EMV - gerechte Elektroinstallationen gemäss NIN Kapitel 4.4.4

Transkript

1 EMV - gerechte Elektroinstallationen gemäss NIN Kapitel Normen EMV Grundlagen Anschluss ans Erdreich Leitungsverlegung Betriebsmittel 1

2 EMV-Verantwortung Gerätehersteller Bauherr/ Betreiber Elektroplaner Architekt IT Planer Elektroinstallateur Blitzschutzplaner 2

3 Grundsatz Elektroinstallation Elektroinstallationen müssen so gebaut sein, dass für Mensch, Nutztier und Sachwerte (Umwelt) keine Gefahr besteht und keine anderen elektrischen Anlagen in erheblichem Mass gestört werden. (StV Art. 1c / NIV Art. 4) 3 Bildquellen: Internet

4 Anforderung NIN NIN Keine leistungsstarke Verteilungen im Schlafbereich Keine leistungsstarken Kabel im Schlafbereich Keine Steigzonen im Schlafbereich Elektromagnetische Einflüsse Elektroinstallationen müssen so erstellt werden dass das Magnetfeld an Orten, an denen sich Menschen über längere Zeit aufhalten, möglichst klein ist. 4 Bildquellen: Internet

5 NISV NISV Nutzung AGW > 4 h / Tag / > 800 h / Jahr IGW < 4 h / Tag / < 800 h / Jahr Magnetischer Fluss 1 μt 100 μt Elektrische Feldstärke V/m V/m AGW= Anlagegrenzwert / Ort mit empfindlicher Nutzung IGW= Immissionsgrenzwerte 5

6 PR- NIS PR- NIS Gültigkeit und Anwendungsbereich Gilt für sämtliche technische Installationen der stadteigenen Gebäuden der Stadt Zürich. Minergie ECO Bauten 6

7 PR- NIS Nach SIA Phasen Raumzuordnung Sto. TS / HV / UV Steigzonen Leitungsführungen Werkleitungseinführungen Sto. Racks Erdungskonzept Einzelleiteranordnung Etc. NIS- Zonenplan ersichtlich 7

8 Planung Kostenaufwand bei Änderungen 8

9 EMV? 9

10 EMV Störmodell Galvanische Kopplung Kapazitive Kopplung Induktive Kopplung 10

11 EMV Störmodell Störmodell Galvanische Kopplung (Leitungen) Kapazitive Kopplung (E - Feld) Störquelle (Sender) Störsenke (Empfänger) Induktive Kopplung (H-Feld) Strahlungs- Kopplung (E/H-Feld) 11

12 Kopplungspfade Galvanische Kopplung Ein- oder mehrere Schaltkreise durch eine gemeinsame Impedanz verbunden Gemeinsame Leitung Z K für Nutz- und Störsignal Findet immer statt, da immer kleine Potentialdifferenzen bestehen Ursache fehlerhafte Isolation Mangelhafte Potentialtrennung 12

13 Kopplungspfade Galvanische Kopplung Galvanische Kopplung reduzieren Qualität der Isolation Potentialdifferenzen minimieren Kurze gemeinsame Leitungen Galvanische Trennung Ausreichende Leiterquerschnitte 13

14 Kopplungspfade Kapazitive Kopplung Kapazitive Kopplung erfolgt nur bei einem alternierenden elektrischen Feld mit Potentialdifferenzen. Ursache Parallele Verlegung von Leitungen Frequenzabhängig (je höher die Frequenz, um so grösser die Kopplung) Spannungsabhängig Distanzabhängig ( Länge und Abstand) 14

15 Kopplungspfade Kapazitive Kopplung Kapazitive Kopplung reduzieren Paralleles Verlegung von Leitungen vermeiden Abstand zwischen parallel verlegten Kabelleitungen erhöhen Kabelleitungen elektrisch abschirmen Potentialdifferenzen minimieren 15

16 Kopplungspfade Induktive Kopplung Induktive Kopplung erfolgt nur bei einem alternierenden magnetischen Feld mit Potentialdifferenzen. (Trafoprinzip) Ursache Stromfluss / je höher der Strom um so stärker das Magnetfeld (Kopplung) Schleifenfläche 16

17 Kopplungspfade Reduzierung Induktive Kopplung Hin- Rückleiter bei einander führen Reduktion ca. 50 % Verdrillen Reduktion ca. 80 % Symmetrische Aussenleiterbelastung Ein zentraler Erdungspunkt Netzsystem TN-S Magnetische Abschirmung der Leiter Bei einem Kabel mit verdrillten und eng anliegenden Leiter und gleichem Strom im Hin- und Rückleiter kompensieren das Magnetfeld weitgehend. 17

18 Kopplungspfade Massnahmen zur Reduzierung von Kopplungen Massnahmen Galvanische Kopplung Kapazitive Kopplung Induktive Kopplung Potential- Ausgleich erstellen X Leiter Querschnitt erhöhen X Parallele Leitungen vermeiden Abstand zwischen Leitungen erhöhen Leiter verdrillen X X X Schleifen reduzieren X X X X X 18

19 Anschluss ans Erdreich Art der Erdverbindung Single Point of Entry Zentraler Erdungspunkt (ZEP) Schutz-Potenzialausgleich (spa) 19

20 Merksatz Keine Spannungsdifferenzen! 20

21 Art der Erdverbindung «Anlagen in neu zu errichtenden Gebäuden müssen von der Einspeisung an als TN-S-Systeme errichtet werden.» ( ) «Es wird empfohlen, in bestehenden Gebäuden TN-C-Systeme nicht beizubehalten, wenn diese Gebäude eine wesentliche Anzahl von informationstechnischen Betriebsmitteln enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden.» ( ) 21

22 TN-S vs. TN-C Verwendung von TN-C oder TN-S: PE N L1 Datenkabel L1 L1 N PE PEN PE L1 Datenkabel TN-S TN-C 22

23 Single point of entry Zentrale Gebäudeeinführung keine vagabundierenden Ströme Vagabundierende Ströme! Grund: - keine Zentrale Gebäudeeinführung geplant wurde (Single point of entry) 23

24 Hauseinfürungen Dezentrale Gebäudeeinführung = Vagabundierende Ströme Antenne I I Telefon U = 0 V I Starkstrom Wasser Vagabundierende Ströme! Grund: - keine Zentrale Gebäudeeinführung geplant wurde (Single point of entry) 24

25 Vagabundierende Ströme Vagabundierende Ströme Aufgrund der erhöhten Neutralleiterbelastung aufgrund von nicht linearen Verbraucher, spielen vagabundierende Ströme eine immer grössere Rolle Schäden von vagabundierenden Strömen 25

26 Zentraler Erdungspunkt (ZEP) Zentraler Erdungspunkt (ZEP) Getrenntes Schutz- und Funktions-Potenzialausgleichssystem 26

27 Schutz- Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleich zum Zweck der Sicherheit Fehlerschutzmassnahme zum Schutz gegen den elektrischen Schlag. ( ) Zusätzlicher Schutz- Potenzialausgleich zum zusätzlichen Schutz gegen den elektrischen Schlag. Funktions- Potenzialausgleich Potenzialausgleich aus betrieblichen Gründen, aber nicht zum Zweck der Sicherheit ( ) 27

28 Schutz- Potenzialausgleich Was muss angehängt werden? 29 Bilder: Internet

29 Schutz- Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleich Vom «ausgedehnten Metallteil».. zum «fremden leitfähigen Teil» Fremdes leitfähiges Teil ( ) Leitfähiges Teil, das nicht zur elektrischen Anlage gehört, das jedoch ein elektrisches Potenzial, im Allgemeinen das einer örtlichen Erde, einführen kann. 30

30 Schutz- Potenzialausgleich 31

31 Schutz- Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleich.Erdungsleiter und folgende leitfähigen Teile.. Metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen, die in Gebäude eingeführt sind, z. B. Gas, Wasser Fremde leitfähige Teile der Gebäudekonstruktion, sofern im üblichen Gebrauchszustand berührbar Metallene Zentralheizungs- und Klimasysteme Metallene Verstärkungen von Gebäudekonstruktionen aus bewehrtem Beton (Bewehrungsstähle), soweit dies möglich und sicherheitsrelevant ist Blitzschutzsystem (LPS) gemäss SNR

32 Schutz- Potenzialausgleich 33

33 Schutz- Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleichsleiter PE des massgebenden Stromkreises Schutz- Potenzialausgleich 4 mm 2 6 / 10 mm 2 6 mm 2 6 / 10 mm 2 10 mm 2 6 / 10 mm 2 16 mm 2 10 mm 2 25 mm 2 16 mm 2 35 mm 2 16 mm 2 50 mm 2 16 mm 2 Anmerkung: Der Schutzpotenzialausgleichsleiter muss in der Regel nicht grösser sein als 16 mm2. 34

34 Struktur des Schutz-Potenzialausgleich Sternförmiger spa-anlage Mehrfach vermaschte sternförmige spa-anlage Anwendungsbereich: Wohnbauten ohne leistungsstarke Störsender Anwendungsbereich: Gewerbe und Industrie mit mässig leistungsstarken Störsender 35

35 Struktur des Schutz-Potenzialausgleich Vermaschte sternförmige Potenzialausgleichsanlage Anwendungsbereich: Gewerbe und Industrie mit leistungsstarken Störsender und Betriebe mit Datenverarbeitungssytemen Niederimpedante Anschlüsse Im Verhältnis 5:1 36

36 Beispiel Vermaschtes Potenzialausgleichsnetzwerk Bild: Arthur Flury AG 37

37 Erdung und Potentialausgleich Erdernetz Typ C / D Anschluss Systembezugspotentialausgleich an den Fundamenterder 38 Bild: Arthur Flury AG

38 Erdung und Potentialausgleich Material Hochfrequente Anwendungen: Metallbandgeflechte Metallstreifen Metallplatten Verhältnis ideal (lxb) 5:1 39

39 Erdung und Potentialausgleich Wirksamkeit hoch Kosten / Nutzen A Stern B Ring C Örtliche Vermaschung D Vermaschung hoch Kosten 40

40 Trenungsabstand Trennungsabstand Natürlicher Ableiter Aussenbeleuchtung PV- Anlage für den Teich Künstlicher Ableiter TV- Anlage 41 Bildquellen: Th. Hausherr

41 Trennungsabstand Berechnung vom Trennungsabstand nach SN EN

42 Leitungsverlegung Art des Leiters Verlegewege Ordnungstrennung Schirmung des Kabelträgers 43

43 Haupt- und Verteilstromkreise Gleichmässige Aufteilung der Ströme auf alle 3 Aussenleiter Einzelleiter vermeiden Einzelleiter gebündelt und punktsymmetrisch verlegt TN-S Installation L1 L1 L1 L3 L1 L1 L2 L2 L2 L2 L3 L3 L3 L3 PE N PE N PE N PE N L2 PE N L1 L3 L2 PE N L1 L3 L2 PE N L1 L3 L2 PE N schlecht besser 44

44 Haupt- und Verteilstromkreise Parallelschaltung von einzelnen Leiter «Dreieck» Anordnung im Dreieck Leiter so angeordnet und fixiert, dass sich die Lage der Leiter nicht verändern kann. Schutzleiter kann ein gemeinsamer Leiter verwendet werden 45

45 Haupt- und Verteilstromkreise Parallelschaltung von einzelnen Leiter «Ebene» Geometrische Anordnung Leitungen >20 m müssen nach 1/3 der Leitungslänge ausgekreuzt werden. 46

46 Haupt- und Verteilstromkreise Parallelschaltung von mehradrigen Kabel bis ca. 95 mm 2 Die parallelverlegten Kabel müssen den gleichen Querschnitt, sowie die gleiche Leitungslänge aufweisen. Durch die Verdrillung der Leiter wird die magnetische Beeinflussung reduziert. 47

47 Haupt- und Verteilstromkreise Einzelleiter bis ca. 300 mm 2 / FE05 / FE180 48

48 Haupt- und Verteilstromkreise Kabelanlagen / Einzelleiter Anordnung Kabeltyp I L1 [A] I L2 [A] I L3 [A] I N [A] I PE [A] B[µT] Bemerkung 4x1x150mm 2 + PE 4x1x150mm 2 + PE Parallelanordnung Verbesserungsfaktor 29x 23x CFW PowerCable 49

49 Haupt- und Verteilstromkreise Metall gekapselte Stromschiene 51

50 Planung Schaltgerätekombinationen Mitteneinspeisung Strom Fein 80A Grob 200A 200A Eingang 800A Grob 300A Fein 80A Wichtig Mitteneinspeisung, Strom teilt sich auf Grösste Leistungsverbraucher möglichst nahe am Einspeisefeld 52

51 Planung Verteilungen Strom Eingang 800A Grob 300A Grob 200A Strom Fein 80A Fein Fein Grob Strom Eingang Eingang Grob Grob Fein Grob Fein 200A 200A 80A 800A 80 A 80 A 200A Fein 300A 80A 200A 200A 800A 300A 80A 53

52 UKV Kabelinstallationen UKV Je höher die Frequenz um so anfälliger auf EMV Störungen Wenn möglich nur geschirmte Kabel verwenden Ungeschirmte Kabel haben als einzigen Schutz die Verdrillung Kabelschirme müssen an beiden Enden mit der Anschlusstechnik verbunden werden. Kabelschirm wird mittels Rundumkontaktierung angeschlossen. Nur ein Ende pro Kabel an den Potentialausgleich anschliessen? Abstand zu Energiekabeln 54

53 Galvanisch getrennte Stromkreise Zur Vermeidung von magnetischer und kapazitiver Kopplung, Lichtwellenleiter verwenden 55

54 UKV Paralleler- Erdungsleiter Zur Reduzierung von Ableitströmen in der Schirmung von Datenkabel, kann ein Parallelerdungsleiter verlegt werden. 56

55 Anschlussstelle Kabelschirm an den Potentialausgleich legen Kabelschirm beidseitig grossflächig Erden. 57

56 Ordnungstrennung Getrennte Verlegung Stark- Schwachstrom 20 cm Luftabstand 200 mm Ohne elektromagnetische Hindernisse 20 cm Kabelleiter Kunststoffkanäle Nicht zu empfehlen 58

57 Ordnungstrennung Getrennte Verlegung minimale Abstände: 15 cm Offene metallene: Tragsysteme 150 mm Trennung durch Gitterdrahtkorb 50x100mm 15 cm 59

58 Ordnungstrennung Getrennte Verlegung minimale Abstände: 10 cm Gelochte metallene: Tragsysteme 100 mm Mind. 1mm Dicke / max. 20% Lochung 10 cm 60

59 Ordnungstrennung Getrennte Verlegung minimale Abstände: Metallisch geschlossener Kanal mit Metalltrennsteg Abstand: 0 mm 61

60 Ordnungstrennung Verzicht auf Trennung Einphasenstromkreis (230 V) Aktive Leiter befinden sind innerhalb von einem Kabelmantel oder die Drähte sind verdrillt oder Drähte sind gemeinsam fixiert und gebündelt Strom pro Stromkreis maximal 20 A Gesamtstrom maximal 100 A und und und 62

61 Schirmwirkung des Kabelträgers Schirmwirkung von Trassen Wirkungsbereich der Schirmung Nicht empfohlen empfohlen 63

62 Verbindungsstellen Schirmwirkung von Trassen ungeeignet geeignet Für Frequenzen ab wenigen MHz, schwächt eine 10 cm lange Flechtverbindung zwischen zwei Teilen eines Kabelverlegungssystems die Schirmwirkung um mehr als den Faktor 10 (20 db) ab. 64

63 Verbindungsstellen Brandabschottung Personenschutz EMV Personenschutz EMV Anmerkung in NIN 2015: Kabeltragsysteme werden zur Verbesserung der EMV in den Funktions-Potenzialausgleich einbezogen. ( ) 65

64 Schleifenbildung / Verlegewege Grosse Induktionsschlaufe Induktionsschlaufe minimiert 66

65 Betriebsmittel EMV Filter Speisung mittels Trenntransformatoren Verwendung von Geräten der Schutzklasse 2 oder 3 67

66 Filter und SPD Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPD) und/oder Filter für empfindliche Betriebsmittel einsetzen, Damit die elektromagnetischen Einflüsse reduziert werden 68

67 Elektroinstallationen Betriebsmittel \ Zur Verminderung von Ableitströmen, Betriebsmittel der Schutzklasse 2 einsetzten 69

68 Elektroinstallationen Betriebsmittel Zur Trennung der Kopplungsfläche und Reduzierung der galvanischen Kopplung, Betriebsmittel mittels Trenntransformator speisen. 70

69 Zusammenfassung Massnahmen zur Reduktion elektromagnetischer Einflüsse Konsequenter Einsatz von TN-S Systemen Zentrale Einführung der Werksleitungen (Single point of entry) Erschliessung des spa mittels zentralem Erdungspunkt Sternförmige Struktur des Schutz-Potenzialausgleichs (spa) Leitungsverlegung unter Berücksichtigung der Ordnungstrennung Vermeiden von Induktionsschlaufen Verwenden von Netzfilter und/oder Überspannungs- Schutzeinrichtungen (SPD) Verwenden von Betriebsmittel der Schutzklasse 2 Betriebsmittel mittels Trenntransformator speisen 71