Jede Spannung zwischen zwei Punkten verschiedener Potenziale verursacht ein elektrisches Feld. Jeden Stromfluss umgibt ein magnetisches Feld. Solange sich diese Felder nicht ändern, ist deren Auswirkung vernachlässigbar. Treten hingegen sich ändernde Felder auf, wird in Leiterschleifen nach den Maxwellschen Gleichungen eine Spannung oder ein Strom induziert. All diese betriebsfrequenten und dynamischen Störungen dringen durch leitungsgeführte galvanische, induktive und kapazitive Kopplungen in Systeme ein. Praktische Maßnahmen für die fachgerechte Planung und Ausführung können nach folgenden Punkten gegliedert werden: Ausführung der Massung und Auswahl des Netzsystems, Ausbildung des Schutzzonenkonzeptes, Dimensionierung der Kabel- und Leitungsanlagen sowie Anordnung der Trassierungen und Auswahl des Schirmungskonzeptes.
Ausführung der Massung und Auswahl des Netzsystems
Der Begriff Massung vereint die Anlagenteile Erdung und Potenzialausgleich. Erdungsanlagen dienen vorrangig zur Einhaltung der Abschaltbedingungen, zum Schutz gegen elektrischen Schlag, vor Brandgefahren sowie vor Blitz- und Überspannungseinwirkungen. Grundsätzliche Anforderungen an zukunftsfähige Erdungssysteme sind deren Stromtragfähigkeit, der Aufbau eines niederimpedanten Systems, keine Mehrfacherdung von Neutralleitern sowie der Einbau verwendungsnaher Anschlusspunkte.
Die Erdungsmaßnamen beinhalten alle Ausführungen, um die Erde als gemeinsames Bezugspotenzial in das Anlagensystem einzubeziehen. Die Anforderungen des Potenzialausgleiches aus DIN VDE 0100 Teile 410 und 540 sind dagegen auf den Schutz von Personen ausgerichtet. Ein weiterer Bestandteil zum Aufbau eines störungsfreien Systems ist die Wahl der Netzform. Am häufigsten finden wir in Anlagensystemen TN- und TT-Netze. IT-Netze trifft man eher selten an. Bei den TN-Systemen unterscheidet man zwischen TN-S- und TN-C-Netze. Die meisten Systeme bestehen aus einer Kombination beider Varianten – sie werden als TN-C-S-Netz bezeichnet. TN-Systeme zeichnen sich durch direkte Erdung des Sternpunkts der Quelle aus. In Verbindung mit der Netzform TN-C wird ein gemeinsamer Leiter mit Neutral- und Schutzleiterfunktion (PEN-Leiter) in NS-Haupt- und Unterverteilungen geführt. Die Auftrennung in ein TN-S-Netz erfolgt dann meist in Feldverteilungen. Für Anforderung an zukunftsfähige Netzsysteme gilt es grundsätzlich, Ströme und Störströme „gezielt“ zur Quelle zurück, beziehungsweise über die Massung abzuleiten. Allerdings können sich bei dieser Netzanordnung Streuströme über die Massung ausbilden. Erheblich bessere Netzverhältnisse ergeben sich bei der Ausbildung eines konsequent durchgeführten TN-S-Netzes. Beginnend ab der NSHV wird ein generelles 5-Leiter-System aufgebaut. Der Schutzleiter führt keine Streu- oder Rückströme und erfüllt hier seine Schutzfunktion. In der bisherigen Praxis ist ein Transformator zur Speisung einer Niederspannungsanlage an seinem Sternpunkt geerdet. Die Auslegung der NSHV erfolgt meist als TN-C-System für die Leistungsabgänge zu Bereichs- und Feldverteilungen sowie nach Aufsplittung des PEN-Leiters als TN-S-System für Endstromkreise. Hierbei stellen sich mehrfache Verbindungen für Streuströme zwischen Neutralleiter und Massungsystem ein. Abhilfe schafft nur die konsequente Umsetzung des TN-S-Systems durch die Verlegung der Sternpunkterdung vom Trafo in die angrenzende NSHV, in der sämtliche Abgänge mit getrenntem Neutral- und Schutzleitern ausgeführt werden.
Ausbildung des Schutzzonenkonzepts
In der Norm für Blitzschutzsysteme – Teil 1: Allgemeine Grundsätze, DIN EN 62305-1:2006-10 - ist der Aufbau des Blitzschutzzonenkonzepts beschrieben, an dem sich auch die Anforderungen des EMV-gerechten Systemausbaus orientiert. Grundlage für den Aufbau ist die Bewertung der Baumaßnahme nach dem Blitzschutz-Normenteil 2: Risiko-Management, DIN EN 62305-2. Anhand dieser Risikobewertung ergeben sich die auszuführenden Maßnahmen für den Schutz von baulichen Anlagen und Personen (Äußerer Blitzschutz DIN EN 62305-3) sowie für den Schutz der elektrischen und elektronischen Systeme in baulichen Anlagen (Innerer Blitzschutz DIN EN 62305-4).
Auf Basis der gewonnenen Erkenntnisse sind nachfolgend beschriebene Bereiche in Blitzschutzzonen LPZ (Lightning Protection Zone) beziehungsweise in EMV-Schutzzonen (EMV SZ) auszubilden:
- LPZ 0 / EMV SZ 0: Außerhalb des Gebäudes, Einwirkung von direkten Blitzeinschlägen, keine Abschirmung gegen LEMP.
- LPZ 1 / EMV SZ 1: Innerhalb des Gebäudes, Einwir- kung von energiereichen Transienten durch Schalthandlungen und Blitz- teilströme.
- LPZ 2 / EMV SZ 2: Innerhalb des Gebäudes, Einwirkung von energieärmeren Transienten durch Schalthandlungen und elektrostatischen Entladungen.
- LPZ 3 / EMV SZ 3: Innerhalb des Gebäudes, keine Einwirkung von transienten Strömen oder Spannungen über die Störgrenzen hinaus; Schirmung und separate Verlegung von Stromkreisen, die sich gegenseitig beeinflussen könnten.
Die Effektivität der Zonenausbildung richtet sich nach den Erfordernissen und Empfindlichkeiten der elektrischen und elektronischen Einrichtungen. In jede Zone gehört eine örtliche Potenzialausgleichsschiene, an der auch sämtliche metallenen Installationen sowie alle Schutz- und Potenzialausgleichsleitungen anzuschließen sind. Die Potenzialausgleichsschienen müssen untereinander in einem Maschensystem verbunden werden.
In der Energieversorgung stehen hier am Übergang der Blitzschutzzone 0/1 leistungsstarke Blitzstromableiter – wie zum Beispiel der Typ 1-Ableiter Flashtrab von Phoenix Contact – zur Verfügung. An den inneren Zonenübergängen bietet sich die Installation von Überspannungsableitern der Typen Valvetrab – ein Typ 2-Ableiter - sowie von Geräteschutzmodulen der Serie Plugtrab (Typ 3-Ableiter) an. Bei der Installation von Blitz- und Überspannungsschutzgeräten ist auf die energetische Koordination der einzelnen Module zu achten. Um diese Problematik zu umgehen, hat Phoenix Contact Blitz- und Überspannungsmodule nach dem AEC-Prinzip (Active Energy Control) ausgestattet. Hierdurch können Blitz- und Überspannungsableiter unmittelbar aufeinander folgend in Installationen integriert werden. In der Informationstechnik gelten die gleichen Anforderungsbedingungen - jedoch angepasst an die jeweiligen Systemspezifikationen. So ist in der IEC 61643-22:2004-11 festgeschrieben, dass in Abhängigkeit von den Installationsbedingungen auch ein einziges Überspannungsschutzmodul zum Schutz aller Blitzschutzzonenübergänge eingesetzt werden kann. Mit einer großen Auswahl für unterschiedliche Anwendungsfälle bietet Phoenix Contact mit den Serien Plugtrab und Termitrab variable Lösungen an. Neben dem reinem Schutzaufbau für die Signalkreise ist der direkte oder indirekte Erdungsanschluss, bestimmt von dem gewähltem Netzsystem und dem Massungskonzept, ein wesentlicher Gesichtspunkt bei der Auswahl eines Ableiters.
Anordnung der Trassierungen
Kabelwege sind geschirmt auszuführen: mittels metallenen Rohren oder mittels gut leitenden abgedeckten Kabelträgersystemen. Die Trennstellen der Trassen müssen zur Überbrückung mit zwei Potenzialausgleichsleitungen verbunden werden. Unterschiedliche Systemverkabelungen sind auf voneinander räumlich getrennten Trassen zu führen. Alle Trassen muss man in regelmäßigen Abständen untereinander und so oft wie möglich mit der Massung, mindestens jedoch an den jeweiligen Enden, verbinden. Sollten getrennte Trassenführungen einen unverhältnismäßigen Kosten- und Installationsaufwand verursachen, können die Leitungen auch in einer Trasse mit leitend verbundenem, fest installiertem Trennsteg und Abdeckung geführt werden. Die einzuhaltenden Mindestabstände sind in den einschlägigen Normenreihen wie DIN VDE 0100-520, VDE 0804-100 und VDE 0855-1 dokumentiert. Für die Auslegung der Kabel- und Leitungsanlage ist die DIN VDE 0289 heran zu ziehen. Sie erlaubt die Reduzierung des N-Leiterquerschnittes bei symmetrischer Belastung.
Auswahl des Schirmungskonzeptes
Um Störeinwirkungen und -aussendungen der aktiven Adern zu verringern werden Schirme eingesetzt. Die Art der Schirmanbindung richtet sich nach der zu erwartenden Störbeeinflussung. Zur Unterdrückung von elektrischen Feldern ist eine einseitige Erdung des Schirms erforderlich. Störungen auf Grund eines elektrischen und magnetischen Wechselfeldes können unterdrückt werden, wenn der Schirm beidseitig aufgelegt wird - wobei sich eine Erdschleife mit den bekannten Nachteilen bildet. Hierbei kann es zu Schirmausgleichsströmen auf Grund von Potenzialunterschieden des Massungssystems kommen. Diese Schirmströme können auch zu einer thermischen Überlastung des Schirmes führen. Zur Minderung derartiger Störeinflüsse wird häufig eine Seite über einen Kondensator mit dem Massungspunkt verbunden. Dies unterbricht die Erdschleife für Gleich- und niederfrequente Ströme.
Um eine hohe Anlagenverfügbarkeit sicher zu stellen, bedarf es Maßnahmen, die auch die Anforderungen eines EMV-gerechten Anlagenaufbaues vereinen. Dazu müssen die Beteiligten ein Konzept erarbeiten, das eine Grundlage für alle bautechnischen Planungen und Ausführungen vorgibt. Wichtig ist ein konsequent realisiertes Massungskonzept, das nur ein einziges Netzsystem zulässt. Getrennte Trassierungen sowie die Ausschöpfung aller Möglichkeiten zur Eliminierung von Störeinkopplungen fungieren als weitere Maßnahmen.
Literatur
[1]DIN EN 62305-1 (2006.10) Blitzschutz - Teil 1: Allgemeine Grundsätze[2]DIN EN 62305-2 (2006.10) Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management[3]DIN EN 62305-3 (2006.10) Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen[4]DIN EN 62305-4 (2006.10) Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen[5]DIN VDE 0100 – 410 (2007.06) Errichten von Niederspannungsanlagen[6]DIN VDE 0100 – 430 (1991.11) Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V[7]DIN VDE 0100 – 444 (1999.10) Elektrische Anlagen von Gebäuden - Teil 4: Schutzmaßnahmen; Kapitel 44: Schutz bei Überspannungen[8]DIN VDE 0100 – 510 (2007.06) Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-51: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel[9]DIN VDE 0100 – 520 (2003.06) Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel[10]DIN VDE 0100 – 534 (2006.10) Elektrische Anlagen von Gebäuden[11]DIN VDE 0100 – 540 (2007.06)
Dieser Beitrag als PDF und weiterführende Informationen (ähnliche Beiträge, technische Daten, Direktlinks zum Hersteller etc.) sind online verfügbar auf www.PuA24.net
• more@click-Code: PAK80108
