Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Wirksamkeit von Erdung und Potentialausgleich
Die Bestimmung der Berührungsspannung in dreiphasigen Niederspannungssystemen ist eine komplexe Angelegenheit, da zum einen die Phasenverschiebung und zum anderen ganze Widerstandsnetzwerke berücksichtigt werden müssen. Dies führt dazu, dass einige Fehlersituationen nur mit komplexen Zahlen und entsprechenden Berechnungsverfahren dargestellt werden können.
Solche Berechnungen werden in der Gesellen- und Meisterausbildung nicht vermittelt. So werden z. B. Betrachtungen von Sternpunktverschiebungen bei einem PEN-Leiter-Bruch mittels Formelumwandlung von Dreieck- in Sternschaltung und umgekehrt durchgeführt, was aufwändig und zeitraubend ist.
Im Studium wird zwar das Rechnen mit komplexen Zahlen vermittelt; die Realität zeigt jedoch, dass bereits Monate nach der Wissensvermittlung die Anwendung sich ebenfalls als aufwändig erweist.
Dieser Beitrag stellt vor, wie mit den Software-Werkzeugen Excel [1] und PSIM [2] solche aufwändigen Berechnungen ersetzt werden können. Auch mit epINSTROM [3] können einige Fehlersituationen anschaulich dargestellt werden.
Diese Simulationen zeigen hierbei wichtige und erstaunliche Erkenntnisse. Schließlich können Fehlinterpretationen bezüglich der Wirkung von Maßnahmen zu Fehlinvestitionen, Fehlfunktionen und schließlich zu wirtschaftlichen Schäden für Planer und ausführende Unternehmen führen.
Grundlegendes
Der elektrische Schlag wird durch einen elektrischen Strom verursacht, der durch den menschlichen Körper oder den Körper eines Nutztieres fließt. Herzkammerflimmern, Verbrennungen und Atmungsstillstand sind physiologische Effekte, die lebensgefährlich sind; diese gilt es zu verhindern. Elektroanlagen müssen dabei so ausgelegt werden, dass weder unter normalen Bedingungen (bestimmungsgemäßer Verwendung) noch unter Einzelfehlerbedingungen gefährliche Situationen auftreten. Basis- und Fehlerschutz sowie in bestimmten Fällen der zusätzliche Schutz, auch in Kombination, erfüllen hierbei diese grundsätzlichen Anforderungen.
Der durch den menschlichen Körper getriebene Strom ist abhängig von der Fehlersituation oder der Fehlerspannung UF bzw. Berührungsspannung UT, wie sie in Bild 1 dargestellt und in der DIN VDE 0100-200:2006-06 [4, 826.11.02 und -05] definiert ist:
„Berührungsspannung, Spannung zwischen leitfähigen Teilen, wenn diese gleichzeitig von einem Menschen oder einem Tier berührt werden“ sowie
„Fehlerspannung, Spannung zwischen einer gegebenen Fehlerstelle und der Bezugserde bei einem Isolationsfehler.“
Die Bestimmung der Impedanz des menschlichen Körpers, bestehend aus ohmschen und kapazitiven Anteilen, ist komplex und von vielen Faktoren – u. a. auch der Höhe der Berührungsspannung – abhängig. Bei den hier durchgeführten Simulationen wird ein Körperwiderstand von 1 000 Ω angenommen.
Im Folgenden soll der Einfluss von Erdungs- und Potentialausgleichsmaßnahmen auf die Berührungsspannung bei unterschiedlichen Fehlern im TN- und TT-System untersucht werden. Zur Vereinfachung der Simulationen werden eine ideale Spannungsquelle und nur ohmsche Widerstände angenommen.
PEN-Leiterbruch im TN-System – Gefahr Berührungsspannung
In Gesprächen ist immer wieder festzustellen, dass bei vielen Fachleuten eine falsche Vorstellung über die Bedingungen zum Auftreten von gefährlichen Berührungsspannungen besteht. So z. B. auch bei einem PEN-Leiterbruch.