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1-2012

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Zeitschrift für Elektro-, Gebäude- und Sicherheitstechnik, Smart Home

Elektroinstallation EMV

Elektroinstallation EMV und Hausinstallation In der Hausinstallation hat sich in den letzten zehn Jahren wahrscheinlich so viel getan wie nie zuvor. Anspruchsvolle Aufgaben insbesondere im Bereich der Medienverkabelung sind hinzugekommen. Bild 1: EMV-gerechte Möglichkeit der Verdrahtung im Hausanschlusskasten (Bild aus „Grundlagen einer EMV-geeigneten Installation“ ). Nun liegen moderne, empfindliche Datenleitungen nahe an den traditionellen Niederspannungskabeln. Damit hat das Problem der elektromagnetischen Verträglichkeit die Haus installation erreicht. Das schlägt sich auch im sogenannten EMV-Gesetz nieder, welches teilweise für die Hausinstallation relevant ist. Stets geht es bei der EMV darum, dass Störungen, die von einem Gerät oder von einer Leitung ausgehen können, unterbunden werden und dass Geräte und Anlagen so gestaltet werden, dass ihnen Störungen möglichst wenig anhaben können. Ein schärferer Blick auf mögliche störende Einflüsse sensibilisiert für optimale Lösungen zur Störungsunterbindung und Störungsabschirmung. Diese Einflüsse können sein: Ursachen und Wirkungen Lastwechsel: Spannungsänderungen, Flicker Kurzschlüsse, Kommutierungen: Spannungseinbrüche Schalthandlungen bei langen Leitungen: netzfrequente Überspannungen Blitzeinwirkung, Elektrostatik: transiente Überspannungen Nichtlineare Stromrichter/Netzteile: Oberschwingungen Einkopplungen starker HF-Erzeuger: Signalstörungen • Ströme, die über Schutzleiter, fremde leitfähige Teile oder Kabelabschirmungen fließen (Fehlströme). • Spannungen, welche die betriebsmäßig vorgesehene Spannung überlagern (Überspannungen, Tansienten). • Oberschwingungsströme und -spannungen, die durch nichtlineare Bauteile oder Schalthandlungen entstehen und eine zusätzliche Belastung darstellen (Harmonische). Problemkind TN-C-System In jedem TN-System (Terre Neutre, neutraler Erdleiter) ist der Sternpunkt auf der Unterspannungsseite des speisenden Transformators geerdet (Nullung). Nach der Ausführung des Schutzleiters werden TN- Systeme unterschieden in TN-C- Systeme, TN-C-S-Systeme und TN-S-Systeme. In einem TN-C- System (Terre Neutre Combiné) wird ein PEN-Leiter eingesetzt, also ein Leiter, der Schutzleiter (PE) und Neutralleiter (N) kombiniert. Weil über einen Neutralleiter bei ungleichmäßiger Belastung der Außenleiter ein Ausgleichstrom fließt, besteht zwischen den an einen PEN-Leiter angeschlossenen leitfähigen Gehäusen von Betriebsmitteln und der Erde in der Regel eine Spannung. TN-C-Systeme wurden vor Jahrzehnten noch häufig in Hauhalten installiert. Neben der hohen Unfallgefahr bei unterbrochenem PEN-Leiter ist das TN-C-System auch aus EMV-Sicht problematisch. Um das zu zeigen, wird in Fachkreisen oft die in Bild 1 gezeigte Darstellung verwendet. In dem mehrgeschossigen Gebäude gibt es Etagenverteiler wie auch ein PC-Netz mit geschirmten Datenleitungen. Die PCs besitzen einen PE-Leiter- Anschluss (Schutzklasse I). Im PEN-Leiter des TN-C-Systems wird sich ein mehr oder weniger großer Strom einstellen, der nicht nur zwischen den Etagenverteilern einen Spannungsabfall hervorruft, sondern auch über den Schirmen der Datenleitungen. Somit sinkt hier der Störabstand. Im TN-S-System (Terre Neutre Séparé) mit seinem zusätzlichen Leiter besteht diese Gefahr nicht. Denn hier führen ein separater Neutralleiter und ein separater Schutzleiter vom Transformator zu den Verbrauchern. Ein TN- S-System ist somit sicherer als andere TN-Systeme – sowohl in Bezug auf gefährlich hohe als auch störende Spannungen. Übrigens: In jedem TN-System können beim möglichen Erdschluss eines Außenleiters andere Leiter, wie PEN- und PE-Leiter, eine Spannung gegen Erde führen. Um diese Spannungsüberhöhung zu verhindern, wird durch mehrere Betriebserder der 8 Haus + Elektronik 1/2012

Elektroinstallation Bild 2: Betriebsbedingte Neutralleiterströme in zwei TN-Systemen Gesamterdungswiderstand verkleinert. Die Sache mit dem Magnetfeld Generell kann infolge der erheblichen Längenausdehnung eines stromführenden Leiters dessen Magnetfeld weitaus störender sein als das eines Transformators. Ist in einem Kabel der hinfließende Strom gleich dem Rückstrom, so ist dieses Kabel nach außen hin bestmöglich magnetisch neutral. In einem TN-C- System kann sich jedoch der Strom im PEN-Leiter aufteilen (im Bild 2 z.B. auf das Wasserrohr und die Schirme der Datenleitungen). Dann ist eine Kompensation der Magnetfelder einzelner Leiter nicht mehr möglich, da die Entfernung zwischen Hin- und Rückleiter zu groß ist. Dies ist ein weiteres Problem des TN-C-Systems. Man spricht hier von „Differenzstrom“ oder „Summenstrom“. Deshalb: „Wer die elektrische Anlage in einem Gebäude plant und errichtet und dabei ein TN- C-System wählt, handelt also im Grunde stets gegen das EMV- Gesetz, da er in der heutigen Zeit davon ausgehen muss, dass in dem Gebäude empfindliche Geräte und Systeme betrieben werden müssen.“ [1] Das Vierleitersystem TN-C ist sowohl galvanisch als auch „feldmäßig“ ungünstig in Bezug auf EMV. Zur Gesetzgebung Grundsätzlich verlangt die aktuell noch gültige Norm DIN VDE 0100-540 für das Errichten von elektrischen Anlagen in Gebäuden bis 1000 V kein TN- S-System. Doch empfiehlt sie bereits, den PEN-Leiter nicht zu verwenden, wenn im Gebäude informationstechnische anlagen betrieben werden sollen. Deutlicher wird die DIN VDE 01-444; sie betrifft den Schutz gegen elektromagnetische Störungen (EMI, Electro Magnetic Interferences) in Anlagen von Gebäuden. Demnach soll hier für ein Mindestmaß an EMV kein PEN-Leiter benutzt werden. Die VDE-Normen der Reihe 0800 setzen indes stets ein TN-S-System voraus. Achtung, Erdung! „Bereits ein Kabel oder eine Leitung zwischen dem einspeisenden Transformator und der Niederspannungs-Hauptverteilung kann für erhebliche Störungen sorgen, denn diese Zuleitung wird in der Regel als TN- C-System errichtet.“ [1] Bei einem solchen TN-C-S- System (Terre Neutre Combiné Séparé) wird spätestens ab der Stelle, wo der geforderte Mindestquerschnitt des PEN-Leiters unterschritten werden soll, dieser in Neutral- und Schutzleiter aufgeteilt. Dieses System ist bei Gebäudeversorgungen in Deutschland weit verbreitet. Die Auftrennung erfolgt zumeist im Hausanschlusskasten. Hier kann es ebenso zu den geschilderten störenden Effekten kommen, denn in der Niederspannungs-Hauptverteilung gibt es immer irgendwelche gewollte oder ungewollte Anbindungen der PE/PEN-Schiene, welche die ungünstige Stromverteilung hervorrufen. Ist es nicht möglich, bereits ab dem Transformator ein TN-S- System zu gestalten, dann kann das Konzept nach Bild 2 Abhilfe schaffen. Es ermöglicht die Erdverbindung der Anlage mit dem Transformator und dem PEN- Leiter auch zwischen Trafo und Hauptverteilung. „Im Grunde genommen kommt es darauf an, nur eine einzige Verbindungsstelle zwischen dem Schutzleiter bzw. Potentialausgleichssystem im Gebäude und dem von der Spannungsquelle kommenden PEN-Leiter herzustellen.“ [1] Man spricht hierbei oft von zentralem Erdverbindungspunkt oder zentraler Erdverbindungsstelle. Diese hat besonders bei Mehrfacheinspeisung eine herausragende Bedeutung, da sie praktisch die einzige Möglichkeit darstellt, ökonomisch zu einer EMV-gerechten Lösung zu gelangen. Der Installateur sollte sich also für eine EMV-gerechte Hausinstallation z.B. mit der Frage der Isolation von PEN-Leiter bzw. PEN-Leiter-Schiene beschäftigen. Installations-Grundregeln Neben der Schirmung spielt die Leitungsverlegung eine große Rolle, wenn es um EMV geht. Hier geht es um folgende Fragen: wo werden Leitungen angeschlossen? Auf welchem Wege werden Leitungen verlegt? Und: Welche Querschnittsform und welchen Querschnitt sollten die Leitungen besitzen? So gehören sämtliche abgehenden Neutralleiter direkt an die PEN-Leiter-Schiene. Potentialausgleichleitungen muss man Tipps zur Leitungsabschirmung • Leitungen für digitale Signale beidseitig an Masse legen • Leitungen für analoge Signale einseitig an Masse legen • Schirm der Busleitung am Steckergehäuse befestigen • Schirmbefestigung mit Kabelschellen oder Kabelverschraubungen aus Metall • Schirmbefestigung nicht als Zugentlastung verwenden • Leitungsmantel sorgfältig entfernen, Schirm nicht beschädigen Haus + Elektronik 1/2012 9

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