Читать книгу Das Baustellenhandbuch der Elektroinstallation - Wolfgang Burmeister - Страница 8
ОглавлениеÖffentliche Einspeisung
Ab einer bestimmten Größe von Gebäuden oder Industrieanlagen ist ein eigener Anschluss an das Mittelspannungsnetz wirtschaftlicher als ein niederspannungsseitiger Anschluss. Dieser ist ab einer gewissen Leistungsaufnahme auch nicht mehr möglich. Die Entscheidung, welche Art des Anschlusses verwendet wird, ist in der Planungsphase durch Diskussion mit dem lokalen Netzbetreiber und durch eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung auf der Basis von Anschluss- und Vertragsbedingungen zu treffen. Für den Bauleiter verbleibt die Umsetzung der Entscheidung. Anschließend wird deshalb der Mittelspannungsanschluss und der Niederspannungsanschluss vorgestellt.
Mittelspannungsseitiger Anschluss
Der mittelspannungsseitige Anschluss besteht aus einer Übergabestation mit angegliederter, kundeneigener Mittelspannungsschaltanlage. Die Mittelspannungsschaltanlage besteht aus Einspeisefeldern, Messfeldern, Übergabefeldern und Abgangsfeldern für kundeneigene Transformatoren oder Felder für Mittelspannungsabgänge, die zum Aufbau eines kundeneigenen Mittelspannungsnetzes benutzt werden können. Die kundeneigenen Transformatoren werden in einem oder mehreren Räumen oder in Schwerpunktstationen untergebracht.
Transformatoren, Netzersatzanlagen und unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) speisen die Hauptverteilungen ein. Deren Abgänge versorgen Unterverteilungen, an die dann Verbraucher angeschlossen werden.
Netzersatzanlagen können auch auf der Mittelspannungsebene einspeisen, und USV-Anlagen können Abnehmer von Niederspannungshauptverteilungen sein. Niederspannungsseitig werden häufig auch Photovoltaikanlagen und aus Kraft-Wärme-Kopplung erzeugter Strom eingespeist.
Bild 1: Beispieltopologie einer Mittelspannungseinspeisung (Quelle: Kraner)
Übergabestation, Mittelspannungsschaltanlagenraum
Freianlagen werden nur selten bzw. in großen Fabrikationsanlagen oder bei Energieversorgungsunternehmungen umgesetzt und werden hier nicht weiter betrachtet. Die Übergabestation mit angegliederter Mittelspannungsschaltanlage des Kunden kann in einem Raum untergebracht werden.
Die Gangbreiten in einer Mittelspannungsschaltanlage werden in nachfolgender Abbildung dargestellt. Die Abstände nach DIN VDE 0101 und 0105 sind einzuhalten. Anders als bei einer Niederspannungsschaltanlage kann eine Annäherung ohne Berührung bereits tödlich sein. Bei einer 10-kV-/20-kV-Anlage gelten Abstände von 15 cm/22 cm bereits als Arbeiten an spannungsführenden Teilen und können daher tödlich sein.
Bild 2: Gangbreiten einer Mittelspannungsschaltanlage (Quelle: Kraner)
Da der Bedien- und Fluchtweg meist auch der Einbringweg für Installation und Ersatzteile ist, wird empfohlen, nicht das Minimalmaß von 80 cm, sondern 1.00 cm zuzüglich des zusätzlichen 50 cm verbleibenden Durchgangs bei offener Schaltanlagentüre vorzusehen. TAB, VDE 0101 und Bauauflagen sowie die Empfehlungen der Arbeitsgemeinschaft Industriebau (AGI) sind zu beachten.
Die Raumhöhe bei Mittelspannungsanlagen bis 20 kV sollte mindestens 2,5 m betragen.
Ferner ist es empfehlenswert, die baulichen Maße bei einer 10 kV-Anlage auf die einer 20 kV-Anlage zu erweitern, da sich die Netzbetreiber eine Änderung der Versorgungsspannung vorbehalten. Es ist zwar unwahrscheinlich, dass eine solche Maßnahme erfolgt, allerdings lässt sich ein Gebäude später nur sehr schwer umbauen, um eine Anpassung um wenige Zentimeter zu ermöglichen.
Nachfolgende Tabelle zeigt überschlägige Maße einer luft- und SF6-isolierten Mittelspannungsschaltanlage, die je nach Hersteller abweichen.
Tab. 1: Typische Feldmaße einer Mittelspannungsschaltanlage (Quelle: Kraner)
Zur Einbringung der Felder ist der Doppelboden so auszulegen, dass dieser mit Gabelstaplern befahren werden kann. In der Regel werden zwei bis drei Felder auf einmal verfahren, sodass zum Gewicht des Gabelstaplers bis zu 600 kg für die Felder vorzusehen sind. Alternativ können Stahlträger vorgesehen werden, die an der Decke befestigt werden. Über Laufkatzen können die Felder dann abgehängt eingebracht werden. Hier ist zu beachten, dass dies in der Regel entweder bei hohen Räumen (h >> 2,5 m) für luftisolierte Anlagen oder bei gasisolierten Anlagen in normal hohen (2,5 m) Räumen möglich ist. Bei der Planung ist ferner zu beachten, dass ein späterer Umbau der Anlage möglich ist. Häufig wird dies über Sollbruchstellen in der Außenwand gewährleistet, d. h., die Außenwand erhält einen Bereich, in dem die Ausmauerung für die Einbringung ausgebrochen werden kann, ohne die Statik zu beeinträchtigen. Nach Umbau der Anlage wird diese wieder zugemauert. Das Verfahren wird häufig als akzeptabel angesehen, da der Umbau einer Mittel- und Hochspannungsschaltanlage nur in großen Zeiträumen (ca. 10 bis 20 Jahre) eintritt. Allerdings können sich diese Zeiträume bei den momentanen Plänen der Regierung zum Netzumbau im Rahmen der Umgestaltung der Stromerzeugung verkürzen.
Tab. 2: HH-Sicherungen für verschiedene Trafoleistungen (Quelle: Kraner)
Der Mittelspannungsanlagenraum muss grund- und hochwasserfrei sein. Die Einbringung und Brandbekämpfung müssen möglichst einfach sein. Bei einem Bediengang von über 10 m länge müssen zwei Ausgänge eingeplant werden. Idealerweise sind der Mittelspannungsanlagenraum und die Trafostation nebeneinander und beide direkt an der Außenwand positioniert. Ebenfalls an einer Außenwand sollte ein Betriebsraum für das Netzersatzaggregat untergebracht werden. Zwischen diesen Räumen können die Niederspannungshauptverteilung und die USV untergebracht werden. Alle diese Anlagen sollten in einem eigenen Raum untergebracht werden und einen bekriechbaren Doppelboden von ca. 100 cm Höhe und ca. 1,5 m Breite haben. Der Bereich der Hochspannungskabel sollte im Doppelboden vom Bereich der Niederspannungskabel abgetrennt sein. Die Verlegung der Steuerkabel sollte getrennt von der Verlegung der Hochspannungskabel erfolgen, um die Auswirkungen transienter Überspannungen herabzusetzen (siehe VDEW-Empfehlungen).
Dieser Aufbau sichert eine investitionsoptimierte und leicht betreibbare Anordnung, bei der berücksichtigt wird, dass zu den Räumen nur Fachkräfte unterschiedlicher Qualifikation Zutritt haben.
Gemauerte Wände sollten verputzt werden. Decken sollten nicht verputzt werden, damit sich kein Putz ablösen und auf die Anlagen fallen kann. Die Böden sollten pflegeleicht, staubbindend und antistatisch sein. Eine Gummimatte als Isolationsfläche ist empfehlenswert. Die Räume sollen keine Stufen oder Rampen haben (Einbringung, ebener Aufbau der Standardanlagen). Fenster müssen gegen das Einsteigen gesichert sein, d. h. entweder mit bruchfestem Glas bestückt oder vergittert sein. Der Zugangsbereich sollte mit einem ca. 1,8 m hohen Zaun umgeben sein, und die Unterkante des Fensters sollte auf einer Höhe von 1,8 m sein.
Die Wände sollten feuerbeständig und die Türen feuerhemmend sein. Der Raum erhält eine Hochspannungsschutzerde und ist in den Blitzschutz eingebunden. Die Zugangstüren zu der Anlage haben innen einen Panikbeschlag und öffnen stets nach außen. Die Türen sind mit einer Doppelschließung versehen, die es dem Netzbetreiber erlaubt, diese mit einem eigenen Profilhalbzylinder (Baulänge 35 mm – mit lokalem Betreiber abstimmen!) zu bestücken. Die zweite Schließung erlaubt dem Betreiber den Zugang zur Anlage.
Die Türen sind mit dem Hinweisschild „Elektrischer Betriebsraum“, „Vorsicht Hochspannung“, „Lebensgefahr“ zu versehen. Im Raum müssen die Hinweisschilder der Berufsgenossenschaft über die fünf Sicherheitsregeln etc. angebracht werden. Ferner wird empfohlen, den Raum mit einer Erste-Hilfe-Ausrüstung und mit einem Telefonanschluss oder einem Notrufmelder auszurüsten. Ferner sind alle Hilfsmittel für die Erdung, das Kurzschließen und Absperren der Anlage in diesem Raum zu lagern. Auch wenn die heutigen Anlagen in der Regel Erdungsschalter haben, sind klassische Erdungsseile, Einschubplatten etc. für den Notfall sehr hilfreich.
Die Beleuchtung sollte minimal 200 lx betragen. Es ist zu empfehlen, die Räume mit einer Sicherheitsbeleuchtung auszustatten, die eine dreistündige Überbrückung gewährleistet. Dies sind kleine Investitionskosten im Vergleich zur Anlage, die das Arbeiten bei Umschaltaktionen oder Stromausfällen erheblich sicherer und einfacher gestalten. Ferner sollte der Raum mit Brandmeldern versehen sein.
In dem Raum dürfen nur die für den Betrieb der Anlage notwendigen Kabel, Leitungen und Anlagen untergebracht sein. Der Raum sollte mit einer Druckentlastungseinrichtung ausgestattet sein, die
• bereits bei kleinen Drücken (ca. 10 mbar) öffnet,
• gegen Kleintiere geschlossen ist,
• in einem Bereich ist, in dem sich Personen nicht aufhalten und die Personen nicht schädigen können,
• Schäden an der Raumkonstruktion durch Druckabbau vermeidet sowie
• verhindert, dass sich Bauteile lösen.
Der Boden ist gegen Überdruck zu sichern.
Die Be- und Entlüftung erfolgt aus dem Freien ins Freie. Bei einer SF6-Schaltanlage ist eine natürliche Querbelüftung vorzusehen, die eventuell ausgetretenes Schutzgas entlüftet. Die Hälfte des erforderlichen Querschnitts soll daher nahe des Bodens sein. Gegebenenfalls ist eine mechanische Lüftung erforderlich. Achtung, die Lüftung des Doppelbodens ist ebenfalls erforderlich, da sich dort das Schutzgas sammeln kann!
Checkliste: Mittelspannungsschaltanlagenraum
Raumanforderungen
□ Wird ein eigener Brandabschnitt ausgebildet?
Der Mittelspannungsschaltanlagenraum ist ein eigener Brandabschnitt mit Brandschutztüren und Brandschotten bei Kabeldurchführungen durch die Wände, Decken und den Fußboden des Brandabschnitts. In dem Brandabschnitt können weitere Elektroräume untergebracht sein. Hier unbedingt die Baugenehmigung und die Landesbauordnung beachten.
□ Ist der Fluchtweg korrekt?
Mindestens 80 cm breit (mit Bedienschaltern), bei geöffneter Tür der Schaltanlage muss der verbleibende Fluchtweg größer 50 cm sein, ab einer Anlagenlänge von 10 m muss der Raum zwei Fluchtwege haben!
□ Schlagen alle Raumtüren von elektrischen Betriebsräumen nach außen auf?
□ Sind alle notwendigen Schilder/Beschriftungen angebracht?
– An der Außenseite der Zugangstüren zum MSP-Raum sind die Schilder „Elektrischer Betriebsraum“, „Vorsicht Hochspannung“, „Lebensgefahr“ anzubringen.
– Auf der Innenseite sind die „fünf Sicherheitsregeln“ der Berufsgenossenschaft für elektrische Betriebsräume anzubringen.
– Auf den Anlagen sind die Namen der Errichterfirmen anzubringen.
– Die Bezeichnung der Schaltfelder muss nach Vorgabe des Netzbetreibers erfolgen.
– In der Anlage ist ein Schaltbuch auszulegen.
– Das Anlagenschema ist im Raum aufzuhängen.
– Die Pläne und die Beschreibung der Anlage müssen sich im Raum befinden.
□ Sind die Raummaße und -eigenschaften ausreichend?
Mindesthöhe 2,5 m, eventuell höhere Raumhöhen für die Einbringung der Anlage erforderlich
– Der Wartungsgang hinter der Anlage ist mindestens 50 cm breit.
– Der Bediengang als Fluchtweg ist mindestens 80 cm breit. Für Ausbau/Reparatur ist dies oft nicht ausreichend, daher ist eine Gangbreite unter 1,3 m bei luftisolierten Anlagen kritisch.
– Fenster 1,8 m über dem Außenbodenniveau, oder der Raum muss außen eingezäunt sein, Fenster gegen Durchsteigen sichern
– Ausblasöffnung, die Personen nicht gefährdet und keinen Zutritt für Kleintiere ermöglicht
– Bei der Belastung des Fußbodens/Doppelbodens ist das Gewicht der Schaltanlagenzellen zuzüglich der Einbringungsmethode zu beachten.
– Der Raum hat keine Stufen/Rampen, und ist eben!
□ Wurden Besonderheiten für den Doppelboden beachtet?
– Die Verlegung von Ölkabeln soll sein möglich sein und nicht niedriger als 80 cm sein.
– Bei Schutzgasanlagen muss der Doppelboden belüftet sein.
– Der Doppelboden ist zwischen verschiedenen Spannungsebenen abzutrennen (< 1.000 V getrennt von > 1.000 V).
– Im Doppelboden darf es nicht möglich sein, unter die Kabeleinführungsöffnung zu kriechen, wenn die Anlage in Betrieb ist, um eine lebensgefährliche Annäherung zu vermeiden.
□ Sind bei der Verlegung von Ölkabeln Ist Erdung und Potentialausgleich durchgeführt worden?
– Der MSP-Raum muss an den Fundamenterder angebunden sein. In offener Bebauung kann eine zusätzliche Hochspannungsschutzerde erforderlich sein. Hier ist eine Messung erforderlich.
– Bei einem Neubau ist zu beachten, dass die Erdung auch für Anlagen höherer Nennspannungen als 10 kV geeignet ist, da dies in der Regel nur schlecht erweiterbar sein wird, die Umrüstung aber gefordert werden kann.
– Die Potentialausgleichschiene muss eindeutig beschriftet sein, inklusive aller Abgänge.
– Sämtliche Metallteile im MSP-Raum sind zu erden.
Anforderung an Lüftung und Installation
□ Wurde die Lüftung korrekt ausgeführt?
– Die Lüftung muss direkt aus dem Freien kommen und ins Freie führen.
– Im MSP-Raum darf kein Kondenswasser anfallen. Gegebenenfalls ist eine Heizung vorzusehen. Die Temperatur muss unter 30 °C sein.
– Die Lüftung sollte natürlich erfolgen.
– Bei Schutzgasanlagen muss bodennah entlüftet werden.
□ Befinden sich nur Installationen im Raum, die für den Betrieb der Mittelspannungsschaltanlage nötig sind?
Im MSP-Raum dürfen nur Installationen sein, die für den Betrieb des Raums erforderlich sind. Dies betrifft auch elektrische Kabel anderer Systeme, die nicht mit dem MSP-Raum in Verbindung stehen. Im Allgemeinen sind das:
– Brandmelder, Handnebenmelder mit Kabel
– Lüftung nur für den Raum
– Kabeltrassen mittelspannungsseitig (Einführung und Trafo)
– Steuerleitungen und Messleitungen
– Verkabelung für Beleuchtung samt Beleuchtung
– Datenkabel für Messung und für ein Telefon
Alle anderen Installationen sollten kritisch überprüft werden.
□ Ist eine Ausblasöffnung vorgesehen?
zum Schutz der Personen und des Gebäudes vor Druckwellen aufgrund eines Kurzschlusses
– Der Doppelboden ist druckfest zu erstellen.
– Kleintiere dürfen keinen Zutritt durch die Ausblasöffnung erhalten.
Auslegungsdaten
In nachfolgender Tabelle werden die Auslegungsdaten einer Hochspannungsschaltanlage aufgeführt, wie sie z. B. in den Technischen Anschlussbedingungen der Süwag gefordert werden.
| Auslegungsdaten Schaltanlagen | |
| Alle Betriebsmittel müssen für den maximalen Kurzschlussstrom in thermischer und dynamischer Hinsicht bemessen sein. | |
| Bei 10-kVA-Anlagen Werte mit lokalem Netzbetreiber abstimmen | |
| Nennspannung: Nennfrequenz: Isolationsspannung: Bemessungsstrom: Thermischer Kurzschlussstrom: Stoßkurzschlussstrom: IAC-Klassifizierung und Prüfwerte für MS-Schaltanlagen für Störlichtbögen: | Un = 10 kV fn = 50 Hz Um = 24 kV IR = 630 A Ith =20 kA bei TK = 1s IP = 50kA IAC A FL 20kA/1s |
| Bei 20-kVA-Anlagen Werte mit lokalem Netzbetreiber abstimmen | |
| Nennspannung: Nennfrequenz: Isolationsspannung: Bemessungsstrom: Thermischer Kurzschlussstrom: Stoßkurzschlussstrom: IAC-Klassifizierung und Prüfwerte für MS-Schaltanlagen für Störlichtbögen: | Un= 20 kV fn = 50 Hz Um= 24 kV IR = 630 A Ith=16 kA bei TK = 1s LP= 40 kA IAC A FL 16 kA/s |
| Kundeneigener Schutz | |
| Bei Netzbetreiber erfragen: | |
| • Anfangskurzschlusswechselstrom und Fehlerklärungszeit des Hauptschutzes aus dem Netz am Netzanschlusspunkt erfragen | |
| • Besteht Anforderung einer Einrichtung zur Begrenzung des eingespeisten Anfangskurzschlusswechselstroms aus der Kundenanlage? | |
| Festlegungen: Schaltanlagenaufbau, Erdungen und Einstellungen der Schutzmaßnahmen sind in den TAB des Netzbetreibers nachzusehen |
Tab. 3: Beispiel: Auslegungsdaten für Mittelspannungsschaltanlagen nach TAB Mittelspannung, Süwag Netz GmbH, Stand 01.01.2011 (Quelle: Kraner)
Zählerschrank
Es wird empfohlen, den Zählerschrank entweder im Raum der Mittelspannungsschaltanlage aufzubauen mit der Einschränkung, dass nur Hauspersonal mit einer entsprechenden Berechtigung den Raum betreten darf und folglich nur ein beschränkter Personenkreis Zugang zu den Zählerdaten hat. Alternativ kann der Zählerschrank in einem Nachbarraum zum Mittelspannungsschaltanlagenraum untergebracht werden, der aus dem Mittelspannungsschaltanlagenraum für z.B. den Netzbetreiber frei begehbar, jedoch für Hauspersonal nur über einen Zweiteingang betretbar ist. Der Zählerschrank soll schutzisoliert sein und Platz für mindestens zwei Zählerplätze und die Wandlerverdrahtung bieten. In folgender Abbildung wird ein Beispiel für einen Zählerschrank und die Verkabelung für die Wandlermessung gezeigt. An einer Bezugsleistung über 1,25 MVA sind andere Wandler mit mehreren Wicklungen für die Sekundärtechnik und Stromwandler erforderlich. Der Aufbau ist mit dem lokalen Netzbetreiber abzustimmen.
Bild 3: Mindestmaße Zählerschrank und Beispiel für Wandlerverdrahtung für MS-Bezugsmessung (≤ 1,25 MVA) bei Bezugsanlagen (Quelle: Kraner)
Elektrischer Aufbau der Mittelspannungsschaltanlage
Einspeisefeld
Die Mittelspannungsschaltanlage ist in Felder aufgeteilt. Jedes Feld übernimmt in der Regel eine Funktion. Das erste Feld ist das Einspeisefeld. Das Einspeisefeld ist Eigentum des Kunden, ist aber im vollen Verfügungsrahmen des Netzbetreibers. Es gibt zwei grundlegende unterschiedliche Einspeisungen:
• Stichanbindung
• Schleifenanbindung
Bei kleineren Anlagen reicht eine Stichanbindung. Alle Objekte mit einer höheren Anforderung an die Verfügbarkeit verwenden die Schleifenanbindung. Sollte eine Störung in einem Schleifensegment auftreten, wird dieser freigeschaltet und geerdet. Der Kunde wird dann über die zweite Einspeisung versorgt. Ein weiterer Fehler auf dem verbleibenden Segment führt zur Versorgungsunterbrechung. Im Allgemeinen können mit dem Netzbetreiber weitere Szenarien abgestimmt werden, um die Versorgungssicherheit zu erhöhen. So ist es z. B. möglich, zwei Stichleitungen vom getrennten Sammelschienensystem des Netzbetreibers oder von getrennten Versorgungsringen zu bekommen, bei der die Stichanbindungen gegenseitig verriegelt sind. Damit wird eine Zusammenschaltung verhindert, und die Versorgung erfährt durch die Verriegelung nur eine Kurzunterbrechung, sollte ein Stromausfall auf einer Zuführung erfolgen.
Bild 4: Einspeisefelder als Stich- oder Schleifenanbindung (Quelle: Kraner)
Übergabefeld, Messung auf der Mittelspannungsseite
Abhängig von der Leistung der folgenden Abgangsfelder ist das Übergabefeld mit einem Lasttrennschalter oder einem Leistungsschalter auszustatten. Bei der Ausstattung mit einem Leistungsschalter wird eine zusätzliche Messstelle zur Bestimmung der Erdschlussrichtung vorgesehen. Die in der folgenden Grafik dargestellten Erdungsschalter erlauben eine gesicherte Wartung der Leistungsschalter. Falls eine niederspannungsseitige Messung gewünscht wird, so ist dies mit dem Netzbetreiber abzustimmen. Wichtig ist auch zu erkennen, dass, obgleich das Übergabefeld dem Kunden gehört, die Verfügungsberechtigung erst nach dem Übergabeschalter an den Kunden übergeht. Ein Beispiel für jeweils ein Übergabe- und Messfeld für kleiner 1,25 MVA und größer 1,25 MVA ist in nachfolgender Abbildung dargestellt.
Bild 5: Übergabe- und Messfeld für < 1,25 MVA und > 1,25 MVA (Quelle: Kraner)
Abgangsfelder
Die Transformatorabgänge bis 1,25 MVA werden mit Sicherungslasttrennschaltern ausgestattet. Darüber kommen Leistungsschalter zum Einsatz. Nachfolgende Abbildung zeigt zwei Beispiele für Abgangsfelder.
Bild 6: Beispiele für Abgangsfelder < 1,25 MVA und > 1,25 MVA (Quelle: Kraner)
Abgangsfelder Erzeugereinspeisung
Große Erzeugerleistungen können mittelspannungsseitig eingespeist werden. Zu diesem Zweck wird die Erzeugerleistung auf die Netzspannung hochtransformiert und in einem Abgangsfeld der Mittelspannungsschaltanlage eingespeist. Nachfolgende Abbildung zeigt beispielhaft die Messeinrichtungen für diesen Fall. Ferner wird unterschieden in Transformatorleistungen kleiner 1,25 MVA und größer 1,25 MVA. Bei der größeren Leistung ist wieder mit einem Leistungsschalter zu arbeiten.
Bild 7: Mittelspannungsseitige Einspeisung von Erzeugerleistung (Quelle: Kraner)
Erdungsanlage
Die Mittelspannungsanlage wird über die Hauptpotentialschiene geerdet. Der Schutzerdung sind alle Metallteile zu unterziehen, die im Fehlerfall unter Spannung stehen können.
Generell ist zu empfehlen, alle metallenen Bauteile, wie z. B. Kabeltrassen, Türrahmen und Metalltreppen, in den Potentialausgleich einzubeziehen. Zur Beherrschung der elektrischen und magnetischen Felder der Leistungskabel kann es sogar angezeigt sein, Kabeltrassen abzudecken. Dies ist dann der Fall, wenn in räumlicher Nachbarschaft informationstechnische Trassen oder Räume sind. Kabelschirme sind mit der Erdungsanlage zu verbinden.
Bei geschlossener Bebauung, d. h. bei einem globalen Erdungssystem, können die Hochspannungsschutzerdung und die Niederspannungsbetriebserdung als gemeinsame Erdungsanlage ausgeführt werden. In ländlichen Bereichen ist eine Erdungsmessbrücke vorzusehen, um die vorgegebene Erdungsimpedanz messtechnisch nachweisen zu können. Die Erdungsanlage soll sicherstellen, dass die nach DIN VDE 0101 zulässigen Berührungsspannungen nicht überschritten werden. Die thermische und mechanische Belastung ist dabei von der Sternpunktbehandlung abhängig. Die Belastung ist bei Anlagen mit isoliertem Sternpunkt und bei Anlagen mit Erdschlusskompensation so gering, dass die Mindestgrößen für die Erdungsanlage, die bezüglich der Korrosion vorgegeben sind, bereits ausreichen (z. B. Fundamenterder mit Bandstahl 30 x 3,5 mm).
In folgender Abbildung wird ein Beispiel für eine Erdungsanlage in Form eines Übersichtsdiagramms gezeigt.
Bild 8: Übersicht einer Mittel- und Niederspannungserdungsanlage (Quelle: Kraner)
Bemessung von Erdungsanlagen
Die maßgebenden Ströme sind nach Art des Systems unterschiedlich. In der nachfolgenden Tabelle werden die für die jeweilige Netzart bestimmenden Kenngrößen für die thermische Belastung des Erders und des Erdungsleiters sowie für die Berechnung der Erdungs- und Berührungsspannungen gegeben.
Tab. 4: Maßgebende Ströme für thermische Belastung, Erdungs- und Berührungsspannungen nach DIN VDE 0101 (Quelle: Kraner)
Beim Neubau einer Mittelspannungsanlage ist eine Messung des spezifischen Erdwiderstands des Erdbodens vor Beginn der Errichtung zu empfehlen.
Sternpunktbehandlung
Die Sternpunktbehandlung entscheidet, wie mit einem Kurzschluss verfahren werden soll. Für verschiedene Netzarten, die sich im Wesentlichen durch ihre Impedanzen unterscheiden, gibt es verschiedene Verfahren. Diese Verfahren werden nachgehend kurz vorgestellt. Das jeweils anzuwendende Verfahren ist mit dem Verteilungsnetzbetreiber abzustimmen. Bestimmte Niederspannungsnetzformen erfordern eine entsprechende Sternpunktbehandlung. Ein IT-Netz erfordert einen isolierten Sternpunkt, wohingegen TN- und TT-Systeme einen geerdeten Sternpunkt erfordern.
Isolierter Sternpunkt
Der isolierte Sternpunkt wird bei kleinen Netzen verwendet. Zwischen Netz und Erde liegen Kapazitäten und Wandlerinduktivitäten.
Bild 9: Isolierter Sternpunkt (Quelle: Kraner)
Sternpunkt mit Löschspule
Dieses Verfahren wird bei Freileitungsnetzen angewendet. Hier liegen zwischen Netz und Erde Kapazitäten und Löschspulen.
Bild 10: Sternpunkt mit Löschspule (Quelle: Kraner)
Strombegrenzender Sternpunkt mit R- oder X-Widerstand
Ein strombegrenzender Sternpunkt wird für Kabelnetze, z.B. in Städten, verwendet in einem Spannungsbereich von 10 bis 20 kV. Kapazitäten, Sternpunktdrossel und Sternpunktbildner befinden sich zwischen Netz und Erde.
Bild 11: Sternpunkt real oder komplex geerdet (Quelle: Kraner)
Niederohmig geerdeter Sternpunkt
Dieser liegt bei Hochspannungsnetzen ab 123 kV vor oder dann, wenn die Nullung im Niederspannungsnetz ist. Die Erdungsleitung und Kapazitäten liegen zwischen Netz und Erde.
Bild 12: Niederohmig geerdeter Sternpunkt (Quelle: Kraner)
Bei isolierten Sternpunkten und beim Einsatz einer Löschspule findet eine Spannungsanhebung im Fehlerfall statt. Der Fehler kann 10 bis 60 Minuten dauern, und der Erdschusslichtbogen ist selbstlöschend. Es besteht eine Doppelerdschlussgefahr. Bei der niederohmigen Erdung und der strombegrenzenden Dimensionierung des Sternpunkts findet keine Netzspannungserhöhung statt, die Fehlerdauer ist kleiner eine Sekunde. Allerdings bleibt der Erdschlusslichtbogen stehen. Es besteht nur eine geringe Gefahr eines Doppelerdschlusses.
Die Auswahl der Netzform kann frei nach den Erfordernissen erfolgen bei
• Inselnetzen oder
• eigener Mittelspannungseinspeisung bzw. eigenen Mittelspannungsnetzen.
Für einige Anwendungsbereiche werden bestimmte Netzformen empfohlen. Bei einem niederspannungsseitigen Anschluss an das Versorgungsnetz wird in der Regel in den technischen Anschlussbedingungen des Netzbetreibers festgelegt, welche Netzform zu wählen ist.
TN-System
Ein TN-System gewährleistet die schnelle Abschaltung bei einem Kurzschluss. Dadurch ist die Gefahr für Personen und Sachen sehr gering. Der Preis hierfür liegt in einem hohen Kabelaufwand, da stets ein Schutzleiter mit zu verlegen ist, und in der Tatsache, dass bei jedem Kurzschluss ein Stromausfall auftritt, der zu einer Betriebsunterbrechung führt. Allerdings ist bezüglich des hohen Kabelaufwands zu berücksichtigen, dass sich der Preis je verlegtem Meter in der Gebäudetechnik kaum ändert, unerheblich, ob das zu verlegende Kabel drei oder fünf Adern hat, solange es sich um Standardkabel handelt. Das heißt, der Schutzleiter ist sozusagen kostenlos dabei. Der Grund liegt an den dominierenden Verlegungskosten. Dies kann sich jedoch bei einer Verknappung von Kupfer ändern. Derzeit spielt in Deutschland der Mehraufwand keine finanzielle Rolle. Die TN-Systeme werden in Kraftwerken, in der öffentlichen Stromversorgung und in öffentlichen Netzen verwendet. Bei den TN-Systemen gibt es die folgenden Untergruppen:
• TN-C
• TN-S
• TN-CS
Das TN-System wird durch den geerdeten Sternpunkt der Stromquelle (Betriebserdung) gebildet. Die Körper aller elektrischen Anlagen sind über einen PEN-Leiter oder einen PE-Leiter geerdet und damit mit dem geerdeten Sternpunkt verbunden.
TN-C-System
Bei einem TN-C-Netz wird der Neutralleiter (N) auch als Schutzleiter (PE) verwendet, d. h., beide Funktionen werden über einen physikalischen Leiter, der dann als PEN-Leiter bezeichnet wird, geführt. Geräte werden über den Leiter geerdet.
TN-S-System
Bei einem TN-S-System wird der Neutralleiter (N) getrennt vom Erdleiter (PE) geführt. Die Geräte werden über den PE-Leiter geerdet. Aus EMV-Gründen wird empfohlen, diese Netzart anstatt eines TN-C-Systems zu verwenden.
TN-CS-System
Das TN-CS-System ist eine Mischform aus TN-C- und TN-S-System. In der Regel werden von der Hauptverteilung zu Unterverteilungen TN-C Systeme, d. h. eine Verkabelung und ein Verteilungsaufbau, mit einem PEN-Leiter realisiert. In den Unterverteilungen werden die TN-C-Systeme in TN-S-Systeme gewandelt, d. h., die PEN-Leiter werden in N-Leiter und PE-Leiter aufgeteilt. In dieser Form werden dann die Verbraucher angeschlossen.
Danach ist eine Zusammenführung des PE- und N-Leiters in einen PEN-Leiter nicht mehr zulässig. Dies bedeutet, dass der Übergang von einem TN-S- zu einem TN-C-System nicht mehr möglich ist. Außerdem ist es z. B. nicht erlaubt, die PEN-Leiter in einer Steckdose zu einem N- und PE-Leiter aufzutrennen oder kurzerhand den Schutzleiteranschluss mit der N-Klemme zu verbinden, auch wenn dies in sehr alten Installationen zeitweise noch zu sehen ist.
TT-System
Das TT-System zeichnet sich durch einen geringen Aufwand bei der Verkabelung aus. In einem Bereich sind unterschiedliche Berührungsspannungen zulässig. Das TT-System kann mit einem TN-System kombiniert werden. Der Nachteil des Systems liegt in einer aufwendigen Betriebserdung (< 2 Ohm), die einen Potentialausgleich für jedes Gebäude erforderlich macht. Bei Neubauten ist der Nachteil des Potentialausgleichs nicht mehr von Belang, da inzwischen ein hoher Standard empfohlen wird, unabhängig von der Netzform. Das heißt, der Mehraufwand für einen Potentialausgleich eines TT-Systems zu einem TN-System in einem Gebäude ist nahezu vernachlässigbar. Ein TT-System wird häufig in der Landwirtschaft für die Nutztierhaltung angewandt.
Bei einem TT-System wird das System quellenseitig an einem beliebigen Punkt des Transformators, z. B. dem Sternpunkt geerdet. Im Kabel werden die Phasen und der Neutralleiter geführt. Die Geräte werden jeweils separat mit der Erde verbunden. Das heißt, die Erdung der Körper ist vom System unabhängig. Daher ist in einem Gebäude ein guter, niederohmiger Potentialausgleich erforderlich, damit keine oder nur sehr kleine Potentialunterschiede an verschiedenen Erdpunkten auftreten. Diese Potentialunterschiede könnten im ungünstigen Fall durch die Berührungsspannung eines Menschen zwischen zwei Leitern zu einem Stromfluss führen. Dies kann z. B. zwischen dem Gehäuse eines Computers und dem Datenkabel der Fall sein, der die Netzwerkkarte beschädigen oder zu einem „Stromschlag“ beim Menschen führen könnte.
IT-System
Das IT-System verursacht nur einen geringen Aufwand bei der Verlegung von Kabeln. Der größte Vorteil liegt jedoch in der höheren Verfügbarkeit des Systems im Vergleich zu einem TN- oder TT-System. Im Fehlerfall wird durch die Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD = Insulation Monitoring Device) der Fehler angezeigt. Erst ein weiterer Fehler führt zur Abschaltung. Durch das IMD kann das Netz in einem Zustand sehr hoher Zuverlässigkeit gehalten werden, da Isolationsfehler frühzeitig erkannt und Betriebsmittel durch einen unvollkommenen Körperschluss durch den dadurch hervorgerufenen Lichtbogen nicht beschädigt werden. Nachteilig ist, dass die Fehlerstelle eines einpoligen Erdschlusses nicht leicht zu finden ist, da Stromsicherungen oder Überstromschalter ansprechen. Dies wird umso schwerer, je verteilter und größer das Gesamtsystem ist.
Das IT-System wird z. B. in Krankenhäusern und in der Industrie eingesetzt.
Schutzisolierung
Die Schutzisolierung bietet das höchste Sicherheitsniveau. Sie ist mit den anderen Systemen kombinierbar. Der Nachteil ist die notwendige doppelte Isolation der Verbraucher, die nur bei kleinen Geräten wirtschaftlich ist. Eine doppelte Isolation verbessert auch die thermische Isolation. Dies kann zu Überhitzung und Brandgefahr führen, wenn die Geräte nicht bestimmungsgemäß eingesetzt werden. Geräte, bei denen Schutzisolierung angewandt wird, sind häufig im Haushalt zu finden.
Schutz-/Funktionskleinspannung
Aufgrund der geringen Spannung (50 V AC und 120 V DC) ist bei Berührung kein Gefahrenpotential gegeben. Durch die geringe Spannung und weil diese Spannungsebene mit einem kleinen Transformator erzeugt wird, stehen nur kleine Leistungen zur Verfügung. An die Stromkreise bestehen besondere Anforderungen, die sich u. a. durch die Tatsache ergeben, dass die Kleinspannung durch Steuertransformatoren erzeugt wird. Die Anwendung wird häufig in Kleingeräten umgesetzt.
Hausanschluss an Freileitungsnetzen
Der Hausanschluss an Freileitungsnetzen ist in Deutschland insgesamt selten, da die unterirdische Verlegung weniger fehleranfällig und insgesamt optisch angenehmer ist. Nichtsdestotrotz kommen Freileitungsanschlüsse auf dem Land, z. B. bei Aussiedlerhöfen, aber auch innerhalb von Gemeinden noch vor.
Hausanschlussleitung
Die Hausanschlussleitung verbindet das Freileitungsnetz mit dem zu versorgenden Gebäude. Die Leitung kann aus blankem Draht oder isoliert ausgeführt werden. Die Leitungen müssen mindestens 5 m über unterfahrbaren Bereichen sein und folgende Mindestabstände zu anderen Bauteilen haben:
| Bauteil | Mindestabstand |
| Drahtabstand, untereinander, blank | 0,35 m horizontal 0,5 m vertikal |
| Balkone, Flachdach nach oben | 2,5 m |
| Balkone, Flachdach seitlich/ nach unten | 1,25 m |
| Fenster, Türen, Blitzschutz nach oben | 0,4 m |
| Bäume ohne Erntebesteigung | 0,5 m |
| Bäume mit Erntebesteigung | 1,0 m |
| Antennen und Sirenen | 1,0 m |
Tab. 5: Abstände Hausanschlussfreileitung (Quelle: Kraner)
Hauseinführungsleitung
Die Hauseinführungsleitung wird vom Verteilungsnetzbetreiber zum Hausanschlusskasten über das Dach mittels eines Dachständers oder über die Wand als Wandanschluss verlegt.
Die Hauseinführungsleitung ist so zu verlegen, dass bei einem Lichtbogenkurzschluss das betroffene Leitungsstück ausbrennen kann, ohne dass der Brand weitere Bereiche erfasst. Daher ist es nicht möglich, Hauseinführungsleitungen in oder durch explosionsgefährdete Bereiche zu verlegen. Die Absicherung des Kabels kann umso größer sein, je größer der Abstand der Leiter zueinander ist. So kann z. B. ein Kabel mit einem Adernquerschnitt aus Kupfer, das als mehradriges kunststoffisoliertes Kabel ausgeführt ist mit 50 A, als kunststoffisolierte Einzeladern ohne Schutzabstand mit 63 A und als kunststoffisolierte Einzeladern mit Schutzabstand 80 A abgesichert werden. Schutzabstand bedeutet, dass der Abstand der Leiter größer als der Außendurchmesser des Leiters ist. Falls die Kabel auf brennbarem Untergrund verlegt werden, sind feuerfeste Platten zur Abtrennung zu verwenden. Einzeladern können auch in keramischen Rohren geführt werden.
Bild 13: Hauseinführung von Freileitung (Quelle: Kraner)
Dachständeranschluss
Das Kabel wird im Dachständerrohr geführt und direkt in den angeschellten Hausanschlusskasten eingeführt. Eine besondere Ausführung ist eine feste Einheit aus Dachständer und Verteiler, wenn in der nassen und feuergefährdeten Umgebung keine harte Dacheindeckung vorliegt oder mit Kondenswasser zu rechnen ist. Bei einem Mindestabstand von 1,25 m zu einer Blitzschutzanlage muss der Dachständer nicht in die Blitzschutzanlage einbezogen werden. Ist jedoch eine Einbindung in die Blitzschutzanlage erforderlich, so ist diese mit einer Trennfunkenstrecke auszuführen. Der Dachständer und die zugehörigen Anlagen dürfen nicht über einen PEN-Leiter geerdet werden. Der Schutz wird hier über eine Schutzisolierung erstellt. Am Dachständerrohr ist ein Warnschild zu installieren, welches auf die Gefahren hinweist, die z. B. durch ein gleichzeitiges Berühren des Dachständers mit anderen metallischen Teilen entstehen können.
Der Hausanschlusskasten wird nach VDE 0211 und DIN 18012 ausgeführt. Der Hausanschluss muss in trockenen, allgemein zugänglichen und nicht feuer- und explosionsgefährdeten Innenräumen oder im Außenbereich untergebracht werden. Auch feuchte Räume sind möglich. Allerdings muss der Hausanschlusskasten entsprechend den Raumbedingungen ausgewählt werden. In einem trockenen Innenraum reichen schutzisolierte Hausanschlusskästen der Schutzart IP40 aus. Bei feuchten Räumen ist die Schutzart IP54 nötig. Falls der Brandschutz nicht ausreichend ist, muss mit Silikatplatten oder Ähnlichem Materialien der notwendige Schutz geschaffen werden. Der Hausanschlusskasten darf weder direkt noch indirekt geerdet werden.
Hausanschluss in Kabelnetzen
Die in Deutschland vorrangige Anschlussweise von Gebäuden erfolgt aus einem Niederspannungskabelnetz, das unterirdisch verlegt ist. An das Kabelnetz ist das Hausanschlusskabel angemufft, welches in den Hausanschlusskasten eingeführt wird. Die Technischen Anschlussbedingungen der Versorgungsnetzbetreiber erlauben hier verschiedene Alternativen:
• Hausanschlusskasten, der in der Regel vom Versorgungsnetzbetreiber gestellt wird und sich in dessen Eigentum befindet. Der Hausanschlusskasten wird im Gebäude in der Nähe der Hauseinführung aufgebaut (siehe oben).
• Hausanschlusssäulen und Zähleranschlusssäulen sind Eigentum des Anschlussnehmers und werden im Außenbereich aufgestellt.
• Außenwandeinbaukästen sind ebenfalls Eigentum des Anschlussnehmers.
Hausanschlusssäulen und Außenwandeinbaukästen sind im europäischen Bereich häufig anzutreffen. Vereinzelt werden diese Lösungen auch in Deutschland eingesetzt. Der Vorteil für den Versorgungsnetzbetreiber ist, dass er einen direkten Zugriff auf den Hausanschluss hat, ohne das Gebäude des Anschlussnehmers betreten zu müssen. Im europäischen Ausland hatte früher auch die einfache Ablesung des Verbrauchs von öffentlichem Grund zu dieser Installationsweise geführt. In Zeiten der Fernablesung tritt dieser Vorteil allerdings in den Hintergrund. Der Nachteil dieser Lösungen ist der höhere Aufwand für den Anschlussnehmer.
Bild 14: Unterirdische Hauseinführung im Kabelnetz (Quelle: Kraner)
Ferner wird von den Versorgungsnetzbetreibern das Erbringen von Eigenleistungen zugelassen. Im Bereich des privaten Wohnungsbaus erfolgt dies häufig um Kosten zu senken. Bei größeren Gewerbeprojekten wird die Option zum Teil in Anspruch genommen, um die Bauleistungen im Ablauf besser koordinieren zu können.
Die Kabeltrassen in Schutzrohren können überbaut werden. Generell dürfen über Kabeltrassen keine tief wurzelnden Pflanzen sein. Die Trasse muss jederzeit zugänglich bleiben. Sie befindet sich für die Starkstromversorgung zwischen 60 und 80 cm unterhalb der Erdoberfläche. Dies bedeutet, dass die Hauseinführung in einem Bereich zwischen ca. 50 und 70 cm unterhalb der Erdgleiche ist.
Das Hausanschlusskabel wird in einem Graben vom Grundstücksrand bis vor das Haus auf dem kürzesten Weg möglichst geradlinig verlegt. Die Versorgungsnetzbetreiber haben häufig etwas unterschiedliche Anforderungen, die entsprechend beachtet werden müssen. Nachfolgende Abbildung zeigt dazu zwei Beispiele. Da der Übergang vom Kabelgraben bei einer Unterkellerung häufig auf einen Bereich fällt, der Baugrube ist oder war, ist es zu empfehlen diesen Bereich für das Kabel zu unterfüttern, damit eine Kabelsenkung über die Jahre ausgeschlossen werden kann. Die Hauseinführungsdichtung wird häufig vom Versorgungsnetzbetreiber gestellt, kann aber auch eine Kombieinführung für verschiedene Medien sein. Wird die Hauseinführung vom Versorgungsnetzbetreiber gestellt, dann teilt dieser den Durchmesser der Aussparung oder der Bohrung mit. Die Hauseinführung wird außen nach unten fallend mit wasserdichtem Mörtel eingebaut. Auf der Außenseite wird eine zusätzliche Abdichtung und eventuell ein Schrumpfschlauch, abhängig vom Hersteller, verwendet.
Bild 15: Verlegung des Hausanschlusskabels (Quelle: Kraner)
Stromversorgungssysteme
Vom Hausanschlusskasten des Verteilungsnetzbetreibers wird die Hauptleitung entweder vom Hausanschluss
• direkt in die Zählerverteilung (Variante A in nachfolgender Abbildung) oder
• in einen Hauptverteiler und von dort in die Zählerverteilungen in den verschiedenen Bereichen (Alternative B in nachfolgender Abbildung) oder
• in den Verteiler mit Zählerfeldern und von dort zu den Verteilern in den Bereichen für die Abgänge
verlegt.
Bei Variante C wird an einer Stelle eine Verteilung aufgebaut, die alle Zähler beinhaltet. Von dort werden dann Einspeiseleitungen in die verschiedenen Bereiche verlegt und dort in Verteilern aufgelegt, die die Abgänge für die Verbraucher bieten. Der Vorteil dieser Vorgehensweise ist, dass die Verursacher die Leitungsverluste mittragen, da diese gezählt werden. Das ist z. B. bei der internen Betriebszählung für die Kostenaufteilung nach Abteilungen interessant.
Wird, wie in Variante C dargestellt, die Hauptleitung in einer Hauptverteilung aufgeteilt und in die zu zählenden Bereiche in den dortigen Zählerverteilern oder Verteilern mit Zählerfeldern aufgelegt, so trägt der Versorgungsnetzbetreiber die Kabelverluste.
Bild 16: Varianten der Stromversorgung hinter dem Hausanschluss (Quelle: Kraner)
Einspeisung
Zunehmend werden Photovoltaik-, Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen etc. eingesetzt. Der erzeugte Strom wird vergütet. Das Energieeinspargesetz und das Kraft-Wärme-Kopplungsgesetz von 2009 schreiben daher die Zählung der vollständig eingespeisten Leistung und der eingespeisten Überschussleistung vor. Eine Überschusseinspeisung bezeichnet den nicht selbst verbrauchten Energieeinsatz, d. h. den eingespeisten Anteil. Die beiden Einspeisungsvarianten werden in den folgenden beiden Abbildungen dargestellt.
Bild 17: Volle Einspeisung nach EEG und KWK-G 2009 (Quelle: Kraner)
Bild 18: Überschusseinspeisung nach EEG und KWK-G 2009 (Quelle: Kraner)
Zähler und Messeinrichtungen
Für einen Kunden beinhaltet der Zählerverteiler zwei Zählerfelder. Ein Zählerfeld ist mit einem elektronischen Hauptzähler (eHZ) ausgebaut. Neben dem eHZ befindet sich ein Leerplatz z. B. für ein Steuergerät oder Ähnliches. Das leere Zählerfeld ist eine Vorrüstung für eine eventuell gewünschte Eigenerzeugung. Oberhalb des Zählerraums befindet sich ein Raum, der für Anwendungen verwendet werden kann, die im Zusammenhang mit dem eHZ stehen. Der darüber liegende Raum kann als Klemmenraum oder als Raum für einen Hauptschalter verwendet werden.
Bild 19: Zählerplatz für einen Kunden in Standard- und NH-Bauweise für TN-C-Netze (Quelle: Kraner)
Im Falle einer Einspeisung selbst erzeugter Energie in das Netz, wird das zweite Feld verwendet. In dieses wird ein elektronischer Zähler eingebaut, der die erzeugte Energie erfasst. Folgende Abbildung zeigt die zwei Varianten jeweils mit und ohne NH-Sicherungen.
Bild 20: Zählerplatz für einen Kunden mit Einspeisung < 30 kVA für TN-C-Netz (Quelle: Kraner)
Sollte die Einspeisung größer als 30 kVA sein, so ist eine jederzeit zugängliche Trennstelle zum Netz des Netzversorgungsbetreibers erforderlich. Bei 30 bis 40 kVA ist ein Zähler, der bis 60 A belastbar ist, vorzusehen. Ab 40 kVA ist eine Wandlermessung erforderlich.
Im Falle einer Photovoltaikanlage kann bis zu einer Leistung von 70 kVA mit einem Zähler bis 100 A gearbeitet werden. Erst darüber wird auch hier eine Wandlermessung erforderlich. Die separate Trennstelle in nachfolgender Abbildung kann im Außenbereich als Verteiler an der Außenwand oder als Installationssäule vorgesehen werden.
Bild 21: Zählerplatz mit einer Einspeisung zwischen 30 und 40/70 kVA (Quelle: Kraner)
Bei PV-Anlagen mit Leistungen zwischen 40 und 70 kVA ist die NH-Variante zu verwenden.
Bei Gebäuden mit elektrischer Heizung wird der Wärmestrom separat gemessen. Die Zu- und Abschaltung des Wärmestroms erfolgt über ein Rundsteuergerät (Tarifsteuergerät = TSG). Um dies zu ermöglichen, sind Lastschütze in die Zählerverteilung zu integrieren. Wird eine elektrische Wärmepumpe zur Heizung betrieben, ist der Aufbau erneut verändert. Beide Alternativen werden in folgender Abbildung gezeigt.
Bild 22: Zählerverteilungen für elektrische Heizung und Wärmepumpen (Quelle: Kraner)
Die hier genannten Beispiele für Zählerverteilungen basieren auf den Angaben der Süwag und wurden vereinfacht. Jeder Versorgungsnetzbetreiber hat eigene Festlegungen in seinen technischen Anschlussbedingungen. Es ist in jedem Fall die jeweils aktuelle Version des Netzbetreibers bei der Planung und Umsetzung zu beachten.
Das versorgende Netz muss von Rückwirkungen des Verbrauchers freigehalten werden. Der Nutzer haftet hierfür. Netzrückwirkungen können in verschiedener Form erfolgen:
• Oberwellen
– Geräte besitzen Schaltnetzteile
– Geräte haben Frequenzregelungen
– Geräte verwenden ein physikalisches Prinzip, welches Frequenzen in das Versorgungsnetz einstreut
• Phasenverschiebung
– es werden unkompensierte Leuchten eingesetzt
– es werden Motoren betrieben
Oberwellen werden von Geräten mit Schaltnetzteilen oder Frequenzumrichtern oder durch Funkgeräte hervorgerufen. In das versorgende Netz werden verschiedene Frequenzen eingekoppelt. Diese können Resonanzen bilden und zu Spannungsüberhöhungen oder -absenkungen führen. Als Ergebnis können Verbraucher kaputtgehen, das Licht kann anfangen zu flackern oder das Radio oder Fernsehbild wird gestört. Diese Netzrückwirkungen können gedämpft oder gefiltert werden.
Phasenverschiebungen führen zu einer größeren thermischen Netzbelastung durch den höheren Blindstromanteil. Die Phasenverschiebungen können durch unkompensierte Beleuchtungsanlagen, Notstromaggregate, USV-Anlagen, Motoren, Kapazitäten und Transformatoren hervorgerufen werden, die in Betrieben eingesetzt werden. Ein Ausgleich kann durch Kompensationsanlagen erfolgen. Falsch eingestellte Kompensationsanlagen können Frequenzen auch verstärken. Die Anlagen sind daher sehr vorsichtig in Betrieb zu nehmen, damit sich nicht mit den Transformatoren ein Schwingkreis bildet.
Übersicht
Stromkreisverteiler und Niederspannungsschaltanlagen sind Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen (SK), die eingesetzt werden, um elektrische Energie zu wandeln, zu übertragen und umzuformen. Die Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen müssen den Verwendungsbedingungen sowie den Anforderungen an die Bedienung unterschiedlicher Errichtungs-, Bau- und Ausführungsbestimmungen entsprechen (siehe nachfolgende Tabelle). Der Aufbau einer genormten Schaltgerätekombination nach DIN 43660 beruht auf einem Raster von 25 mm. Nach DIN 41485 sind im Grundraster von 200 mm die bevorzugten Abmessungen der Schaltfelder vorzusehen. Diese Vorgehensweise ermöglicht es, die Verteiler und Schaltanlagen
• mit einer minimalen Grundsicherheit für alle Anlagen herzustellen und zu installieren,
• leicht zu warten, zu erweitern und zu reparieren,
• wirtschaftlich zu planen,
• standardisiert, d. h. kostengünstig, zu produzieren.
Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sind für den Spannungsbereich
• Wechselspannung < 1.000 V und < 1.000 Hz,
• Gleichspannung < 1.500 V
ausgelegt.
| Beschreibung | Normenreferenz |
| Elektrische Anlagen von Gebäuden | IEC 60364-1 DIN VDE 0100-100 |
| Aufstellen und Anschließen von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen | DIN-VDE 0100-729 |
| Installations-, Kleinverteiler, Zählerplätze | DIN VDE 0603 |
| Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen (SK) | IEC 60439-1 DIN EN 60439-1 VDE 0660 T500 |
| Baustromverteiler (BV) | DIN EN 60439-4 VDE 0660 T501 |
| Schienenverteiler (SV) | DIN EN 60439-2 VDE 0660 T502 |
| Kabelverteilerschränke (KVS) | DIN EN 60439-5 VDE 0660 T503 |
| SK für Laienbedienung (TSKL) | DIN EN 60439-3 VDE 0660 T504 |
| Hausanschluss- und Sicherungskästen (HA/SK) | VDE 0660 T505 |
| NS-Verteilungen und Netzstationen (SK/NS) | DIN EN 50300 VDE 0660 T512 |
| Verfahren für die Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen | IEC 61641 DIN EN 60439-1 Beiblatt 2 VDE 0660 T500 Beiblatt2 |
| Ermittlung der Erwärmung (PTSK) | IEC 60890 VDE 0660 T507 |
| Ermittlung der Kurzschlussfestigkeit (PTSK) | DIN IEC 61117 VDE 0660 T509 |
| Leergehäuse | DIN EN 62208 VDE 0660 T511 |
| Schutz gegen elektrischen Schlag | DIN EN 50274 VDE 0660 T514 |
Tab. 6: Normen für Niederspannungsschaltanlagen und Verteiler (Quelle: Kraner)
Nach DIN EN 60349-1 werden SK unter der Verantwortung des Herstellers komplett zusammengebaut.
Typgeprüfte Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen (TSK) lassen sich auf die Grundtypen der nach der Norm geprüften SK zurückführen. Der übliche modulare Aufbau erlaubt den wirtschaftlichen Einsatz in vielen Bereichen und Bauformen (siehe nachfolgende Tabelle). Verschiedene Kombinationen der elektrischen Bauteile werden für bestimmte Anforderungen geprüft (Typprüfungen).
Partiell typgeprüfte Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen (PTSK) bestehen aus typgeprüften und nicht typgeprüften Baugruppen. Allerdings müssen die nicht typgeprüften Baugruppen sich aus typgeprüften Baugruppen ableiten lassen, die entsprechende Prüfungen bestanden haben. Der typische Anwendungsfall ist die Anpassung einer bestehenden Anlage. PTSK sind nicht zugelassen für BV, SV, KVS, TSKL, HA/SK, SK/NS. Ein rechnerischer Nachweis und die Ableitung nach VDE 0660 Teile 507 und 509 für die Einhaltung der Grenzübertemperatur und der Kurzschlussfestigkeit sind bei einfachen Schaltanlagen zulässig.
Die folgende Klassifizierung hilft bei der Definition, welcher Art die Typprüfung entsprechen soll. Dies ist erforderlich bei der Planung, um die passende Konfiguration bestimmen, ausschreiben, entsprechend errichten, prüfen und schlussendlich abnehmen zu können.
Tab. 7: Klassifizierung von Verteilern und Schaltanlagen (Quelle: Kraner)
Raumbedingungen
Die Schaltgerätekombination wird unter Prüfbedingungen getestet, die den Bedingungen am Einbauort in der Regel nicht entsprechen. Der Hersteller hat demzufolge Bemessungswerte zu definieren, die für die entsprechenden Einbaubedingungen ausgewählt werden können. Dies erfordert vom Planer die Definition der Einbaubedingungen und vom Bauleiter die Überprüfung und Überwachung der Einbaubedingungen und speziell die Verfolgung der Veränderung dieser Parameter. Der Errichter verantwortet die richtige Auswahl und den geeigneten Aufbau anhand der gegebenen Parameter. Er hat die Parameter vor Ausführung zu prüfen.
Folgende Bedingungen beeinflussen den Aufbau der Schaltgerätekombination:
• Umgebungstemperatur der Schaltanlage
• Verlustleistung im Schaltfeld
• Schutzart
• Einbauhöhe im Schaltfeld
• Ummagnetisierungsverluste (Tragkonstruktion, Hülle)
• Leitungsquerschnitte
• Schienenquerschnitte und Kühlkörperfunktionen
• Ausblasräume für Schaltgeräte
• Schienen- und Kabelanschlüsse (mechanische Kurzschlussfestigkeit)
Schaltanlagen und deren Bauteile besitzen eine Grenzübertemperatur, die sich auf eine 24-stündige Umgebungsmitteltemperatur von 35 °C bezieht. Die maximale Umgebungstemperatur ist 40 °C. Auf der Basis dieser Temperaturen wird in folgender Tabelle die maximale Temperatur verschiedener Bauteile aufgelistet.
Diese Bedingungen können zum Teil während der Inbetriebnahme geprüft werden. Ferner dienen diese Daten als Rahmenbedingung für ein Kühlkonzept, welches idealerweise aus Gründen der Betriebssicherheit, ohne mechanische Unterstützung auskommt.
Bild 23: Maximale Temperaturen für Schaltgerätekombinationen nach VDE 0600-500 (Quelle: Kraner)
Kennzeichnung und Nachweise
Bei der Abnahme, spätestens vor der Inbetriebnahme, ist das Sicherheitsniveau durch Nachweise der Typ- und Stückprüfung vorzulegen. Ferner ist die Anlage zu kennzeichnen, und die Schaltunterlagen müssen an oder in der Anlage vorliegen. Auch müssen die Sicherheitshinweise für elektrische Betriebsräume in den Betriebsräumen angebracht sein.
Auf der Schaltanlage sind der Name des Herstellers, die Typbezeichnung, die Kennnummer oder ein anderes Kennzeichen der Anlage, welches die Anlage eindeutig ausweist, anzubringen. Mindestens in der technischen Dokumentation ist die Konformität zur Norm IEC 60439-1 sowie zu den angewandten und erforderlichen VDE-Normen sowie zu dem sonst gültigen Regelwerk zu bestätigen. Ferner sind Stromart, Netzfrequenz, Bemessungswerte, Grenzwerte, Kurzschlussfestigkeit und die IP-Schutzart anzugeben.
Bei den Bemessungswerten sind Betriebsspannung, Betriebsisolation und die Spannungen der Hilfsstromkreise des Hauptstromkreises anzugeben. Als Grenzwerte sind die Benennung der Spannungen und Ströme sowie die Kurzschlusswerte erforderlich.
In der Dokumentation sollten die Maßnahmen zum Schutz vor elektrischem Schlag dargelegt werden. Des Weiteren sind die üblichen Angaben erforderlich, wie Maße, Gewichte, Reinigungs- und Pflegeanweisungen, technische Zeichnungen, aus denen die inneren Unterteilungen sowie die Arten der Verbindungen der Funktionseinheiten hervorgehen. Ferner sind Angaben über die elektromagnetische Verträglichkeit zu machen. Die Kennzeichnung A weist auf industrielle Netze, Bereiche und Einrichtungen hin, die nicht öffentlich sind und starke Störquellen vorweisen können. Bei Umgebungen der Klasse A ist ein Warnhinweis auf Funkstörungen erforderlich zusammen mit dem Hinweis, dass der Anwender verpflichtet ist, angemessene Gegenmaßnahmen zu treffen.
Dieser Hinweis sollte im Bauablauf nicht überraschend erfolgen, d. h. in der Planung und Ausführung sollten diese Gegenmaßnahmen bereits berücksichtigt und umgesetzt sein. Die Dokumentation sollte also idealerweise auf ein Untersuchungsdokument verweisen, welches diese Maßnahmen beschreibt und die Wirkung bzw. die „Nichtstörung“ nachweist. Die Kennzeichnung der Anlage mit B weist auf öffentliche Netze hin.
Die Anlage und alle Anlagenbestandteile inklusive der Kabel und Leitungen müssen dauerhaft bezeichnet sein. Bei der Abnahme sind auf die kurzschlussfeste Verlegung der Kabel und die Kennzeichnung sicherheitstechnischer Abgänge sowie die Kennzeichnung der Abgänge mit besonderen Test- und Prüfverpflichtungen zu achten.
Checkliste: Stromkreisverteiler
Raumanforderungen
□ Ist die Bedienbarkeit gewährleistet?
mindestens 80 cm Fluchtweg, die Verteilertüren müssen in Fluchtrichtung zuschlagen
□ Sind Einbaugeräte sicher bedienbar?
daraus ergeben sich Mindest- und Maximalhöhen
□ Ist der Raum kondenswasserfrei und dauerhaft nicht über 30 °C warm?
□ Ist ausreichend Beleuchtung vorhanden (200 lx)?
□ Ist der Verteiler jederzeit erreichbar?
Anforderungen an Verteiler
□ Stimmt die Schutzklasse des Verteilers mit den Raumbedingungen überein?
□ Wurde die Schutzklasse durch die Art der Montage beeinträchtigt?
□ Sind der Verteiler beschriftet und die Dokumentation vorhanden?
Auf dem Verteiler muss der Name des Errichters angebracht sein. Ferner müssen der Verteilerplan und die Bedienungsanleitungen beim Verteiler sein.
□ Sind die Abgänge im Verteiler so beschriftet/gekennzeichnet, dass anhand des Verteilerplans Ort und Art der Verbraucher erkennbar sind?
Abgänge, die eine regelmäßige Überprüfung benötigen, sind besonders zu kennzeichnen.
□ Sind die Kabel fachgerecht eingeführt worden?
auf verletzte Dichtungen und fehlende Verschraubungen prüfen
□ Werden die Biegeradien der Kabel eingehalten?
□ Sind die Kabel ordnungsgemäß abisoliert?
auf Kerben an der Kupferader achten!
□ Sind die Kabel ordnungsgemäß befestigt?
auf Befestigung mit Schellen achten; bei Befestigung mit Kabelbindern auf die Art der Befestigung achten, da hier häufig keine kurzschlussfeste Befestigung vorliegen kann!
□ Werden Kabel einheitlich auf Klemmen aufgelegt, oder wurde direkt auf die Schalt- und Sicherungsgeräte verkabelt?
□ Sind Erweiterungsreserven vorhanden?
leere Klemmen und ausreichend Platz für die Nachrüstung von Klemmen?
□ Sind alle Abdeckungen angebracht?
□ Entstehen Schlitze, wenn Abdeckungen und Einbaugeräte verschoben werden?
□ Ist die Verbindung zur Erdungsschiene erstellt worden abhängig von der Netzform?
□ Sind die Türen des Metallverteilers mit dem Potentialausgleich verbunden?
□ Ist im Verteiler genügend Raum für die Wärmeabgabe?
□ Gibt es Stellen, an denen sich Wärmenester bilden können?
□ Kann es bei der Kabeleinführung in den Verteiler zu Stellen erhöhter Erwärmung kommen?
Dies ist z. B. bei einer hohen Anzahl eingeführter Kabel die sich über dem Verteiler kreuzen, der Fall.
