Einhaltung von EMV-Schutzzielen in Niederspannungs-Schaltanlagen

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TN-C-Systeme (Vierleiter-Systeme) sind für ein wirksames EMV-Konzept ungeeignet. Der EMV-Schutz erfordert die konsequente Separierung von Neutralleiter und Schutzleiter. Nur so werden die Betriebsströme vom Schutzleiter ferngehalten und damit die EMVschädlichen Einkopplungen vermieden. Zusätzliche Differenzstromüberwachung durch RCMs am zentralen Erdungspunkt Um auch während des Betriebs auf Dauer ein reines TN-S-System zu gewährleisten, sollte es mittels Fehlerstrom-Schutzeinrichtung, bei größeren Anlagenströmen mit FI-Relais oder Differenzstrom-Überwachungsgeräten (RCMs), kontrolliert werden. Praktische Erfahrungen zeigen die Notwendigkeit hierzu, da oft bei Nachrüstungen oder Anlagenveränderungen (Umnutzungen oder Erweiterungen) Verbindungen zwischen Neutral- und Schutzleiter hergestellt werden, z.B. durch das Vertauschen von Neutral- und Schutzleiter bei Geräteanschlüssen. Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, FI-Relais oder Differenzstrom-Überwachungsgeräte registrieren solche Fehlschaltungen und lösen aus oder melden den Fehler. Abb. 16: Beispiel eines EMV-gerechten TN-S-Systems (Quelle: WÜBA Versicherungs-AG) Abbildung 16 zeigt, wie im TN-S-System mit separat geführtem PE-Leiter (Schutzleiter) der Neutralleiterstrom im isolierten Neutralleiter bleibt und zum Sternpunkt der Stromquelle zurückfließt, ohne andere Einrichtungen zu beeinflussen. Abb. 17: Beispiel eines EMV-unfreundlichen TN-C-Systems (Quelle: WÜBA Versicherungs-AG) Abbildung 17 zeigt wie beim TN-C-System ein Teil des Neutralleiterstroms über den PEN-Leiter fließt. Andere Teilströme (abhängig vom Widerstand der Strompfade) fließen über die Gebäudekonstruktion zur Stromquelle zurück. Die so entstehenden Streuströme, und auch der Spannungsabfall auf dem PEN-Leiter, können elektrische Betriebsmittel, zum Beispiel Betriebsmittel der Informationstechnik, negativ beeinflussen. Es wird deshalb empfohlen, in umfangreichen Gebäudeanlagen das TN-S-System anzuwenden und zu überwachen. Neuere DIN-VDE- Bestimmungen wie DIN IEC 60364-4-44/A2:2003-04 (E VDE 0100 Teil 444) sowie DIN VDE 0100-540:2007-06 empfehlen aus den
Bestimmungen wie DIN IEC 60364-4-44/A2:2003-04 (E VDE 0100 Teil 444) sowie DIN VDE 0100-540:2007-06 empfehlen aus den genannten Gründen ausdrücklich das TN-S-System. Dimensionierung von Neutralleitern in Niederspannungs-Schaltanlagen Die Dimensionierung von Neutralleitern in Niederspannungs-Schaltanlagen erfolgt nach DIN VDE 0100-520:2003-06 und dem Entwurf DIN IEC EN 60364-5-52:2004-07 (E VDE 0100 Teil 520). Merke! Der Neutralleiterquerschnitt sollte immer dem Außenleiterquerschnitt entsprechen! Früher wurden überwiegend lineare Verbraucher, deren Stromverlauf sinusförmig ist, zu gleichen Teilen auf die drei Phasen verteilt, sodass ein symmetrisches Netz vorhanden war. Die drei Ströme addieren sich dann im Neutralleiter bei dreiphasigem Betrieb zu null. Heute werden durch den immer größer werdenden Anteil der Elektronik in den Verbrauchern, speziell bei Massenprodukten wie Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten, Fernsehgeräten, Computern usw., kapazitiv geglättete Netzgeräte eingesetzt. Asymmetrische Belastungen im Drehstromnetz führen zu Ausgleichsströmen im Neutralleiter Die zunehmende Anzahl von Wechselstromverbrauchern in Büro und Industrie führt bei ungünstiger Aufteilung der Verbraucheranschlüsse und bei zeitlich unterschiedlicher Nutzung der Betriebsmittel zu einer asymmetrischen Belastung im Drehstromnetz mit der Folge eines Ausgleichsstroms im Neutralleiter. Dabei werden Abweichungen der Netzspannung von der Sinusform, u.a. durch Oberschwingungen, charakterisiert. Oberschwingungen überlagern die Grundschwingung (Netzfrequenz, z.B. 50 Hz) und sind das ganzzahlige Vielfache einer Grundschwingung. Insbesondere die dritten bis 15. Oberschwingungen („Harmonische“) erzeugen hohe Ströme je Phase, die sich selbst bei symmetrischer Lastverteilung nicht aufheben, sondern im Neutralleiter addieren und diesen somit zusätzlich belasten. Möglichkeit der Neutralleiterüberlastung Überlastung des Neutralleiters führt zur Überhitzung und ggf. zur Unterbrechung. Messungen haben ergeben, dass der Neutralleiterstrom auf über 100 Prozent des Phasenstroms ansteigen kann. Der Dimensionierung des Neutralleiters muss also mehr Beachtung zukommen. Gefahren für elektrische Einrichtungen Durch eine mögliche Überlastung des Neutralleiters, resultierend aus den Unsymmetrieströmen und hinzukommenden Oberschwingungsströmen entstehen Gefahren für elektrische Einrichtungen, u.a. bei ... Kabel und Leitungen: - Überhitzung des Neutralleiters - Brandgefahr - Gefahr der Unterbrechung des Neutralleiters mit stark sinkender bzw. steigender Phasenspannung (dadurch sind angeschlossene Geräte gefährdet) - größere Leistungsverluste - Erzeugen von starken Magnetfeldern, die Störungen verursachen können Transformatoren: - größere Leistungsverluste - Überlastung des Sternpunkts - Resonanzrisiko - höhere Geräuschpegel Kondensatoren (besonders empfindlich gegen Oberwellen): - größere Leistungsverluste - Resonanzrisiko - kürzere Betriebsdauer Potenzielle Gefahren für die elektrischen Einrichtungen sind somit auf Rückwirkungen von Betriebsmitteln mit nicht sinusförmigen Strömen zurückzuführen. Hierzu zählen im Wesentlichen: elektrische Betriebsmittel, bei denen die nicht sinusförmigen Ströme durch leistungselektronische Komponenten hervorgerufen werden, wie z.B. bei Stromrichtern, Stromrichterantrieben, Netzgeräten, Dimmern, Fernsehgeräten u.a.; elektrische Betriebsmittel, die von sich aus eine nicht lineare Strom-Spannungs-Charakteristik aufweisen, wie z.B. bei Mittelfrequenz- Induktions- und Lichtbogenöfen, Gasentladungslampen, Drosseln, Kleintransformatoren Oberschwingungsströme führen zur Überhitzung und Zerstörung Oberschwingungsströme erzeugen an den Impedanzen der Versorgungsnetze Oberschwingungsspannungen, die sich der sinusförmigen 50-Hz-Netzspannung überlagern. Der entstehende Überstrom kann zusammen mit den höheren Frequenzen der Oberschwingungen zu einer Überhitzung und damit zur Zerstörung von Transformatoren, Verteileranlagen und auch der angeschlossenen Verbraucher selbst führen. Sie sind an den Anschlusspunkten aller am Netz betriebenen Geräte messbar und bewirken eine zusätzliche Beanspruchung der angeschlossenen Betriebsmittel. Die bisherige Bestimmung, nach welcher der Neutralleiter > 16 mm² nur 50 Prozent des Außenleiterquerschnitts betragen muss, kann sich nach diesen Erfahrungen nicht aufrechterhalten lassen. Neutralleiterbelastung erfordert vollen Neutralleiterquerschnitt
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