Errichtung elektrischer Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten

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1 Errichtung elektrischer Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten Anforderungen an Kabel- und Leitungssysteme Schutz von Kabel- und Leitungssystemen bei Isolationsfehlern Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in TN- und TT-Systemen Da der Isolationsfehler die häufigste elektrotechnische Brandursache darstellt, müssen Kabel- und Leitungssysteme bei Isolationsfehlern geschützt werden. DIN VDE , Abschn und VdS 2033, Abschn verlangen daher als wichtigste Anforderung in TNund TT-Systemen den Schutz bei Isolationsfehlern von Kabel- und Leitungssystemen, die die feuergefährdete Betriebsstätte versorgen, durch mindestens eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD, engl.: residual current protective device) mit einem Bemessungsdifferenzstrom 300 ma. Wo widerstandsbehaftete Fehler einen Brand entzünden können, z.b. bei Heizungen mit Flächenheizelementen, muss der zulässige Bemessungsdifferenzstrom 30 ma betragen. Einsatz von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in IT-Systemen In IT-Systemen müssen Kabel- und Leitungssysteme durch Isolationsüberwachungseinrichtungen mit akustischer und optischer Meldung (RCM, engl.: residual current monitor) geschützt werden, wobei ein auftretender zweiter Fehler innerhalb von 5 s zur Abschaltung des fehlerhaften Stromkreises durch eine geeignete Überstrom-Schutzeinrichtung führen muss. Anordnung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen vor der feuergefährdeten Betriebsstätte Grundsätzlich müssen dabei gemäß DIN VDE , Abschn und VdS 2033, Abschn die geforderten Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen (RCDs bzw. RCMs) vor der feuergefährdeten Betriebsstätte angeordnet werden, sodass die Kabel- und Leitungssysteme, die die feuergefährdete Betriebsstätte und damit die dort befindlichen elektrischen Betriebsmittel versorgen, bei Isolationsfehlern sofort durch eine automatische Abschaltung der Stromzufuhr geschützt werden. Pflicht des Fünfleiter-Systems (TN-S-System) Mit der Forderung nach den oben genannten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs bzw. RCMs) geht implizit gemäß DIN VDE , Abschn die Forderung nach dem TN-S-System (Fünfleiter-System) einher, also der getrennten Führung von N- und PE-Leiter, womit PEN-Leiter in feuergefährdeten Betriebsstätten nicht zulässig sind. Blanke Leiter dürfen nicht verwendet werden, sodass die Entstehung von möglichen Lichtbögen oder Funken, die dann benachbarte brennbare Materialien entzünden könnten, verhindert wird. Pflicht des Einsatzes von Neutralleitertrennklemmen Ferner müssen sämtliche Neutralleiter (N-Leiter) mit einer Trennvorrichtung (N-Trennklemme) gemäß IEC , Abschn verbunden sein, womit jederzeit Isolationsmessungen in der elektrischen Anlage einer feuergefährdeten Betriebsstätte ermöglicht werden. Hierdurch können die Kabel- und Leitungssysteme jederzeit ohne größere Schwierigkeiten auf ihre ausreichende Isolationsfestigkeit hin messtechnisch geprüft werden. Ausnahme für durchquerende Kabel- und Leitungssysteme Kabel- und Leitungssysteme, die die feuergefährdete Betriebsstätte lediglich durchqueren, also elektrische Betriebsmittel innerhalb der feuergefährdeten Betriebsstätte nicht versorgen, müssen zwar fachgerecht gegen Überlast und Kurzschluss geschützt sein, eine zusätzliche Forderung nach Schutz bei Isolationsfehlern durch Fehlerstromschutzeinrichtungen (RCDs bzw. RCMs) wird durch die Norm jedoch nicht gestellt. Auch sind bei solchen Kabel- und Leitungssystemen das TN-C-System (Vierleiter-System) und damit ebenfalls PEN- Leiter zulässig. Gefordert hingegen wird gemäß DIN VDE , Abschn , dass Kabel- und Leitungssysteme, die die feuergefährdete Betriebsstätte durchqueren, keine Verbindungs- oder Klemmstellen im Kabel- bzw. Leitungsverlauf innerhalb der feuergefährdeten Betriebsstätte aufweisen. Hintergrund dieser Forderung ist die Vorbeugung vor Bränden, die von elektrischen Anlagen außerhalb der feuergefährdeten Betriebsstätte ausgehen könnten. Sollten in diesem Zusammenhang dennoch Klemm- oder Verbindungsstellen in Ausnahmefällen notwendig werden, so müssen diese in Installationsdosen gemäß DIN VDE 0606 mit höherer Feuersicherheit (Prüftemperatur von 850 C) angeordnet werden. Installationspraxis Aufgrund der zuvor dargestellten Errichtungsanforderungen für Kabel- und Leitungssysteme in feuergefährdeten Betriebsstätten, ergeben sich in der Installationspraxis verschiedene Energieverteilungskonzepte für die fachgerechte Ausführung von elektrischen Anlagen in feuergefährdeten Betriebsstätten. Im Folgenden werden daher einige ausgewählte Beispiele für mögliche Energieverteilungskonzepte in TNund TT-Systemen näher erläutert. Schutz bei Isolationsfehlern durch nur eine RCD Die Minimalanforderung des durch DIN VDE und VdS 2033 geforderten Schutzes von Kabel- und Leitungssystemen bei Isolationsfehlern zeigt das in Abbildung 1 dargestellte Energieverteilungskonzept. In einem räumlich abgetrennten Brandabschnitt befindet sich die Niederspannungshauptverteilung (NHV), von der aus die Hauptverteilung (HV) der feuergefährdeten Betriebsstätte versorgt wird: Abb. 1: Schutz bei Isolationsfehlern durch nur eine RCD

2 Die Zuleitung zur Hauptverteilung (HV) in der feuergefährdeten Betriebsstätte muss gemäß DIN VDE , Abschn als TN-S- System (Fünfleiter-System) ausgeführt werden und durch eine RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom 300 ma bei Isolationsfehlern geschützt werden. Nachteil bei Schutz durch nur eine RCD Der Nachteil dieses Energieverteilungskonzepts liegt in der Betriebssicherheit der elektrischen Anlage begründet. Bei einem Isolationsfehler oder einem aufgrund einer Störung auftretenden erhöhten Ableitstrom wird sofort die Hauptverteilung (HV) und damit die gesamte elektrische Anlage der feuergefährdeten Betriebsstätte spannungslos geschaltet. Die Abschaltung führt hierdurch immer zu einer Produktionsunterbrechung bzw. zu einem Produktionsausfall. Dies kann je nach Art der Produktion außerordentlich störend und unter arbeitssicherheitsrelevanten Umständen sogar gefährlich sein. Schutz bei Isolationsfehlern durch eine selektive RCD Im Hinblick auf einen vorbeugenden elektrotechnischen Brandschutz und auf eine für die Produktion notwendige größtmögliche Betriebssicherheit der elektrischen Anlage, ist das in Abbildung 2 dargestellte Energieverteilungskonzept einer feuergefährdeten Betriebsstätte zu wählen. Abb. 2: Schutz bei Isolationsfehlern durch eine selektive RCD In einem räumlich abgetrennten Brandabschnitt befindet sich die Niederspannungshauptverteilung (NHV), von der aus die Hauptverteilung der feuergefährdeten Betriebsstätte versorgt wird. Die Zuleitung zur Hauptverteilung (HV) in der feuergefährdeten Betriebsstätte muss

3 der feuergefährdeten Betriebsstätte versorgt wird. Die Zuleitung zur Hauptverteilung (HV) in der feuergefährdeten Betriebsstätte muss gemäß DIN VDE , Abschn als TN-S-System (Fünfleiter-System) ausgeführt werden und durch eine RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom 300 ma bei Isolationsfehlern geschützt werden. Diese RCD wird dabei als selektive RCD ausgeführt, sodass die in der Hauptverteilung (HV) angeschlossenen Kabel- und Leitungen, z.b. für weitere Unterverteilungen, Beleuchtungsstromkreise, Steckdosenstromkreise oder andere elektrische Betriebsmittel, ebenfalls über RCDs sog. Gruppen-RCDs gegen Überlast und Kurzschluss geschützt werden können, trotzdem eine Selektivität der in Reihe liegenden RCDs gewährleistet ist und der Back-up-Schutz der elektrischen Anlage erhalten bleibt. Vorteil bei Schutz durch eine selektive RCD Der Vorteil dieses Energieverteilungskonzepts liegt für den Praktiker auf der Hand. Zunächst schützt die selektive RCD innerhalb der Niederspannungshauptverteilung (NHV) das gesamte Kabel- und Leitungssystem der feuergefährdeten Betriebsstätte bei möglichen Isolationsfehlern durch sofortige Abschaltung der Stromzufuhr. Gleichzeitig wird durch die Gruppen-RCDs die Betriebssicherheit gewährleistet, da bei Auftreten eines Isolationsfehlers in nur einem bestimmten Stromkreis, auch nur dieser Stromkreis durch die direkt vorgeordnete RCD abgeschaltet wird. Die vorgeschaltete selektive RCD spricht in diesem Fall noch nicht an, sodass die nicht isolationsfehlerbehafteten Stromkreise der Hauptverteilung (HV) auch nicht spannungslos geschaltet werden. Fehlerfreie Kabel- und Leitungssysteme bleiben weiterhin spannungsversorgt. Umrüstung und Anpassung bestehender elektrischer Anlagen Die Forderungen der DIN VDE gelten nur für elektrische Anlagen, die ab der Erstveröffentlichung im August 1997 geplant oder errichtet wurden, während für ältere Anlagen weiterhin die bereits zurückgezogene DIN VDE gilt. Eine Umrüstpflicht besteht nicht, sodass bei älteren elektrischen Anlagen auch keine Nachrüstpflicht für RCDs gefordert ist. Eine Anpassung der bestehenden elektrischen Anlage ist aber in jedem Fall erforderlich, wenn Teile der elektrischen Anlage umgerüstet oder neu errichtet werden. Der elektrotechnische Speisepunkt der umgerüsteten oder neu errichteten elektrischen Anlage bzw. Teilanlage gilt hierbei als Orientierungshilfe, ab welchem Installationspunkt die umgerüstete oder neu errichtete elektrische Anlage bzw. Teilanlage den zum Zeitpunkt der Umrüst- oder Neuerrichtungsmaßnahme geltenden DIN-VDE-Bestimmungen und damit bei feuergefährdeten Betriebsstätten auch der aktuell gültigen DIN VDE genügen muss. In besonderen Fällen kann es auch notwendig werden, die vor dem Speisepunkt bestehende elektrische Anlage anzupassen, z.b. falls durch die durchgeführten Änderungen der Schutz gegen elektrischen Schlag in der bestehenden elektrischen Anlage nicht mehr gewährleistet ist. Abb. 3: Anpassung einer bestehenden elektrischen Anlage an DIN VDE Abbildung 3 zeigt eine Möglichkeit der Anpassung eines bestehenden Energieverteilungskonzepts an die aktuelle DIN VDE für feuergefährdete Betriebsstätten. In einem räumlich abgetrennten Brandabschnitt befindet sich die Niederspannungshauptverteilung (NHV), von der aus die Hauptverteilung (HV) der feuergefährdeten Betriebsstätte im TN-C-System (Vierleiter-System) versorgt wird. Da die Hauptverteilung (HV) durch eine nachträgliche Baumaßnahme von der feuergefährdeten Betriebsstätte räumlich, brandschutztechnisch getrennt wurde (Technikraum, elektrische Betriebsstätte), kann die Zuleitung zur Hauptverteilung (HV) als TN-C-System ausgeführt sein. Erst die Kabel- und Leitungssysteme, die von der Hauptverteilung (HV) ausgehend elektrische Betriebsmittel in der feuergefährdeten Betriebsstätte versorgen, müssen durch eine RCD oder mehrere parallel geschaltete RCDs bei Isolationsfehlern geschützt sein. Durch diese Art der Kombination von baulichen und elektrotechnischen Maßnahmen lassen sich kostengünstige Konzepte entwickeln, bestehende elektrische Anlagen fachgerecht für die Nutzung in feuergefährdeten Betriebsstätten umzurüsten oder zu sanieren. Anforderungen an elektrische Betriebsmittel Anforderungen an die Mindestschutzart Grundsätzlich müssen elektrische Betriebsmittel für den Einsatz in feuergefährdeten Betriebsstätten geeignet sein. Im Sinne der DIN VDE , Abschn sind elektrische Betriebsmittel für feuergefährdete Betriebsstätten dann geeignet, wenn ihre Umhüllungen bei möglicher Ansammlung von Stäuben mindestens der Schutzart IP 5X entsprechen. Der so lautende Normentext des harmonisierten Teils hat in letzter Zeit immer wieder zu folgenschweren Errichtungsmängeln geführt, da er, für sich allein betrachtet, den Rückschluss zulässt,

4 hat in letzter Zeit immer wieder zu folgenschweren Errichtungsmängeln geführt, da er, für sich allein betrachtet, den Rückschluss zulässt, dass, wenn sich keine Stäube ansammeln, auch keine Forderung nach einer Mindestschutzart für elektrische Betriebsmittel besteht. Diese fahrlässige Form der Auslegung ist allerdings weder im Sinne des elektrotechnischen Brandschutzes noch entsprechend DIN VDE oder VdS 2033 fachgerecht. An dieser Stelle sei nochmals darauf hingewiesen, dass sowohl das nationale Vorwort als auch der harmonisierte Normentext in Deutschland Gültigkeit besitzen. Im nationalen Vorwort wird hierzu festgelegt, dass elektrische Betriebsmittel, außer Elektrowärmegeräte, mindestens die Schutzart IP 4X erfüllen müssen. Damit ergibt sich bei fachgerechter Anwendung der DIN VDE und der VdS 2033 für elektrische Betriebsmittel zwangsweise die Mindestschutzart IP 4X und bei möglicher Ansammlung von Stäuben zwangsweise die Mindestschutzart IP 5X. Ausnahme Elektrowärmegeräte Eine Ausnahme stellen herkömmliche Elektrowärmegeräte dar, da sie baulich bedingt normalerweise keine der geforderten Mindestschutzarten erreichen können. Aus diesem Grunde sind die vom Hersteller angegebenen Mindestabstände zu brennbaren Stoffen unbedingt einzuhalten. Weitergehende Anforderungen für Leuchten Insbesondere an Leuchten werden in feuergefährdeten Betriebsstätten besondere Anforderungen gestellt. So dürfen gemäß DIN VDE , Abschn und VdS 2033 nur Leuchten mit begrenzter Oberflächentemperatur (FF-Kennzeichnung, neu: D-Kennzeichnung) eingesetzt werden. In feuergefährdeten Betriebsstätten, in denen mit einer Brandgefahr in Folge einer möglichen gefahrdrohenden Ansammlung von Stäuben und/oder Fasern gerechnet werden muss, müssen die eingesetzten Leuchten so gebaut sein, dass zum einen eine gefahrdrohende Ansammlung von Stäuben und/oder Fasern weitestgehend verhindert wird und zum anderen im Fehlerfall an ihrer Oberfläche ebenfalls nur eine begrenzte Temperatur auftreten kann. DIN VDE , Abschn legt dabei die höchstzulässige Oberflächentemperatur bei üblichen Bedingungen mit 90 C und unter Fehlerbedingungen mit 115 C fest. Des Weiteren müssen Lampen und andere Bestandteile von Leuchten gegen die zu erwartenden mechanischen Beanspruchungen geschützt sein und es muss gewährleistet sein, dass keine Bestandteile, wie Lampen oder heiße Teile, aus der Leuchte herausfallen können. Beim Einsatz von kleinen Scheinwerfern, Projektoren oder ähnlichen Leuchten müssen Mindestabstände zu brennbaren Materialien eingehalten werden. Sofern keine anderweitigen Herstellerangaben gelten, legt DIN VDE , Abschn die Mindestabstände zu brennbaren Materialien bei Leuchtenleistungen fest. bis 100 W mit 50 cm, ab 100 W bis 300 W mit 80 cm und ab 300 W bis 500 W mit 100 cm Anforderungen für Heiz- und Wärmegeräte Aber auch für Heiz- und Wärmegeräte gelten feste Anforderungen. Gemäß DIN VDE , Abschn muss bei Heizungs- und Belüftungssystemen, die die feuergefährdete Betriebsstätte versorgen, jederzeit gewährleistet sein, dass der Staubgehalt und die Lufttemperatur keine Brandgefahr darstellt. In diesem Zusammenhang sind selbsttätig rückstellbare Sicherheitstemperaturbegrenzer nicht zulässig. Sicherheitstemperaturbegrenzer dürfen nur manuelle Rückstellbetätigungen aufweisen. VdS 2033 fordert darüber hinaus, dass in feuergefährdeten Betriebsstätten nur Wärmegeräte betrieben werden dürfen, bei denen die Gehäuseoberflächentemperatur im Normalbetrieb eine Temperatur von 95 C nicht überschreitet. Installationspraxis Obwohl bei fachgerechter Anwendung der DIN VDE die Anforderungen an elektrische Betriebsmittel eindeutig festgelegt sind, kommt es in der Installationspraxis immer wieder vor, dass gerade bei der Errichtung von Beleuchtungsanlage die Anforderungen an Mindestschutzarten nicht eingehalten werden. Abb. 4: LL-Leuchte innerhalb einer feuergefährdeten Betriebsstätte in unzulässiger Schutzart IP 2X

5 Fallbeispiel: Lagerhalle Ein typisches Beispiel einer nicht fachgerechten Elektroinstallation ist eine mit LL-Leuchtenbänder der Schutzart IP 2X ausgerüstete Lagerhalle, in der brennbare Materialien oder nicht brennbare, jedoch brennbar verpackte Materialien gelagert werden. Gemäß DIN VDE und Richtlinie VdS 2033 gelten Lagerräume oder Lagerhallen, in denen brennbare Materialien oder nicht brennbare, jedoch brennbar verpackte Materialien gelagert werden, als feuergefährdete Betriebsstätten. Die dort eingesetzten elektrischen Betriebsmittel müssen, da eine Staubansammlung in gefahrdrohender Menge ausgeschlossen werden kann, der Mindestschutzart IP 4X genügen. Die installierten LL-Leuchtenbänder der Schutzart IP 2X mit offen liegenden L-Lampenfassungen genügen somit nicht den Installationsanforderungen. Gerade LL-Leuchten, oft als harmloses kaltes Licht fehlinterpretiert, können schon im normalen Betrieb außen im Bereich der L- Lampenelektroden Temperaturen zwischen 60 C und 70 C erreichen. Im Fehlerfall, z.b. im Dauereinschaltzustand, erreichen L-Lampen außen im Bereich der Zündelektroden Temperaturen bis 160 C, wobei die Temperaturen innerhalb der L-Lampen an den Elektroden zwischen 600 C und 800 C betragen können. Die Folge hiervon kann ein Abschnüren des Glaskörpers verursachen, womit wiederum eine Implosion des L-Lampenrohrs möglich wird. Bei LL-Leuchten der Schutzart IP 2X würden in einem solchen Fall die heißen Glaskörperreste, einschließlich der überhitzten Zündelektroden, aus den offenen L-Lampenfassungen fallen und könnten bei Auftreffen auf brennbaren Materialien sofort zur Auslösung eines Brands führen. Abb. 5: Brandgefahr durch eine Leuchtstofflampe im Dauereinschaltzustand (Dauerzündvorgang)

6 Genau hier setzt die oftmals missverstandene Logik der DIN VDE und VdS 2033 an. Durch Forderung der Mindestschutzart IP 4X ist immer gewährleistet, dass im Fehlerfall entweder Fassungsschraubkappen oder Abdeckwannen heiße Bestandteile der L-Lampen gegen unkontrolliertes Herunterfallen sichern. Brandgefahr durch falsch ausgeführte Durchgangsverdrahtung Eine weitere Brandgefahr geht von Vorschaltgeräten aus, sofern keine elektronischen Vorschaltgeräte (EVGs) mit verminderter Oberflächentemperatur eingesetzt werden. Im normalen Betrieb können bei Verwendung von herkömmlichen Vorschaltgeräten (KVGs und EVGs mit nicht verminderter Oberflächentemperatur) am äußeren LL-Leuchtengehäuse Temperaturen von bis 85 C auftreten. Oftmals werden LL-Leuchtenbänder aus Kostengründen oder Unwissenheit entgegen den Forderungen von DIN VDE , Abschn mit Leitungen der Leitungstype NYM durchgangsverdrahtet. Dabei wird die Mantelleitung NYM unmittelbar am Vorschaltgerät vorbeigeführt. Da die Mantelleitung NYM aber nur entsprechend der Herstellerangaben bis 70 C temperaturbeständig ist, treten im Bereich der 85 C heißen Vorschaltgeräte zunächst chemische Veränderungen an der Mantelleitung NYM auf, die die Leiterisolation porös werden lassen und schließlich zerstören. Die Folge hiervon sind unvollkommene Kurzschlüsse, die wiederum die Brandursache für Kabel- und Leitungsbrände oder Schwelbrände sein können WEKA MEDIA GmbH & Co. KG