Zentrales ZSV-Netz in Krankenhäusern

Zentrales ZSV-Netz in
Krankenhäusern
Projektierung, Bemessung und Errichtung;
kritische Gesichtspunkte hinsichtlich der ordnungsgemäßen
Auswahl und Auslegung des statischen ZSV-Netzes
EAB Elektroanlagenbau GmbH Rhein/Main – Admiral-Rosendahl-Straße 14 – 63263 Neu-Isenburg – Tel.069-63390-0 – Fax 069-63390-370 – www.eab-rhein-main.de

Ausrichtung
Die EAB (230 Mitarbeiter, 32 Millionen Umsatz 2006) ist
Komplettanbieter für alle Bereiche der Elektrotechnik.
Mittelspannung und Schaltanlagen
Allgemeine Elektro- und Niederspannungsinstallation
Nachrichtentechnik
Sicherheitstechnik
Steuerungstechnik
Prüf- und Messtechnik
Wartung und Instandhaltung

Der Planer ist für die fachgerechte Planung verantwortlich
DIN VDE 0100 Teil 100 Punkt 132.1:
„Bei der Planung einer elektrischen Anlage müssen die
folgenden Punkte berücksichtigt werden:
– der Schutz von Personen, Nutztieren und
Sachwerten,
– die richtige Funktion der elektrischen Anlage für die
beabsichtigte Verwendung.“
Sicherheit und Funktion müssen erreicht werden!

Der Errichter ist für die fachgerechte
Ausführung verantwortlich
• Unfallverhütungsvorschriften (UVV),
• Berufsgenossenschaftliche Vorschriften,
• Gewerbeordnung (GWO),
• Bürgerliches Gesetzbuch (BGB),
• Handelsgesetzbuch (HGB),
• Arbeitsschutzgesetz
Die Verantwortung des Errichters wird hier untermauert.

Für den Errichter gibt es keine Ausreden für die
fehlerhafte Ausführung
Der Errichter kann sich nicht auf die fehlerhafte Planung
beziehen.
Er muss die Planung sorgfältig überprüfen.
Wenn die Planung mit Fehlern behaftet ist, muss er
Bedenken anmelden und ist verpflichtet, Leistungen, die
gegen Gesetze, Vorschriften, Verordnungen oder die
anerkannten Regeln der Technik verstoßen, abzulehnen.

Stromversorgungen im Krankenhaus
• Allgemeine Stromversorgung AV
• Sicherheitsstromversorgung SV (Notstromaggregate
mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren als
Sicherheitsstromquelle)
• Zusätzliche Sicherheitsstromversorgung (ZSV),
statisch bzw. rotierend und
• Betriebliche Ersatzstromversorgung
DIN VDE 0100 Teil 710 fordert in mehreren ihren Abschnitten
Umschaltung zwischen diesen Stromversorgungen
(Stromquellen und Netzen) bei Versorgung von medizinisch
genutzten Bereichen der Gruppe 2.

Forderungen nach DIN VDE 0100 Teil 710 Punkt 514.6
• Es ist der rechnerische Nachweis der selektiven
Abschaltung sowie der Erhaltung der
Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag und zu
hohe Erwärmung zu erbringen,
• Die Berechnung der minimalen und maximalen
Kurzschlussströme nach DIN VDE 0102 für alle
Verteilungsstromkreise und für ausgewählte
Endstromkreise der Sicherheitsstromversorgung

Wie werden diese Forderungen erfüllt?
• Grundlagenermittlung (Ermittlung von Verbrauchern und
deren Zuordnung (AV, SV, ZSV, Gruppe 0, 1 oder 2),
Leistungsbilanzen etc.),
• Vorplanung (Analyse bereits ermittelter Grundlagen,
überschlägige Auslegungen etc.),
• Entwurfsplanung = endgültige technische Lösung
Anlagenkomponenten müssen festgelegt, bemessen
und berechnet werden.
Führt der Planer keine Berechnungen in der Entwurfs-,
Genehmigungs- oder Ausführungsplanung, riskiert er,
eine fehlerhafte Planung zu liefern.
Der seriöse Errichter berechnet die Anlage zur seiner
Sicherheit im Zuge der Überprüfung.

Warum Netz- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?
• Jede el. Anlage muss sowohl unter normalen als auch
unter gestörten Bedingungen sicher funktionieren.
• Fehler bzw. Kurzschlüsse lassen sich nicht völlig
ausschließen und können jederzeit auftreten - zeigt
die Praxis.
• Wenn es so ist, müssen die dynamischen und
thermischen Wirkungen des Kurzschlussstromes mit
Fachkenntnis unter Kontrolle gehalten werden.

Warum Netz- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?
• Die Bemessung, Wirtschaftlichkeit (Optimierung) und
Sicherheit der Anlagen sind stark von der Berechnung
der Kurzschlussströme abhängig.
• Die Kurzschlussströme stellen eine wichtige
Bemessungsgrundlage für auszuwählende
Betriebsmittel bzw. Schutztechnik dar.
• So vermeidet man Unter- oder
Überdimensionierungen der Anlage und erzielt man
die kostengünstigste Lösung.

Warum Netz- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?
• Falsche Auswahl bzw. Einstellungen der
Schutztechnik können fatale Wirkungen haben.
• Kurzschluss kann nicht abgeschaltet werden.
• Schutztechnik erkennt den Kurzschluss nicht
rechtzeitig.
• Anlagen werden zerstört (z.B. Leiter und Kontakte
schmelzen wie Eis).
• Es kommt zur Unterbrechung der Stromversorgung.

Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes

Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes

Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes

Merkmale der Netzberechnungen
• Netz- bzw. Kurzschlussstromberechnungen müssen
folgende Merkmale enthalten:
1) Lastflussberechnungen:
- Ermittlung der Betriebsströme der Stromkreise bzw.
der Netzknoten,
- Ermittlung und Bestimmung der Leiterquerschnitte.

Merkmale der Netzberechnungen
2) Kurzschlussstromberechnungen nach DIN VDE
102 zur Ermittlung der kleinsten und größten
Kurzschlussströme:
• Festlegung bzw. Überprüfung der
Kurzschlussfestigkeit der Anlagenkomponenten,
• richtige Auswahl und Einstellung der
Schutztechnik zur Abschaltung von Fehlern,
• Überprüfung der Ansprechsicherheit der
Überstromschutzeinrichtungen.

Merkmale der Netzberechnungen
3) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen
Überlast nach DIN VDE 0100 Teil 430 von Kabel- und
Leitungsanlagen.
4) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen
Kurzschluss nach DIN VDE 0100 Teil 430 bzw. DIN
VDE 0103 von Kabel- und Leitungsanlagen.

Merkmale der Netzberechnungen
5) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen
gefährliche Körperströme bzw. des Schutzes bei
indirektem Berühren durch automatische
Abschaltung der Stromversorgung nach DIN VDE
0100 Teil 410.
6) Überprüfung bzw. Festlegung des
Spannungsabfalls auf Stromschienenverteilern,
Kabel- und Leitungsanlagen nach DIN VDE 0100
Teil 520.

Merkmale der Netzberechnungen
7) Selektivitätsbetrachtungen der Kaskaden von
Schutzorganen vom Endstromkreis bis zur
Trafostation bzw. dem Generatorschaltschrank
nach DIN VDE 0660 Teil 101 - A1.
Bei bestehenden Netzen ist eine nachträgliche
Nachrüstung eines selektiven Schutzes sehr oft
unmöglich!!

Merkmale der Netzberechnungen
Selektive aufeinander Abstimmung sehr
unterschiedlicher Überstrom-Schutzorgane:
-UMZ,
- Schmelzsicherungen (HH/NH/D/D0/G-Sicherung),
- Leitungsschutzschalter, SLS,
- Leistungsschalter (nullpunktlöschende,
strombegrenzende, mit Zeitstaffelung),
- Sekundärrelais mit Überstromauslösung,
- Differenzialschutzrelais etc.

Merkmale der Netzberechnungen
8) Untersuchung und Berechnung der Stromkreise mit
motorischen Lasten, dynamisch und statisch.
9) Berechnung der USV-Anlagen, statisch oder
rotierend und
10) Berechnung der ZSV-Anlagen, statisch oder
rotierend.
Unterschiedliche Anforderungen an USV und ZSV
unbedingt beachten!

Gefahren bei Schleifenwiderstandsmessungen
Welche Kurzschlussströme können durch die Messung
der Schleifenwiderstände ermittelt werden?
Nur generatorferne, nicht generatornahe, keine
motorischen Lasten, keine elektronischen Stromquellen.
Schleifenwiderstands- Messgeräte nach DIN VDE 0413
Teil 3 verwenden. +_ 30% zulässiger Gebrauchsfehler.
Fehlerquellen (Messgerät, Leitertemperatur, cosf, U)
Impedanzwinkel (Leiterquerschnitt) beachten!
Da das Messergebnis = das Augenblicksergebnis ist, ist
eine Umrechnung der Messergebnisse auf maximale und
minimale Spannung und Leitertemperatur erforderlich!

Berechnungen zur Auslegung des ZSV-Netzes :
1) AV-Betrieb (EUE-(Mitlauf / Dauer)-Betrieb) der ZSV
mit Speisung aus dem MS-Netz,
2) SV-Betrieb (EUE-(Mitlauf / Dauer)-Betrieb) der ZSV
mit Speisung aus dem Notstromaggregat,
3) Wechselrichter-Betrieb der ZSV mit Speisung aus der
Batterie

Statische ZSV im Batteriebetrieb
Die dritte Berechnung ist besonders wichtig.
Entstehende Kurzschlüsse während des
Batteriebetriebes der ZSV rufen kleinere
Kurzschlussströme hervor.
Falsche Berechnung und falsche Komponenten-
Auswahl können zum Totalausfall des ZSV- Netzes
mit seinen fatalen Folgen führen.

Statische ZSV im Batteriebetrieb
Um das zu vermeiden, sind die Bemessung und Auswahl
anhand der Berechnungsergebnisse von:
- ZSV,
- IT- Trenntransformator,
- Leitungsnetz und
- Überstromschutzeinrichtungen sowie
- Überprüfung der erforderlichen Abschaltbedingungen
bzw. Umschaltbedingungen und der Selektivität
mit besonderer Sorgfalt durchzuführen.

Statische ZSV im Batteriebetrieb
• Wechselrichter wird bei Kurzschluss enorm
beansprucht. Zu seinem Schutz spricht seine
Schutzeinrichtung nach der begrenzten Zeit an, und
schaltet die komplette ZSV ab!
• Bei Kurzschluss bricht die Ausgangsspannung der ZSV
zusammen.
• Spannungseinbruch darf maximal 500 ms andauern,
damit die ZSV- Verbraucher nicht beeinträchtigt
werden.
• ZSV- Abgangssicherung muss innerhalb dieser Zeit
auslösen, damit diese beiden Fälle nicht eintreten!

Notwendige Daten der ZSV im Batteriebetrieb
• Planer und Errichter sollen sich auf pauschale
Angaben der ZSV-Hersteller nicht verlassen.
• Sie müssen sich mit dem Verhalten der ZSV unter
Kurzschlussbedingungen vertraut machen.
• Ausgangskennlinie U / I (beschreibt die ZSV-
Impedanz bzw. physikalische Vorgänge und
Kurzschlussverhalten) muss vom ZSV- Hersteller
angefordert werden.
• ZSV regelt die treibende Spannung nach bzw.
begrenzt die Leistung des Wechselrichters –
schwankende ZSV- Impedanz!

Ausgangs- U / I Kennlinie
• 3 Arbeitsbereiche:
1) Spannung wird konstant gehalten bis AP1,
2) Leistungsbegrenzung zwischen AP1 und AP2,
3) Strombegrenzung ab AP2
• 2 charakteristische Punkte
AP1 – Übergang in den Kurzschlussbetrieb
AP2 - Übergang in den Strombegrenzungsmodus

Kurzschlussstromberechnung
• Kurzschlussstromberechnung nach DIN VDE 0102
nicht möglich – es besteht kein genauer Wert der
ZSV- Impedanz im Sinne der DIN VDE 0102.
• Keine Modellierung bzw. Feststellung einer WR-
Impedanz in der DIN VDE 0102 zu finden!?
• Kurzschlussstromberechnungsprogramme rechnen
falsch!
• Kurzschlussstromberechnung muss leider von Hand
erstellt werden!

Auswahlfaktoren der ZSV- Abgangssicherung
• Bemessungsscheinleistung des IT-
Trenntransformators,
• Einschaltrush des IT- Trenntransformators,
• Selektivität zum nachgeschalteten
Leitungsschutzschalter,
• Aschaltzeit (< 500 ms) und
• Kurzschlussströme
Aufeinander Abstimmung mit wahren Werten des
Kurzschlussstromes nötig! Hersteller der IT-
Trenntransformators empfiehlt meistens zu große
ZSV- Abgangssicherung.

Referent
Dipl. Ing. Dragan Sofic
Netzberechnung / Planung / Prüfung
EAB Elektroanlagenbau
GmbH Rhein/Main
Neu-Isenburg
Tel.: 069 / 63390-401 (Privat: 06172 / 833 46)
Fax.: 069 / 63390-370
Mail: dragan.sofic@eab-rhein-main.de
(DSofic@web.de)