TAEV Schutzmaßnahmen

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1 - Schutzmaßnahmen Seminar , Wien Schutzmaßnahmen - Inhaltsverzeichnis Neugruppierung in TAEV-Teil IV Schutzmaßnahmen Basisschutz im Detail Fehlerschutz im Detail Schutzmaßnahme Nullung Erdungsanlagen Seite 2 1

2 Neugruppierung in TAEV-Teil VI Die in Teil IV behandelten Sachverhalte beziehen sich im Wesentlichen auf ÖVE/ÖNORM E , welche ihrerseits auf der IEC-Publikation 60364, Teile 1 bis 4, und deren europäischer Übernahme als HD basiert, die ständig weiterentwickelt werden. Seite 3 Neugruppierung in TAEV-Teil VI Österreich ist verpflichtet, diese internationalen Ausarbeitungen inhaltlich zu übernehmen, jedoch weder wörtlich noch mit der gleichen Gliederung. Zur Anpassung an die internationalen Vorgaben wurde z.b. ÖVE/ÖNORM E , Änderung A4:2009 ausgearbeitet und mit Elektrotechnikverordnung 2002/A2:2010 für verbindlich erklärt Teil IV der bezieht sich daher auf eine Reihe neuer Bestimmungen mit zum Teil verschärften technischen Anforderungen. Dabei wurde versucht, sich den internationalen Begriffen und Normen mehr als bisher anzugleichen Seite 4 2

3 Schutzmaßnahmen (1) Seite 5 Unter Schutzmaßnahmen (im engeren Sinne) wird der Schutz von Menschen oder Nutztieren gegen den elektrischen Schlag verstanden. In Österreich gilt ein nationales System der dreifachen Sicherheit, dessen Philosophie geringfügig über internationale Vorgaben hinausgeht. Der Zusatzschutz ist nicht für alle Stromkreise verbindlich. Die beiden Maßnahmen des Zusatzschutzes kommen von einander unabhängig zur Anwendung. Schutzmaßnahmen (2) Basisschutz ist die üblicherweise aus betrieblichen Gründen erforderliche Isolierung sowie der Schutz gegen direktes Berühren unter Spannung stehender Teile (es gibt dazu nur wenige Ausnahmen). Seite 6 Die Maßnahmen des Fehlerschutzes werden nach internationalem Vorbild in zwei Klassen eingeteilt: Fehlerschutz ohne PE Leiter Schutzisolierung Schutzkleinspannung (SELV, Safety extra low voltage) Funktionskleinspannung mit sicherer elektrischer Trennung (PELV) Schutztrennung Fehlerschutz mit PE Leiter Nullung im TN System (international: Schutz durch automatisches Ausschalten im TN System mittels Überstromschutzeinrichtung ) Fehlerstromschutzschaltung im TT System Schutzerdung (historisch) Isolationsüberwachungssystem (IT-System) 3

4 Schutzmaßnahmen (3) Zusatzschutz bezeichnet zwei unterschiedliche, unabhängige zusätzliche Maßnahmen zur Risikoverminderung, die jedoch selbst allein nicht als Fehlerschutzmaßnahme gelten (1) Zusatzschutz durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Nennfehlerstrom 30 ma: National vorgeschrieben für alle Steckdosenstromkreise mit bestimmten genormten Steckdosen bis 16 A Nennstrom sowie für bestimmte Anlagen besonderer Art (z.b. Baustellen), zum Teil bis 32 A Nennstrom, oder auch für andere Stromkreise mit fest angeschlossenen Betriebsmitteln (z.b. im Badezimmer) Seite 7 Schutzmaßnahmen (4) (2) Zusatzschutz durch zusätzlichen Potenzialausgleich: Zusätzlich zum Hauptpotenzialausgleich erfolgt örtlich zur Risikoverminderung ein zusätzlicher Potenzialausgleich aller berührbaren leitfähigen Teile, um das Abgreifen einer gefährlichen Fehlerspannung zu vermeiden. Anwendung bei Spannungen von mehr als 230 V gegen Erde sowie bei Nichteinhaltung der geforderten Ausschaltzeit im Fehlerfall, ferner in Anlagen besonderer Art (z.b. in Stall-Anlagen und im Badezimmer) Seite 8 4

5 Basisschutz im Detail (1) Grundsatz: Aktive, unter gefährlicher Spannung stehende Teile nicht berührbar durch Basisisolierung oder Bauart, Lage, Anordnung sowie durch Schutzvorrichtungen Zugänglichkeit nur durch Verwendung von Werkzeug Diverse Ausnahmen, z.b.: Fassungen von Lampen und Schraubsicherungen mit Edison- Fassungen (historisch bedingt, gilt als Allgemeinwissen) Betriebsmittel in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten (nur elektrotechnischen Fachleuten zugänglich) Betriebsmittel mit Funktionskleinspannung in trockenen Räumen mit sicherer Stromquelle (Spielzeugeisenbahn, Halogen- Beleuchtungen) Seite 9 Basisschutz im Detail (2) Unterschiedliche Einteilung der Betriebsmittel nach Schutzarten und Schutzklassen Schutzart: Kennzeichnung für den Schutz gegen Eindringen von Fremdkörpern und Wasser (IP-Code mit zwei Ziffer plus ev. Zusatz) Schutzklasse: bezieht sich auf die Maßnahme des Fehlerschutzes Seite 10 5

6 Basisschutz im Detail (3) Schutzart IP-Code gemäß ÖVE/ÖNORM EN 60529: Erste Kennziffer (Ziffern von 1 bis 6, Buchstabe X): Schutz gegen Annäherungen von Personen oder Eindringen von Gegenständen bis hin zu Staub Zweite Kennziffer (Ziffern von 1 bis 8, Buchstabe X): Schutz gegen Eindringen von Wasser bis hin zum dauernden Untertauchen der Betriebsmittel Der Buchstabe X bedeutet dabei eine unbestimmte Angabe Seite 11 Basisschutz im Detail (4) Optionale Kennbuchstaben: Zusätzliche Buchstaben (A bis D) für den Schutz von Personen bei Berühren mit der Hand bis hin zum Eindringen mit einem Draht Ergänzende Buchstaben (H, M, S oder W) für besondere Schutzgrade gegen den Zugang zu gefährlichen Teilen Für Betriebsmittel müssen hinsichtlich ihrer Schutzart mindestens die zwei o.a. Kennziffern angegeben sein (kein X) Seite 12 6

7 Fehlerschutz im Detail (1) Grundsatz: Die Basisisolierung aktiver, unter gefährlicher Spannung stehender Teile darf für den Laien ohne Verwendung von Werkzeug nicht berührbar sein Der Fehlerschutz hat die Aufgabe, bei Versagen des Basisschutzes wirksam zu werden Abgesehen von den Ausnahmen ist daher immer mindestens eine Schutzmaßnahme des Fehlerschutzes erforderlich Seite 13 Fehlerschutz im Detail (2) Wenige Ausnahmen von der Verpflichtung zum Fehlerschutz: Bestimmte Betriebsmittel der Stromversorgung bis 250 V gegen Erde (Hausanschlusskästen, Zähler), aber Schutzisolierung empfohlen Rohre und Dosen mit isolierenden Auskleidungen, Metallumhüllungen von Kabeln und Leitungen, Kabelkanäle und Kabeltassen Stahl- und Stahlbetonmaste sowie Dachständer KTV-Anlagen gemäß ÖVE/ÖNORM EN Altanlagen ohne Fehlerschutz sind nachzurüsten, ausgelöst durch mehrere, bestimmte Bedingungen Seite 14 7

8 Fehlerschutz im Detail (3) Unterscheidung von elektrischen Betriebs- und Verbrauchsmitteln hinsichtlich des Fehlerschutzes nach Schutzklassen: Schutzklasse 0 Haben nur Basisisolierung und keinen Schutzleiteranschluss; sind in Europa seit Jahrzehnten verboten Solche Betriebsmittel sind dauerhaft außer Betrieb zu nehmen oder allenfalls durch einen Fachmann ordnungsgemäß umzubauen Schutzklasse I Geräte mit lediglich Basisisolierung und berührbaren Metallteilen; sie haben einen Schutzleiteranschluss und Stecker mit Schutzkontakt Seite 15 Fehlerschutz im Detail (4) Schutzklassen: Schutzklasse II Schutzisolierte Betriebsmittel mit Basisisolierung und zusätzlicher Isolierung oder mit verstärkter Isolierung ; Symbol Doppelquadrat ; kein Schutzleiteranschluss; Flachstecker oder Konturenstecker Schutzklasse III Spezielle Geräte nur für Schutzkleinspannung Seite 16 8

9 Fehlerschutz im Detail (5) Seite 17 Fehlerschutz ohne Schutzleiter Diese Arten des Fehlerschutzes werden im Wesentlichen mit den Betriebsmitteln selbst wie folgt realisiert: Schutzisolierung Wesentliche und wichtigste (historisch neuere) Schutzmaßnahme für Betriebsmittel fast aller Art (ausgenommen Geräte mit Wasser) Ist in allen Anlagen und Netzformen verwendbar, auch für Komponenten; Geräte der Schutzklasse II; Kabel und Leitungen mit Mantel gelten als gleichwertig Feste Anschlüsse nicht nur für schutzisolierte Geräte auslegen! Schutz- und Funktionskleinspannung mit sicherer Trennung (SELV bzw. PELV) Geräte der Schutzklasse III, erfordern eigene Stromquelle; teuer Schutztrennung (mit Spannung 230 V) International nur mit einem Verbraucher pro Trenntrafo, sonst nur bei Betrieb durch Fachpersonal; erfordert sachbezogene Verwendung Fehlerschutz im Detail (6) Fehlerschutz mit Schutzleiter, physikalische Grundlagen Seite 18 9

10 Fehlerschutz im Detail (7) Fehlerschutz mit Schutzleiter in Anlagen Für den nötigen Einsatz von Betriebs- und Verbrauchsmitteln der Schutzklasse I (z.b. über Steckdosen) ist es unerlässlich, dass für jede Anlage ein Fehlerschutz mit Schutzleiter existiert. Seite 19 Ziel jeder Schutzmaßnahme mit Schutzleiter: Erfassung und (möglichst selektive) Ausschaltung eines Fehlers in der Anlage in möglichst kurzer Zeit Minimierung des Risikos eines elektrischen Schlages infolge Berührungs- und Schrittspannungen während des Fehlers Mehrere, unterschiedliche Lösungen je nach Netzsystem möglich oder durch das System vorgegeben Die Art der Schutzmaßnahme des Fehlerschutzes entscheidet sich grundsätzlich am Hausanschluss mit der Art der Verbindung des Schutzleiters der Anlage nach Erde oder mit einem geerdeten Leiter des Netzes (dem PEN-Leiter) Fehlerschutz im Detail (9) Seite 20 Fehlerschutz mit Schutzleiter, Netzeinteilung nach IEC Entscheidend für die Klassifizierung sind die Erdungsverhältnisse an der Stromquelle und für den Schutzleiter der Anlage: Erster Buchstabe Erdung an der Stromquelle Zweiter Buchstabe Erdung in der Anlage T = geerdet (terra) I = isoliert (isolated) N = mit dem Neutralleiter verbunden (neutral) Zusatzbezeichnungen für TN-System C = PE- und N-Leiter kombiniert (combined) S = PE- und N-Leiter getrennt (separated) TN-C-S-System: in einem Teil PEN-Leiter, danach getrennte Führung N- und PE-Leiter = typische Lösung für öffentliche Netze in Österreich TT-System: alternative Lösung für öffentliche Netze 10

11 Fehlerschutz im Detail (10) Fehlerstrom im TT-system Stromquelle Netz elektrische Anlage I PAS L1 L2 L3 N PE R B R A Seite 21 Fehlerschutz im Detail (11) Fehlerstrom im TN-system Stromquelle Netz elektrische Anlage I PEN PAS L1 L2 L3 N PE R B R A Seite 22 Z sch U I 0 A 11

12 Fehlerschutz im Detail (12) Öffentliche Netze im TN-System haben Vorteile: Deutlich geringere Fehlerspannung für das gesamte Objekt Zuverlässigere Ausschaltung durch Überstrom-Schutzeinrichtungen Flacherer Abfall der Fehlerspannung außerhalb des Anlagenerders durch viele verteilte Erder im Netz mit Parallelschaltung durch PEN Mit der Nullungsverordnung 1998 wurde langjähriger philosophischer Streit beendet. Seit Ende 2008 sollten alle Netze für das TN-System (die Anwendung der Schutzmaßnahme Nullung) freigegeben sein macht teilweise noch Probleme. Seite 23 Fehlerschutz im Detail (13) Weiterhin gilt für jede einzelne Anlage: Die Freigabe der Nullung durch den Netzbetreiber ist nach wie vor unerlässlich, da es technische Gründe geben kann, dass die Nullung am betreffenden Anschlusspunkt nicht zulässig ist. Details dazu sind nicht mehr in der bundeseinheitlichen TAEV, sondern in den jeweiligen Ausführungsbestimmungen geregelt. Wo die Nullung nicht angewendet werden kann, bleibt in der Regel vor allem die Fehlerstrom-Schutzschaltung (TT-System) als Mittel der Wahl für den Fehlerschutz (zusätzlich muss der Zusatzschutz mittels 30-mA-FI mit getrenntem Fehlerstromschutzschalter ausgeführt sein). Seite 24 12

13 Schutzmaßnahme Nullung (1) Die österreichischen Bestimmungen über die Nullung wurden mit ÖVE/ÖNORM E /A4: überarbeitet und sind seit 2010 verbindlich; Ende der Übergangsfrist (Inhalte schon in TAEV 2008) Die Überarbeitung umfasste einige schwerwiegende Änderungen, was zu diversen Verständnisproblemen und Rückfragen führte, speziell zu den EMV-Maßnahmen. Seite 25 Schutzmaßnahme Nullung (2) Unter maßgeblicher Beteiligung von Netzbetreibern wurde daher eine OVE-Fachinformation mit Erläuterungen zur Nullung ausgearbeitet (Ausgabe November 2011): Erläuterung des Begriffs Elektrisch versorgtes Objekt : Gemeinsame Anspeisung Gemeinsamer Potentialausgleich Abgrenzung der Kundenanlage zum öffentlichen Netz Klarstellung über Transformatoren des öffentlichen Netzes im Gebäude und die Verpflichtung zu einem einzigen Erdungspunkt Seite 26 13

14 Schutzmaßnahme Nullung (3) EMV gerechte Installation gemäß ÖVE/ÖNORM E /A4 Seite 27 Schutzmaßnahme Nullung (4) Gravierende Neuregelungen (d. internationale Vorgaben): Ausschaltbedingung für Verteilungsleitungen in Verbraucheranlagen und für Endstromkreise über 32 A Ausschaltzeit 5 s Ausschaltbedingung für Endstromkreise bis einschließlich 32 A Ausschaltzeit 0,4 s Alternative Betrachtung (in Österreich traditionell angewendet, wurde sinngemäß beibehalten, aber zum Teil drastisch verschärft): Z S *I A U N mit I A = m * I N Seite 28 14

15 Schutzmaßnahme Nullung (5) Alternativ anwendbarer Ausschaltstromfaktor m in Abhängigkeit von der Art der Schutzeinrichtung und des Stromkreises Verschärft wurde m im Interesse einer deutlichen Senkung der Ausschaltzeiten, insbesondere für Verteilungsleitungen (u.a. Steigleitungen) Art der Überstrom-Schutzeinrichtung Schmelzsicherungen bis 125 A gg gemäß ÖVE/ÖNORM EN Reihe Endstromkreise mit Nennstrom 32 A gemäß (4) 10 3,5 Verteilungsleitungen und Endstromkreise > 32 A gemäß (3) Leitungsschutzschalter B gemäß ÖVE/ÖNORM EN Reihe 5 3,5 Leitungsschutzschalter C gemäß ÖVE/ÖNORM EN Reihe 10 3,5 Leitungsschutzschalter D gemäß ÖVE/ÖNORM EN Reihe 20 3,5 Seite 29 Leistungsschalter oder andere geeignete Schaltgeräte Ausschaltstrom-Zeitverhalten gemäß (5 s) bzw. (0,4 s) Schutzmaßnahme Nullung (6) Maßnahmen zur Verbesserung der EMV: Der PEN-Leiter im öffentlichen Netz hat sicherheitstechnisch beste, unverzichtbare Funktionen; seine negativen EMV- Wirkungen sind dort zwar auch vorhanden, aber eher gering wirksam; kaum je Probleme EMV-Problem des PEN-Leiters ist, dass Betriebsströme auch über Erde fließen. In einem Gebäude mit HPA kommt es daher zu Ausgleichsströmen und elektromagnetischen Feldern, wovon empfindliche elektronische Anwendungen gestört werden können Deshalb wurde die Anwendung des PEN-Leiters ab dem Hausanschluss verboten Seite 30 15

16 Schutzmaßnahme Nullung (7) Das Verbot des PEN-Leiters innerhalb elektrisch versorgter Objekte führt bei Kundenanlagen mit eigenem Trafo zum kompletten TN-S-System innerhalb des gesamten Objekts Wird dieser Trafo auch für äußere Netze genutzt, sind weitere Erdungspunkte eines dafür nötigen PEN-Leiters außerhalb des Objekts unverzichtbar, erlaubt und auch problemlos Für Anlagen mit mehreren Stationen und Ersatzstromversorgungsanlagen ist eine ingenieurmäßige Lösung erforderlich Seite 31 Erdungsanlagen (1) Fundamenterder nach ÖVE/ÖNORM E :2006 ist die wirtschaftlichste und langlebigste Form der Erdungsanlage Beton muss möglichst gut leitfähig sein, Zementanteil muss entsprechend hoch sein (240 kg/m³ gemäß ÖNORM B 5432) Voraussetzung: Beton ist großflächig mit dem Erdreich verbunden. Wärme- oder Feuchtigkeitsisolierungen wirken hier oft negativ Seite 32 16

17 Erdungsanlagen (2) Alternative Verlegung nach ÖVE/ÖNORM E TAEV: Beispiel Abbildung IV/3-3 Ist das Fundament dauerhaft elektrisch gegen das Erdreich isoliert, so sind die Bewehrungen im Fundament als Grundlage für den Potentialausgleich und hinsichtlich der EMV Anforderungen ebenfalls mit der Erdungsanlage zu verbinden Seite 33 Erdungsanlagen (3) Abb. IV/3-3: Quelle E Seite 34 17

18 Erdungsanlagen (4) Stahl im Beton wirkt elektrochemisch ähnlich wie Kupfer im Erdreich und korrodiert im Erdreich verlegten Stahl Ist eine Verlegung im Beton nicht möglich, z.b. bei Sanierungen, so müssen entsprechend korrosionsfeste Materialien verwendet werden: Kupfer, Edelstahl V4A Eine Verlegung von feuerverzinktem Stahl im Erdreich ist für einen Anlagenerder nach ÖVE/ÖNORM E 8014 nicht mehr zeitgemäß. Seite 35 Eine Herausführung des Fundamenterders mit feuerverzinktem Stahl direkt ins Erdreich ist jedenfalls unzulässig. Erdungsanlagen (5) Kontrolle und Dokumentation: Vor Einbringen des Betons ist die korrekte Lage des Fundamenterders und seiner Anschlussfahnen sowie die Zuverlässigkeit aller Verbindungen von einem dazu befugten Elektrotechniker zu kontrollieren. Die Lage ist nachvollziehbar zu dokumentieren! Seite 36 18