DIN VDE 0100-400: Schutzmaßnahmen

  DIN VDE 0100-400: Schutzmaßnahmen     Für  Elektroinstallateure  ist  die  DIN  VDE  0100  eine  der  zentralen  Normen  im  Berufsalltag. Sie  regelt  das  „Errichten  von  Niederspannungsanlagen“  mit  AC  100  V  Wechselspannung oder 1500 V Gleichspannung. DIN VDE 0100 kann für verschiedenste Arten von Gebäuden angewendet  werden.  Darunter  fallen  Wohnhäuser,  öffentliche  Gebäude,  landwirtschaftliche Flächen und  Baustellen  sowie Messen oder Jahrmärkte. Ebenfalls  anzuwenden ist die  Norm für  Camping,  Marinas  und  Photovoltaikanlagen.  Der  Geltungsbereich  ist  festgelegt  auf  die Versorgung mit 50 Hz, 60 Hz oder 400 Hz. Auch Kabel und Leitungsanlagen für Information und  Kommunikationstechniken  werden  in  DIN  VDE  0100  mit  einbezogen  (vgl. Krefter/Schmolke  2012:  16-19).  Kiefer/Schmolke  (2014:  27-142)  geben  einen  detaillierten Einblick über die Entstehung der Normen, einen Überblick zu Mensch und Elektrizität sowie die Klärung wichtiger Begriffe, der vor allem für Anfänger gut empfohlen wird.   Im  Folgenden  soll  die  Normengruppe  DIN  VDE  0100-400  beschrieben  werden,  die verschiedene Schutzmaßnahmen festlegt:   DIN VDE 0100-410  Schutz gegen elektrischen Schlag DIN VDE 0100-420   Schutz gegen thermische Einflüsse DIN VDE 0100-430  Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom DIN VDE 0100-442  Schutz von Niederspannungsanlagen gegen vorübergehende Überspannung  und bei Erdschlüssen in Netzen mit höherer Spannung  DIN VDE 0100-443  Schutz gegen Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von  Schaltvorgängen  DIN VDE 0100-444  Schutz gegen Überspannungen, Schutz gegen elektromagnetische Einflüsse DIN VDE 0100-450  Schutz gegen Unterspannung DIN VDE 0100-460  Trennen und Schalten DIN VDE 0100-482  Brandschutz bei besonderen Risiken und Gefahren    Die  wichtigsten  Informationen  werden  untenstehend  aus  der  führenden  Literatur zusammengefasst. Vor allem DIN VDE 0100-410, DIN VDE 0100-420, DIN VDE 0100-460 finden  in  der  Fachliteratur  viel  Beachtung.  Diese  Normen  sind  für  den  Schutz  von  Mensch und Tier besonders hervorzuheben.      

  DIN VDE 0100-410 Schutz gegen den elektrischen Schlag  Norm  DIN VDE 0100-410 „Schutz gegen den elektrischen Schlag“ kann durch 2 Varianten erreicht  werden:  Entweder  einer  Kombination  aus  Basis-  und  Fehlerschutzvorkehrung  oder einer Maßnahme, die beide Vorkehrungen gleichermaßen mit einschließt.   Schutzvorkehrung  beschreibt  dabei  eine  konkrete  Maßnahme,  die  gegen  die  Gefahr „elektrischen Schlag“ eingesetzt werden sol. Basisschutz ist definiert als Schutz vor direkter Berührung von Personen und Nutztieren. Fehlerschutz hingegen soll vor indirekter Berührung und  elektrischem  Schlag  schützen.  Es  gibt  vier  zulässige  Schutzmaßnahmen,  die  nach  DIN VDE 0100-410 zugelassen sind.   a)   Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung   b)   Schutz durch Isolierung   c)   Schutz durch Schutztrennung für die Versorgung eines Verbrauchsmittels   d)   Schutz durch Kleinspannung (SELV oder PELV)   Die in Deutschland häufigste Schutzvorkehrung ist „Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung“.     Automatische Abschaltung der Stromversorgung  Im  Basisschutz  sind  mehrere  Aspekte  zu  beachten.  „Aktive  Teile  müssen  vollständig  mit einer  Isolierung  umgeben  sein,  die  nur  durch  Zerstörung  entfernt  werden  kann“ (Krefter/Schmolke 2012: 42). Abdeckungen und Umhüllungen sind nur in bestimmten Fällen (Durchgriffsöffnung  nicht  größer  als  12,5mm)  zulässig  (siehe  dazu  IPXXB/IP2X). Unbeabsichtigtes Berühren muss verhindert werden. Schutz durch Abstand kann als teilweiser Schutz gegen direkte Berührung gelten. Diese Maßnahmen sind jedoch nur einzuführen, wenn die Anlage(n) von Elektrofachkräften betrieben werden.   Fehlerschutz wird jeweils als Einzelfehler betrachtet, da ein indirektes Berühren von Körpern elektrischer  Betriebsmittel  stattfindet,  die  infolge  eines  Fehlers  unter  Spannung  entstehen (vgl. Krefter/Schmolke 2012: 25).In jedem Gebäude muss ein „Schutzpotentialausgleich über die  Haupterdungsschiene“  gewährleistet  werden.  Ziel  ist  es  dabei,  die  Spannung  bis  zur Maßnahme  2,  dem  automatischen  Abschalten,  die  Spannung  möglichst  zu  reduzieren.  Dies soll  durch  die  Zusammenführung  aller  leitfähigen  Teile  wie  Erdungsleiter,  Haupterdungsschiene,  metallene  Rohrleitungen  und  Verstärkungen,  andere  leitfähige  Teile innerhalb und außerhalb des Gebäudes sowie Metallmäntel passieren. Für den Fehlerfall muss für jeden Stromkreis ein Schutzleiter angebracht  werden. Je nach eingesetztem System (TN-TT oder IT) gelten verschiedene Abschaltzeiten in der Spanne von 0,04-5 Sekunden.   Bei der automatischen Abschaltung im Fehlerfall sind folgende Bedingungen zu erfüllen:  

     Die  je  nach  Versorgungssystem  festgelegte  zulässige  Abschaltzeit  darf  nicht überschritten  werden.  Ausnahme  ist,  wenn  die  Ausgangsspannung  der  Stromquelle AC 50 V oder DC 120 V hat.     Alle  Körper  der  Betriebsmittel  müssen  an  einen  Schutzleiter  angeschlossen  sein,  der mit dem örtlichen Erdungssystem in Verbindung steht.      Gleichzeitig berührbare Körper müssen mit demselben Erdungssystem in Verbindung stehen.      Ggf.  ist  ein  zusätzlicher  örtlicher  Potentialausgleich  notwendig,  z.B.  bei  besonderer Gefährdung wie in Bade- und Duschräumen.      Eines  der  verschiedenen  Erdverbindungssysteme  muss  vorhanden  sein  (TN,  TT  oder IT)   TN-Systeme  haben  einen  direkten  Verbindungspunkt  zur  Erde  sowie  eine  direkte elektrische Verbindung mit dem geerdeten Punkt des Versorgungssystems. Im TN-System entsteht ein einpoliger Kurzschluss (Fehlerstrom). Die Überstrom-Schutzeinrichtung muss ebenfalls  rechtzeitig  nach  den  vorgeschriebenen  Abschaltzeiten  abschalten.  TT-Systeme unterscheiden  sich  von  TN-Systemen  dadurch,  dass  der  Schutzleiter  mit  einem Anlagenerder  im  Gebäude  verbunden  ist.  Die  Schutzmaßnahme  bei  IT-Systemen funktioniert durch hochohmige Impedanz, die den Fehlerstrom so weit begrenzt, dass eine Abschaltung  nicht  erforderlich  ist.  Erst  bei  einem  zweiten  Fehler  wird  eine  Abschaltung hervorgerufen.  Eine  Kombination  der  TN-TT-  oder  IT-Systemen  ist  möglich. (Kiefer/Schmolke 2014: 177-189).   Übrige Schutzmaßnahmen  Unter  Umständen  kann  es  nötig  sein,  eine  andere  Form  der  Schutzmaßnahme  durch automatisches  Abschalten  zu  wählen.  Eine  verstärkte  oder  doppelte  Isolierung  kann verhindern,  dass  gefährliche  Spannung  an  berührbaren  Teilen  auftritt.  Dies  wäre  eine Zusammenführung von Basis- und Fehlerschutzvorkehrung. Bei der Schutztrennung darf das  Netzsystem  nicht  geerdet  werden  sowie  keine  Verbindung  zu  anderen  Stromkreisen haben. Es wird empfohlen, nur ein Verbrauchsmittel anzuschließen. Die Trennung erfolgt mittels eines Trenntransformators oder Motorgenerators. Eine weitere Möglichkeit ist der Schutz durch Kleinspannung (SELV oder PELV) mit Spannungen die höchstens AC 50 V oder DC 120 V haben. Diese Maßnahme kann gegen direktes und indirektes Berühren eingesetzt werden. Der SELV Stromkreis ist dabei nicht geerdet, wohingegen PELV eine Erdung  haben  kann.  Bei  niedrigeren  Spannungen  (unter  AV  25  V  bzw  DC  60  V)  kann auch  der  Basisschutz  wegfallen.  Jedoch  sollten  die  Stromkreise  einschließlich  aller Leitungen von anderen stets getrennt sein.   Eine  detaillierte  Übersicht  zu  Schutzmaßnahmen  gegen  elektrischen  Schlag  mit automatischer Abschaltung der Stromversorgung bietet Kiefer/Schmolke 2014 Seite 167-264.      

  DIN VDE 0100-420 „Schutz gegen thermische Einflüsse“   Die Norm ist unter der Beachtung entstanden, dass der Anteil an durch Elektroinstallation verursachte  Brände  seit  mehreren  Jahren  stabil  bei  30%  aller  Brände  liegt.  50%  davon gehen  auf  Fehler  in  der  Installation  zurück  (Behrends/Bonhagen  2015:  303).  DIN  VDE 0100-420  zielt  auf  Maßnahmen  ab,  die  Entzündungen  und  Verbrennungen  von Materialien aber ebenso die Verletzung von Menschen und Tieren verhindern.   Brandschutz:  Grundsätzlich  ist  darauf  zu  achten,  dass  Betriebsmittel  mit  Oberflächentemperaturen  abgeschirmt  und  von  anderen  Materialien  getrennt  werden. Besonders  Lichtbogen-  oder  Funkenbildung  gilt  es  zu  verhindern  durch  Nutzung  von lichtbogenbeständigem  Material.  Ein  weiteres  Risiko  stellt  Wärmestau  da,  der  durch Häufung  von  Betriebsmitteln  entstehen  kann.  Bei  allen  Produkten  ist  besonders  die Herstelleranleitung  zu  beachten.  Um  Verbrennungen  vorzubeugen  wurden  Temperaturobergrenzen eingeführt.   (Grafik Krefter/Schmolke 2014: S 59) Temperaturgrenzen   Für  feuergefährdete  Betriebsstätten  (z.B.  Hölzwände)  gelten  gesonderte,  verschärfte Regeln.  Leitungssysteme  können  in  PVC  Ummantelungen  geschützt  werden.  Klemmen und  Verbindungen  dürfen  in  feuergefährdete  Betriebsstätten  nicht  verwendet  werden. Funkenbildung  ist  gänzlich  zu  verhindern.  Gesonderte  Temperaturgrenzen  gelten  für Motoren, Scheinwerfer sowie Heizungs- und Lüftungssysteme.   Zur  Verhinderung  durch  Brände  aufgrund  Fehlerlichtbögen  wird  ein  Branschutzschalter empfohlen.  Bojko  stellt  in  der  Jahresausgabe  2016  „Elektrotechnik  für  Handwerk  und Industrie“ in Kapitel 11 den Brandschutzschalter 5SM6 vor.   Zur Norm „Schutz gegen thermische Einflüsse“ bietet Krefter/Schmolke 61-64 eine gute Übersicht.     DIN VDE 0100-430 „Schutz von Kabel und Leitungen bei Überstrom“  Die  Norm  deckt  zwei  Komponenten  ab.  Zum  einen  Schutz  bei  Überlast  im  ungestörten Betrieb  und  andererseits  Schutz  bei  Kurzschluss  im  Fehlerfall.  Schutzeinrichtungen können  für  beide  Fälle  eingebaut  werden  als  auch  getrennt  jeweils  einen  Schutz gewährleisten.   Überlast  Bedingung bei Überlast ist, dass der Nennstrom der Schutzeinrichtung gleich oder höher ist  als  der  Betriebsstrom,  wobei  die  Kabel  mindestens  die  Strombelastung  der Schutzeinrichtung aufweisen müssen. Bei üblichen Leitungsschutzschaltern (LS-Schalter, Typ  B  und  C)  gilt  entsprechend  der  Gerätenorm  die  Bedingung  I 2    1,45   I z .  Die 

  Schutzeinrichtung  kann  an  beliebiger  Stelle  des  Stromkreises  angeordnet  werden. (Krefter/Schmolke 2012: 66-67).   Der  Schutz  für  Überlast  entfällt  in  bestimmten  Fällen,  z.B.  in  Fernmelde,  -Steuer  und Signalanlagen  und  wenn  nicht  mit  einer  Überlast  gerechnet  werden  muss.  Bei  parallel geschalteten  Leitern  kann  eine  Schutzeinrichtung  sinnvoll  sein,  wenn  die  gleichmäßige Stromaufteilung  nicht  gewährleistet  ist.  Jedoch  muss  eine  Schutzeinrichtung  eingebaut werden, wenn IT-System verwendet wird.   Kurzschluss   Die  Schutzeinrichtung  gegen  Kurzschluss  ist  je  nach  Isolierwerkstoff  und  zulässiger Temperatur  zu  wählen.  Die  Ausschaltzeit  wird  aufgrund  des  Leiterquerschnitts,  dem Materialbeiwert  sowie  dem  Effektivwert  des  Stroms  berechnet;  maximal  jedoch  5 Sekunden. Derartige Schutzeinrichtungen müssen am Anfang des Stromkreises eingebaut werden  oder  an  Stellen,  an  denen  die  Kurzschlussbelastbarkeit  gemindert  wird (Krefter/Schmolke  2012:  71).  Falls  eine  Gefährdung  durch  Überhitzung  oder feuergefährdeten  Objekten  vorliegt,  kann  ggf.  eine  Versetzung  um  bis  zu  3  m  erfolgen. Wenn  es  sich  um  ein  Verteilungsnetz  handelt,  dass  durch  Kabel  in  der  Erde  verlegt  ist, oder  in  Messstromkreisen  und  Verbindungsleitungen  zwischen  elektrischen  Maschinen, kann  auf  Kurzschlussschutz  verzichtet  werden.  Bei  parallel  geschalteten  Leitern  ist  der Schutz nur mit Vorsicht anzuwenden. Es wird vorgeschlagen, die Schutzeinrichtungen für Überlast und Kurzschluss in diesem Fall miteinander zu verkoppeln.   In der Praxis werden häufig Vollbereichs-Schutzeinrichtungen verwendet, die sowohl bei Überlast als auch bei Kurzschluss schützen.     DIN VDE 0100-442/443/444 „Schutz bei Überspannungen“  Durch atmosphärische Einflüsse, Schaltvorgänge oder elektromagnetischer Störung kann es zu Überspannungen in elektrischen Anlagen kommen.   Blitzschlag  Als atmosphärischer Einfluss gilt Blitzschlag. Von Herstellern wurden vier Kategorien für die Stoßspannungsfestigkeit entwickelt. Diese reicht von reduziert (1,5 kV) bis sehr hoch (6 kV). Ob ein Überspannungsschutz aufgrund von atmosphärischen Einflüssen eingebaut werden muss, hängt  einerseits von der erwartbaren Gewitterhäufigkeit der Region  sowie vom Versorgungsnetz ab. Bei einer zu erwartenden Gewitteranzahl von min. 25/Jahr und einem  Freileitungsnetz  sollte  ein  Überspannungsschutz  eingebaut  werden.  Dies  muss jedoch im Zweifelsfall auch mit dem Netzbetreiber abgesprochen werden.      

  Erdschlüsse   Eine Überspannung durch Erdschluss ist als gefährlich einzustufen, wenn die Fehlerdauer   5 s beträgt. Es wird allgemeint eine sogenannte gemeinsame Erdungsanlage empfohlen, die  ohnehin  bei  den  meisten  Systemen  installiert  werden  kann.  Bei  TN-Systemen  mit PEN-Leiter,  der  an  mehreren  Stellen  geerdet  ist,  kann  immer  eine  gemeinsame Erdungsanlage errichtet werden (Kiefer/Schmolke 2014: 381). Falls die Bedingungen für eine gemeinsame Erdungsanlage nicht erfüllt werden können, ist eine getrennte Anlage zu bevorzugen.  Dabei  muss  ein  Abstand  von  min.  20  m  zur  nächsten  Erdungsanlage bestehen.    Grafik Krefter/Schmolke 2012: 80  Elektromagnetische Einflüsse  Die  meisten  Produkte  verfügen  bereits  über  eine  erhöhte  elektromagnetische Verträglichkeit  und  Schutzmaßnahmen  gegenüber  Störungen  solcher  Art,  die  in  den EMV-Normen  geregelt  sind.  Dennoch  sollte  bei  der  Anlageninstallation  darauf  geachtet werden, dass  empfindliche Gegenstände nicht zu sehr mit elektromagnetischer Strahlung konfrontiert werden. Motoren, Schweißmaschinen, Aufzüge, Computer, Transformatoren oder  Leuchtstofflampen  sind  einige  Beispiele  mit  hoher  elektromagnetischer  Strahlung. Energie-  und  Signalkabel  sollten  getrennt  werden.  Bei  TN-,  TT,  .IT-.Systemen  sind  die jeweiligen  Besonderheiten  zu  beachten.  Ebenfalls  hängt  die  Strahlung  von  der Netzwerkstruktur  und  dessen  Größe  ab.  Besonders  sensible  Betriebsmittel  können  durch Überspannungsschutzeinrichtungen  geschützt  werden.  Bei  vernetzten  informationstechnischen Einrichtungen ist der Schutzleiter vom Neutralleiter schon ab der Speisestelle an zu trennen, bzw. so nah wie möglich an der Einspeisung.   Kiefer/Schmolke  2014:  377  ff  bieten  in  Kapitel  12  eine  detaillierte  Übersicht  der verschiedenen Störungsfaktoren sowie geeignete Schutzeinrichtungen.   DIN VDE 0100-450 beschreibt den Schutz von Unterspannung. Dieser ist jedoch in  den meisten Fällen nicht erforderlich und wird deshalb aus Platzgründen ausgeklammert.   DIN VDE 0100-460 „Trennen und Schalten“   „Jeder  Stromkreis  muss  von  den  aktiven  Teilen  der  Stromversorgung  getrennt  werden können“ (Krefter/Schmolke 2012: 90). Davon ausgenommen sind der Neutralleiter, wenn er geerdet ist sowie der Schutzleiter und der PEN-Leiter. Trennung muss sichtbar sein und es darf kein ungewolltes selbstständiges Einschalten vorkommen.   Jeder unabhängige Stromkreis sollte ein Schaltgerät zum betriebsmäßigen Schalten haben, bei dem jedoch nur Steckvorrichtungen bis 16 A verwendet werden dürfen.      

  Quellenangaben:   Krefter/Schmolke  2012:  DIN  VDE  0100  Daten  und  Fakten  für  das  Errichten  von Niederspannungsanlagen. 3. Auflage VDE Verlag GmbH Berlin.   Kiefer/Schmolke  2014:  VDE  0100  und  die  Praxis.  Wegweiser  für  Anfänger  und  Profis. 15. Auflage. VDE Verlag GmbH Berlin.   Behrends/Bonhagen 2015:Elektrotechnik für Handwerk und Industrie. De-Jahrbuch 2016. Hüthig GmbH München/Heidelberg.