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Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Sekundärseitiger Schutz bei USV-Anlagen

Es ist erstaunlich, dass selbst potente Hersteller sich ein wenig aus der Verantwortung stehlen, wenn es darum geht, ganz „normale“ Anforderungen und schon gar nicht spezifische Anforderungen für ihre Produkte zu definieren.

USV wird nicht vom Netz/von der Stromversorgung unterstützt (weil abgeschaltet oder unterbrochen); Fehlerstrom kann weder durch die Sicherung noch durch die Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) abgeschaltet werden (Quelle: Hoermann; ep)

Fakt ist jedoch, dass auch bei einer USV sowohl der Schutz bei Überlast und der Schutz bei Kurzschluss als auch der Fehlerschutz berücksichtigt werden müssen. Den ep erreichte hierzu eine Leseranfrage [1], deren Antwort an dieser Stelle vertieft wird.

Normative Festlegungen hierzu sind z. Zt. in den Normen der Reihe DIN VDE 0100 (VDE 0100) noch ausgesprochen gering. Das einzige was es zu diesem Thema – neben den von mir angeführten allgemeinen Hinweisen – seitens der DKE gibt, ist der Beitrag „Prüfen des Schutzes gegen elektrischen Schlag bei Einsatz von Frequenzumrichtern und USV-Anlagen“ [2], welcher auf dke.de unter Arbeitsfelder heruntergeladen werden kann

Richtig hilfreich ist dieser Beitrag aber auch nicht. Auch die spärlichen Aussagen in den Normen DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444) [3], DIN VDE 0100-551 (VDE 0100-551) [4] und in der VDE-AR-N 4100 [5] sind wenig hilfreich, siehe auch den nachfolgenden wichtigen Hinweis.

Wichtiger Hinweis. Bei den nachfolgenden Ausführungen habe ich nicht die Varianten berücksichtigt, bei denen es im Zwischenkreis (Puffer) einen Mittelpunkt gibt, welcher mit dem Neutralleiter des Versorgungsnetzes verbunden werden soll, um über diesen „Umweg“ ein geerdetes System beim Pufferbetrieb zu erhalten. Durch diese „Erdung“ könnte der Fehlerstrom zum Puffer zurückfliesen.

Leider gibt es diesbezüglich noch Differenzen zwischen Abschnitt 551.4.3.2 von DIN VDE 0100-551 (VDE 0100-551) [4], wo festgelegt ist, dass der Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung nicht von der Erdverbindung des Verteilungsnetzes abhängig sein darf, was durch die Verbindung mit dem Neutralleiter, der beim Netzbetreiber geerdet ist, der Fall wäre. Außerdem ist im Abschnitt 444.4.7 von DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444) [3] eine allpolige Umschalteinrichtung gefordert, die auch den Neutralleiter mit abschaltet, Diese Vorgaben widersprechen wiederum den Vorgaben von Abschnitt 10.4.3.2 von VDE-AR-N 4100 [5], wo von der 4-poligen Umschaltung gewarnt wird. Einen solchen Hinweis gibt es auch im Abschnitt 4.101.2 der Produktnorm DIN EN 62040-1 (VDE 0558-510) [6].

 

Schutz bei Überlast hinter einer USV

Der Schutz bei Überlast kann auch bei einer USV, auch bei Batteriebetrieb, dadurch erfüllt werden, indem man die Querschnitte entsprechend der vorgesehenen Schutzeinrichtungen auswählt. So zugeordnet kann der Schutz der Leitungen bei Überlast hinter einer USV auch mit normalen Leitungsschutzschaltern der Charakteristik B oder auch C erfüllt werden. Hierbei muss die Schutzeinrichtung nicht zwingend auslösen, weil die richtig ausgewählten Querschnitte, durch den maximal zum Fließen kommenden Strom im Nor-malbetrieb bzw. im Überlastfall (maximal kann der Strom, der durch die Schutzeinrichtung vorgegeben ist, zum Fließen kommen) geschützt werden. Wenn der Ausgangsstrom kleiner ist als die zulässige Strombelastbarkeit der Leitungen, dann ergeben sich auch keine Probleme, auch wenn es nicht zu einer Abschaltung durch die Schutzeinrichtung kommt.

Schutz bei Kurzschluss

Hier gilt in gleicher Weise, dass bei richtiger Zuordnung der Querschnitte, die Leitung durch die Überstrom-Schutzeinrichtung geschützt werden kann. Das gilt auch unter dem Gesichtspunkt, dass die Schutzeinrichtung nicht den Kurzschluss abschalten wird, weil die USV nicht den erforderlichen Kurzschlussstrom liefert/liefern kann.

Auch wenn bei einer USV der begrenzte Strom größer ist als der Bemessungsstrom der Schutzeinrichtungen, kann es trotzdem nicht zu einem Schaden an den Leitungen kommen, weil die Schutzeinrichtung, sofern die Schutzeinrichtung den Querschnitten richtig zugeordnet ist, als „koordinierter Schutz“ nach Abschnitt 435 von DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430) [7] zu betrachten ist. Hierbei ist eben die Leitung nicht überlastet oder es kommt eventuell doch zu einer Abschaltung.

Wenn es in solchen Fällen nicht zu einer Kurzschluss-Abschaltung in max. 5 s kommen wird, ist zu beachten, dass in feuergefährdeten Betriebsstätten ggf. trotzdem eine Abschaltung gefordert sein kann, wofür ich aber keine Lösung habe.

Meist ist jedoch eine Netzumgehung vorhanden, die eine Abschaltung – unter Berücksichtigung von Leitungslänge und Querschnitt – im Kurzschlussfall ermöglicht, was aber bei Netzausfall, d. h. Batteriebetrieb nicht gegeben ist.

Fehlerschutz und zusätzlicher Schutz

In manchen Fällen kann durch die Strombegrenzung, die Ausgangsspannung – sofern sie wirksam sein kann – auf Spannungen ≤ 50 V begrenzt werden. Hierbei kann/darf der Fehlerschutz nach Anhang D.2 von DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410) [8] erfüllt werden, wo unter Anhang D, D.2 folgendes festgelegt ist: „Für Anlagen mit Leistungshalbleiter-Umrichtersystemen und -betriebsmitteln mit einer Nennspannung U0 größer als AC 50 V oder DC 120 V muss die Ausgangsspannung der Stromquelle im Falle eines Fehlers gegen einen Schutzleiter oder gegen Erde, in einer Zeit wie in 411.3.2.2, 411.3.2.3 oder 411.3.2.4 gefordert – je nachdem, was zutreffend ist – auf AC 50 V oder DC 120 V oder weniger herabgesetzt werden (siehe auch DIN EN 62477-1 (VDE 0558-477-1))“.

Eine Abschaltung durch eine Schutzeinrichtung ist aber, wie bereits erwähnt, bei „Batteriebetrieb“ nicht möglich, da der Fehlerstrom nicht zur Stromquelle zurückfliesen kann, siehe schematische Darstellung im Bild.

Autor: W. Hörmann

Literatur:

[1] Hörmann, W.: Sekundärseitiger Schutz bei USV-Anlagen; Leseranfragen, Elektropraktiker 74 (2020) 12, S. 900.

[2] Hinweis zur Norm. Prüfen des Schutzes gegen elektrischen Schlag bei Einsatz von Frequenzumrichtern und USV-Anlagen; Hinweis des DKE/UK 221.1 „Schutz gegen elektrischen Schlag“; Veröffentlichungsdatum 22. 06. 2020, DKE/K 221.1, DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.

[3] DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444):2010-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-444: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen.

[4] DIN VDE 0100-551 (VDE 0100-551):2017-02 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 5-55: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Andere Betriebsmittel – Abschnitt 551: Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen.

[5] VDE-AR-N 4100 Anwendungsregel:2019-04 Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz und deren Betrieb (TAR Niederspannung).

[6] DIN EN IEC 62040-1 (VDE 0558-510):2020-07 Unterbrechungsfreie Stromversorgungssysteme (USV) – Teil 1: Sicherheitsanforderungen.

[7] DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10 Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-43: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Überstrom.

Der vollständige Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.

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