Netzformen

Für die Versorgungssysteme ist ab der Niederspannungshauptverteilung (NSHV) das TN-S-System auszuführen [1]. Die Zuleitung kann als TN-C-System oder als TN-S-System ausgeführt werden. Beide Systeme haben Vor- und Nachteile. Die Lösung liegt in der Anwendung des TN-C-S-Systems.

1 TN-C-System
Beim TN-C-System werden der Neutralleiter und der Schutzleiter kombiniert in einer Ader geführt – dem PEN-Leiter. Der Vorteil liegt in der Materialersparnis des PEN-Leiters. Dies bedeutet direkte Kosteneinsparungen bei der Errichtung der Anlage. Als Nachteil wirken sich allerdings die Betriebsströme im Schutzpotentialausgleichsystem aus.

Bild 1: TN-C-System


2 TN-S-System
Das TN-S-System verfügt über getrennt verlegte Schutz- und Neutralleiter. Als Vorteil zeichnet dieses System die Vermeidung von Betriebsströmen im Schutzpotentialausgleich aus. Der Nachteil liegt in der Materialerfordernis für einen zusätzlichen Leiter.

Bild 2: TN-S-System


3 TN-C-S-System
Das TN-C-S-System bietet die Möglichkeit, die Vorteile des TN-C-Systems und des TN-S-Systems zu kombinieren. Durch die Einrichtung eines einzigen Erdungspunktes des Systems und Verwendung eines isoliert geführten PEN-Leiters werden die Betriebsströme im Schutzpotentialausgleich vermieden und eine Materialersparnis ist möglich.

Bild 3: TN-C-S-System

Ableitströme

Ableitströme sind technisch bedingt und lassen sich nicht vermeiden. Sie entstehen durch die endlichen Widerstände der Isolierstoffe der Betriebsmittel. Hierzu zählen neben Kabel und Leitungen sowie Verteilungen auch die in der Anlage befindlichen Geräte. Diese Ableitströme fließen über die Schutzerdungs- und Schutzpotentialausgleichsanlage zurück zum Erdungspunkt des Versorgungssystems.

Bild 4: Ableitstrom (3,76 A)  im Schutzpotentialausgleich

Normative Anforderungen an die Versorgungssysteme

An die Versorgungssysteme werden hohe Anforderungen gestellt. Beim Auftreten eines einzelnen Fehlers müssen wesentlich Anlagenteile weiterbetrieben werden können [2]. Die Versorgung muss sicher und mit einer hohen Verfügbarkeit aufgebaut sein [3]. Die selbsttätigen Umschalteinrichtungen müssen eine sichere Trennung der Systeme gewährleisten [4]. Für jedes Versorgungssystem muss ein eigener Erder vorhanden sein [5]. Nach der Auftrennung des PEN-Leiters in Neutralleiter und Schutzleiter darf keine Wiederverbindung des Neutralleiters mit einem geerdeten Teil erfolgen [6]. Seit erscheinen der „aktuellen“ DIN VDE 0100-710:2002-11 werden für die Niederspannungshauptverteiler eigene abgeschlossene elektrische Betriebsstätten gefordert [7].

Diese normativen Anforderungen können problemlos umgesetzt werden. Es sind keine besonderen Materialien erforderlich. Durch die Tatsache, dass kein Netzparallelbetrieb mit dem Notstrom-Aggregat gefahren wird, ist die Verwendung des TN-S-Systems in der NSHV zulässig. Es erfolgt keine unzulässige Wiederverbindung des Neutralleiters mit dem Schutzleiter durch die Verwendung zweier Versorgungssysteme.

„Historische“ Umsetzungen

Bis Oktober 2002 war es zulässig, beide Niederspannungshauptverteiler in einem Betriebsraum unterzubringen, wenn sich nur diese Hauptverteiler in dem Raum befanden. Es war jedoch erforderlich, die beiden Verteiler lichtbogensicher voneinander zu trennen [8].

Bild 5: Aufbau einer NSHV nach „alter“ Norm

Die meisten Hauptverteiler wurden im TN-C-System aufgebaut. Aufgrund des gemeinsam genutzten Erders des Gebäudes sind nur geringe Betriebsströme im Schutzpotentialausgleichssystem zu erwarten.

 
Bild 6: Stromlaufplan einer NSHV im TN-C-System

Mit der Umsetzung der „neuen“ DIN VDE 0100-710:2002-11 wurden die Hauptverteiler auch im TN-S-System aufgebaut. Hierbei wurden allerdings oftmals nur 3-polige Schalter eingesetzt und die Anlage verfügte über einen Zentralen Erdungspunkt für beide Hauptverteiler. Diese Konstruktion kann man leider in vielen Anlagen vorfinden.

 
Bild 7: nicht normgerechte Umsetzung im TN-S-System

Normative Umsetzung

Die Umsetzung der normativen Forderungen erfordert die Anwendung des TN-S-Systems im Hauptverteiler. Weiterhin sind 4-polige Schalteinrichtungen zwingend erforderlich.

Der „Übergang“ vom TN-C-System der Stromquelle zum TN-S-System der NSHV erfolgt vor dem zugehörigen Einspeiseschalter in der NSHV. Der PEN-Leiter ist auf seinem gesamten Verlauf isoliert zu führen. Eine zusätzliche Erdung des Transformatorsternpunktes am Transformator erfolgt nicht.

Die Erdung der elektrischen Anlage (PEN-Leiter bzw. N-Leiter) erfolgt am Auftrennungspunkt von Neutrallieter und Schutzleiter. Hierdurch befindet sich der ZEP leicht zugänglich außerhalb der Mittelspannungszelle.

Durch die Verwendung einer Messeinrichtung im Zentralen Erdungspunkt wird dem Betreiber eine Anzeige der Ableitströme der elektrischen Anlage generiert.

 
Bild 8: normgerechter Aufbau der Hauptverteiler

Im ungestörten Zustand wird die Gesamtanlage über den Transformator AV versorgt. Alle Schalter mit Ausnahme des Generatorschalters SV sind geschlossen. Die Erdung erfolgt vor dem Transformatorschalter AV. Sämtliche Ableitströme fließen über den ZEP-AV.

Beim mechanischen Zusammenbruch der Hauptverteilung SV bleibt das AV-System unbeeinflusst, da der Abgangsschalter in der NSHV AV allpolig im Kurzschlussfall öffnet. Es werden somit auch keine Betriebsströme des Neutralleiters-AV in die fehlerhafte NSHV-SV geführt, falls in dieser die aktiven Leiter mit einem geerdeten Teil in Verbindung geraten sind.

Im Fall des Versorgungsausfalls im öffentlichen Mittelspannungssystem oder beim mechanischen Zusammenbruch des Hauptverteilers der allgemeinen Versorgung öffnet der Kuppelschalter zur NSHV AV in der NSHV SV und der Generatorschalter wird geschlossen. Auch hier werden Neutralleiterbetriebsströme zum gestörten Netz hin vermieden.

In jedem Fehlerfall ist das unbeeinflusste System betriebssicher. Die Erdungsverhältnisse sind sichergestellt und die normativen Forderungen sind erfüllt.

Fazit

Der Aufbau eines normgerechten und betriebssicheren Versorgungssystems erfordert ein TN-S-System in den Niederspannungshauptverteilern. Durch 4-polige Schalteinrichtungen werden die Systeme sicher getrennt.

Die Montage eines Messwandlers im ZEP ermöglicht es dem Betreiber über die Interpretation des Gesamtableitstromes den Anlagenzustand zu beurteilen. Durch die Platzierung des ZEP in der NSHV ist dieser auch ohne Abschaltung im Mittelspannungssystem leicht zugänglich. Hierzu ist es lediglich erforderlich, den ZEP vor dem Einspeiseschalter in der NSHV einzurichten.

 
Bild 9: ZEP mit Messwandler

 
Bild 10: Ableitstrommessung einer Bestandsanlage


Literaturhinweise
[1]: DIN VDE 0100-710:2002-11, Abschnitt 710.413.1.3
[2]: DIN VDE 0100-710:2002-11, Einleitung
[3]: DIN VDE 0100-710:2002-11, Abschnitt 710.131
[4]: DIN VDE 0100-710:2002-11, Abschnitt 710.537.6
[5]: DIN VDE 0100-551:1997-08, Abschnitt 551.4.2
[6]: DIN VDE 0100-540:2007-06, Abschnitt 543.4.3
[7]: DIN VDE 0100-710:2002-11, Abschnitt 710.51.1.1
[8]: DIN VDE 0107:1994-10, Abschnitt 3.1.4

Autor: Dipl.-Ing. (FH) Olaf Wulf
Herr Wulf ist Fachplaner und Fachbauleiter im Ingenieurbüro Wendt (Bremen/Hamburg, www.ib-joerg-wendt.de)