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Die unbekannte Gefahr aus dem Netz

Serie Teil 2
Die unbekannte Gefahr aus dem Netz

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Der erste Teil dieses Artikels (Sicher­heitsin­ge­nieur 10/2016) behan­delte Prob­leme, die durch die von nicht­lin­earen elek­tro­n­is­chen Ver­brauch­ern her­vorgerufe­nen Ober­schwingun­gen entste­hen kön­nen. Solche Ver­brauch­er weisen aber oft noch andere prob­lema­tis­che Eigen­schaften auf: Ableit­ströme durch elek­tro­n­is­che Beschal­tun­gen, die über den Schut­zleit­er abge­führt wer­den und die zu Strö­men an solchen Stellen führen, an denen sie eigentlich wed­er erwartet noch erwün­scht sind. Diese und andere Prob­leme führen zu der Frage, wie die elek­trischen Net­ze der Zukun­ft gestal­tet wer­den kön­nen. Weit­er­hin soll in diesem Teil des Artikels auch ein beson­deres Augen­merk auf die Qual­i­fika­tion der Elek­tro­fachkräfte und ihre notwendi­ge Ausstat­tung gelegt werden.

„Ein heute gekaufter Com­put­er ist mor­gen bere­its ver­al­tet!“ – Diese Behaup­tung ist sicher­lich etwas über­spitzt, trifft aber im Kern das The­ma: Um wet­tbe­werb­s­fähig bleiben zu kön­nen, muss ger­ade in der IT-Tech­nolo­gie in immer kürz­eren Abstän­den tech­nisch nachgerüstet wer­den. Dabei ist in der Regel vor­rangig die Rechen­leis­tung und Spe­icherka­paz­ität von Inter­esse. Oder war je die Höhe des durch einen elek­tro­n­is­chen Ver­brauch­er verur­sacht­en Ableit­stroms ein Kau­far­gu­ment? Das Ange­bot neuer Tech­nolo­gien im Zusam­men­hang mit dem Wet­tbe­werb­s­druck führte jedoch nach Ansicht des Ver­fassers in den let­zten Jahren all­ge­mein zu ein­er gewis­sen Unbe­darftheit gegenüber der Anwen­dung dieser Tech­nolo­gien. Solange sie sich­er funk­tion­ieren, ist die Welt der Anwen­der doch in Ord­nung, oder?
Lei­der ist dem nicht unbe­d­ingt so, denn die beste­hen­den Stromver­sorgungsnet­ze wer­den üblicher­weise nicht in dem Maße ertüchtigt, wie es für den Betrieb neuer Ver­brauch­er mit geän­dertem Betrieb­sver­hal­ten eigentlich notwendig wäre. Anders aus­ge­drückt: Die Vor­be­halt­losigkeit führt zu „neuen Las­ten in alten Net­zen“ (Quelle: Deutsches Kupferin­sti­tut, Düsseldorf).
Die Prob­leme bedin­gen sich dabei gegen­seit­ig. Ein­herge­hend mit der zunehmenden Ver­bre­itung elek­tro­n­is­ch­er Ver­brauch­er mehrten sich auch die Prob­leme durch elek­tro­mag­netis­che Unverträglichkeit. Ins­beson­dere Geräte der Infor­ma­tion­stech­nolo­gie erwiesen sich durch den Umstieg von Ana­log- auf Dig­i­tal­tech­nik als beson­ders störan­fäl­lig. Der Trend zur Minia­tur­isierung bewirkt aber, dass auch kle­in­ste Ströme bere­its elek­tro­mag­netis­che Felder her­vor­rufen, welche die Funk­tion benach­barter Bauteile beeinflussen.
Als Reak­tion auf diese Entwick­lun­gen wurde die europäis­che EMV-Richtlin­ie erlassen, welche durch das „Gesetz über die elek­tro­mag­netis­che Verträglichkeit von Betrieb­smit­teln“ (EMVG) in nationales Recht umge­set­zt wurde. Seit­dem müssen Elek­trogeräte nach den all­ge­mein anerkan­nten Regeln der Tech­nik so ent­wor­fen und gefer­tigt sein, dass die von ihnen verur­sacht­en elek­tro­mag­netis­chen Störun­gen kein Niveau erre­ichen kön­nen, bei dem ein Betrieb ander­er Geräte nicht mehr möglich ist. Auch müssen die Geräte selb­st gegen die zu erwartenden elek­tro­mag­netis­chen Störun­gen hin­re­ichend unempfind­lich aus­gelegt sein, um ohne unzu­mut­bare Beein­träch­ti­gung arbeit­en zu können.
Um diese Anforderun­gen erfüllen zu kön­nen, wer­den heute elek­trische Ver­brauch­er mit Fil­terbeschal­tun­gen verse­hen. Diese und andere elek­tro­n­is­che Bau­grup­pen verur­sachen jedoch Ströme, die oft über den Schut­zleit­er abge­führt wer­den. Lei­der ist aber ger­ade das in Deutsch­land sehr weit ver­bre­it­ete TN-Net­zsys­tem hier­für nicht unbe­d­ingt aus­gelegt, wie die nach­fol­gen­den Erläuterun­gen aufzeigen sollen.
Das TN-Sys­tem
Strom fließt nur in einem geschlosse­nen Stromkreis. Diese ein­fache Grun­dregel gilt auch für den Fehler­fall. Um eine Sicherung im Falle eines Fall­es möglichst schnell und zuver­läs­sig zur Aus­lö­sung brin­gen zu kön­nen, muss im TN-Net­zsys­tem eine dauer­haft gut leit­fähige Verbindung zum Erd­poten­zial beste­hen. Der Fehler­strom soll hier­bei möglichst schnell so hohe Werte annehmen, dass die Sicherung kurzfristig aus­lösen kann. Neben­bei kann durch diese Maß­nahme auch die sich ein­stel­lende Berührungss­pan­nung in ihrer Höhe beschränkt werden.
In einem TN-Net­zsys­tem sind die aktiv­en Leit­er des speisenden elek­trischen Net­zes in der Regel über den Stern­punkt des Trans­for­ma­tors direkt mit dem Erd­poten­zial ver­bun­den, während die angeschlosse­nen elek­trischen Ver­brauch­er auf zwei ver­schiedene Arten mit diesem Punkt ver­bun­den wer­den: Im TN-C-Sys­tem (französich: Terre Neu­tre Com­biné, siehe Abb. 1) erfol­gt dies über den PEN-Leit­er, welch­er die Funk­tion des Schut­zleit­ers (PE) und des Neu­tralleit­ers (N) in sich vere­int, während im TN-S-Sys­tem (französich: Terre Neu­tre Séparé, siehe Abb. 2) Neu­tral- und Schut­zleit­er sep­a­rat geführt werden.
Abb. 1: TN-C-Netzsystem
Abb. 2: TN-S-Netzsystem
Da die gemein­same Nutzung der Neu­tral- und Schut­zleit­er­funk­tion in einem PEN-Leit­er aus Grün­den der Draht­bruch­sicher­heit erst ab einem Quer­schnitt von 10 mm² Kupfer beziehungsweise 16 mm² Alu­mini­um zuläs­sig ist, existiert in Gebäu­den oft­mals auch eine Kom­bi­na­tion aus bei­den Sys­te­men, das TN-C-S-Sys­tem (franzö­sisch: Terre Neu­tre Com­biné Sep­a­ré, siehe Abb. 3).
Abb. 3: TN-C-S-Netzsystem
Im TN-C-S-Sys­tem sind zumeist nur die End­stromkreise mit einem sep­a­rat­en Schut­zleit­er verse­hen, während vom Hau­san­schlusskas­ten bis zu den Unter­verteilun­gen ein gemein­samer PEN-Leit­er geführt wird, was in früheren Zeit­en nor­maler­weise kein Prob­lem darstellte.
Heutzu­tage sieht die Sache jedoch anders aus.
Im Physikun­ter­richt wird gern der Merk­satz „Der Strom ist faul: Er geht immer den Weg des ger­ing­sten Wider­stands“ genutzt, um zu verdeut­lichen, dass zum Beispiel Blitze den kürzesten (also den bestleit­fähi­gen) Weg zum Erdre­ich nehmen. Durch Merk­sätze wie diesen ver­fes­tigt sich allerd­ings die all­ge­meine Vorstel­lung, dass eine „gute Erdung“ allein schon dafür sor­gen würde, dass gegebe­nen­falls auf geerde­ten Leit­ern fließende Ströme immer unmit­tel­bar unschädlich in die Erde abgeleit­et werden.
Diese Vorstel­lung lässt sich aber nicht unbe­d­ingt auf die in der Real­ität gegebe­nen Ver­hält­nisse in elek­trischen Instal­la­tio­nen über­tra­gen: Strom fließt dort, wo eine leit­fähige Verbindung zwis­chen unter­schiedlichen Poten­zialen beste­ht. Existieren mehrere leit­fähige Verbindun­gen, teilt sich der Strom entsprechend auf.
Solche Verbindun­gen beste­hen vielerorts in Gebäu­den, da leit­fähige Bestandteile der Gebäude­in­fra­struk­tur, wie zum Beispiel Wasser­leitun­gen, Lüf­tungs- und Heizungssys­teme, Blitzschutzein­rich­tun­gen, met­allis­che Fas­sadenele­mente und so weit­er, über den Poten­zialaus­gle­ich mit dem PEN-Leit­er des ein­speisenden Anschlussk­a­bels ver­bun­den sind. Hinzu kom­men die geschirmten Daten­leitun­gen von EDV-Geräten und andere für den Betrieb bes­timmter Ver­brauch­er notwendi­ge Erdverbindungen.
Inzwis­chen stellt also ein Gebäude ein kom­plex­es Net­zw­erk von geerde­ten Kom­po­nen­ten dar, was auch gut ist, solange nicht mehr als eine Verbindung zum PEN-Leit­er beste­ht. Diese als „zen­traler Erdungspunkt“ (ZEP) beze­ich­nete Verbindung ist notwendig, da das Hau­san­schlussk­a­bel üblicher­weise nur vier­adrig (also mit PEN-Leit­er) aus­ge­führt ist. Durch eine bere­its möglichst nah an dem elek­trischen Hau­san­schluss geschaf­fene Aufteilung des PEN-Leit­ers in Schutz- und Neu­tralleit­er erhält man das für heutige Anwen­dun­gen gut geeignete TN-S-Sys­tem. In der betrieblichen Real­ität wer­den diese Erken­nt­nisse jedoch noch allzu sel­ten berück­sichtigt: Nach wie vor wer­den bewusst oder unbe­wusst viele Verbindun­gen zwis­chen Schutz- und Neu­tralleit­er geschaf­fen. Wer­den dann EDV-Geräte und andere elek­tro­n­is­che Ver­brauch­er angeschlossen, die betrieb­s­be­d­ingt (z.B. auf­grund der Fil­terbeschal­tun­gen) Ströme über den Schut­zleit­er ableit­en, kann dies sehr schnell zu vagabundieren­den Streuströ­men im gesamten Gebäude führen (siehe Abb. 4 und 5).
Abb. 4: „Sauberes“ TN-S-Netz mit isoliert ver­legtem PEN-Leit­er ohne vagabundierende Ströme
Abb. 5: Durch vagabundierende Ströme verun­reinigtes TN-C-S-Netzsystem
Weil das TN-C-Net­zsys­tem vielerorts nicht mehr den heuti­gen Anforderun­gen genügt, spricht man auch gern von der ver­PEN­nten Elek­troin­stal­la­tion (Quelle: Karl-Heinz Otto, Sachver­ständi­ger). Ähn­lich wie bei den bere­its im ersten Teil dieses Artikels beschriebe­nen Ober­schwingungs­be­las­tun­gen kön­nen die Fol­gen vagabundieren­der Ableit­ströme sehr vielfältig sein.
Elek­tro­mag­netis­che Störausbreitung
Jed­er Strom­fluss durch einen elek­trischen Leit­er bed­ingt ein Mag­net­feld um den Leit­er herum. Dies bet­rifft auch solche Kom­po­nen­ten eines Gebäudes, die eigentlich nicht als elek­trische Leit­er vorge­se­hen sind, auf denen jedoch vagabundierende Ströme fließen kön­nen, wie zum Beispiel tra­gende Stahlstruk­turen, Wasser­leitun­gen, Lüf­tungskanäle, met­allis­che Gebäude­fas­saden und so weit­er. Abhängig von der Strom­stärke kön­nen sich somit mehr oder weniger starke Mag­net­felder im gesamten Gebäude aus­bre­it­en, was sowohl tech­nis­che Ein­rich­tun­gen als auch Men­schen bee­in­flussen kann. Auf geerde­ten Daten­leitun­gen kön­nen schon kleine Ströme zu Fehlfunk­tio­nen und Betrieb­sstörun­gen (ins­beson­dere Sys­temab­stürze), zur Ver­langsamung der Datenüber­tra­gung, zu Schreib-/Le­se­fehlern sowie zu Störun­gen im Tele­fon­netz führen.
Außerkraft­set­zung von Schutzeinrichtungen
Wech­selspan­nungsstromkreise kön­nen durch elek­tro­n­is­che Ver­brauch­er auch mit Gle­ich­strö­men über­lagert wer­den. Dieses Phänomen tritt heutzu­tage häu­fig bei den üblicher­weise zur Drehzahlregelung von Maschi­nen ver­wen­de­ten Fre­quen­zum­richtern (siehe Abb. 6) auf.
Abb. 6: Frequenzumrichter
Die Ver­sorgungss­pan­nung (ein- oder dreiphasig) wird hier­für zunächst gle­ichgerichtet und geglät­tet. Diese Gle­ichspan­nung wird dann im Zwis­chenkreis in „Pakete“ passender Fre­quenz und Ampli­tude getak­tet und anschließend in einem Wech­sel­richter wieder in eine Wech­selspan­nung über­führt. Ins­beson­dere durch den Gle­ichspan­nungszwis­chenkreis wird der Stromkreis mit Gle­ich­stro­man­teilen überlagert.
Über­lagerte Gle­ich­stro­man­teile von mehr als 6 mA kön­nen jedoch dazu führen, dass die in Fehler­strom­schutzschal­tern herkömm­lich­er Bauart (Typ A) enthal­te­nen Sum­men­stromwan­dler mag­netisch gesät­tigt wer­den. Aus Fehler­strö­men resul­tierende Änderun­gen in der Stärke der Mag­net­felder kön­nen so nicht mehr detek­tiert wer­den, weshalb beim Anschluss von Fre­quen­zum­richtern mit glat­ten Gle­ich­stro­man­teilen im Ableit­strom ein all­strom­sen­si­tiv­er Fehler­strom­schutzschal­ter (Typ B oder B+) als vorgeschal­tete Schutzein­rich­tung vorzuse­hen ist.
Fre­quen­zum­richter müssen nicht zwangsweise auf indus­trielle Anwen­dun­gen beschränkt sein: So teilen zum Beispiel in eini­gen Fällen Waschmaschi­nen­her­steller in ihren mit­geliefer­ten Unter­la­gen mit, dass zwin­gend ein Fehler­strom­schutzschal­ter Typ B (all­strom­sen­si­tiv) ver­wen­det wer­den muss, wenn nach lokalen Vor­gaben die Instal­la­tion eines Fehler­strom­schutzschal­ters (RCD) erforder­lich sein sollte. Wohl dem, der dies gele­sen und gegebe­nen­falls schon vor der Anschaf­fung berück­sichtigt hat!
Die Beru­fung auf den oft bemüht­en Bestand­schutz hat in einem solchen Fall wenig Sinn, denn eine notwendi­ge Schutzein­rich­tung muss funk­tions­fähig sein und bleiben.
Beschädi­gun­gen empfind­lich­er Baugruppen
Mod­erne elek­trische Ver­brauch­er mit elek­tro­n­is­chen Bau­grup­pen sind im All­ge­meinen durch zwei Merk­male gekennze­ich­net: Einem Trend zur Minia­tur­isierung sowie einem möglichst niedri­gen Preis. Das bedeutet aber auch, dass oft an der Qual­ität der Bauele­mente ges­part wird und dass die notwendi­gen Tren­nungsab­stände immer geringer wer­den. Kom­men dann noch zusät­zliche Belas­tun­gen durch von den vorge­se­henen Betrieb­spa­ra­me­tern abwe­ichende Stör­größen hinzu, wer­den die Gren­zen der Belast­barkeit schnell überschritten.
Brandge­fahr
Wird der PEN-Leit­er auf­grund der im ersten Teil des Artikels beschriebe­nen Neu­tralleit­erüber­las­tung unter­brochen, nimmt der Strom die anderen zur Ver­fü­gung ste­hen­den Wege: zur Not auch über geerdete Daten­leitun­gen, die für solche Strom­stärken natür­lich nicht aus­gelegt sind. Viel wahrschein­lich­er als eine Neu­tralleiterun­ter­brechung ist jedoch ein aus der Summe viel­er Ableit­ströme einzel­ner Ver­brauch­er resul­tieren­der Strom. Dabei kann bere­its eine rel­a­tiv kleine Strom­stärke von 300 mA im 230V-Netz einen Brand verur­sachen. Prob­lema­tisch ist zudem, dass die Strom­bah­nen solch­er vagabundieren­der Ströme oft nicht über Fehler­strom­schutzein­rich­tun­gen überwacht wer­den. Deshalb wer­den ins­beson­dere Daten­leitun­gen immer öfter Opfer vagabundieren­der Ströme.
Kor­ro­sion
Die Kom­bi­na­tion von Strom und Feuchtigkeit führt zur Kor­ro­sion. Deshalb kön­nen Ströme auf met­allis­chen Rohrleitun­gen, die in die Erdung mit ein­be­zo­gen sind, Wasser­schä­den her­vor­rufen. Kor­rodiert ein in feuchtem Erdre­ich ver­legter Erder, beein­trächtigt dies gegebe­nen­falls das Aus­lö­sev­er­hal­ten der Schutzein­rich­tun­gen durch die kor­ro­sions­be­d­ingte Erhöhung des Wider­stands im Erdungsstromkreis. Kor­ro­sion auf­grund abgeleit­eter Streuströme ist ins­beson­dere im Bere­ich von Bah­nen seit langem bekan­nt. Deshalb wer­den beson­ders schützenswerte Kom­po­nen­ten, wie zum Beispiel in diesen Bere­ichen ver­legte Rohrleitun­gen, durch Opfer­a­n­oden geschützt. Diese kor­rodieren anstelle der zu schützen­den Objek­te. Streustromko­r­ro­sion in Gebäu­den tritt jedoch erst seit eini­gen Jahren häu­figer auf, weshalb diese Schutzmöglichkeit dort noch nicht etabliert ist.
Lager­schä­den
Die heutzu­tage zur Drehzahlregelung elek­trisch­er Antriebe ver­wen­de­ten Fre­quen­zum­richter verur­sachen neben den bere­its beschriebe­nen Gle­ich­strö­men auch hochfre­quente Ableit­ströme. Wer­den diese nicht kor­rekt abgeleit­et, kön­nen sie sich ihren Weg unter anderem auch über die Wellen der Antrieb­slager suchen. Da im Gegen­satz zu fest angeschlosse­nen Leitun­gen in den rotieren­den Lagern keine durchgängig leit­fähi­gen Verbindun­gen beste­hen, kommt es zur Funken­bil­dung (Mikrob­litze), die bei ein­er entsprechend hohen Strom­stärke zur soge­nan­nten Funken­ero­sion führt: Durch die Funkenüber­schläge wer­den nach und nach Met­all­par­tikel aus dem Lager abge­tra­gen (Elek­troero­sion). Dies bewirkt einen erhöht­en Abrieb durch die nun in den Schmier­fet­ten enthal­te­nen Met­all­par­tikel. Die Schwächung der Lagerbe­standteile führt zum unrun­den Lauf und schließlich zur frühzeit­i­gen Abnutzung der Lager.
Was ist zu tun?
Nach wie vor stellen das TN-C- sowie das TN-C-S-Sys­teme die wohl in Deutsch­land am weitesten ver­bre­it­eten elek­trischen Net­zsys­teme dar, obwohl die elek­trotech­nis­chen Nor­men bere­its seit eini­gen Jahren ins­beson­dere für daten­tech­nis­che Anwen­dun­gen und andere für elek­tro­mag­netis­che Stör­größen beson­ders empfind­liche Anwen­dun­gen das TN-S-Net­zsys­tem fordern.
Das Prob­lem beste­ht aber zum einen darin, dass die Nor­men nur auf neu errichtete oder erweit­erte elek­trische Net­ze anzuwen­den sind. Solange man sich also auf den viel zitierten Bestandss­chutz berufen kann und die elek­trische Anlage weitest­ge­hend funk­tion­iert, ist der Hand­lungs­druck zur Anpas­sung rel­a­tiv ger­ing. Wer nimmt schon gern die Kosten und den Aufwand für eine Mod­ernisierung in Kauf? Ander­er­seits beste­ht aber auch bei vie­len Plan­ern und elek­trotech­nis­chen Fach­be­trieben lei­der immer noch eine weit ver­bre­it­ete Unken­nt­nis hin­sichtlich der durch elek­tro­n­is­che Ver­brauch­er verur­sacht­en Prob­leme, weshalb elek­trische Net­ze in gewohn­ter Manier errichtet, geän­dert und in Stand gehal­ten werden.
Ziel muss es also sein, die Net­ze für die anste­hen­den Belas­tun­gen fit zu machen. Aber in welch­er Form soll dies geschehen?
Umstel­lung von TN‑C auf TN-S-Systeme
Vor dem Hin­ter­grund der weit­er zunehmenden Ver­bre­itung elek­tro­n­is­ch­er Ver­brauch­er und den damit ver­bun­de­nen Auswirkun­gen auf die elek­trischen Net­ze ist gemäß den „Tech­nis­chen Anschluss­be­din­gun­gen für den Anschluss an das Nieder­span­nungsnetz“ (TAB 2007) das TN-S-Sys­tem für neu zu errich­t­ende Gebäude heutzu­tage bere­its prak­tisch verpflich­t­end anzuwen­den. Für Bestands­ge­bäude wäre die Umstel­lung vorhan­den­er TN‑C und TN-C-S-Sys­teme auf das TN-S-Sys­tem wün­schenswert (entwed­er durch den Aus­tausch der zumeist nur zwis­chen den Verteil­ern vorhan­de­nen vier­adri­gen Leitun­gen oder – als Behelf­s­maß­nahme – durch einen nachträglich ver­legten zusät­zlichen Schut­zleit­er). Darüber hin­aus müssen auch alle Brück­en zwis­chen Neu­tral- und Schut­zleit­er (bis auf die notwendi­ge am zen­tralen Erdungspunkt in der Nähe des Hau­san­schlusses) ent­fer­nt wer­den. Ein Aufwand, der gewiss Kosten verur­sacht, durch den aber auch eine deut­liche Verbesserung des Brand- und Per­so­n­en­schutzes sowie eine Ver­ringerung der Ein­flüsse durch vagabundierende Störströme erre­icht wer­den kann, was let­ztlich auch der Aus­fall­sicher­heit zugute kommt.
Zunehmende Bedeu­tung der Erdungsverhältnisse
In TN-Sys­te­men hängt die Wirk­samkeit des Schutzes im Wesentlichen von der Erd­verbindung ab, welche ein­er­seits die Berührungss­pan­nung begren­zt und ander­er­seits für einen aus­re­ichend großen Fehler­strom sorgt, so dass möglichst kurzfristig die vorgeschal­tete Schutzein­rich­tung („Sicherung“) aus­lösen kann.
Gebroch­ene oder durch Über­las­tung abgeschmolzene Leit­er, gelock­erte Anschlüsse, Über­gangswider­stände durch Kor­ro­sion im Erdungssys­tem oder andere Fehler, welche die Niederohmigkeit des Erdungssys­tems neg­a­tiv bee­in­flussen, kön­nen die Schutzein­rich­tun­gen bei diesen Net­z­for­men außer Kraft set­zen, indem sie den Fehler­strom begren­zen. Wenn die Schutzein­rich­tun­gen hier­durch nicht oder nicht rechtzeit­ig aus­lösen, kön­nen sowohl Brände als auch Kör­per­durch­strö­mungen verur­sacht wer­den, da geerdete leit­fähige und berührbare Teile Span­nun­gen bis zur Außen­leit­erspan­nung annehmen kön­nen. Lei­der kommt der Aus­führung der Erdung sowie dem Erhalt ihres Zus­tandes in der Prax­is – gemessen an ihrer Wichtigkeit – oft­mals nur eine unter­ge­ord­nete Rolle zu.
Kon­se­quenter­weise begin­nt dieser Miss­stand sehr häu­fig bere­its beim Bau eines Gebäudes, da die Erdung zumeist im Fun­da­ment inte­gri­ert ist. Sie wird also zu einem Zeit­punkt erstellt, an dem die zuständi­gen Elek­tro­fachkräfte nor­maler­weise noch gar nicht auf der Baustelle sind. Der Zus­tand der Erdungsan­lage kann also nach der Fer­tig­stel­lung des Fun­da­mentes von diesen nicht mehr in Augen­schein genom­men wer­den, son­dern nur noch messtech­nisch eine gewisse Aus­sage über die Funk­tions­fähigkeit getrof­fen wer­den. Die Elek­tro-fachkräfte unterze­ich­nen in der Errichterbescheini­gung somit einen ord­nungs­gemäßen Zus­tand, den sie in Gänze gar nicht ein­schätzen können!
Hinzu kommt, dass für die Erstel­lung der unterirdis­chen Teile von Gebäu­den heute sehr häu­fig Beton ver­wen­det wird, welch­er wasserun­durch­läs­sig ist („weiße Wanne“). Wird das Erdungssys­tem in einem solchen Beton ver­legt, liegt es nach dem Aus­trock­nen des Betons prak­tisch isoliert. Gemessen wird das Erdungssys­tem jedoch oft vor dem voll­ständi­gen Durchtrock­nen des Betons, wodurch noch gute Werte ermit­telt wer­den kön­nen. Da nachge­hende Mes­sun­gen des Erdungssys­tems im Rah­men von Wieder­hol­ung­sprü­fun­gen aber bish­er nicht all­ge­mein gefordert sind, kön­nen solche Fehler lange unent­deckt bleiben.
Für neu zu erstel­lende Gebäude ist deshalb von Anfang an die Aus­führungs­form des Erdungssys­tems auf die ver­wen­de­ten Baustoffe hin abzus­tim­men sowie vor dem Aus­gießen des Fun­da­ments das Erdungssys­tem unbe­d­ingt durch eine Elek­tro- beziehungsweise Blitzschutz­fachkraft prüfen und abnehmen zu lassen. Eine Fotodoku­men­ta­tion ist sin­nvoll und wird in den aktuellen Nor­men bere­its gefordert. Da das Erdungssys­tem in beson­derem Maße der Kor­ro­sion unter­wor­fen ist, sollte es ins­beson­dere bei älteren Gebäu­den ein­er beson­ders einge­hen­den messtech­nis­chen Betra­ch­tung unter­zo­gen wer­den. Gewährleis­tet die beste­hende Erdungsan­lage den benötigten Schutzum­fang nicht mehr, kann dieser durch zusät­zliche um das Gebäude ver­laufende Ring- oder durch Stab­erder wieder hergestellt werden.
Bessere Ver­net­zung der Diszi­plinen nötig
Die bish­eri­gen Aus­führun­gen zeigen die zunehmende Ver­let­zlichkeit unser­er Stromver­sorgungssys­teme auf. Gle­ichzeit­ig ist man sowohl im Beruf als auch im Pri­vat­bere­ich von der ständi­gen Ver­füg­barkeit der elek­trischen Energie abhängig geworden.
Neben der Anpas­sung der elek­trischen Net­ze auf die neuen Gegeben­heit­en ist es also auch erforder­lich darauf hinzuwirken, dass Fehler möglichst frühzeit­ig – am besten noch vor dem Aus­lösen der Schutzein­rich­tun­gen – erkan­nt und schnell behoben wer­den kön­nen. Da die Fehler­möglichkeit­en aber nun wesentlich umfan­gre­ich­er und kom­plex­er wer­den, benöti­gen die Elek­tro­fachkräfte Hil­f­s­mit­tel, um die tat­säch­lichen Fehlerur­sachen schnell und ein­deutig erken­nen zu kön­nen sowie eine entsprechende Qual­i­fika­tion. Bei der Fehler­analyse nimmt die enge Ver­net­zung zwis­chen der klas­sis­chen Elek­trotech­nik und der Infor­ma­tion­stech­nik einen beson­deren Stel­len­wert ein: Je nach­dem, wo Prob­leme zuerst auftreten, wird man zunächst entwed­er eine Elek­tro- oder eine IT-Fachkraft rufen. Oft­mals beste­ht jedoch noch keine entsprechende Ver­net­zung zwis­chen diesen bei­den fach­lichen Aus­rich­tun­gen der Elek­trotech­nik: Die Elek­tro­fachkraft erhält keine Infor­ma­tio­nen über die Struk­tur der Daten­net­ze beziehungsweise die Eigen­heit­en der daran betriebe­nen Ver­brauch­er und umgekehrt erhält die IT-Fachkraft keine Infor­ma­tio­nen über die Struk­tur des elek­trischen Netzsystems.
Ganzheitlich­er Ansatz gefragt
Bei­de Fachrich­tun­gen kön­nen ihre Sys­teme entsprechend dem jew­eili­gen Stand der Tech­nik völ­lig kor­rekt auf­bauen. Solange sie jedoch nicht die gegen­seit­ige Bee­in­flus­sung berück­sichti­gen, kann der notwendi­ge ganzheitliche Betra­ch­tungsansatz für die Opti­mierung des Gesamt­sys­tems beziehungsweise für die Fehler­suche nicht zugrunde gelegt wer­den. Dies zeigt auch die Entwick­lung der für diese The­matik zu berück­sichti­gen­den Nor­men auf: Die Forderung nach einem TN-S- Net­zsys­tem für elek­trische Anla­gen, an denen über­wiegend Geräte der Infor­ma­tion­stech­nolo­gie betrieben wer­den, wurde zuerst in der für die Fer­n­melde­tech­nik (später unbe­nan­nt in Infor­ma­tion­stech­nik) zuständi­gen DIN VDE 0800 erhoben und wurde erst danach auch in der für die Errich­tung elek­trisch­er Anla­gen zuständi­gen Nor­men­rei­he VDE 0100 aufgenommen.
Die Prob­lematik des man­gel­nden Infor­ma­tion­saus­tauschs lässt sich auch auf andere Bere­iche über­tra­gen: Im Rah­men der Prü­fung elek­trisch­er Betrieb­smit­tel mag vielle­icht der Ableit­strom eines Com­put­ers allein betra­chtet unter dem nor­ma­tiv fest­gelegten Gren­zw­ert liegen, die Summe aller durch Com­put­er verur­sacht­en Ableit­ströme in einem Rechen­zen­trum jedoch nicht. Selb­st im Rah­men von Prü­fun­gen der elek­trischen Anlage wür­den hier­durch verur­sachte Prob­leme messtech­nisch nicht unbe­d­ingt erkan­nt wer­den, da die Mes­sung von Neu­tral- oder Schut­zleit­er­strö­men hier bish­er noch nicht gefordert ist. Elek­trische Anlage und angeschlossene Ver­brauch­er bedin­gen sich aber gegen­seit­ig. Für die Betra­ch­tung des Gesamt­sys­tems wäre es also wün­schenswert erken­nen zu kön­nen, wie sich das Betrieb­sver­hal­ten der Ver­brauch­er auf die elek­trische Anlage auswirkt.
Erschw­erend kommt hinzu, dass lei­der allzu häu­fig auch keine Unter­la­gen zur Ver­fü­gung ste­hen, die den tat­säch­lich aktuell gegebe­nen Stand der elek­trischen Anlage wider­spiegeln. Wie soll aber eine Elek­tro­fachkraft eine weitläu­fige, kom­plexe elek­trische Anlage zeit­nah überblick­en kön­nen, wenn Änderun­gen oder Erweiterun­gen nicht doku­men­tiert sind? Es bedarf unter anderem auch der Ken­nt­nis von Ein­stell­w­erten oder Leitungslän­gen, um Prüfer­geb­nisse bew­erten zu kön­nen. So wichtig diese Angaben für den Betrieb auch sind, so häu­fig wer­den sie lei­der nach wie vor in der Prax­is vernachlässigt.
EMV stärk­er in die Aus­bil­dung integrieren
Für die schnelle Erfas­sung und Ein­schätzung dieser neuen Prob­leme man­gelt es let­z­tendlich auch noch vie­len Fachkräften an entsprechen­den Ken­nt­nis­sen und Erfahrun­gen. So wird zum Beispiel nach Ansicht des Ver­fassers das The­ma „elek­tro­mag­netis­che Verträglichkeit“ (EMV) momen­tan wed­er in der elek­trotech­nis­chen Beruf­saus­bil­dung noch in der inner­be­trieblichen Weit­er­bil­dung aus­re­ichend beachtet. Die immer schnellere Entwick­lung und Ver­bre­itung neuer Tech­nolo­gien macht jedoch eine stetige Aktu­al­isierung der Fachkunde zwin­gend erforderlich!
Neben Erfahrun­gen und Fachken­nt­nis­sen bedarf es aber auch des notwendi­gen Equip­ments und ein­er geeigneten Methodik. Die in diesem Teil des Artikels beschriebe­nen Ableit­ströme sind nicht das Pro­dukt vorhan­den­er Fehler, son­dern treten auf­grund der Kon­struk­tion und des Betrieb­sver­hal­tens der angeschlosse­nen Ver­brauch­er auf. Prob­lema­tisch ist dabei, dass mit messtech­nis­chen Mit­teln allein der auf­grund eines Iso­la­tions­fehlers auftre­tende Fehler­strom nicht von einem betrieb­s­be­d­ingt auftre­tenden Ableit­strom unter­schieden wer­den kann. Vielmehr wird nur die Dif­ferenz zwis­chen hin- und rück­fließende Strom (Dif­feren­zstrom) fest­gestellt. Dieser kann mehr oder weniger große Fehler­stro­man­teile enthalten.
Weit­er erschw­erend kommt hinzu, dass bei ein­er durchge­führten Über­prü­fung auch das den Ableit­strom verur­sachende Betrieb­smit­tel (bzw. die Betrieb­smit­telkom­bi­na­tion) ger­ade abgeschal­tet sein kann, so dass die Quelle der Störung zum Zeit­punkt der Prü­fung gar nicht fest­stell­bar ist. So ist es beispiel­sweise schon seit län­gerem bekan­nt, dass viele elek­trische Anla­gen in der Nähe von Bahn­streck­en durch Ableit­ströme gestört wer­den. Fährt aber ger­ade kein Zug vor­bei, ist auch keine Störquelle vorhanden.
In den meis­ten Fällen lassen sich die Störquellen nicht so ein­fach und ein­deutig wie in diesem Beispiel ermit­teln. Es bedarf dann entwed­er beson­ders ver­tiefter Fachken­nt­nisse, eines detek­tivis­chen Instink­ts oder ein­fach Glück bei der Fehler­suche. Um sich nicht darauf ver­lassen zu müssen, sind für zukün­ftige elek­trische Anla­gen Mon­i­tor­ingsys­teme wün­schenswert, mit welchen diese Anla­gen per­ma­nent und flächen­deck­end überwacht wer­den kön­nen. Stör­ereignisse kön­nen somit auch rück­wirk­end betra­chtet und sys­tem­a­tisch analysiert wer­den beziehungsweise sog­ar so frühzeit­ig gemeldet wer­den, dass noch Maß­nah­men zur Ver­mei­dung von schädi­gen­den Auswirkun­gen getrof­fen wer­den kön­nen. Die Möglichkeit­en und Gren­zen solch­er Sys­teme sollen jedoch das The­ma des abschließen­den Teils dieses Artikels sein.
Faz­it
Wie bere­its der erste Teil dieses Artikels, so soll auch dieser mit dem Appell enden, nicht gle­ich in Panik zu ver­fall­en. Die beschriebe­nen Prob­leme treten noch nicht flächen­deck­end auf, doch sie existieren und wer­den mit Sicher­heit in Zukun­ft noch weit­er zunehmen. Grund genug also, auf die beschriebe­nen Symp­tome zu acht­en und sich vorzu­bere­it­en. Sollte der Ver­dacht beste­hen, dass das eine oder andere Prob­lem im eige­nen Hause auf den Betrieb mod­ern­er Ver­brauch­er zurück­zuführen ist, emp­fiehlt es sich, Net­z­analy­sen, Schutz- und Neu­tralleit­er­strommes­sun­gen, Ther­mo­grafien oder EMV-Mes­sun­gen durch­führen zu lassen. Alle­samt Mes­sun­gen also, die bish­er nicht zum alltäglichen Reper­toire ein­er Elek­tro­fachkraft gehören und für die auch zum Teil ein spezielles Equip­ment benötigt wird. Für die Durch­führung der Mes­sun­gen, der Analyse der Gesamt­si­t­u­a­tion und der Ableitung von Abhil­fe­maß­nah­men sollte man sich deshalb unbe­d­ingt des Wis­sens und der Erfahrung ein­er entsprechen­den Fachkraft (in der Regel eines Sachver­ständi­gen) versichern.
Das altehrwürdi­ge TN-C-Net­zsys­tem wird auf abse­hbare Zeit aus­ge­di­ent haben. Wer heute neu plant oder Änderun­gen an der beste­hen­den Anlage vor­sieht, sollte deshalb auf das TN-S-Sys­tem set­zen. Da inzwis­chen üblicher­weise zumin­d­est ab den Unter­verteilun­gen Schutz- und Neu­tralleit­er sep­a­rat geführt wer­den, beschränkt sich die Umstel­lung beste­hen­der Vier- auf Fün­fleit­er­net­ze in der Regel nur auf die Verbindun­gen zwis­chen dem Haup­tan­schluss und davon gespeis­ten Verteilun­gen. Da diese zumeist auf Tragesys­te­men ver­legt und deshalb leichter zugänglich sind als ver­gle­ich­sweise unter Putz ver­legte Leitun­gen von End­stromkreisen, hält sich der Änderungsaufwand gegenüber dem Nutzen oft­mals noch in einem vertret­baren Rahmen.

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