Typische Fehler in der Elektroinstallation – Ersatzstrom- und USV-Anlagen

Leider zeigen viele Schadenfälle, dass USV-Anlagen aufgrund falscher Dimensionierung oder mangelnder Instandhaltung häufig versagen oder auch selbst zur Brandgefahr werden können. Angelehnt an das Web-Lernmodul „Ersatzstromanlagen und USV“ [1] des GDV werden entsprechende Schutzmaßnahmen im Folgenden näher erläutert.

Ersatzstromversorgungsanlagen

Ersatzstromanlagen sollen vor allem dann genutzt werden, wenn die eigentliche Energieversorgung ausfällt. Zwar wird die Netzspannung in Deutschland von den Energieversorgern mit hoher Qualität und Verfügbarkeit geliefert. Dennoch kann es auch zu Unterbrechungen des Energie­flusses kommen, wenn beispielsweise bei Bauarbeiten Kabel beschädigt werden oder bei Kurzschlüssen aufgrund fehlen­der Selektivität vorgelagerte Schutzele­mente auslösen und somit eigentlich fehlerfreie Anlagenbereiche vom Netz getrennt werden. Aber auch Netzstörun­gen, wie etwa Spannungs­schwankungen oder Spannungsverzer­rungen, stören die Funktion sensibler Verbraucher.

Um einen kontinuierlichen Betrieb vor allem bei Netzausfällen zu gewährleisten, werden Ersatzstromversorgungsanlagen oder unterbrechungsfreie Stromversorgungen (USV) eingesetzt.

Spannungsgüte: Welcher Zustand als realistisch zu erwarten ist, wird in der Norm EN 50160 „Merkmale der Span­nungen in öffentlichen Elektrizitäts­-Ver­sorgungsnetzen“ beschrieben. Dabei weist die Norm allerdings ausdrücklich darauf hin, dass die vorgegebenen Gren­zen nur im normalen Betriebsfall einge­halten werden können. Bei angekündigten oder auch zufälligen Störungen wie Un­wetter müssen die Grenzwerte nicht ein­gehalten werden.

Ersatzstromanlage: Es handelt sich bei Ersatzstromanlagen um eine behelfsmä­ßige Weiterversorgung ausgewählter Ver­braucher oder Anlagenteile mit Elektroener­gie, die von einer Netzersatzanlage, z. B. von Akkumulatoren oder Notstromaggre­gaten, übernommen wird. Die Umschal­tung erfolgt automatisch oder von Hand.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung: Im Gegensatz zu einer unterbrechungs­freien Stromversorgung ist bei der Ersatz­stromversorgungsanlage ein kurzzeitiger Spannungsabfall möglich, der z. B. zur Folge hat, dass eine Glühlampe flackert oder der Computer abstürzt.

Forderung: Die elektrischen Einrichtun­gen für die Ersatzstromanlage sind so zu installieren, dass auch bei Ausfall der allgemeinen Stromversorgung ein ein­wandfreier Betrieb der Anlage sicherge­stellt ist.

Besonders relevante Normen in diesem Bereich sind:

• DIN VDE 0100-551: Niederspan­nungs­-Stromerzeugungsanlagen,
• DIN VDE 0100-560: Einrichtungen für Sicherheitszwecke,
• EN 62040-3:2001: Methoden zum Festlegen der Leistungs-­ und Prüfungs­anforderungen.

Einsatzbereiche: Ersatzstromversor­gungsanlagen und USV-­Anlagen kommen also vor allem dann zum Einsatz, wenn die Hauptstromversorgung ausgefallen ist und bestimmte Einrichtungen davon nicht betroffen sein dürfen. Dies können

• Anlagen zur Gefahrenabwehr zum Bei­spiel im Brandfall sein,
• Anlagen zur Gefahrenabwehr zum Schutz von Menschen, Tieren und Umwelt,
• Anlagen zur Vermeidung von größeren Sachschäden und
• wenn Rechtsvorschriften dies fordern.

USV-Anlagen

Vor allem bei hohen Anforderungen an die Verfügbarkeit, z. B. bei

• Computernetzwerken (Bild),
• Telekommunikationseinrichtungen oder
• Maschinen und Prozessanlagen

sowie dort, wo durch Ausfall der öffentli­chen Energieversorgung das Leben oder die Gesundheit und Sicherheit von Men­schen gefährdet ist, z. B. in Krankenhäu­sern, werden USV­-Anlagen eingesetzt. Hier versorgt die USV­-Anlage bei Strom­ausfall ohne Spannungsunterbrechung für eine begrenzte Zeit sicherheitstechnische Einrichtungen mit Strom, wie z. B. Beat­mungsgeräte oder auch die Sicherheits­beleuchtung. Die Sicherheitsstromversor­gung gewährleistet durch ein separates unabhängiges Netz von Kabeln und Lei­tungen eine unterbrechungsfreie Strom­versorgung, um bei Stromausfall den Betrieb von elektrischen Anlagen und Einrichtungen für Sicherheitszwecke wei­terhin aufrecht zu erhalten. Die Sicherheitsstromversorgung ist für medizinische Bereiche (Krankenhaus, Klinik, Pflegeheim, usw.) vorgeschrieben und dient dem Schutz der Patienten, der Mitarbeiter und Besucher. Der Betreiber ist verantwortlich für die Funktionsfähig­keit dieser Anlagen durch gesch! ultes Per­sonal.

Kriterien für die Planung

Leider zeigen viele Schadenfälle, dass USV-­Anlagen aufgrund falscher Dimensio­nierung oder mangelnder Instandhaltung häufig versagen oder auch selbst zur Brandgefahr werden können. Deshalb sollten bereits bei der Planung folgende Informationen berücksichtigt werden:

• Angaben über das speisende Netz (z. B. Größe und Häufigkeit von Netzstörun­gen wie Ausfälle, Netzeinbrüche, Span­nungsschwankungen, Spannungsver­zerrungen und Spannungsspitzen, Einbindung von Eigenerzeugungsanla­gen): Werden Eigenerzeugungsanlagen betrieben (z. B. PV­-Anlage) ist eine entsprechende Koordination bei Netz­ausfall zu berücksichtigen.
• Art der Verbraucher (z. B. kapazitive oder induktive Verbraucher, Höhe des Anlaufstroms, Verträglichkeit gegenüber Netzunterbrechungen): Viele PC, Server und EDV-­Netzwerke haben keine Pro­bleme mit Netzunterbrechungen von bis zu 20 ms und weisen eine gewisse Festigkeit gegen weitere Netzstörungen auf, wohingegen Relais in Selbsthaltung bei diesen Zeitdauern abschalten. Dies hat oft Konsequenzen hinsichtlich Per­sonen­, Produktions­, Umwelt­ sowie Sachschäden und deren Folgekosten.
• Angaben über die Dimensionierung für USV: Es gilt die effektiven Leistungen der Verbraucher zu addieren unter Be­achtung von Gleichzeitigkeitsfaktor und dem Scheitelfaktor hinsichtlich der linearen/nichtlinearen Verbrauchsmit­tel. Es sind für spätere Erweiterungen möglichst Reserven einzuplanen.

Bei der Dimensionierung müssen der Typ, die Betriebsart und der Aufbau der USV-­Anlage nach den Anforderungen der an­geschlossenen Verbraucher ausgerichtet sein. Außerdem sollte eine Wirtschaftlich­keitsberechnung erfolgen.

• Bei USV-­Anlagen ist der Schutz bei Überstrom auf der Verbraucherseite besonders zu beachten.
• Kabel und Leitungen für die Sicherheits­stromversorgung müssen getrennt von den anderen Leitungen verlegt werden. Es sollten Kabel und Leitungen mit ver­bessertem Brandverhalten oder nicht­brennbare Leitungen verwendet werden.

USV-Anlagen ersetzen nicht den Überspannungsschutz!

Literatur: [1] Web-Lernmodul des GDV Ersatzstromanlagen/USV

Autor: M. Heberer

Der vollständige Beitrag ist in unserem Facharchiv nachzulesen.