Aus dem Facharchiv: Elektropraxis

Planung von Elektroanlagen - Auswahl des Leiterquerschnitts von Kabeln und Leitungen

Es geht nicht um Besonderheiten sowie Vor- und Nachteile des TT- und IT-Systems hinsichtlich des Schutzes gegen elektrischen Schlag, sondern um die Weiterführung des Themas „Auswahl des Leiterquerschnittes“ bezüglich des Netzsystems [1] und [2].

TT-System

Im TT-System werden die Körper aller Betriebsmittel über ein gemeinsames Erdungssystem verbunden. Dieser Erder hat allgemein die Aufgabe eines Schutzerders und muss so ausgelegt und wirksam sein, dass die Berührungsspannung dauernd keinen unzulässigen Wert bei einem Fehlerstrom infolge eines Körperschlusses annimmt. Er wird auch als Anlagenerder R_A bezeichnet und „als Summe der Widerstände des Erders und des Schutzleiters der Körper“ verstanden und nachfolgend so bezeichnet.
Das TT-System ist unter Beachtung des prinzipiellen Aufbaus nach DIN VDE 0100-100 [3] einschließlich des Fehlerstromverlaufes bei einem Körperschluss im Bild 1 dargestellt. Idealerweise soll im Fall eines Körperschlusses die vorgeordnete Schutzeinrichtung den Stromfluss unterbrechen und dadurch eine gefährliche Durchströmung des Menschen verhindern. Löst die Schutzeinrichtung bei einem zu geringen Fehlerstrom nicht nach der zulässigen Zeitdauer aus, muss sichergestellt sein, dass die Berührungsspannung den dauernd zulässigen Wert nicht überschreitet.

Allgemein bestimmt der gesamte Widerstand (Netz, Trafo, Leitungen u. a.) des Stromkreises die Höhe des Fehlerstromes und speziell der Widerstand des Menschen die Größe des gefährlich wirkenden Berührungsstromes. Durch den Menschen fließt der Berührungsstrom I_B als Teil des Fehlerstromes I_F.

Indirekt wird die Gefährlichkeit aber mit der auftretenden Berührungsspannung bewertet. Es ist die Spannung U_B, die über den gesamten Körperwiderstand des Menschen R_M abfällt, wie im Bild 1 deutlich gemacht und die formelmäßig lautet:

U_B = I_B∙R_M

Dabei ist der Innenwiderstand des Menschen mit etwa 1 kΩ im Vergleich zu den übrigen Erder- und Leiterwiderständen recht hoch. In der Regel kommt noch der normalerweise hochohmige Hautwiderstand (je nach Zustand bis 30 kΩ) dazu.

Zum Schutz gegen elektrischen Schlag darf die Berührungsspannung den zulässigen Wert U_Bzul (auch als U_L bezeichnet) nach DIN VDE 0100-410 [4] dauernd nicht überschreiten, sodass folgende Bedingung formuliert werden kann:

I_B∙R_M≤U_Bzul

So logisch wie die Bedingung aussieht, kann sie aber praktisch nicht verwendet werden, weil der tatsächlich fließende Berührungsstrom kaum erfassbar und auch der Gesamtwiderstand bei Fehlereintritt nicht vorhersehbar ist. Deshalb wird der Auslösestrom I_a zum Nachweis der Schutzwirkung herangezogen, der eine Schutzeinrichtung rechtzeitig zum Ausschalten bringt. Rechtzeitig bedeutet im TT-System nach [4] die Abschaltung des Fehlerstromes in Verteilungsstromkreisen bis zu einer Dauer von 1 s und für Endstromkreise mit U_n = 230 V gilt 0,4 s.

Als Schutzeinrichtungen zur automatischen Abschaltung sind nach [4] Überstromschutzeinrichtungen und RCDs zugelassen.

Überstromschutzeinrichtungen

Zu den Überstromschutzeinrichtungen zählen die Schmelzsicherungen und die Leitungsschutzschalter/Leistungsschalter. In der Norm [4] wird bei ihrer Verwendung zum wirksamen Schutz im TT-System folgende Bedingung angegeben:

Dabei ist R_A als Anlagenwiderstand die Summe der Widerstände von Schutzerder sowie Schutzleiter und I_a der Strom, der die automatische Abschaltung bewirkt.

Der Abschaltstrom I_a ist der obere Grenzwert, der aus der Strom-Zeit-Kennlinie der Überstromschutzeinrichtung bei T_a = 0,4 s für Endstromkreise und T_a = 1 s für Verteilungsstromkreise abgelesen wird.

Autor: K.-H. Kny

Literatur:

[1] Kny, K.-H.: Planung von Elektroanlagen.Auswahl des Leiterquerschnitts von Kabeln und Leitungen – Schutz gegen elektrischen Schlag durch automatische Abschaltung im TN-System (6.6.1). Elektropraktiker, Berlin 74 (2020) 02, S. 109 – 113.

[2] Kny, K.-H.: Planung von Elektroanlagen. Auswahl des Leiterquerschnitts von Kabeln und Leitungen – Schutz gegen elektrischen Schlag durch automatische Abschaltung im TN-System: Beispiel (6.6.2). Elektropraktiker, Berlin 74 (2020) 03, S. 202 – 209.

[3] DIN VDE 0100-100 (VDE 0100-100):2009-06 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 1: Allgemeine Grundsätze, Bestimmungen allgemeiner Merkmale, Begriffe.

[4] DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410):2018-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-41: Schutzmaßnahmen – Schutz gegen elektrischen Schlag.

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