (siehe Kap. 7.1.1.3) übereinstimmen.<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an den Fehlerschutz (<strong>Schutz</strong> bei indirektem Berühren)<br />
Eine <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> ist gefor<strong>der</strong>t, wenn bei einem Fehler infolge <strong>der</strong> Größe und Dauer <strong>der</strong> auftretenden<br />
Berührungsspannung das Risiko eines gefährlichen physiologischen Effekts bei einer Person o<strong>der</strong> auch einem Tier auftreten könnte. Als<br />
vereinbarte Grenze <strong>der</strong> Berührungsspannung UL (konventionelle Berührungsspannung, maximal zulässige Berührungsspannung) gelten die<br />
in Abbildung 1 dargestellten Werte.<br />
Abb. 1: Vereinbarte Grenze <strong>der</strong> Berührungsspannung UL<br />
Abbildung 2 zeigt in einer vereinfachten Darstellung die Spannungsabfälle an einer Person, die einem elektrischen Schlag ausgesetzt ist.<br />
Abb. 2: Spannungsabfälle an einer Person bei elektrischem Schlag (vereinfachte Darstellung)
Definition <strong>der</strong> Berührungsspannung<br />
Als Berührungsspannung ist im Internationalen Elektrotechnischen Wörterbuch (IEV) die Spannung zwischen leitfähigen Teilen definiert,<br />
wenn diese gleichzeitig von einem Menschen o<strong>der</strong> einem Tier berührt werden.<br />
Unter <strong>der</strong> Berührungsspannung UT wird im Personenfehlerfall somit immer <strong>der</strong> Spannungsfall entlang des menschlichen Körpers zwischen<br />
Stromeintritt- und Stromaustrittstelle ohne die Berücksichtigung von möglichen Übergangswi<strong>der</strong>ständen verstanden.<br />
Zu beachtende Anfor<strong>der</strong>ungen an den Fehlerschutz<br />
<strong>Die</strong> normativ zu beachtenden Anfor<strong>der</strong>ungen an den Fehlerschutz bei <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong><br />
<strong>Stromversorgung</strong>“ sind:<br />
1. <strong>Schutz</strong>erdung und <strong>Schutz</strong>potenzialausgleich<br />
2. <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> im Fehlerfall und<br />
3. zusätzlicher <strong>Schutz</strong> für Steckdosen und Endstromkreise im Außenbereich<br />
<strong>Schutz</strong>erdung und <strong>Schutz</strong>potenzialausgleich<br />
<strong>Schutz</strong>erdung, neue Begriffsdefinition<br />
Der Begriff „<strong>Schutz</strong>erdung“ wurde mit einer neuen Definition belegt und bezeichnet ab sofort die Erdung eines Punkts o<strong>der</strong> mehrerer<br />
Punkte eines Netzes, einer Anlage o<strong>der</strong> eines Betriebsmittels zu Zwecken <strong>der</strong> elektrischen Sicherheit. Damit ist die <strong>Schutz</strong>erdung eine<br />
notwendige Voraussetzung für die Gewährleistung des Fehlerschutzes bei <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong><br />
<strong>Abschaltung</strong>“ im Fehlerfall.<br />
<strong>Die</strong>se neue Definition des Begriffs „<strong>Schutz</strong>erdung (Erdung über den <strong>Schutz</strong>leiter)“ steht in keinem Zusammenhang mehr mit <strong>der</strong><br />
früheren nach DIN VDE 0100:1973 in § 9 beschriebenen <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong>erdung“ und sollte auch so nicht länger im<br />
Sprachgebrauch genutzt werden.<br />
Anfor<strong>der</strong>ungen an die <strong>Schutz</strong>erdung<br />
Im Sinne <strong>der</strong> neuen Begriffsdefinition müssen Körper, unter Beachtung <strong>der</strong> vorgegebenen Bedingungen des entsprechenden<br />
<strong>Stromversorgung</strong>ssystems (siehe Kap. 7.1.1.1), mit einem <strong>Schutz</strong>leiter verbunden werden. Gleichzeitig berührbare Körper müssen mit<br />
demselben Erdungssystem einzeln, in Gruppen o<strong>der</strong> gemeinsam verbunden werden.<br />
Für <strong>Schutz</strong>erdungsleiter, also <strong>Schutz</strong>leiter zum Zweck <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>erdung, gelten dieselben Anfor<strong>der</strong>ungen wie für <strong>Schutz</strong>leiter nach DIN<br />
VDE 0100-540.<br />
Dabei muss für jeden Stromkreis ein <strong>Schutz</strong>leiter vorhanden sein, <strong>der</strong> <strong>durch</strong> Anschluss an die diesem Stromkreis zugeordnete<br />
Erdungsklemme o<strong>der</strong> Erdungsschiene geerdet ist. Somit muss in allen Kabeln bzw. Leitungen ein <strong>Schutz</strong>leiter mitgeführt werden, es sei<br />
denn, es findet die <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> doppelte o<strong>der</strong> verstärkte Isolierung“ (früher <strong>Schutz</strong>isolierung) als alleinige<br />
<strong>Schutz</strong>maßnahme Anwendung.
<strong>Schutz</strong>erdung im TN-System<br />
Im TN-System muss je<strong>der</strong> Körper eines elektrischen Betriebsmittels – und damit auch jedes Gerät <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>klasse I – mit einem<br />
<strong>Schutz</strong>leiter verbunden sein. <strong>Die</strong>ser <strong>Schutz</strong>leiter muss dann entwe<strong>der</strong> mit dem geerdeten Punkt direkt o<strong>der</strong> über PEN-Leiter mit <strong>der</strong><br />
geerdeten Stromquelle (üblicherweise Sternpunkt des Transformators) verbunden werden, wobei eine zusätzliche Erdung im Verlauf des<br />
<strong>Schutz</strong>leiters empfohlen wird.<br />
<strong>Schutz</strong>erdung im TT-System<br />
Im TT-System muss je<strong>der</strong> Körper eines elektrischen Betriebsmittels – und damit auch wie<strong>der</strong>um jedes Gerät <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>klasse I – über<br />
einen <strong>Schutz</strong>leiter mit einem Er<strong>der</strong> (üblicherweise einem Anlagener<strong>der</strong> RA) verbunden sein. Im Umkehrschluss ist es damit zulässig, jeden<br />
Körper eines elektrischen Betriebsmittels o<strong>der</strong> jedes Gerät <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>klasse I mit einem eigenen Er<strong>der</strong> zu verbinden. Allerdings müssen<br />
alle Körper elektrischer Betriebsmittel eines Stromkreises (d.h. Anschluss an eine gemeinsame Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung) an einen für<br />
alle Körper gemeinsamen Er<strong>der</strong> o<strong>der</strong> an eine für alle Körper gemeinsame Erdungsanlage angeschlossen werden.<br />
Ferner ist es statthaft, mehrere Körper mit nur einem Gruppener<strong>der</strong> zu verbinden o<strong>der</strong> alle Körper mit nur einem Er<strong>der</strong> bzw. einer<br />
gemeinsamen Erdungsanlage zu verbinden. Dabei ist zu beachten, dass alle gleichzeitig berührbaren Körper elektrischer Betriebsmittel (im<br />
Handbereich mit einem Abstand ≤ 2,5 m zueinan<strong>der</strong>) an einen für alle Körper gemeinsamen Er<strong>der</strong> o<strong>der</strong> an eine für alle Körper gemeinsame<br />
Erdungsanlage angeschlossen werden müssen.<br />
<strong>Schutz</strong>erdung im IT-System<br />
Im IT-System entsteht nach einem Fehler ein TT-System. Aufgrund dieser Eigenschaft muss wie im TT-System je<strong>der</strong> Körper eines<br />
elektrischen Betriebsmittels über einen <strong>Schutz</strong>leiter mit einem Er<strong>der</strong> (üblicherweise einem Anlagener<strong>der</strong> RA) verbunden sein. Auch im IT-<br />
System ist es zulässig, jeden Körper eines elektrischen Betriebsmittels mit einem eigenen Er<strong>der</strong> zu verbinden. Allerdings müssen alle<br />
Körper elektrischer Betriebsmittel eines Stromkreises (d.h. Anschluss an eine gemeinsame Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung) an einen für alle<br />
Körper gemeinsamen Er<strong>der</strong> o<strong>der</strong> an eine für alle Körper gemeinsame Erdungsanlage angeschlossen werden.<br />
Auch im IT-System ist es zulässig, mehrere Körper mit nur einem Gruppener<strong>der</strong> o<strong>der</strong> alle Körper mit nur einem Er<strong>der</strong> bzw. einer<br />
gemeinsamen Erdungsanlage zu verbinden. Dabei ist zu beachten, dass alle gleichzeitig berührbaren Körper elektrischer Betriebsmittel (im<br />
Handbereich mit einem Abstand ≤ 2,5 m zueinan<strong>der</strong> und unter Beachtung weiterer <strong>der</strong> Norm zu entnehmen<strong>der</strong> Maße) an einen für alle<br />
Körper gemeinsamen Er<strong>der</strong> o<strong>der</strong> an eine für alle Körper gemeinsame Erdungsanlage angeschlossen werden müssen.<br />
<strong>Schutz</strong>potenzialausgleich über die Haupterdungsschiene (HES)<br />
<strong>Die</strong> neu eingeführte Begriffskombination „<strong>Schutz</strong>potenzialausgleich über die Haupterdungsschiene“ hat den früheren Begriff<br />
„Hauptpotentialausgleich“ abgelöst. Als „<strong>Schutz</strong>potenzialausgleich“ definiert das Internationale Elektrotechnische Wörterbuch (IEV) den<br />
Potenzialausgleichs zum Zweck <strong>der</strong> Sicherheit.<br />
Ausführung des <strong>Schutz</strong>potenzialausgleichs<br />
In jedem Gebäude müssen <strong>der</strong> Erdungsleiter (neu: Leiter, <strong>der</strong> einen Strompfad o<strong>der</strong> einen Teil des Strompfades zwischen einem<br />
gegebenen Punkt eines Netzes, einer Anlage o<strong>der</strong> eines Betriebsmittels und einem Er<strong>der</strong> o<strong>der</strong> einem Er<strong>der</strong>netz herstellt) und<br />
folgende leitfähige Teile über die Haupterdungsschiene (HES, früher Potenzialausgleichsschiene – PAS) zum <strong>Schutz</strong>potenzialausgleich<br />
verbunden werden:<br />
metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen, die in Gebäude eingeführt sind (u.a. Gas- und Wasserleitungen)<br />
fremde leitfähige Teile <strong>der</strong> Gebäudekonstruktion, sofern im üblichen Gebrauchszustand berührbar<br />
metallene Zentralheizungs- und Klimasysteme<br />
metallene Verstärkungen von Gebäudekonstruktionen aus bewehrtem Beton, wo die Verstärkungen berührbar und zuverlässig<br />
untereinan<strong>der</strong> verbunden sind<br />
Für den Fall, dass solche leitfähigen Teile ihren Ausgangspunkt außerhalb des Gebäudes haben, müssen sie so nahe wie möglich an <strong>der</strong><br />
Eintrittsstelle innerhalb des Gebäudes miteinan<strong>der</strong> verbunden werden.<br />
Automatische <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> im Fehlerfall<br />
Zielsetzung <strong>der</strong> <strong>automatische</strong>n <strong>Abschaltung</strong><br />
Gemäß DIN VDE 0100-410, Abschn. 411.3.2.1 muss eine <strong>Schutz</strong>einrichtung im Fall eines aufgetretenen Fehlers vernachlässigbarer<br />
Impedanz zwischen dem Außenleiter und<br />
einem Körper (leitfähiges Gehäuse eines elektrischen Betriebsmittels) o<strong>der</strong><br />
einem <strong>Schutz</strong>leiter des Stromkreises o<strong>der</strong><br />
einem <strong>Schutz</strong>leiter des Betriebsmittels<br />
die <strong>Stromversorgung</strong> zu dem Außenleiter eines Stromkreises o<strong>der</strong> dem Betriebsmittel in <strong>der</strong> gefor<strong>der</strong>ten Abschaltzeit automatisch<br />
unterbrechen.<br />
Automatische <strong>Abschaltung</strong> im TN-, TT- und IT-System<br />
<strong>Die</strong> Realisierung <strong>der</strong> <strong>automatische</strong>n <strong>Abschaltung</strong> in den verschiedenen <strong>Stromversorgung</strong>ssystemen (siehe Abb. 3) geschieht in<br />
Abhängigkeit <strong>der</strong> Eigenschaften von <strong>Schutz</strong>leitern und <strong>Schutz</strong>einrichtungen.<br />
Abb. 3: Realisierung <strong>der</strong> <strong>automatische</strong>n <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> in den verschiedenen <strong>Stromversorgung</strong>ssystemen
In diesem Zusammenhang sind insbeson<strong>der</strong>e bei Dimensionierung <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtungen die <strong>durch</strong> DIN VDE 0100-410 gefor<strong>der</strong>ten<br />
Abschaltzeiten für die verschiedenen <strong>Stromversorgung</strong>ssysteme zu berücksichtigen.<br />
Unterscheidungsmerkmale für Abschaltzeiten<br />
Bei den gefor<strong>der</strong>ten Abschaltzeiten in Abhängigkeit von den zugrunde liegenden <strong>Stromversorgung</strong>ssystemen unterscheidet DIN VDE 0100-<br />
410 zwischen<br />
Art <strong>der</strong> Spannung (Wechsel- o<strong>der</strong> Gleichspannung),<br />
verschiedenen Nennspannungen (Außenleiter gegen Erde),<br />
Endstromkreisen mit einem Nennstrom nicht größer als 32 A und<br />
Verteilungsstromkreisen.<br />
Automatische <strong>Abschaltung</strong> im TN-System<br />
Beson<strong>der</strong>heiten des TN-Systems<br />
Der Neutral- o<strong>der</strong> Mittelpunkt des <strong>Stromversorgung</strong>ssystems (in <strong>der</strong> Regel ist dies <strong>der</strong> Sternpunkt des versorgenden Transformators) muss<br />
geerdet werden. Falls ein Neutral- o<strong>der</strong> Mittelpunkt nicht verfügbar o<strong>der</strong> nicht zugänglich ist, muss ein Außenleiter geerdet werden. Ferner<br />
müssen die Körper <strong>der</strong> elektrischen Anlage <strong>durch</strong> einen <strong>Schutz</strong>leiter mit <strong>der</strong> Haupterdungsschiene (HES) <strong>der</strong> elektrischen Anlage<br />
verbunden sein, die wie<strong>der</strong>um mit dem geerdeten Punkt des <strong>Stromversorgung</strong>ssystems verbunden ist.<br />
Falls an<strong>der</strong>e wirksame Erdverbindungen bestehen, empfiehlt DIN VDE 0100-410, dass die <strong>Schutz</strong>leiter ebenfalls mit diesen Punkten – wo<br />
immer möglich – verbunden werden. <strong>Die</strong> Erdung an zusätzlichen, möglichst gleichmäßig verteilten Punkten stellt sicher, dass die<br />
Potenziale <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>leiter im Fehlerfall so wenig wie möglich vom Erdpotenzial abweichen. In großen Gebäuden (z.B. Hochhäusern) ist<br />
eine zusätzliche Erdung <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>leiter in <strong>der</strong> Praxis meist nicht möglich, sodass in diesem Fall als gleichwertige Maßnahme ein<br />
<strong>Schutz</strong>potenzialausgleich zwischen <strong>Schutz</strong>leitern und fremden leitfähigen Teilen vorgenommen werden kann.<br />
Abb. 4: Körperschluss im TN-S-System (schematische Darstellung)
Bei <strong>der</strong> Realisierung des Fehlerschutzes in TN-Systemen ist darauf zu achten, dass die Kennwerte <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtungen und die<br />
Schleifenimpedanz so sind, dass bei Auftreten eines Fehlers mit vernachlässigbarer Impedanz zwischen einem Außen- und einem<br />
<strong>Schutz</strong>leiter o<strong>der</strong> einem Körper (siehe Abb. 4) irgendwo in <strong>der</strong> elektrischen Anlage die <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong><br />
innerhalb <strong>der</strong> für TN-Systeme festgelegten Zeit (siehe Abb. 5) erfolgt.<br />
Zulässige <strong>Schutz</strong>einrichtungen im TN-System<br />
Als <strong>Schutz</strong>einrichtungen für die <strong>Abschaltung</strong> im Fehlerfall dürfen im TN-System<br />
Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (z.B. Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter u.a.) und<br />
Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (RCDs, engl.: residual current protective device)<br />
verwendet werden.<br />
Bei <strong>der</strong> Verwendung einer Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung (RCD) in einem TN-C-S-System darf auf <strong>der</strong> Lastseite kein PEN-Leiter verwendet<br />
werden. <strong>Die</strong> Aufteilung des PEN-Leiters in <strong>Schutz</strong>leiter (PE-Leiter) und Neutralleiter (N-Leiter) und muss fachgerecht auf <strong>der</strong><br />
Versorgungsseite erfolgen.<br />
Abschaltbedingung für TN-Systeme<br />
Als Abschaltbedingung für TN-Systeme gilt:<br />
Ia<br />
U0<br />
ZS<br />
Strom, <strong>der</strong> das <strong>automatische</strong> Abschalten <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtung (Abschaltstrom) innerhalb <strong>der</strong> in Abbildung 5 unter<br />
den genannten Bedingungen festgelegten Abschaltzeiten bewirkt (bei Verwendung einer Fehlerstromschutz-<br />
<strong>Schutz</strong>einrichtung (RCD), entspricht Ia dem Bemessungsdifferenzstrom IΔN)<br />
Effektivwert <strong>der</strong> Nennwechselspannung o<strong>der</strong> Nenngleichspannung Außenleiter gegen Erde<br />
Impedanz <strong>der</strong> Fehlerschleife, die aus <strong>der</strong> Stromquelle, dem Außenleiter bis zum Fehlerort und dem <strong>Schutz</strong>leiter<br />
zwischen dem Fehlerort und <strong>der</strong> Stromquelle besteht<br />
Abschaltzeiten für TN-Systeme<br />
<strong>Die</strong> für TN-Systeme gefor<strong>der</strong>ten Abschaltzeiten können Abbildung 5 entnommen werden.<br />
Abb. 5: Abschaltzeiten für TN-Systeme
In TN-Systemen hängt die Erdung <strong>der</strong> elektrischen Anlage von <strong>der</strong> zuverlässigen und wirksamen Verbindung des PEN-Leiters bzw.<br />
<strong>Schutz</strong>leiters mit Erde ab. Wenn die Erdung <strong>durch</strong> ein öffentliches o<strong>der</strong> ein an<strong>der</strong>es Versorgungssystem vorgesehen wird, liegen die<br />
notwendigen Bedingungen außerhalb <strong>der</strong> elektrischen Anlage in <strong>der</strong> Verantwortlichkeit des Versorgungsnetzbetreibers (VNB). In<br />
Deutschland ist es für den Versorgungsnetzbetreiber verpflichtend, die Bedingung<br />
RB<br />
U0<br />
RE<br />
Er<strong>der</strong>wi<strong>der</strong>stand in Ω aller parallelen Er<strong>der</strong><br />
Effektivwert <strong>der</strong> Nennwechselspannung in V Außenleiter gegen Erde<br />
kleinster Wi<strong>der</strong>stand in Ω von fremden leitfähigen Teilen, die sich in Kontakt mit Erde befinden und nicht mit einem <strong>Schutz</strong>leiter verbunden sind und<br />
über die ein Fehler zwischen Außenleiter und Erde auftreten kann<br />
einzuhalten.<br />
Abb. 6: Erdschluss im TN-S-System (schematische Darstellung)
Im Fall eines Erdschlusses (siehe Abb. 6) muss somit sichergestellt sein, dass <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>leiter und die mit ihm verbundenen Körper keine<br />
Spannung gegen Erde erreichen, die 50 V überschreitet.<br />
Automatische <strong>Abschaltung</strong> im TT-System<br />
Beson<strong>der</strong>heiten des TT-Systems<br />
Auch im TT-System muss <strong>der</strong> Neutral- o<strong>der</strong> Mittelpunkt des <strong>Stromversorgung</strong>ssystems (in <strong>der</strong> Regel ist dies <strong>der</strong> Sternpunkt des<br />
versorgenden Transformators) geerdet werden. Falls ein Neutral- o<strong>der</strong> Mittelpunkt nicht verfügbar o<strong>der</strong> nicht zugänglich ist, muss ein<br />
Außenleiter geerdet werden.<br />
Alle Körper, die gemeinsam <strong>durch</strong> dieselbe <strong>Schutz</strong>einrichtung geschützt werden, müssen <strong>durch</strong> <strong>Schutz</strong>leiter (PE-Leiter) an einen<br />
gemeinsamen Er<strong>der</strong> angeschlossen werden. <strong>Die</strong>s wird in <strong>der</strong> Praxis üblicherweise an <strong>der</strong>/den Haupterdungsschiene/n (HES) <strong>der</strong><br />
elektrischen Anlage bzw. eines Gebäudes realisiert. Wenn mehrere <strong>Schutz</strong>einrichtungen in Reihe verwendet werden, gilt diese Anfor<strong>der</strong>ung<br />
jeweils getrennt für alle Körper, die <strong>durch</strong> dieselbe <strong>Schutz</strong>einrichtung geschützt werden.<br />
Abb. 7: Körperschluss im TT-System bei unterschiedlichen <strong>Schutz</strong>einrichtungen
Im TT-System sind alle Körper elektrischer Betriebsmittel an ihrem Standort geerdet. Da<strong>durch</strong> werden im Fall eines Körperschlusses <strong>der</strong><br />
Standort und <strong>der</strong> Körper eines elektrischen Betriebsmittels annähernd gleiches Potenzial annehmen, d.h. die zu erwartende<br />
Berührungsspannung wird annähernd 0 V betragen.<br />
Körperschluss führt zu Erdschluss<br />
Ein möglicher Körperschluss (siehe Abb. 7) kann somit nur zu einem Erdschluss, nicht aber wie im TN-System zu einem Kurzschluss<br />
führen. Aufgrund dieser Verhältnisse sind Fehlerströme in TT-Systemen im Vergleich zu TN-Systemen immer niedriger und oftmals nicht<br />
ausreichend für eine <strong>Abschaltung</strong> <strong>durch</strong> herkömmliche Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen wie z.B. NEOZED-, DIAZED- o<strong>der</strong> NH-<br />
Sicherungssysteme. Damit eine <strong>Abschaltung</strong> in jedem Fehlerfall garantiert werden kann, werden üblicherweise im TT-System Fehlerstrom-<br />
<strong>Schutz</strong>einrichtungen (RCDs) erfor<strong>der</strong>lich.<br />
Zulässige <strong>Schutz</strong>einrichtungen im TT-System<br />
Trotz <strong>der</strong> zuvor gemachten Einschränkungen dürfen als <strong>Schutz</strong>einrichtungen für die <strong>Abschaltung</strong> im Fehlerfall im TT-System<br />
Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (z.B. Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter u.a.) und<br />
Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (RCDs)<br />
verwendet werden.<br />
Abschaltbedingungen für TT-Systeme<br />
Wenn im TT-System eine Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung für den Fehlerschutz (<strong>Schutz</strong> bei indirektem Berühren) verwendet wird, ist als<br />
Abschaltbedingung gefor<strong>der</strong>t:<br />
IΔN<br />
RA<br />
Bemessungsdifferenzstrom in A <strong>der</strong> Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung<br />
Summe <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>stände in Ω des Er<strong>der</strong>s und des <strong>Schutz</strong>leiters <strong>der</strong> Körper<br />
UL vereinbarte Grenze <strong>der</strong> Berührungsspannung gemäß Abbildung 1<br />
Wenn im TT-System eine Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung für den Fehlerschutz (<strong>Schutz</strong> bei indirektem Berühren) verwendet wird, ist als<br />
Abschaltbedingung gefor<strong>der</strong>t:
Ia<br />
U0<br />
ZS<br />
Strom, <strong>der</strong> das <strong>automatische</strong> Abschalten <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtung (Abschaltstrom) innerhalb <strong>der</strong> in Abbildung 5 unter den genannten Bedingungen<br />
festgelegten Abschaltzeiten bewirkt (bei Verwendung einer Fehlerstromschutz-<strong>Schutz</strong>einrichtung, entspricht Ia dem Bemessungsdifferenzstrom IΔ<br />
N)<br />
Effektivwert <strong>der</strong> Nennwechselspannung o<strong>der</strong> Nenngleichspannung Außenleiter gegen Erde<br />
Impedanz <strong>der</strong> Fehlerschleife, die aus <strong>der</strong> Stromquelle, dem Außenleiter bis zum Fehlerort, dem <strong>Schutz</strong>leiter <strong>der</strong> Körper, dem Erdungsleiter, dem<br />
Anlagener<strong>der</strong> und dem Er<strong>der</strong> <strong>der</strong> Stromquelle besteht<br />
Abschaltzeiten für TT-Systeme<br />
<strong>Die</strong> für TT-Systeme gefor<strong>der</strong>ten Abschaltzeiten können Abbildung 8 entnommen werden.<br />
Abb. 8: Abschaltzeiten für TT-Systeme<br />
Automatische <strong>Abschaltung</strong> im IT-System<br />
Beson<strong>der</strong>heiten des IT-Systems<br />
IT-Systeme werden üblicherweise gegen Erde isoliert betrieben. Sollten Betriebsgründe es dennoch erfor<strong>der</strong>lich machen, so darf ein<br />
künstlicher Sternpunkt über eine ausreichend hohe Impedanz hergestellt werden. Nur unter <strong>der</strong> Voraussetzung betrieblich zwingen<strong>der</strong><br />
Gründe und <strong>der</strong> Erdung über eine ausreichend hohe Impedanz darf in IT-Systemen auch ein Außenleiter geerdet werden.<br />
<strong>Die</strong> elektrische Anlage bzw. die Impedanz <strong>der</strong> elektrischen Anlage ist dann so zu dimensionieren, dass beim Auftreten eines Körper- o<strong>der</strong><br />
Erdschlusses nur ein sehr geringer Fehlerstrom fließen kann, sodass eine <strong>Abschaltung</strong> als <strong>Schutz</strong> gegen elektrischen Schlag nicht<br />
erfor<strong>der</strong>lich ist.<br />
Während in TN- und TT-Systemen <strong>der</strong> Fehlerschutz schon im ersten Fehlerfall <strong>durch</strong> eine <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong><br />
gewährleistet ist, erfolgt in IT-Systemen im ersten Fehlerfall (siehe Abb. 9) nur eine Meldung.<br />
Eine zu hohe Berührungsspannung kann in IT-Systemen nicht entstehen, wo<strong>durch</strong> die elektrische Anlage nach Eintreten des ersten<br />
Fehlers gefahrlos weiterbetrieben werden kann. <strong>Die</strong>s ist beson<strong>der</strong>s für Produktionsanlagen von Bedeutung, die nicht plötzlich abgeschaltet<br />
werden dürfen, da sonst aufgrund <strong>der</strong> unkontrollierten <strong>Abschaltung</strong> eintretende Folgeschäden eine Wie<strong>der</strong>inbetriebnahme <strong>der</strong><br />
Produktionsanlagen verhin<strong>der</strong>n und eine zeit- und kostenintensive Instandsetzung <strong>der</strong> Produktionsanlagen notwendig machen.<br />
Abb. 9: Erster Fehler (Erdschluss) im IT-System
Im ersten Fehlerfall (Erdschluss) nimmt <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>leiter im IT-System zwar das Potenzial des den Fehler verursachenden Außenleiters an,<br />
wobei dieser Zustand keine Gefahr darstellt, da alle Körper und alle leitfähigen fremden Teile ebenfalls dieses Potenzial annehmen (siehe<br />
Abb. 9). Somit entstehen keine Potentialdifferenzen, die überbrückt werden können. Bei Eintritt des ersten Fehlers geht das IT-System in<br />
ein TN- o<strong>der</strong> TT-System über.<br />
In IT-Systemen gilt hinsichtlich <strong>der</strong> Erdung die Bedingung:<br />
Id<br />
RA<br />
Fehlerstrom in A beim ersten Fehler mit vernachlässigbarer Impedanz zwischen einem Außenleiter und einem Körper (<strong>der</strong> Wert Id berücksichtigt die<br />
Ableitströme und die Gesamtimpedanz <strong>der</strong> elektrischen Anlage gegen Erde)<br />
Summe <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>stände in Ω des Er<strong>der</strong>s und des <strong>Schutz</strong>leiters zum jeweiligen Körper<br />
UL vereinbarte Grenze <strong>der</strong> Berührungsspannung gemäß Abbildung 1<br />
Erst bei einem zweiten Fehler (siehe Abb. 10) in einem an<strong>der</strong>en Außenleiter liegt im IT-System die Außenleiterspannung gegen Erde an,<br />
womit dann eine Gefahr des elektrischen Schlags gegeben ist, sodass eine <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> <strong>durch</strong> die <strong>Schutz</strong>einrichtung<br />
erfolgen muss.<br />
Abb. 10: Zweiter Fehler im IT-System
Abschaltbedingungen für IT-Systeme<br />
Nach Auftreten eines zweiten Fehlers, <strong>der</strong> sich gegenüber dem ersten Fehler auf einem an<strong>der</strong>en Außenleiter ereignet, müssen folgende<br />
Bedingungen für eine <strong>Abschaltung</strong> <strong>der</strong> <strong>Stromversorgung</strong> erfüllt werden:<br />
a) Wenn die Körper <strong>der</strong> elektrischen Betriebsmittel <strong>durch</strong> <strong>Schutz</strong>leiter miteinan<strong>der</strong> verbunden und gemeinsam über dieselbe<br />
Erdungsanlage geerdet sind, gilt<br />
- in Wechselstromsystemen ohne Neutralleiter und in Gleichstromsystemen ohne Mittelleiter:<br />
Ia<br />
U<br />
ZS<br />
Strom, <strong>der</strong> die Funktion <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtung innerhalb <strong>der</strong> in Abbildung 11 gefor<strong>der</strong>ten Zeit bewirkt<br />
Effektivwert <strong>der</strong> Nennwechselspannung o<strong>der</strong> Nenngleichspannung zwischen zwei Außenleitern<br />
Impedanz <strong>der</strong> Fehlerschleife, die aus dem Außenleiter und dem <strong>Schutz</strong>leiter des Stromkreises besteht<br />
- in Wechselstromsystemen mit verteiltem Neutralleiter und in Gleichstromsystemen mit verteiltem Mittelleiter:<br />
Ia<br />
U0<br />
ZS<br />
Strom in A, <strong>der</strong> die Funktion <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtung innerhalb <strong>der</strong> in Abbildung 11 gefor<strong>der</strong>ten Zeit bewirkt<br />
Effektivwert <strong>der</strong> Nennwechselspannung o<strong>der</strong> Nenngleichspannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter o<strong>der</strong> Außenleitern und<br />
Mittelleiter<br />
Impedanz <strong>der</strong> Fehlerschleife, die aus dem Neutralleiter und dem <strong>Schutz</strong>leiter des Stromkreises besteht<br />
b) Wenn die Körper <strong>der</strong> elektrischen Betriebsmittel gruppenweise o<strong>der</strong> einzeln geerdet sind, gilt:<br />
IΔN<br />
Strom in A, <strong>der</strong> die Funktion <strong>der</strong> <strong>Schutz</strong>einrichtung innerhalb <strong>der</strong> in Abbildung 11 gefor<strong>der</strong>ten Zeit bewirkt<br />
RA<br />
Summe <strong>der</strong> Wi<strong>der</strong>stände in Ω des Er<strong>der</strong>s und des <strong>Schutz</strong>leiters <strong>der</strong> Körper<br />
UL vereinbarte Grenze <strong>der</strong> Berührungsspannung gemäß Abbildung 1
Abschaltzeiten für IT-Systeme<br />
<strong>Die</strong> für IT-Systeme gefor<strong>der</strong>ten Abschaltzeiten im Fall eines zweiten Fehlers können Abbildung 11 entnommen werden.<br />
Abb. 11: Abschaltzeiten für IT-Systeme bei Eintritt des zweiten Fehlers<br />
Zulässige Überwachungs- und <strong>Schutz</strong>einrichtungen im IT-System<br />
Im IT-System dürfen folgende Überwachungs- und <strong>Schutz</strong>einrichtungen eingesetzt werden:<br />
Isolations-Überwachungseinrichtungen (IMDs, engl.: insulation monitoring device)<br />
Differenzstrom-Überwachungseinrichtungen (RCMs, engl.: residual current monitors)<br />
Isolationsfehler-Sucheinrichtungen<br />
Überstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (z.B. Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter, Leistungsschalter u.a.) und<br />
Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen (RCDs, engl.: residual current protective devices)<br />
Zusätzlicher <strong>Schutz</strong> für Steckdosen und Endstromkreise für den Außenbereich<br />
RCDs als normative Pflicht<br />
Entsprechend den neuen Anfor<strong>der</strong>ungen an die <strong>Schutz</strong>maßnahme „<strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> <strong>automatische</strong> <strong>Abschaltung</strong> im Fehlerfall“ muss<br />
nach DIN VDE 0100-410 in Wechselspannungssystemen ein zusätzlicher <strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen mit einem<br />
Bemessungsdifferenzstrom ≤ 30 mA vorgesehen werden<br />
und<br />
für Steckdosen mit einem Bemessungsstrom nicht größer als 20 A, die für die Benutzung <strong>durch</strong> Laien und zur allgemeinen Verwendung<br />
bestimmt sind<br />
für Endstromkreise für im Außenbereich verwendete tragbare Betriebsmittel mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als<br />
32 A.<br />
Ausnahmeregelung<br />
DIN VDE 0100-410 lässt dabei Ausnahmen hinsichtlich <strong>der</strong> For<strong>der</strong>ung des normativen Einsatzes einer Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtung zu<br />
o<strong>der</strong><br />
für Steckdosen, die von Elektrofachkräften o<strong>der</strong> elektrotechnisch unterwiesenen Personen überwacht werden, wie z.B. in einigen<br />
gewerblichen o<strong>der</strong> industriellen Anlagen,<br />
für Steckdosen, die jeweils für den Anschluss nur eines bestimmten Betriebsmittels errichtet werden.<br />
Aus <strong>der</strong> Art <strong>der</strong> Formulierung <strong>der</strong> Ausnahmen wird deutlich, dass es nicht Ziel <strong>der</strong> Ausnahmeregelung ist, möglichst viele<br />
Steckdosenstromkreise auch weiterhin ohne zusätzlichen <strong>Schutz</strong> <strong>durch</strong> Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen mit einem<br />
Bemessungsdifferenzstrom ≤ 30 mA neu zu errichten o<strong>der</strong> zu betreiben.
Warum vermehrt <strong>der</strong> Einsatz von RCDs in <strong>der</strong> Normung?<br />
Ziel ist es vielmehr, sukzessive in den nächsten Jahren mit jedem neu errichteten Steckdosenstromkreis, zunehmend den Einbau von<br />
Fehlerstrom-<strong>Schutz</strong>einrichtungen zum Zweck eines ausreichenden <strong>Schutz</strong>es gegen elektrischen Schlag aufgrund <strong>der</strong> bislang gemachten<br />
positiven Erfahrungen voranzutreiben.<br />
Bestehende Stromkreise müssen im Sinne <strong>der</strong> DIN VDE 0100-410 nicht zwingend nachgerüstet werden. In wieweit es hinsichtlich des<br />
sicheren Betriebs und eines ausreichenden <strong>Schutz</strong>es gegen elektrischen Schlag vernünftig ist, auch die bestehende Anlage sukzessive<br />
und so weit wie möglich umzurüsten, bleibt in <strong>der</strong> verantwortlichen Einschätzung des Anlagenverantwortlichen bzw. <strong>der</strong> Elektrofachkraft.<br />
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