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Elektrotechnik
Die neue Norm DIN VDE 0100-443
ep2/2009, 3 Seiten
Europäische Harmonisierung Seit Jahren steigt die Bedeutung des Überspannungsschutzes als infrastrukturelle Grundlage für das sichere Funktionieren von elektrischen Anlagen und elektronischen Systemen. Mit der im Juni 2007 veröffentlichten DIN VDE 0100-443 [1] „Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen“ steht nun dem Planer und Installateur eine Norm zur Verfügung, die basierend auf international und europäisch verabschiedeten Normen die Maßnahmen zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen transiente Überspannungen beschreibt. Wie eine Vielzahl internationaler Installationsnormen wurde auch der Teil 443 von IEC 60364-4-44: 2001 + A1: 2003 [2] von der europäischen Normungsorganisation CENE-LEC als Harmonisierungsdokument (HD) veröffentlicht. Nationale Normengremien wie z. B. der VDE im DKE haben dann die Möglichkeit, landesspezifische Besonderheiten bei der Erstellung einer nationalen Norm einzubringen. Die Statuten der europäischen Normung lassen es allerdings nicht zu, den Originaltext der europäischen Norm oder des Harmonisierungsdokuments zu verändern. Deshalb erfolgten die nationalen, nur für Deutschland geltenden Zusätze in grau schattierten Textblöcken. Anwendungsbereich Die DIN VDE 0100-443 kann als Basisnorm des Überspannungsschutzes einer Niederspannungsanlage betrachtet werden. Sie behandelt den Schutz der elektrischen Anlage gegen transiente Überspannungen, die über das Stromversorgungsnetz des Verteilnetzbetreibers übertragen werden, ebenso wie den Schutz gegen Überspannungen, die aufgrund von Schalthandlungen innerhalb der Anlage entstehen. Die in der Norm beschriebenen Maßnahmen des Überspannungsschutzes sind nicht ausreichend, um die elektrische Anlage im Falle eines direkten oder nahen Blitzeinschlags zu schützen. Hier verweist die Norm auf die Anwendung der Blitzschutznormen der Reihe DIN EN 62305 [3]. Ebenso wird in der Norm nicht die Begrenzung von Überspannungen auf Datenübertragungsnetzen behandelt. Die klaren Abgrenzungen verdeutlichen den Charakter der Norm als Basisnorm und den Charakter der in ihr beschriebenen Schutzmaßnahmen als „Basisschutz“. Isolationskoordination als Ordnungsprinzip Ziel der Isolationskoordination innerhalb einer Niederspannungsanlage ist es, das Risiko von Fehlern in den einzelnen Installationsbereichen auf akzeptable Werte zu verringern. In Anlagenteilen, deren Ausfall eine Betriebsunterbrechung der gesamten Niederspannungsanlage oder weiter Teile der Anlage zur Folge hätte, ist dabei ein größeres Maß an geforderter Anlagenverfügbarkeit zugeordnet als in Anlagenteilen in endstromkreisnahen Verteilbereichen oder Endstromkreisen. Bezüglich der Isolationskoordination äußert sich diese Forderung derart, dass den einzelnen Installationsbereichen unterschiedliche Überspannungs-Kategorien zugeordnet sind. Jede Überspannungs-Kategorie wiederum wird durch einen Wert der Bemessungsstehstoßspannung beschrieben. Eine Übersicht über die Bemessungsstehstoßspannung in Abhängigkeit von der Nennspannung der Anlage und des Installationsbereiches zeigt Tafel . Für den Anwender bedeutet das, dass in den einzelnen Anlagenbereichen nur Betriebsmittel verwendet werden dürfen, die der geforderten Mindest-Stoßspannungs-Festigkeit des vorgesehenen Anlagenbereichs entsprechen. Für Betriebsmittel in normalen Haupt-und Unterverteilungen beträgt diese beispielsweise 4 kV. Werden nun, wie heute immer mehr üblich, Geräte zu Steuerung oder Überwachung der Anlage in diesem Installationsbereich eingesetzt, so ist darauf zu achten, dass die Geräte die notwendige Spannungsfestigkeit aufweisen. Besondere Bedeutung innerhalb der Isolationskoordination in einer elektrischen Anlage wird der Schnittstelle zwischen Verteilungs-und Leitungsanlage und den daraus gespeisten Geräten beigemessen. Während in der festen Installation die Elektrofachkraft noch verantwortlich ist für die zur Anwendung kommenden Betriebsmittel, schwindet seine mögliche Einflussnahme besonders bei den vom Anwender über Steckdosen angeschlossenen Geräten auf Null. Da die Isolationskoordination als übergeordnetes Ordnungsprinzip verstanden werden muss, gibt es auch für Betriebsmittel zum Anschluss an Endstromkreise (z. B. Haushaltsgeräte mit elektronischen Stromkreisen) eine Mindestforderung für deren Stoßspannungsfestigkeit. Diese beträgt in Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 143 Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Die neue Norm DIN VDE 0100-443 J. Ehrler, Neumarkt in der Oberpfalz Mit der im Juni 2007 veröffentlichten DIN VDE 0100-443 [1] „Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen“ steht nun dem Planer und Installateur eine Norm zur Verfügung, die Maßnahmen zum Schutz einer elektrischen Anlage gegen transiente Überspannungen beschreibt. Autor Dipl.-Ing. Jens Ehrler ist Leiter des Produktmanagements Überspannungsschutz bei der Firma Dehn + Söhne, Neumarkt Oberpfalz. Tafel Geforderte Bemessungsstehstoßspannung von Betriebsmitteln nach [1] Nennspannung geforderte Bemessungsstehstoßspannung der Anlage a) [in V] [in kV b)] für Drei-Phasen- Betriebsmittel Betriebsmittel Geräte besonders Systeme am Speisepunkt der Verteilungs- geschützte und Endstrom- Betriebsmittel kreise (Überspannungs- (Überspannungs- (Überspannungs- (Überspannungskategorie IV) kategorie III) kategorie II) kategorie I) z. B. EHZ, z. B. Verteiler- z. B. Haus- z. B. empfindliche Rundsteuer- tafeln, Schalter, haltsgeräte, elektrische Geräte geräte Steckdosen tragbare mit externem Werkzeuge Schutz bei Überspannungen 230/400 277/480 6 4 2,5 1,5 400/690 8 6 4 2,5 1000 12 8 6 4 a) Nach der Norm DIN IEC 60038 (VDE 0175). b) Diese Bemessungsstehstoßspannung wird zwischen den aktiven Leitern und PE angewendet. 230/400 V Systemen 1500 V. Da jedoch die Ausfallwahrscheinlichkeit derart sensibler Betriebsmittel beim Anschluss an eine ungeschützte Niederspannungsanlage sehr hoch ist, dürfen nach DIN VDE 0100-443 diese Betriebsmittel nicht ohne vorgelagerten Überspannungsschutz eingesetzt werden. Die Forderung der Norm an dieser Stelle ist eindeutig: Entweder Verwendung von Betriebsmitteln mit einer Spannungsfestigkeit von mindestens 2,5 kV oder der Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen. Systemeigener Überspannungsschutz Vom sogenannten systemeigenen Überspannungsschutz bei Überspannungen atmosphärischen Ursprungs spricht die Norm dann, wenn aufgrund der Ausführung des Stromversorgungsnetzes als erdverlegtes Kabelnetz ohne Freileitungsanteil nicht mit einer hohen Überspannungs-Beanspruchung der in der Anlage eingesetzten Betriebsmittel gerechnet werden muss. Für sensible Betriebsmittel der Überspannungskategorie I mit einer Spannungsfestigkeit von nur 1500 V bleibt jedoch auch hier die strikte Forderung nach zusätzlichem Überspannungsschutz bestehen. Risikoanalyse Für Anlagen, bei denen Überspannungen infolge von Schalthandlungen innerhalb der elektrischen Anlage auftreten können oder für Anlagen, die aus Stromversorgungsnetzen mit Freileitungsanteil gespeist werden, ist vom Planer oder Installateur eine Risikoanalyse durchzuführen. Darin ist die Wahrscheinlichkeit von auftretenden Überspannungen zu berücksichtigen. Ebenfalls muss diese eine wirtschaftliche Betrachtung der Aufwendungen für den zusätzlichen Überspannungsschutz und den möglichen Folgen ohne zusätzlichen Schutz beinhalten. Während weite Teile des Inhalts der neuen Norm bereits in ähnlicher Form im Vorgängerdokument enthalten waren, so ist die vereinfachte Risikoanalyse komplett neu. Diese Risikoanalyse in DIN VDE 0100-443 basiert auf der Berechnung einer kritischen Länge der speisenden Versorgungsleitungen. Dabei wird die Struktur des Stromversorgungssystems hochspannungs- und niederspannungsseitig des die Anlage speisenden Transformators berücksichtigt. Vor Durchführung der rechnerischen Abschätzung im Rahmen der Risikoanalyse ist jedoch dem Anwender der Norm zu empfehlen, die Bewertung der Auswirkungen von Überspannungen für die betreffende Anlage durchzuführen. So ist bei einer Vielzahl von Anlagen im öffentlichen Bereich, Gewerbe und Industrie generell der Einsatz von Überspannungs-Schutzein- Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 144 FÜR DIE PRAXIS Überspannungsschutz Auswirkungen von Überspannungen in Bezug auf öffentliche Einrichtungen? Auswirkungen von Überspannungen in Bezug auf Gewerbe-und Industrieaktivitäten? Auswirkungen von Überspannungen in Bezug auf Ansammlungen von Personen? Ist für die Anlage Blitzschutz gefordert bzw. vorhanden? Sind in der Anlage Schaltüberspannungen zu erwarten? Stromversorgungssystem vollständig in Erde verlegt? Auswirkungen von Überspannungen auf das menschliche Leben? Auswirkungen von Überspannungen auf Einzelpersonen? Einsatz von Betriebsmitteln der Überspannungskategorie I? Anwendung DIN VDE 0100-443 Anwendung DIN EN 62305 Risikoanalyse Systemeigene Beherrschung von atmosphärischen Überspannungen möglich Kein umfassender Überspannungsschutz notwendig Berechnung der kritischen Länge der ankommenden Versorgungsleitungen Keine Überspannungsschutzmaßnahme notwendig Einsatz von Überspannungsschutzeinrichtungen Typ 3 entsprechned DIN VDE 0100-534 Umfassender Überspannungsschutz entsprechend DIN VDE 0100-534 (Einsatz ÜSE Typ 2 + 3) nein nein nein nein nein nein nein nein nein nein ja ja d > dc Bewertung einer elektrischen Anlage nach DIN VDE 0100-443 [1] d konventionelle Länge der Vorsorgungsleitung; dc kritsche Länge der Versorgungsleitung Quelle: Dehn + Söhne richtungen gefordert. Auf den rechnerischen Teil der Risikoanalyse kann dann völlig verzichtet werden. Lediglich bei Wohngebäuden aller Art und bei Gebäuden mit größeren Personenansammlungen, z. B. Schulen, könnte die rechnerische Abschätzung der Risikoanalyse ergeben, dass kein zwingender Grund im Sinne der hier vorgestellten Norm besteht, weiterführende Maßnahmen des Überspannungsschutzes zu treffen. Wie bereits vorab angemerkt, bleibt die Notwendigkeit des Überspannungsschutzes für sensible Betriebsmittel davon unberührt. Ergibt sich aufgrund der Risikoanalyse oder der Bewertung der möglichen Auswirkungen von Überspannungen die Forderung, dass die Anlage mit Überspannungs-Schutzeinrichtungen auszustatten ist, so ist der Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen entsprechend DIN VDE 0100-534 [4] durchzuführen. Ein Ablaufdiagramm für die Bewertung einer elektrischen Anlage nach den Kriterien der DIN VDE 0100-443 [1] sowie die zu treffenden Überspannungs-Schutzmaßnahmen zeigt Bild . Bild zeigt die (Basis-) Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-443 [1] ergänzt durch die Maßnahmen entsprechend der Blitzschutznorm DIN EN 62305 [3]. Fazit Die neue Norm DIN VDE 0100 Teil 443 (VDE 0100-443) repräsentiert den aktuellen Stand der Maßnahmen zum Schutz bei indirekten Blitzereignissen und Schaltüberspannungen. In Ergänzung zur DIN VDE 0185-305-1 bis -4 liegt dem Anwender ein aufeinander abgestimmtes Normenpaket vor, welches die Belange des Blitz- und Überspannungsschutzes behandelt. Mit der DIN VDE 0100-443 wird dem hohen Verfügbarkeitsanspruch moderner elektrischer Anlagen gerecht und der Überspannungsschutz für eine Vielzahl von Anlagen obligatorisch gefordert. Hauptsächlich für Anlagen im Wohnbereich ist der Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen nur optional, doch wird auch hier häufig ein störungsfreier Betrieb der elektrischen Anlage gewünscht. Literatur [1] DIN VDE 0100-443 (VDE 0100-443): 2007-06: Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-44: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen - Abschnitt 443: Schutz bei Überspannungen infolge atmosphärischer Einflüsse oder von Schaltvorgängen. VDE Verlag Berlin. [2] CEI/IEC 60364-4-44:2001 + A1:2003-12: Electrical installations of buildings - Part 4-44: Protection for safety - Protection against voltage disturbances and electromagnetic disturbances. [3] DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1): 2006-10: Blitzschutz - Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 62305-1:2006); Deutsche Fassung EN 62305-1:2006 DIN EN 62305-2 (VDE 0185-305-2): 2006-10: Blitzschutz - Teil 2: Risiko-Management (IEC 62305-2:2006); Deutsche Fassung EN 62305-2:2006 DIN EN 62305-3 (VDE 0185-305-3): 2006-10: Blitzschutz - Teil 3: Schutz von baulichen Anlagen und Personen (IEC 62305-2, modifiziert); Deutsche Fassung EN 62305-3:2006 DIN EN 62305-4 (VDE 0185-305-4): 2006-10: Blitzschutz - Teil 4: Elektrische und elektronische Systeme in baulichen Anlagen (IEC 62305-4:2006); Deutsche Fassung EN 62305-4:2006 VDE Verlag Berlin. [4] DIN VDE 0100-534 (VDE 0100-534): 2009-02: Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 5-53: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Trennen, Schalten und Steuern - Abschnitt 534: Überspannung-Schutzeinrichtung (ÜSE). VDE Verlag Berlin. Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 145 PEN äußerer Blitzschutz Hauptverteiler Unterverteiler Endgeräte Überspannungsableiter Blitzstromableiter HAK F2 F3 RCD PAS örtlicher PAS Schutz nach DIN VDE 0100-443 Schutz nach DIN EN 62305 (VDE 0185-305) Überspannungs-Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-443 [1] und DIN EN 62305 [3] Quelle: Dehn + Söhne Mit DVD Jetzt bestellen! Berücksichtigt die neue DIN VDE 0701-0702! Ich bestelle zur Lieferung gegen Rechnung zzgl. Versandspesen zu den mir bekannten Geschäftsbedingungen beim huss-shop, HUSS-MEDIEN Gmb H, 10400 Berlin KUNDEN-NR. (siehe Adressaufkleber oder letzte Warenrechnung) Firma/Name, Vorname Branche/Position/z. Hd. Telefon/Fax E-Mail Straße, Nr./Postfach Land/PLZ/Ort Datum/Unterschrift 0902 ep Preisänderungen und Liefer möglichkeiten vorbehalten Das Fachbuch vermittelt Ihnen die rechtlichen und technischen Festlegungen beim Prüfen. Sie erfahren welche Vorgaben bei der Umsetzung in der betrieblichen Praxis zu beachten sind. 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Autor
- J. Ehrler
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