Innerer und äusserer Blitzschutz «Hand in Hand» Josef Schmucki Electrosuisse, Fehraltorf

Transkript

1 Innerer und äusserer Blitzschutz «Hand in Hand» Josef Schmucki Electrosuisse, Fehraltorf

2 Hand in Hand es gibt gute Gründe Bauherr Behörde Planer Unternehmer Kontrollinstanz Tiefbauunternehmer Hochbauunternehmer Elektroinstallateur Spengler Metallbauer Fassadenbauer... Materialien: Beton Stahl Kupfer Nichtrostender Stahl Kupfer-Titan-Zink Chromnickelstahl... Natürliche künstliche Fang- und Ableiter Schutzleiter Potenzialausgleichsleiter Fang- und Ableitungen Maschennetz isolierte / getrennte Fangeinrichtungen Trennungsabstände Widerstände Impendanzen Blitzstromableiter Überspannungsableiter Funkenstrecken Kombiableiter Koordination Anordnung Anschlussleitungen direkte Einschläge indirekte Wirkungen (ind. Koppelung) 2

3 Hand in Hand in mehreren Disziplinen Äusserer Blitzschutz Überspannungsschutz Potenzialausgleich Erder 3

4 Hand in Hand (Fundament)-Erder Erder für das Blitzschutzsystem und für den PEN-Leiter mehrere Leitungen erfüllen mehrere Zwecke Anschlussstellen Korrosion 4

5 Anschlussstellen für LPS 5

6 Fundamenterder und Potenzialausgleich 6

7 Anschlussstellen für LPS 7

8 Fundamenteerder - Anschlussgarnitur Korrosionsfest 5 cm im Beton 8

9 Korrosion Verlegetiefe 0.70 m «Gefriertiefe» = 800 mv! 9

10 Hand in Hand Potenzialausgleich Potenzialausgleich Schutz gegen elektrischen Schlag Normen und aktuelle Auslegung Schutzleiter - Potenzialausgleichsleiter Beispiele Dimensionierung von PE- und PA-Leitern 10

11 Schutz-Potenzialausgleich Ziele: Leitfähige Teile auf gleiches oder annähernd gleiches Potenzial bringen. Unterstützt die Fehlerschutzmassnahmen, welche einen Schutzleiter erfordern. 11

12 Potenzialausgleichsarten Schutz-Potenzialausgleich ; Potenzialausgleich zum Zweck der Sicherheit Fehlerschutzmassnahme zum Schutz gegen den elektrischen Schlag. Zusätzlicher Schutz-Potenzialausgleich Zusätzliche Schutzmassnahme zum Schutz gegen den elektrischen Schlag. Funktions-Potenzialausgleich ; Potenzialausgleich aus betrieblichen Gründen, aber nicht zum Zweck der Sicherheit Massnahme zum regulären und störungsfreien Betrieb von elektrischen Anlagen. 12

13 Schutzmassnahmen Zusatzschutz Basis- und Fehlerschutz Fehlerschutz Schutz bei indirektem Berühren Basisschutz Schutz gegen direktes Berühren 13

14 Schutzmassnahmen im TN-System ; Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) Anmerkung: Im Zusammenhang mit dem Fehlerschutz ist die Anwendung des SchutzPotenzialausgleichs einer der wichtigen Grundsätze für die Sicherheit. 14

15 NIN Schutz-Potenzialausgleich.Erdungsleiter und folgende leitfähigen Teile.. Metallene Rohrleitungen von Versorgungssystemen, welche 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 SEV 4022, Kapitel 7 Innerer Blitzschutz 15

16 Fremdes leitfähiges 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. Dabei muss festgestellt werden, welche leitfähigen Teile hier gemeint sind. Definitionsgemäss sind fremde leitfähige Teile solche Teile, die nicht zur elektrischen Anlage gehören und die ein fremdes Potenzial einführen können. Beim Stichwort «fremdes Potenzial» geht es in erster Linie um das Potenzial der neutralen Erde bzw. um das Erdpotenzial (Bezugserde). Dass hier nämlich andere elektrische Potenziale gemeint sein können, ist im Zusammenhang mit dem Schutzpotenzialausgleich eher auszuschliessen. 16

17 Geltende Normen und Richtlinien Niederspannungs-Installationsnorm SEV 1000:2010 (NIN) SNR des CES :2015, «Blitzschutzsysteme» SNR des CES :2016, «Fundamenterder» Weisungen und Richtlinien (WeZS, WeARA, WeR, ATEX) Andere Normen (EN 60204, EN 50310, EN 50174, EN 62305, etc.) Hersteller von Erzeugnissen 17

18 Was muss in den Schutz-Potenzialausgleich einbezogen werden? 18

19 Fremdes leitfähiges Teil 19

20 Schutzleiter Erder und Schutzleiter Allgemeines Erdungsanlagen Schutzleiter Schutz-Potenzialausgleichsleiter 5.4.A 5.4.B Verfahren zur Berechnung des Faktors k Darstellung von Erdungsanlagen, Schutzleitern und SchutzPotenzialausgleichsleitern Der Schutz-Potenzialausgleichsleiter ist ein «besonderer Schutzleiter». 20

21 Arten von Schutzleitern Schutzleiter dürfen sein: Leiter in mehradrigen Kabeln und Leitungen isolierte oder blanke Leiter in gemeinsamer Umhüllung mit isolierten aktiven Leitern fest verlegte blanke oder isolierte Leiter metallene Kabelmäntel, Kabelschirme, Kabelbewehrungen, konzentrische Leiter, metallene Elektroinstallationsrohre 21

22 Anforderungen an Schutzleiter Schutzleiter müssen folgende Anforderungen erfüllen: die elektrisch durchgehende Verbindung muss sichergestellt sein, eine Verschlechterung dieser Verbindung infolge mechanischer, chemischer oder elektrochemischer Einflüsse muss verhindert werden der Mindestquerschnitt muss eingehalten werden an jeder dafür vorgesehenen Anschlussstelle müssen andere Schutzleiter angeschlossen werden können 22

23 Dimensionierung Schutz-Potenzialausgleich Schutz-Potenzialausgleichsleiter 6 mm2 Cu 10 mm2 Cu bei vorhandener Blitzschutzanlage Abhängigkeit vom grössten Schutzleiterquerschnitt normativ nicht gefordert. Der Schutz-Potenzialausgleichsleiter ist ein besonderer Schutzleiter. Deshalb wird ein Bezug zum massgebenden Stromkreis geschaffen. 23

24 Dimensionierung Schutzleitern Querschnitt des Aussenleiters Mindestquerschnitt des zugehörigen Schutzleiters (mm2) 16 mm2 PE = L1, L2 L3 16 mm2 bis 35 mm2 PE = 16 mm2 > 35 mm2 PE = ½ von L1, L2 L3 Schutzleiter besteht aus dem gleichen Werkstoff, PEN-Leiter-Dimensionierung beachten. 24

25 Dimensionierung Schutz-Potenzialausgleich Mindestquerschnitte für Schutzleiter 2 I t k S I = Effektivwert des zu erwartenden Fehlerstromes, der bei einem Fehler mit vernachlässigbarer Impedanz durch die Schutzeinrichtung fliessen kann t = Ansprechzeit der Schutzeinrichtung für die automatische Abschaltung der Stromversorgung k = Faktor, der vom Werkstoff des Schutzleiters, von der Isolierung und anderen Teilen, sowie von der Anfangsund Endtemperatur des Leiters abhängig ist (PVC 70 C = 143) 1000 A, 1 Sekunde: ca. 7 mm A, 0,5 Sekunden: ca. 10 mm2 25

26 Dimensionierung Schutz-Potenzialausgleich B+E; Schutz-Potenzialausgleichsleiter PE des zugehörigen Stromkreises SchutzPotenzialausgleich 4 mm2 6 / 10 mm2 6 mm2 6 / 10 mm2 10 mm2 6 / 10 mm2 16 mm2 10 mm2 25 mm2 16 mm2 35 mm2 16 mm2 50 mm2 16 mm2 Der Schutzpotenzialausgleichsleiter muss in der Regel nicht grösser sein als 16 mm2. 26

27 Kamine Verbindung mit LPS In den PA einbeziehen? Ja 27

28 Treppe In den PA einbeziehen? Nein 28

29 Wintergarten Verbindung mit LPS In den PA einbeziehen? Ja 29

30 Tragkonstruktion Rutsche In den PA einbeziehen? Ja 30

31 Velounterstand In den PA einbeziehen? Nein 31

32 Monobloc Klima/Lüftung Verbindung mit LPS In den PA einbeziehen? Ja 32

33 Blitzschutzsystem LPS Verbindung mit LPS 33

34 Rohrleitungen (statische Aufladung) In den PA einbeziehen? Ja 34

35 Fassade Bürogebäude Verbindung mit LPS 35

36 Liftfahrschiene In den PA einbeziehen? Ja 36

37 Lüftungskanäle In den PA einbeziehen? Ja 37

38 Zu- und Abluftkamine Verbindung mit LPS In den PA einbeziehen? Ja 38

39 Hand in Hand Fang- und Ableitungen Maschennetz Schutzwinkelverfahren Blitzkugelverfahren Trennungsabstände Getrenntes nicht getrenntes Fangsystem 39

40 Verschiedene Methoden SNR Tabelle Blitzschutzklasse des LPS Maschenweite m Radius der Blitzkugel m I 5x5 20 II 10 x III 15 x Schutzwinkel siehe Fig Abstand zwischen Ableitungen m h α r geschützte Bereiche 40

41 Schutzwinkel Gebäudehöhe oder Höhe über Bezugs-Ebene Schutzklasse II Radius der Blitzkugel = 30 m 41

42 Schutzwinkel SEV 4022 Fig a[ ] Gebäudehöhe H [m] 42 50

43 Schutzwinkel h1 a 1 a 2 43 h2

44 Getrenntes / Nicht getrenntes LPS Getrenntes LPS Nicht getrenntes LPS A. Flury AG, Deitingen 44

45 Schutzwinkel und (Fangstangen)-höhe Bezugsebene isolierend leitend Bezugsebene 45

46 Schutz von Dachaufbauten Verschiedene Möglichkeiten sind zulässig: 46

47 Hand in Hand Photovoltaik-Anlagen Potenzialausgleich Einbindung in das LPS Überspannungsschutz Anordnung von SPD...alles Hand in Hand 47

48 Photovoltaikanlagen Anforderungen an den Potenzialausgleich Bei Gebäuden, welche eine äussere Blitzschutzanlage aufweisen, sind die metallischen, betriebsmässig nicht stromführenden Teile der Anlage (z. B. Gestelle, Rahmen) in die äussere Blitzschutzanlage einzubeziehen. Sofern das Gebäude keine äussere Blitzschutzanlage aufweist, sind die metallischen, betriebsmässig nicht stromführenden Teile der Anlage (z. B. Gestelle, Rahmen) in den Hauptpotenzialausgleich einzubeziehen. Erfüllt die Anlage (die gesamte DC-Seite) die Anforderungen der Schutzklasse II und ist der Wechselrichter mit einer einfachen Trennung (galvanische Trennung) z. B. mit Transformator ausgerüstet, kann auf den Potenzialausgleich verzichtet werden. 48

49 Aus B+E der NIN 7.12 Potenzialausgleich 49

50 Aus B+E der NIN 7.12 Überspannungs-Schutz falls erforderlich 50

51 Überspannungsschutz SNR Photovoltaikanlagen 1. Werden Photovoltaikanlagen an/auf Gebäuden mit einem LPS erstellt, ist die PV-Anlage in das LPS zu integrieren. 2. Es ist empfohlen Photovoltaikanlagen gegen Blitzeinwirkungen zu schützen. Dazu ist ein LPS gegen direkte Blitzeinschläge zu erstellen. Solche LPS sind anlagespezifisch, objekt- und ortsbezogen zu konzipieren. 3. Massnahmen für den Überspannungsschutz (SPD) sind gemäss SN SEV (NIN) 4.4.3; und Teil 7.12 auszuführen. 51

52 52

53 Entscheidung für eine von 5 Varianten xb xc 53

54 Kurzbeschreibungen Variante 3 Verbindungen Stockwerk übergreifende DC und AC Leitungen mit äusserem LPS; mit Überspannungsschutz gegen direkte Blitzeinwirkungen; mit metallischer Struktur und Verbindung zum PA und im äusseren LPS integriert zum LPS je nach Maschenweite der Fangeinrichtungen Blitzstromtragfähiger Schirm (konzentrischer Leiter) oder metallenes Rohr oder metallener Kanal. Als minimaler Ersatz muss zu den einzelnen Kabeln parallel ein blitzstromtragfähiger PA-Leiter verlegt werden. Gilt sinngemäss auch für Steuer-, Signal-, Kommunikationsleitungen und dgl. Verdrillte Leiter bedeuten EMV-technisch eine Verbesserung 54

55 Überspannungsschutz Trennungsabstände «s» nicht eingehalten erfordert Verbindungen zu den Fangeinrichtungen 55

56 Variante 1 - ohne äusseres LPS kein PA erforderlich PV-Generator in Schutzklasse II WR mit galvanischer Trennung. Variante 1 bietet keinen Schutz 56

57 Variante 3 - mit äusserem LPS; - mit Überspannungsschutz gegen direkte und indirekte Blitzeinwirkungen; - mit metallischer Struktur und Verbindung zum PA und im äusseren LPS integriert! Stockwerkübergreifende Leitung: teilblitzstromtragfähiger Schirm, konzentrischer Leiter, Rohr oder Kanal metallisch + durchverbunden 57

58 Potenzialausgleich A 10mm2 Cu 58

59 Stockwerkübergreifende Leitungen geeignete Verlegart Diese Leitungen werden vorzugsweise in metallenem Rohr oder in einem metallischen Kanal verlegt. Alternativ können Kabel verwendet werden, welche einen konzentrisch angeordneten PE-Leiter (z.b. GKN) aufweisen. Das metallische Rohr, der Kanal bzw. der konzentrische Leiter müssen (teil)-blitzstromtragfähig sein. Durch diese Verlegeart der stockwerkübergreifenden Leitungen ergeben sich folgende Vorteile: - Geringste Blitzstromeinkopplung - Beste Wirksamkeit des Überspannungsschutzes - Weniger Massnahmen für den Überspannungsschutz nötig - Zugleich Berührungssicherheit selbst bei Brand und nicht-abschaltbarer DC-Generatorleitung - usw.. 59

60 Anordnung von SPD - in der Nähe des Speisepunktes - in Schaltgerätekombinationen (SK) - falls ausserhalb von SK, jedoch ortsfest installiert, mit Hinweisschild - vor oder nach dem Zähler ( :...SPD Typ 1: im Einvernehmen mit dem EVU vor dem Zähler) - bei empfindlichen Betriebsmitteln: möglichst nahe am Betriebsmittel 60

61 aus dem Vorwort Es ist zu empfehlen, für die Konzeption des Blitz- und Überspannungsschutzes eine Blitzschutzfachperson beizuziehen. Diese Erläuterung dient Eigentümern, Planern, Installateuren, Betreibern und Versicherern von PhotovoltaikAnlagen als Grundlage, die geeigneten Massnahmen zu treffen um die geforderten Schutzziele zu erreichen. 61

62 Schutzmassnahmen Schutz gegen atmosphärische Überspannungen 62

63 Bemessungs-Stossspannung der Betriebsmittel Bemessung s-spannung der Anlage (V) Erforderliche Bemessungs-Stehstossspannung (kv) Besonders Geräte geschützte (Überspan Betriebsmitte -nungsl kategorie (Überspann'II) kategorie I) DreiPhasenSysteme Betriebsmittel am Speisepunkt der Anlage (Überspann kategorie IV) Betriebsmittel der Verteilungs- und Endstromkreise (Überspannungskategorie III) 230/ SPD Typ 1 (B) Typ 2 (C) Typ 3 (D) Typ 3 (D) 63

64 Stehstossspannungskategorien Kat. Merkmale typische Betriebsmittel Hauptverteilung Anschlussüberstromunterbrecher (HAK) Zähler, Rundsteuerempfänger IV Nahe am Speisepunkt III Kabel und Leitungen hoher Schalter, Steckdosen Verfügbarkeitsgrad fest installierte Betriebsmittel z.b. Motoren II normaler Haushaltsgeräte, tragbare Werkzeuge Verfügbarkeitsgrad I feste Installationen SPD ausserhalb der Betriebsmittel Betriebsmittel mit eingebauten, elektronischen Stromkreisen, welche im Hinblick auf Überspannungen sehr empfindlich sind 64

65 Innerer Blitzschutz Innerer Blitzschutz, Überspannungsschutz: 65

66 Koordination SPD Mangelnde Koordination führte zur Zerstörung einer FehlerstromSchutzeinrichtung. 66

67 Koordination der SPD Die Koordination der Ableiter muss gewährleistet sein! 67

68 copyright Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Josef Schmucki 68