Störungen vom Bahnnetz auf die Niederspannungserdung

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1 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Störungen vom Bahnnetz auf die Niederspannungserdung 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 2

2 Grundlegende Anforderungen zur Vermeidung von Störungen, NIV 2002 Art. 4 Abs EMV/ NISV Lüftung SEMP Raumschirm Fangeinrichtung M Endgerät 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 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Strompfade Fehlerströme

3 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Belasteter Stromkreis und Spannungsfall Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Art der Erdverbindung TN-System N V T

4 Sternpunktverschiebungen und Ausgleichströme Polleiter 400 V 400 V 230 V N > 230 V 7 N 7 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Anschluss- Überstrom- Unterbrecher L1 L2 L3 N PE TN-S Installation Anschluss- Überstromunterbrecher HAK L1 L2 L3 PEN Netz (TN-C) Erder

5 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Potenzialausgleich sternförmig - vermascht Telefon Starkstrom Telefon Starkstrom I Antenne U = 0 V Antenne I U = 0 V I I Wasser zweckmässig unzweckmässig I Wasser Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Koppelung zweier Stromkreise U 1 I 1 Z U 2 I 1

6 L1 N Eidgenössisches PE Starkstrominspektorat ESTI Installation TN-S Datenkabel N L1 PE L1 Eidgenössisches PEStarkstrominspektorat ESTI Installation TN-C U I Datenkabel U L1 PEN

7 N Die Suche nach der Eidgenössisches Starkstrominspektorat guten ESTI Erdung Erdung Schutz- Potenzialausgleichssystem 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 V/m TV- und Radio Kabelnetzanschluss L 1-3 Wh PE N PE Elt-Zä hle r Hauptleitung Verbrauchsleitungen Heizungsrohre L 1-3 PEN Warmwasser Abwasser Fernmeldeanlage Potentialausgleich Schutzerde Kaltwasser Erdung mit Erdpfahl Isolierstüc k Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Installation TN-S

8 Ein paar Vorschläge zur Planung Dauerverbraucher wie Kühlschrank, Kühltruhe, Elektroheizung (dies gilt auch für das Untergeschoss und Obergeschoss) weit weg von den Daueraufenthaltsstellen. 15 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. 16

9 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 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 18

10 Erdübergangswiderstand Der Erdungswiderstand betrug 0.29 Ohm Vermutlich besser als der Netz PEN- Leiter 19 Versuch mit Schutzerdung TT Bei einem Versuch mit Schutzerdung System TT flossen nur noch 3 ma 20

11 Messung der PEN- und Erdungsleiters Messungen im spannungslosen Zustand zeigten folgendes Bild Erdungsleiter relativ schlecht PEN- Leiter unter 1 Ohm 21 Messungen Ableitströme -600 ma Leckströme Je nach Belastung von ma Kurzschlussströme ca. 390 A Fehlerspannung 105 V Erdungswiderstände ca. 1.6 Ohm 22

12 Feststellungen Tiere frassen nur auf der linken Seite Die rechte Seite wurde gemieden Auf der rechten Seite war der Erdungsanschluss 23 Nach erstellen des Schutzerdungssystem TT Innert weniger Minuten frassen die Tiere auf der gemiedenen Seite 24

13 Erdungssystem in Serie- und Parallelschaltung Leider wurde der Melkstand und der Stall einfach in der HV abgeschlauft also kein Zentraler Erdungs- Punkt ZEP 25 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 26

14 Landwirtschaftsbetrieb mit Milchkühen Bahnstrom-Beeinflussungen 16.7 Hz durch Landfläche von Seite Reuss zu UW SBB Rotkreuz. Messbar galvanisch - induktiv ,020 µt bei ausgeschaltetem - zu ,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 Potenzial- Verbindungen 27 Landwirtschaftsbetrieb mit Milchkühen Bauernhof Bahnstrom-Beeinflussungen 16,7 Hz durch Landfläche von Seite Fluss zu UW SBB 132 kv. Messbar galvanisch - induktiv ,020 µt bei ausgeschaltetem - zu ,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 Potenzial- Verbindungen Trafostation VNB SBB Unterwerk 132 kv 28

15 Traktionsstrom Ca. 1/3 Schienen Ca. 1/3 Erddraht Ca. 1/3 Erdreich Je nach Erdungsverhältnissen 29 Streuströme Darstellung der Erdströme bei Bahnanlagen Bild SGK C3 30

16 Prinzipbild für das Abgreifen einer Kontaktspannung zwischen Maul und Klauen bei einem Rind [2] Differenzspannung Kontaktstrom Wechselstromwiderstand Maul Klauen: 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 Hauptaspekte und Ziele Der äusserer Blitzschutz besteht aus Fangleitungen, Ableitungen und Erdungsanlage / Fundamenterder ZEP Zentraler Erdungs- Punkt Der innere Blitzschutz besteht aus: Potenzialausgleichsleiter, - und Überspannungs- Schutzelementen. Im weiteren sind die Abstände / Näherungen von elektrischen Komponenten zur Blitzschutzanlage einzuhalten um Überschläge zu vermeiden. 32

17 Beispiel des Schutz- Potenzialausgleichs in einem Kuhstall Früher wurde ein Gemisch von Serie und Parallelschaltung verwendet Heute sollte man den Zentralen Erdungs- Punkt anstreben. ZEP Zentraler Erdungs- Punkt 33 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 34

18 Resümee: Bei System TN Nur TN- S Installationen Immer Zentraler Erdungs- Punkt Potenzialausgleich, Blitzschutz, PE- Leiter 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 PEN- Leiter, herzustellen. Diese einzige Verbindungsstelle wird häufig auch Zentraler Erdverbindungspunkt (ZEP) oder Zentraler Erdverbindungsstelle genannt (ZEV). 35 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 36

19 Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI Glück im Stall mit André Moser ZEP= Zentraler Erdungs- Punkt Zeichnungen : J. Schmucki + A. Moser Bilder: A. Moser