Zu den nicht-linearen Lasten zählen unter anderem elektronisch-geregelte Schweißstationen, leerlaufende Transformatoren und Motoren, elektronisch-geregelte (Thyristor-gesteuerte) Motorantriebe mit regelbarer Drehzahl, NV-Beleuchtungsanlagen, PC-Netzteile, USV-Anlagen, Leuchtstofflampen mit elektronischen Vorschaltgeräten und Energiesparlampen. Ihr verstärkter Einsatz führt zu einer immer stärkeren „Verschmutzung“ des Stromversorgungsnetzes durch Oberwellen und damit zu unerkannt überhöhten Strombelastungen.

Wirkung der Addition von Oberschwingungen

Bestimmte Oberschwingungen heben sich im Neutralleiter eines Dreiphasen-Vierleiter-Systems auf, andere addieren sich auch im PEN- oder Neutralleiter bis über den doppelten Wert. Das führt neben höheren Strömen auch zu höheren Frequenzen, speziell im Bereich der 3. (150 Hz), der 5. (250 Hz) und 7. (350 Hz) Harmonischen, schließlich zu Oberschwingungen bis in den 100 kHz-Bereich.

Dazu schildert Rübsam zwei Schadensfälle aus der Praxis:

Beispiel: Platzender NH-Sicherungsschmelzeinsatz

Bei einer Niederspannungs-Energieverteilung in einem Industriebetrieb wurden im Rahmen der Erstprüfung weder die Erwärmung noch die Netzversorgung bei der Inbetriebnahme überprüft. Durch eine schlecht gestaltete Anpassung von Netzdrosseln/Filtern an die angeschlossenen Verbraucher (Thyristor, Phasenanschnittsteuerung) führte ein erhöhter Überstrom/Oberwellenstrom zur Überhitzung des zugehörenden NH–Sicherungsschmelzeinsatzes. Dieser platzte und zündete einen Lichtbogen gegen das geerdete Schranksystem. Bedingt durch den nur „mäßigen“ Überstrom löste der Hauptschalter/Leistungsschalter erst nach großer Verzögerung aus.

Beispiel: Fahrlässig montiert und errichtet

Bei einer Steuerungsanlage für einen Kühlbetrieb wurde innerhalb des zugehörigen Stromverteiler-Schrankes eine Kombination von Reitersicherungs-Streifenelementen der Größe D02 / E18 „dicht-an-dicht“ auf einem Sammelschienensystem montiert, und das bei einer Sockel-Breite von nur 27 Millimetern

Vier Verdichter-Motoren mit je maximal 32 kW wurden an den linken vier Abgängen angeschlossen, jeweils mit einem Nennbetriebsstrom von maximal 60 A, bei einem relativ hohen Oberwellenanteil bedingt durch ein „Part-Winding-System“ (Anlaufstrombegrenzer). Die entsprechenden D02-Sicherungselemente wurden mit Schmelzeinsätzen 63 A bestückt.

Wärmestau führt zur Lichtbogenzündung

Der Fehler in diesem Fall: Die Reiter-Streifenelemente sind zwar „einzeln“ Typ-geprüft (jeweils für einen Betriebsstrom von maximal 63 A), jedoch nicht als Kombination von mehreren Elementen. Das wäre auf dem schmalem Raum von 4 x 27 = 108 mm mit 240 A auch gar nicht möglich!

Nicht alle Anbieter geben in ihren Unterlagen für Betriebsströme von mehr als 35 A die erforderlichen, breiteren Abdeckstreifen von 36 oder 54 Millimetern an, um eine größere Wärmeableitung und eine bessere Anschlusstechnik zu bieten. Hier wurde laut Rübsam mit nur schwacher Fachkenntnis „fahrlässig“ montiert und errichtet, und das hatte Folgen: 

Die vier linken D02-Elemente erwärmten sich stark, bedingt durch

• häufiges Ein-/Ausschalten der angeschlossenen Verdichter-Motoren
• sommerliche Temperaturen (und damit auch einer relativ warmen Umgebung innerhalb des Kühlhauses)
• eine zusätzlich starke Erwärmung der Anschlussleitungen
• möglicherweise zu geringe Querschnitte der Verbindungen zwischen Sicherungen und Anschlussklemmen innerhalb der Kabelkanäle

Der Wärmestau verursachte Isolationsschäden und dadurch eine Lichtbogenzündung mit Brandwirkung. Wie im ersten Beispiel löste der übergeordnete Leistungsschalter durch den nur „mäßigen“ Überstrom erst nach großer Verzögerung aus.

Bei der Kontrolle beachten

Für die regelmäßige Kontrolle und Beurteilung nach dem Prinzip „Besichtigen – Erproben – Messen“ nennt Rübsam Faktoren, die Sie besonders beachten sollten:

• Ermittlung des tatsächlichen effektiven Betriebsstromes; genaue Netzversorgungs-Analyse über ein Echt-Effektiv-Messgerät;
• Normale, Mittelwert-bildende Messgeräte können bei Oberschwingungsbelastungen Falschmessungen von 300 Prozent und mehr verursachen und so zu einer falschen Bewertung der „betriebsmäßigen“ Überlastung von Geräten und deren Anschlussleitungen führen.

Fazit

Vor allem kompakte Anlagen oder Verteilersysteme und Anlagen mit einem hohen Anteil an elektronischen Verbrauchern bergen besondere Gefährdungspotenziale hinsichtlich des Sach- und Brandschutzes. So führt der verstärkter Einsatz nicht-linearer Lasten zu überhöhten Strombelastungen, die realistisch bewertet werden müssen.

Weiterführende Links

Weitere Folgen der Serie „Gefährdungspotenziale bei ortsfesten elektrischen Anlagen und Verteilersystemen“:

• „Zusätzliche Prüfungen sind oft erforderlich“
• Prüfung bei potenzieller Überlast

Autoren:

Christine Lendt, Frau Lendt ist freie Journalistin, www.recherche-text.de.

Dipl.-Ing. Hans J. Rübsam, Herr Rübsam ist beratender Ingenieur

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