9-1 Potentialausgleich
Werbung
9.1 Seite 1 von 9 Potentialausgleich - Allgemeines 1. Einleitung Bedingt durch den technischen Fortschritt werden die Elektroinstallationen in den Gebäuden immer umfangreicher und anspruchsvoller. Neben der Starkstrom-, Gas- und Wasserinstallation bilden Zentralheizungs-, Antennen- und informationstechnische Anlagen ein verzweigtes Netz leitfähiger Systeme. Die Schäden durch Gewitterüberspannungen in Niederspannungsverbraucheranlagen nehmen in starkem Maße zu. Diese Schäden entstehen u.a. dadurch, daß die Näherungsbedingungen nicht eingehalten werden und / oder durch Blitzteilströme elektromagnetische Einkopplungen entstehen. Ein Äußerer Blitzschutz alleine kann nicht verhindern, daß bei einem Blitzschlag im Inneren des Gebäudes Schäden an den elektrischen Einrichtungen entstehen. Um Schäden zu vermeiden, ist der Innere Blitzschutz erforderlich. Dies sind Maßnahmen des BlitzschutzPotentialausgleichs. Das Auftreten gefährlicher Funkenbildung innerhalb der baulichen Anlage ist zu verhindern. Funkenbildung kann durch den Blitzstrom verursacht werden, der durch die Leitungen der äußeren Blitzschutzanlage fließt. Maßnahmen zum Schutz gegen elektromagnetische Störeinkopplungen werden in der DIN EN 623054 (VDE 0185-305-4) behandelt. Nach DIN VDE 0100-410, Abschn. 411.3.1.2 müssen in jedem Gebäude der Erdungsleiter und die folgenden leitfähigen Teile über die Haupterdungsschiene zu einem Schutzpotentialausgleich verbunden werden: l metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen (z.B. Wasser- und Gasinnenleitungen); l fremde leitfähige Teile der Gebäudekonstruktion, sofern im üblichen Gebrauchszustand berührbar; l Metallteile von Gebäudekonstruktionen, Zentralheizungs- und Klimasysteme; l metallene Verstärkungen von Gebäudekonstruktionen aus bewehrtem Beton, wo die Verstärkungen berührbar und zuverlässig untereinander verbunden sind (Bild 1). Werden leitfähige Teile in das Gebäude eingeführt, so müssen diese so nah wie möglich an ihrer Eintrittsstelle innerhalb des Gebäudes miteinander verbunden werden. Metallmäntel von Fernmeldekabeln müssen mit dem Schutzpotentialausgleich verbunden werden (dabei sind etwaige Anforderungen der Eigner oder Betreiber zu beachten). Der Schutzpotentialausgleich wird meistens nur an einer Stelle im Gebäude ausgeführt. Die Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) ist im Hausanschlussraum bzw. in der Nähe der Hausanschlüsse zu installieren. 2. Zweck des Potentialausgleichs Zweck des Potentialausgleichs ist es, alle metallenen Teile miteinander zu verbinden, damit diese ein annähernd gleiches Potential aufweisen. 3. Arten des Potentialausgleichs Der Begriff des Potentialausgleichs ist weit gefasst. Es muß sorgfältig zwischen den folgenden drei - ineinander übergreifenden - Arten unterschieden werden. Bild 1: Schutzpotentialausgleich 3.1 Schutzpotentialausgleich Der Schutzpotentialausgleich (vormals Hauptpotentialausgleich) ist die grundlegende elektrotechnische Schutzmaßnahme. Bild 2: Schutzpotentialausgleich Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Stand 10/2012 9.1 9.1 Seite 2 von 9 Potentialausgleich -- Allgemeines Potentialausgleich Allgemeines- - © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom 3.2 Zusätzlicher Schutzpotentialausgleich In der DIN VDE 0100-410, Abs. 415.2 wird darauf hingewiesen, daß ein zusätzlicher Schutzpotentialausgleich hauptsächlich in Teilen der elektrischen Anlage zum Einsatz kommt, bei denen auf Grund der Umgebungsbedingungen eine besondere Gefährdung vorliegt. Ferner muß der zusätzliche Schutzpotentialausgleich dann ausgeführt werden, wenn andere Normen ihn verbindlich fordern. Durch den zusätzlichen Schutzpotentialausgleich werden alle gleichzeitig berührbaren Körper fest angebrachter Betriebsmittel in unmittelbarer Nähe des Aufstellungsortes mit allen gleichzeitig berührbaren fremden leitfähigen Teilen verbunden. Typische Anwendungsfälle des zusätzlichen Schutzpotentialausgleichs als Ergänzung zum Schutzpotentialausgleich sind z.B. Räume mit Badewanne und Dusche (DIN VDE 0100-701) Bild 3: Potentialausgleich an einem Kabeltragsystem Bereiche von Schwimmbädern, Springbrunnen oder Wasserbecken (DIN VDE 0100-702) landwirtschaftliche und gartenbauliche Betriebsstätten (DIN VDE 0100-705) Krankenhäuser und medizinisch genutzte Bereiche (DIN VDE 0100-710) Außerhalb der Normenreihe DIN VDE 0100 sind beispielsweise zu nennen: explosionsgefährdete Bereiche (DIN VDE 0165) Blitzschutzsysteme (VDE 0185-305 Teile 1 bis 4) Anlagen der Fernemeldetechnik (DIN VDE 0800) Antennenanlagen (VDE 0855 Teil 1) Der Errichter der elektrischen Anlage ist verpflichtet diesen Potentialausgleich nach der geltenden DIN VDE 0100 Teil 410 und Teil 540 herzustellen. Wenn nachträgliche Arbeiten an der Elektroinstallation - z.B. von einer Blitzschutz-Fachkraft durchgeführt werden, besteht eine Hinweispflicht auf eine etwaige Unvollständigkeit. Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Bild 4: Potentialausgleich an einem Isolierflansch Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 3 von 9 Potentialausgleich -- Allgemeines Potentialausgleich Allgemeines- schließen. Bei großen baulichen Anlagen können mehrere Potentialausgleichsschienen installiert sein, vorausgesetzt, sie werden miteinander verbunden. © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom 3.3 Blitzschutz-Potentialausgleich Aufgrund der großen Stromstärken und der großen Stromsteilheit der Blitzströme treten bei Blitzschlag wesentlich höhere Potentialdifferenzen auf als bei Fehlerströmen in Drehstromnetzen. Daher sind für den Schutz gegen Blitzeinwirkungen BlitzschutzPotentialausgleichsmaßnahmen erforderlich, die über die Mindestanforderungen der DIN VDE 0100-540 hinausgehen. Um bei einem Blitzeinschlag unkontrollierte Überschläge in die Gebäudeinstallationen auszuschließen, sind im Rahmen des Blitzschutz-Potentialausgleichs die elektrische Anlage, metallene Installationen, Erdungssystem und Blitzschutzanlage direkt bzw. indirekt mit geeigneten Schutzgeräten zu verbinden. Bild 5 zeigt den beispielhaften Aufbau des Blitzschutz-Potentialausgleichs. Der Blitzschutz-Potentialausgleich muß grundsätzlich an der Eintrittsstelle der Leitungen in das Gebäude erfolgen und ist an folgenden Stellen auszuführen (vgl. Bild 5): Im Kellergeschoss oder etwa in Höhe des Erdniveaus. Potentialausgleichsleitungen sind mit der Potentialausgleichsschiene zu verbinden, die so konstruiert ist, daß sie für Prüfungszwecke leicht zugänglich ist. Die Haupterdungsschiene ist an die Erdungsanlage anzu- Wo Trennungsabstände nicht eingehalten werden können. Im Falle von Stahlbetonbauten mit durchverbundenem Bewehrungsstahl, Stahlskelettbauten oder bei getrenntem Äußeren Blitzschutz ist der Blitzschutz-Potentialausgleich nur in Höhe des Erdniveaus durchzuführen. Bei baulichen Anlagen mit umfangreichen elektrischen und elektronischen Systemen sind neben den grundsätzlichen Maßnahmen des BlitzschutzPotentialausgleichs aus der VDE 0185-305-3 zusätzliche Maßnahmen gemäß VDE 0185-305-4 auszuführen. Um Funkenüberschläge zu vermeiden, können zusätzliche Verbindungen von Fang- und Ableitungen zum Blitzschutz-Potentialausgleich notwendig werden. Diese Verbindungsleitungen führen Teilblitzströme in das Innere eines Gebäudes. Diese Teilblitzströme können zu unerwünschten elektromagnetischen Störeinkopplungen führen. Vermeiden kann man diese Verbindungen, wenn der Trennungsabstand zu den blitzstromführenden Leitungen eingehalten werden kann. Der Trennungsabstand kann gemäß VDE 0185-305-3 berechnet werden. Bild 5: Blitzschutz-Potentialausgleich für eingeführte Leitungen Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 4 von 9 © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz 4. Blitzschutz-Potentialausgleich für metallene Installationen 5. Mindestquerschnitte für den Blitzschutz-Potentialausgleich Metallene Installationen sind untereinander und mit dem Blitzschutzsystem zu verbinden. Zu metallenen Installationen zählen beispielsweise: Die Mindestmaße von Leitern, die verschiedene Potentialausgleichsschienen miteinander oder mit der Erdungsanlage verbinden, nennt Tabelle 8 der VDE 0185-305-3. In Deutschland sind gebräuchliche Querschnitte: Wasser-, Gas-, Heizungs- und Feuerlöschleitungen Sprinkleranlagen Führungsschienen von Aufzügen Krangerüste Lüftungs- und Klimakanäle Die metallenen Systeme sind möglichst an Potentialausgleichsschienen zusammenzuschließen. Als Verbindungsleitungen sind auch elektrisch leitfähige Rohrverbindungen zulässig (mit Ausnahme von Gasleitungen). In großen baulichen Anlagen können mehrere Potentialausgleichsschienen installiert werden, die miteinander zu verbinden sind. Sofern sich in einer Gas- oder Wasserleitung im Haus ein Isolierstück befindet, muß dieses mit geeigneten Schutzgeräten überbrückt werden. Unterirdische metallene Rohrverbindungen, die in der Nähe der Erdungsanlage verlaufen, brauchen nicht mit dem Blitzschutzsystem verbunden zu werden. Dies gilt auch für Gleise von Bahnen. Sollen diese trotzdem angeschlossen werden, so ist dieses vorher unbedingt mit dem Betreiber des Fremdsystems abzustimmen. Kupfer: Aluminium Stahl: 16 mm² 25 mm² 50 mm² Tabelle 9 der VDE 0185-305-3 nennt die Mindestmaße von Leitern, die innere metallene Installationen mit der Potentialausgleichsschiene verbinden. Hierfür ergeben sich folgende gebräuchliche Mindestquerschnitte: Kupfer: Aluminium Stahl: 6 mm² 10 mm² 16 mm² Querschnitte, die über die Mindestforderungen für den Blitzschutz-Potentialausgleich hinausgehen, ergeben sich u.a. aus der DIN VDE 0100-540 und DIN VDE 0101. Bild 6: Potentialausgleich im Heizungsraum Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 5 von 9 Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom 6. Blitzschutz-Potentialausgleich für eingeführte energie- und informationstechnische Leitungen Erforderliche Verbindungen zum Zwecke des Blitzschutz-Potentialausgleichs sind unter Beachtung der entsprechenden VDE-Bestimmungen mit Leitungsquerschnitten gemäß Abschnitt 5 durchzuführen. Zu unterscheiden sind unmittelbare direkte Verbindungen und solche, die nur über Trennfunkenstrecken bzw. Überspannungsschutzgeräten hergestellt werden dürfen. 6.1 Unmittelbare Verbindungen Diese Verbindungen sind z.B. zulässig mit: Schutzleitern bei Anwendung der Schutzmaßnahmen im TN-System, im TT- und im ITSystem zum Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen (Schutz bei indirektem Berühren), Erdungsanlagen von Starkstromanlagen über 1kV nach DIN VDE 0101 unter der Bedingung, daß keine unzulässig hohe Erderspannung verschleppt werden kann, Erdungsleitungen von Überspannungsschutzgeräten, Erdungen in Fernmeldeanlagen nach DIN VDE 0800-2, Antennenanlagen nach VDE 0855 Teil 1, Erdungen von Überspannungsschutzeinrichtungen von Elektro-Zaunanlagen nach DIN VDE 0131. Wenn Leitungen für Einrichtungen der elektrischen Energie- und Informationstechnik geschirmt oder in einem Metallrohr verlegt sind, reicht es die Kabelschirme anzuschließen. 6.2 Verbindungen über Trennfunkenstrecken Nur über Trennfunkenstrecken dürfen verbunden werden: Erdungsanlagen von Starkstromanlagen über 1kV nach DIN VDE 0101, wenn unzulässig hohe Erderspannungen verschleppt werden können, Hilfserder von Fehlerspannungs-Schutzschaltern bei Einsatz gemäß DIN VDE 0100-410 Bahnerde von Gleichstrombahnen nach 1 DIN VDE 0115 , Bahnerde von Wechselstrombahnen, wenn die Bestimmungen der DIN VDE 0115 oder signaltechnische Gründe einem unmittelbaren Zusammenschluß entgegenstehen1, Anlagen mit kathodischem Korrosionsschutz und Streustromschutzmaßnahmen nach DIN VDE 0150, Meßerde für Laboratorien, sofern sie von Schutzleitern getrennt ausgeführt werden. Freileitungs-Dachständer müssen in Abstimmung mit dem Energieversorgungsunternehmen über eine Funkenstrecke mit der Fangeinrichtung verbunden werden. Aus Gründen der Prüfbarkeit sind Trennfunkenstrecken zugänglich einzubauen. 6.3 Verbindungen durch Blitzstromableiter Gemäß VDE 0185-305-3, Abs. 6.2.5 müssen aktive Leiter der elektrischen Energie- und Informationstechnik in den Blitzschutz-Potentialausgleich einbezogen werden. Diese Verbindungen sind durch Blitzstromableiter (Überspannungsschutzgeräte Typ 1, ehemals Anforderungsklasse B) herzustellen. Zu beachten ist, dass es erforderlich werden kann, zusätzlich zu den Blitzstromableitern Überspannungsschutzgeräte Typ 2 bzw. 3 (ehemals Anforderungsklassen C bzw. D) zum Schutz der elektrischen und elektronischen Betriebsmittel zu installieren. Wenn ein flächenhaft eng vermaschtes System von Erdern oder gut geerdeten Bau-, Konstruktions- oder Anlagenteilen vorliegt, sind die Anlagen der Energie- und Informationstechnik weniger gefährdet. Bild 7: Blitzschutz-Potentialausgleich eingeführter Kabelschirme Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Aus Gründen der Prüfbarkeit sind Überspannungsschutzgeräte zugänglich einzubauen. 1 Gleise der Deutschen Bahn AG dürfen nur mit schriftlicher Genehmigung der Eigentümerin angeschlossen werden. Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 6 von 9 Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom 7. Installation der Blitzstromableiter In diesem Abschnitt werden Überspannungsschutzgeräte vom Typ 1 (Blitzstromableiter) behandelt, die bei allen Gebäuden mit einer Äußeren Blitzschutzanlage den Blitzschutz-Potentialausgleich zu den aktiven Leitern der Niederspannungsverbraucheranlage sicherstellen. Die korrekte Installation der Blitzstromableiter ist von erheblicher Bedeutung. Neben dem richtigen Einbauort und der richtigen Auswahl des Schutzgeräts müssen u.a. folgende Punkte beachtet werden: Blitzstromableiter müssen für den Fall der Überlastung durch Blitzströme oder Netzfolgeströme mit einer geeigneten Vorsicherung abgesichert werden. Deren Auswahl muß sorgfältig getroffen werden, um die Selektivität zu vorgeschalteten Sicherungen sicherzustellen. Hinweise hierzu werden in den Einbauvorschriften der Hersteller aufgeführt. Nichtgekapselte Blitzstromableiter auf der Basis von Funkenstrecken blasen im Ansprechfall aus. Da das Ausblasen z.B. auf brennbares Material oder spannungführende Teile Gefahren hervorrufen kann, müssen Mindestabstände eingehalten werden. Näheres ist den Einbauvorschriften der Hersteller zu entnehmen. Bild 8: Anwendungsbeispiel eines Blitzstromableiters Nichtgekapselte Blitzstromableiter werden heute von den großen Herstellern nicht mehr vertrieben. In den Katalogen findet man nur noch nichtausblasende Blitzstromableiter, bei denen die o.g. Mindestabstände nicht mehr eingehalten werden müssen. Blitzstromableiter sind auf kürzestem Wege zu erden. Die Erdungsleitungen von Blitzstromableitern müssen so verlegt werden, daß benachbarte Leitungen und Geräte nicht beeinflusst werden. Bild 9: Anwendungsbeispiel eines Blitzstromableiters Aus technischer Sicht ist der Blitzstromableiter am Gebäudeeintritt einzubauen. Die ,,Technischen Anschlussbedingungen für den Anschluss an das Niederspannungsnetz (TAB 2007:200801-01) regeln im Abschn. 12, Satz 4 + 5 die Bedingungen, in denen der Einbau im ungezählten Bereich zulässig ist. Im Zweifelsfall ist mit dem örtlichen Energieversorger Rücksprache zu halten. Wenn der Einbau im Vorzählerbereich nicht zulässig ist, muß der Blitzstromableiter direkt hinter dem Zähler installiert werden. Bei Anlagen mit mehreren Zählern sollte der Einbau hinter dem Zähler erfolgen, der dem Hausanschluss am nächsten gelegen ist. Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Bild 10: Blitzstromableiter ohne gekapselte Funkenstrecke Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 7 von 9 © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz 7.1 Installation von Blitzstromableitern im TN-C-System 7.2 Installation von Blitzstromableitern im TN-S-System Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) ist für den Längsspannungsschutz mit einem Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß Bild 11 zu beschalten. Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) und der Neutralleiter (N) sind für den Längsspannungsschutz mit einem Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß Bild 12 zu beschalten. Erforderlich sind vier Blitzstromableiter. Der Schutzleiter (PE) wird direkt mit der Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) verbunden. Der PEN-Leiter wird direkt mit der Haupterdungsschiene (Potentialausgleichsschiene) verbunden. In unmittelbarer Nähe des Installationsorts ist zusätzlich eine direkte Verbindung zwischen dem PEN-Leiter und den Erdungsanschlüssen der Blitzstromableiter herzustellen. Der Blitzstromableiter zwischen Neutralleiter und der Haupterdungsschiene ist erforderlich, da im TN-S-System Neutral- und Schutzleiter separat geführt sind. Der Neutralleiter ist wie ein Außenleiter zu behandeln. In unmittelbarer Nähe des Installationsorts ist zusätzlich eine direkte Verbindung zwischen dem PE-Leiter und den Erdungsanschlüssen der Blitzstromableiter herzustellen. Blitzstromableiter im TN-C-System Bild11: Blitzstromableiter im TN-C-System. Der Einbau im Blitzstromableiter im TN-S-System ungezählten Bereich hat jeweils in Abstimmung mit dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen. In vielen Fällen wird der PEN-Leiter in einen PELeiter und in einen N-Leiter aufgeteilt. Der Überspannungsschutz kann wie im TN-C-Netz ausgeführt werden, wenn der Einbau in unmittelbarer Nähe (bis zu 0,5 m) der Aufteilungsstelle erfolgt. Andernfalls ist wie in Abschnitt 7.2 zu verfahren. Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Bild 12: Blitzstromableiter im TN-S-System. Der Einbau im ungezählten Bereich hat jeweils in Abstimmung mit dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen. Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 8 von 9 © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz 7.3 Installation von Blitzstromableitern im TT-System 7.4 Installation von Blitzstromableitern im IT-System Überspannungsschutzgeräte Typ 1 (Blitzstromableiter) sind zwischen den einzelnen Außenleitern (L1, L2, L3) anzuordnen (siehe Bild 13). Jeder Außenleiter (L1, L2, L3) und der Neutralleiter (N) sind für den Längsspannungsschutz mit einem Überspannungsschutzgerät Typ 1 (Blitzstromableiter) gemäß Bild 14 zu beschalten. Erforderlich sind vier Blitzstromableiter. Die Erdungsanschlüsse der Blitzstromableiter werden mit dem Schutzleiter der Anlage verbunden. Zwischen den Erdungsanschlüssen der Blitzstromableiter und dem Neutralleiter einerseits und demSchutzpotentialausgleich sowie dem Schutzleiter (PE) andererseits muß ein Bauelement (z.B. Funkenstrecke) geschaltet werden, die für den Summenstrom ausgelegt sein muß (in Abhängigkeit der Blitzschutzklassen I-IV: 100kA, 75kA, 50kA, 50kA). Ein unzulässiger Schluß zwischen Neutralleiter und Schutzleiter vor der Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) ist somit ausgeschlossen. Diese Schaltung wird auch als "3+1-Schaltung" bezeichnet. Bild 14: Blitzstromableiter im IT-System. Der Einbau im ungezählten Bereich hat in Abstimmung mit dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen. Bild 13: Blitzstromableiter im TT-System. Der Einbau im ungezählten Bereich hat in Abstimmung mit dem örtlich zuständigen VNB zu erfolgen. Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Stand04/09 10/2012 Stand 9.1 9.1 Seite 9 von 9 Blitzschutz -- Potentialausgleich Potentialausgleich Blitzschutz © Vervielfältigung und Veröffentlichung nur mit Genehmigung vom 8. Hinweise für Anlagen mit besonders gefährdeten Bereichen Beiblatt 2 zur VDE 0185-305-3 trifft weiterführende Aussagen über den Blitzschutz-Potentialausgleich von baulichen Anlagen besonderer Art. Diese Aussagen sind nur mit einem vollständigen Blitzschutzkonzept gültig. Zu diesen Anlagen gehören z.B.: Krankenhäuser und Kliniken Sportanlagen Feuergefährdete Bereiche Explosionsgefährdete Bereiche Explosivstoffgefährdete Bereiche Frei stehende Schornsteine Kirchtürme und Kirchen Fernmeldetürme aus Stahlbeton Seilbahnen Brücken Nicht stationäre Einrichtungen Windmühlen Siloobjekte Biogasanlagen Photovoltaik- und Solarthermische Anlagen Andere besonders gefährdete Bereiche sind: Metallene Abgasrohre von Heizthermen Metallene Kamineinzüge Metallschornsteine Windenergieanlagen Kläranlagen etc. Verfasser: Dipl.-Ing. Reyno Thormählen Verfasser: Stand04/09 10/2012 Stand
