Störungen vom Bahnnetz auf die Niederspannungserdung
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Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Störungen vom Bahnnetz auf die Niederspannungserdung 20.3.2012 Erdungen Feststellungen Strom ist eine sehr nützliche Energie, wenn sie sachgerecht verwendet wird. Im Fehlerfall gibt es selten Informationen, wie sich ein Schaden im elektrischen Bereich abgespielt hat. Die Schadenwirkung von Strom hat nicht nur Feuer zur Folge, sondern heute erheblichen Anteil an Mit einer einfachen Sicherung lässt sich ein Stromkreis nicht mehr ohne weiteres schützen. • Betriebsunterbrechungen • fehlerhafte Alarmierungen und Datenübertragungen • Systemabstürze, Computer- und Netzwerkschäden • Korrosionen an Rohrsystemen • Personen- oder Nutztieren Beeinflussungen Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 2 Grundlegende Anforderungen zur Vermeidung von Störungen, NIV 2002 Art. 4 Abs. 3+ 4 EMV/ NISV Fangeinrichtung M Raumschirm Lüftung Endgerät SEMP Fundamenterder Für die elektromagnetische Verträglichkeit von Erzeugnissen, die in die elektrischen Installationen eingebaut oder daran angeschlossen werden, gelten die Bestimmungen der Verordnung vom 9. April 1997 (6) über die elektromagnetische Verträglichkeit. Für den Schutz vor nichtionisierender Strahlung gelten die Bestimmungen der Verordnung vom 23. Dezember 1999 (7) über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung. 3 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Strompfade Fehlerströme Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Belasteter Stromkreis und Spannungsfall Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Art der Erdverbindung TN-System N V T Sternpunktverschiebungen und Ausgleichströme 40 0V 230 V Polleiter N N 0V > 23 7 7 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser TN-S Installation AnschlussÜberstromunterbrecher HAK Erder L1 L2 L3 PEN AnschlussÜberstromUnterbrecher L1 L2 L3 N PE Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Netz (TN-C) Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Potenzialausgleich sternförmig - vermascht Telefon Telefon Starkstrom I Starkstrom U=0 I V Antenne U=0 Antenne V I Wasser I I zweckmässig unzweckmässig Wasser Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Koppelung zweier Stromkreise I1 U1 Z U2 I1 L1 N PE Starkstrominspektorat ESTI Eidgenössisches Installation Da TN-S te n ka b el L1 N PE L1 EidgenössischesPEStarkstrominspektorat ESTI U I Installation Da TN-C L1 PEN te n ka b U el Die Suche nach der Eidgenössisches Starkstrominspektoratguten ESTI Erdung Erdung SchutzPotenzialausgleichssystem Erdung mit Erdpfahl TV- und Radio Kabelnetzanschluss Kaltwasser Warmwasser N PE Heizungsrohre N Fernmeldeanlage L 1-3 PE Elt-Zähler Wh Verbrauchsleitungen Hauptleitung Potentialausgleich Schutzerde PEN Abwasser L 1-3 niederimpedante Verbindungen Das elektrobiologische Ziel für einen Schlafplatz sind für das Magnetfeld unterhalb 20 bis 50 nT, und für die Ankopplungsspannung (Nachts) weniger als 0,3 Volt AC (besser weniger als 0,1 V). zu bringen. NISV bis 5‘000 V/m Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Installation TN-S Isolierstüc k Ein paar Vorschläge zur Planung Dauerverbraucher wie Kühlschrank, Kühltruhe, Elektroheizung (dies gilt auch für das Untergeschoss und Obergeschoss) weit weg von den Daueraufenthaltsstellen. 15 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser EMF Grundsätze Speiseleitungen ab Verteiltafeln sternförmig anordnen Pol-, Neutral- und Schutzleiter der Speiseleitung gemeinsam verlegen, TN-S Netzform verwenden Ganz allgemein Schlaufenbildung in Speiseleitungen vermeiden Hauptverteilsysteme so plazieren, dass sie nicht in der Nähe des Schlafbereichs oder empfindlicher Anlagen zu liegen kommen. Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 16 Die Eisenbahn fährt im Dauer- Erdschluss • Hoher Induktivitätsbelag der Schleifen Fahrleitung- Rückleitung (aber dank tiefer Frequenz im Vergleich zu 50Hz Netzen dennoch tief, es gilt die Näherung R‘ ≈ X‘) • Erdströme immer hoch, Prognose schwierig, Situation ändert dauernd • Dies obwohl das Fahrleitungsnetz der SBB praktisch vollständig mit Erdseilen ausgerüstet ist (im Gegensatz z.B. zur DB) • Trennung Bahnerde von “50Hz-Erde“ schwierig • Starke Magnetfelder • Bewegliche Verbraucher (und z.B.. Erzeuger, Rückspeisung beim generatorischen Bremsen), Ortung von “echten“ Erschlüssen schwierig • Schienennetz bildet grossflächigen Erder bei den Unterwerken • Weil mehrpolige Fahrleitungen nicht machbar sind, wird sich das auch in Zukunft nicht ändern 17 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Erdstrom • 0.6 bis 1.5 A floss auch im ausgeschalteten Zustand • Jedoch von Aussen in das Gebäude • Überwiegend 16.7 Herz • Die Folge von 663 mA ist im schlimmsten Fall tödlich Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 18 Erdübergangswiderstand • Der Erdungswiderstand betrug 0.29 Ohm • Vermutlich besser als der Netz PEN- Leiter 19 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Versuch mit Schutzerdung TT • Bei einem Versuch mit Schutzerdung System TT flossen nur noch 3 mA Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 20 Messung der PEN- und Erdungsleiters • Messungen im spannungslosen Zustand zeigten folgendes Bild • Erdungsleiter relativ schlecht • PEN- Leiter unter 1 Ohm 21 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Messungen • Ableitströme - 600 mA • Leckströme Je nach Belastung von 500- 1000 mA • Kurzschlussströme ca. 390 A • Fehlerspannung 105 V • Erdungswiderstände ca. 1.6 Ohm Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 22 Feststellungen • Tiere frassen nur auf der linken Seite • Die rechte Seite wurde gemieden • Auf der rechten Seite war der Erdungsanschluss 23 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Nach erstellen des Schutzerdungssystem TT • Innert weniger Minuten frassen die Tiere auf der gemiedenen Seite Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 24 Erdungssystem in Serie- und Parallelschaltung • Leider wurde der Melkstand und der Stall einfach in der HV abgeschlauft also kein Zentraler Erdungs- Punkt „ZEP“ 25 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Wohnhaus • Ebenfalls im Wohnhaus wurde ein Erdungsleiter installiert • Also Melkstand und Wohnhaus zusammen waren besser als der PEN- Leiter des EW • Begründung warum der Strom über die Erdungsanlage floss Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 26 Landwirtschaftsbetrieb mit Milchkühen Bahnstrom-Beeinflussungen 16.7 Hz durch Landfläche von Seite Reuss zu UW SBB Rotkreuz. Messbar galvanisch - induktiv 0.002 - 0,020 µT bei ausgeschaltetem - zu 0.020 - 0,440 µT mit eingeschaltetem Verteilnetz mit PEN-Leiter; resp. 10 mA bis 400 mA mittels Leckstromzange durch direkte galvanische Übertragung auf Stall- und Melk-Stand-Rohre sowie Erd- und PotenzialVerbindungen 27 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Landwirtschaftsbetrieb mit Milchkühen Bauernhof Bahnstrom-Beeinflussungen 16,7 Hz durch Landfläche von Seite Fluss zu UW SBB 132 kV. Messbar galvanisch - induktiv 0.002 - 0,020 µT bei ausgeschaltetem - zu 0.020 - 0,440 µT mit eingeschaltetem Verteilnetz VNB mit PEN-Leiter; resp. 10 mA bis 400 mA mittels Leckstromzange durch direkte galvanische Übertragung auf Stallund Melkstand Rohre sowie Erd- und PotenzialVerbindungen Trafostation VNB SBB Unterwerk 132 kV Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 28 Traktionsstrom • Ca. 1/3 Schienen • Ca. 1/3 Erddraht • Ca. 1/3 Erdreich • Je nach Erdungsverhältnissen Störungen Bahn auf NS 29 ESTI André Moser Streuströme • Darstellung der Erdströme bei Bahnanlagen • Bild SGK C3 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 30 Prinzipbild für das Abgreifen einer Kontaktspannung zwischen Maul und Klauen bei einem Rind [2] Kontaktstrom Differenzspannung • Wechselstromwiderstand Maul – Klauen: 500 ... 1000 Der Strom I, der durch den Tierkörper mit elektrischem Widerstand R fliesst, ergibt sich bei einer abgegriffenen Spannung U nach dem Ohmschen Gesetz wie folgt: I [mA] U [mV ] R[] • Bild A. Rosser 31 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Hauptaspekte und Ziele • Der äusserer Blitzschutz besteht aus Fangleitungen, Ableitungen und Erdungsanlage / Fundamenterder ZEP Zentraler Erdungs- Punkt Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Der innere Blitzschutz besteht aus: Potenzialausgleichsleiter, und ÜberspannungsSchutzelementen. Im weiteren sind die Abstände / Näherungen von elektrischen Komponenten zur Blitzschutzanlage einzuhalten um Überschläge zu vermeiden. 32 Beispiel des SchutzPotenzialausgleichs in einem Kuhstall • Früher wurde ein Gemisch von Serie und Parallelschaltung verwendet • Heute sollte man den Zentralen ErdungsPunkt anstreben. ZEP Zentraler Erdungs- Punkt 33 Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser Beispiel der Errichtung eines Fundamenterder in einem Kuhstall • Legende • A) Verbindung falls der Stall eine Länge = 20 m aufweist • B) Ringförmig angeordneter Fundamenterder • LPS Anschlussstelle für ein Blitzschutzsystem (Lightning Protection System) ZEP Zentraler Erdungs- Punkt Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 34 Resümee: • Bei System TN • • • Nur TN- S Installationen Immer Zentraler Erdungs- Punkt Potenzialausgleich, Blitzschutz, PELeiter nach Möglichkeit nie vermaschen. ZEP Im Grund genommen kommt es darauf an, nur eine einzige Verbindungsstelle zwischen dem Schutzleiter- bzw. Potenzialausgleichssystem im Gebäude und dem von der Spannungsquelle kommenden PENLeiter, herzustellen. Diese einzige Verbindungsstelle wird häufig auch Zentraler Erdverbindungspunkt (ZEP) oder Zentraler Erdverbindungsstelle genannt (ZEV). • Störungen Bahn auf NS 35 ESTI André Moser Bei alten vermaschten Anlagen • System TT • Jedoch 100 % RCD • Immer getrennte Neutral und Schutzleiter • Also 3- oder 5 Adrige Leitungen • Bei alten Sch3 oder TN- C Installationen ist nur noch eine neue Installation nach TN- S die Lösung und dann ZEP Zentraler Erdungs- Punkt Störungen Bahn auf NS ESTI André Moser 36 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Glück im Stall mit André Moser ZEP= Zentraler Erdungs- Punkt Zeichnungen : J. Schmucki + A. Moser Bilder: A. Moser
