BG BAU Berufsgenossenschaft der Bauwirtschaft

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5 Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen (Fehlerschutz)

5.1 Schutzmaßnahmen in TN- und TT-Systemen

In TN- und TT-Systemen muss Schutz durch Abschaltung mit pulsstromsensitiven (Typ A) oder allstromsensitiven (Typ B) Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD) mit einem Bemessungsdifferenzstrom IDN ≤ 30 mA realisiert werden.

Die Erdung des Sternpunktes oder eines Außenleiters (Erdungsleiter, Erdungswiderstand) am Generator ist notwendig, damit die Fehlerstromschutzeinrichtung (RCD) im Fehlerfall die Anlage abschalten kann. Dabei darf der Erdungswiderstand RB den zulässigen Wert für die Abschaltung nicht überschreiten. Empfohlen wird ein Widerstandswert von ≤ 50 Ohm.

Anmerkung: Die Wirksamkeit der Schutzmaßnahme ist durch eine Elektrofachkraft zu überprüfen.

Sind Generator und Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) räumlich getrennt, müssen die Verbindungsleitungen kurz- und erdschlusssicher verlegt werden. Kurz- und erdschlusssichere Verlegung kann z. B. durch getrennte Einzelleiterverlegung oder durch den Einsatz von Kabeln und Leitungen mit konzentrischem Schutzleiter erreicht werden.

Abb. 1: Schutzmaßnahmen im TN-System; Empfehlung RB ≤ 50 Ω


Abb. 2: Schutzmaßnahmen im TT-System

Erforderliche Verbindungen am Ersatzstromerzeuger beim TN- und TT-System:

  • Neutralleiter N – Erdung RB – Schutzleiterklemme PE – Generatorgehäuse.

Bei schutzisolierten Ersatzstromerzeugern entfällt die Verbindung Generatorgehäuse zum RB.

Hinweis: Der Einsatz von elektrischen Betriebsmitteln, die hochfrequente Fehlerströme oder glatte Gleichfehlerströme erzeugen können, z. B. Frequenzumrichter, darf die Wirksamkeit der erforderlichen Schutzmaßnahme nicht beeinträchtigen (siehe BGI 608 ). In diesen Fällen müssen allstromsensitive Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (Typ B) eingesetzt werden.

Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen lösen aus, wenn der Bemessungsfehlerstrom erreicht wird. Sie schalten auch ab, wenn im fehlerfreien Zustand die Summe der Ableitströme der Betriebsmittel größer als der Ansprechwert der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung wird. Differenzstrom-Überwachungsgeräte (RCM) können den Ableitstrom kontinuierlich erfassen und anzeigen.

Bei Betrieb eines Ersatzstromerzeugers im TN- oder TT-System muss eine Erdung des Versorgungssystems erfolgen. Deshalb muss der Ersatzstromerzeuger mit einer Erdungsklemme ausgerüstet sein.

Abb. 3: Ersatzstromerzeuger mit Fehlerstromschutzeinrichtung und Erdspieß

5.2 Schutzmaßnahmen im IT-System (Isolationsüberwachung mit Meldung des ersten Fehlers und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler)

Im IT-System müssen alle elektrischen Betriebsmittel der Schutzklasse I durch einen Schutzleiter miteinander und mit dem Anlagenerder verbunden sein.

Der Anlagenerder RA muss folgende Bedingung erfüllen:

RA · Id ≤ 50 V

RA

 = 

Summe der Widerstände des Erders und der Schutzleiter

Id

 = 

Summe der Fehlerströme im Falle des ersten Fehlers
(Id kann gemessen werden mit einem Amperemeter zwischen einem Außenleiter und dem Erdpotenzial)

Auf Bau- und Montagestellen (mit nicht dauerhaft errichteten Stromerzeugungsanlagen) gilt diese Anforderung als erfüllt, wenn der Erdungswiderstand RA ≤ 100 Ω ist.

Eine Isolationsüberwachung erfolgt zwischen aktiven Teilen und geerdetem Schutzleiter. Die Isolationsüberwachungs-Einrichtung muss ein Absinken des Isolationswiderstandswertes unter 100 Ω/V melden.

Bei ausreichender Überwachung der Anlage (Fehlermeldung wird erfasst und die notwendige Instandsetzung wird eingeleitet) reicht es aus, wenn bei Auftreten des ersten Fehlers ein akustisches oder optisches Signal ausgelöst wird.

Der Fehler ist umgehend durch eine Elektrofachkraft zu beheben. Die Anlage darf jedoch bis zur Fehlerbehebung weiterbetrieben werden (siehe BGI 608 ).

Bei Auftreten eines zweiten Fehlers an einem anderen aktiven Leiter muss die sofortige automatische Abschaltung erfolgen oder die Spannung zwischen den Klemmen des Ersatzstromerzeugers muss unter 50 V sinken (siehe VDE 0100 Teil 551, Anhang ZB zu Abschn. 551.4.4.2).

Die Abschaltung beim zweiten Fehler kann durch Sicherungen, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (siehe Abb. 4 und 5) realisiert werden.

Abb. 4: Schutzmaßnahmen im IT-System mit Anzeige des Schwellwertes (*1) bei Auftreten des ersten Fehlers und Abschaltung bei Auftreten des zweiten Fehlers durch Sicherungen oder Leitungsschutzschalter (*2)

Abb. 5: Schutzmaßnahmen im IT-System mit Anzeige des Schwellwertes (*1) beim Auftreten des ersten Fehlers und Abschaltung bei Auftreten des zweiten Fehlers durch RCD (*2)

Erforderliche Verbindung am Ersatzstromerzeuger:
Generatorgehäuse – Schutzleiterklemme PE – Erdung RA

Hinweis: Im Unterschied zum TN- und TT-System keine Verbindung zwischen Neutralleiter N und Schutzleiter PE.

Stromkreise mit Steckdosen und fest angeschlossenen in der Hand gehaltenen Verbrauchsmitteln mit jeweils einem Bemessungsstrom

IN ≤ 32 A dürfen nur verwendet werden, wenn jede Steckdose und jedes Verbrauchsmittel mit einer separaten Fehlerstrom-Schutzeinrichtung IDN ≤ 30 mA geschützt wird.

Anwendung: In Anlagen zur Versorgung von Geräten, welche beim Auftreten des ersten Fehlers nicht sofort abgeschaltet werden sollen (z. B. Pumpen der Grundwasserhaltung).

5.3 Sonstige Schutzmaßnahmen

5.3.1 Trenntransformator

An einem Trenntransformator bzw. an jede Sekundärwicklung eines Trenntransformators darf auf Baustellen nur ein Verbrauchsmittel angeschlossen werden.

5.3.2 Ersatzstromerzeuger zur Versorgung elektrischer Betriebsmittel in leitfähigen Bereichen mit begrenzter Bewegungsfreiheit

Ein leitfähiger Bereich mit begrenzter Bewegungsfreiheit liegt vor, wenn dessen Begrenzung im Wesentlichen aus Metallteilen oder leitfähigen Teilen (z. B. auch feuchtes Erdreich) besteht, eine Person mit ihrem Körper großflächig mit der umgebenden Begrenzung in Berührung stehen kann und die Möglichkeit der Unterbrechung dieser Berührung eingeschränkt ist (siehe BGI 594 und DIN VDE 0100-706).

Als elektrische Verbrauchsmittel sind sowohl Geräte der Schutzklasse I als auch der Schutzklasse II zulässig. Aufgrund der verstärkt ausgeführten Isolation werden Geräte der Schutzklasse II (schutzisolierte Ausführung) empfohlen.

1. Ersatzstromerzeuger mit nur einer Anschlussmöglichkeit für ein Verbrauchsmittel

Abb. 6: Ersatzstromerzeuger mit nur einem Abgang


Abb. 7: Ersatzstromerzeuger kleiner Leistung zum Anschluss nur eines Verbrauchsmittels

2. Ersatzstromerzeuger mit mehreren Anschlussmöglichkeiten

Abb. 8: Ersatzstromerzeuger mit mehreren Anschlussmöglichkeiten, aber nur einem Verbrauchsmittel


Abb. 9: Ersatzstromerzeuger mit mehreren Anschlussmöglichkeiten und mehreren Verbrauchsmitteln, ein Verbrauchsmittel direkt und zwei Verbrauchsmittel über Trenntransformatoren angeschlossen

Ein Verbrauchsmittel darf direkt angeschlossen werden. Weitere Verbrauchsmittel müssen jeweils über einen separaten Trenntransformator angeschlossen werden.

Die Trenntransformatoren sind außerhalb des leitfähigen Bereiches aufzustellen. Die Länge der Zuleitung zum Trenntransformator darf maximal 4 m betragen.

Erforderliche Verbindungen am Ersatzstromerzeuger: Isolationsüberwachungseinrichtung – Generatorgehäuse – Schutzleiterklemme PE – Erdung RA sowie Generatorgehäuse Isolationsüberwachung entfallen bei allen schutzisolierten Ersatzstromerzeugern.

Die Isolationsüberwachung findet nur in ungeerdeten Netzen (IT-Systeme) Anwendung.

5.3.3 Potenzialausgleich mit Isolationsüberwachung und Abschaltung bei einem Isolationsfehler

Alle Körper müssen mit einem ungeerdeten Potenzialausgleichsleiter (PA) verbunden werden. Die Schutzleiter in den Zuleitungen der Verbrauchsmittel können diese Funktion übernehmen. Ein verbesserter Schutz kann erreicht werden, wenn auch die Netzanschlussleitungen der schutzisolierten Verbrauchsmittel einen Potenzialausgleichsleiter enthalten (Kennzeichnung grün/gelb), der im Stecker angeschlossen und im Verbrauchsmittel isoliert ist.

Die Isolationsüberwachung erfolgt hier zwischen den aktiven Teilen und dem Potenzialausgleichsleiter (nicht der Erde). Die Isolationsüberwachungseinrichtung muss den Anforderungen nach DIN VDE 0413-8 genügen und beim Absinken des Isolationswiderstandswertes unter 100 Ω/V innerhalb 1 s eine Abschaltung bewirken (siehe DIN VDE 0100-551: Anhang ZB, zu Abschn. 551.4.4.2).

Abb. 10: Beispiel für ein 4-Leiter-Versorgungssystem mit Isolationsüberwachung und Abschaltung

Erforderliche Verbindungen am Ersatzstromerzeuger:
Generatorgehäuse – Potenzialausgleichsleiter PA. Die Verbindung entfällt bei schutzisolierten Ersatzstromerzeugern.

Hinweis: Bei dieser Netzform darf keine Verbindung zwischen Neutralleiter N und Potenzialausgleichsleiter PA bestehen.

Abb. 11: Ersatzstromerzeuger mit Isolationsüberwachungs- und Abschalteinrichtung

Anwendung: Schutzisolierte Ersatzstromerzeuger mit dieser Schutzeinrichtung dürfen vom Anwender (Bediener) direkt in Betrieb genommen werden, da keine zusätzlichen Potenzialausgleichs-/Schutzleiterverbindungen erstellt werden müssen.

Kommentar des berufsgenossenschaftlichen Fachausschusses Elektrotechnik:

Nach DIN VDE 0100 Teil 704 muss auf Baustellen bei Schutztrennung jede Steckdose oder jedes fest angeschlossene, in der Hand gehaltene elektrische Verbrauchsmittel, jeweils mit einem Bemessungsstrom IN ≤ 32 A, durch einen separaten Trenntransformator oder durch getrennte Wicklungen eines Trenntransformators versorgt werden (Schutztrennung mit einem Verbraucher).

Die hier beschriebene Schutzmaßnahme „Ersatzstromerzeugungsanlage mit mehreren Verbrauchsmitteln und Abschaltung durch Isolationsüberwachung beim Auftreten des ersten Fehlers“ wird für die vorstehend genannten Stromkreise IN ≤ 32 A auf Baustellen für geeignet erachtet, da sie gegenüber der Schutztrennung mit mehreren Verbrauchern nach DIN VDE 0100 Teil 410 eine „zusätzliche“ Schutzeinrichtung durch die Isolationsüberwachung in Verbindung mit dem Ersatzstromerzeuger nach DIN VDE 0100 Teil 551 enthält.

5.3.4 Ersatzstromerzeuger mit mehreren Verbrauchern und begrenzter Netzausdehnung

Der Schutz im Fehlerfall ist auch durch eine Begrenzung der Netzausdehnung realisierbar.

Die Gesamtlänge der Kabel und Leitungen muss so begrenzt sein, dass das Produkt aus Nennspannung in Volt und Gesamtlänge der Leitungen in Metern nicht größer als 100 000 ist, wobei die Gesamtlänge der Leitungen 500 m nicht überschreiten darf.

Abb. 12: Beispiel für eine Begrenzung der Netzausdehnung mit sechs Teillängen

Zur Vermeidung einer gefährlichen Körperdurchströmung beim Auftreten eines Fehlers muss eine der beiden nachfolgenden Bedingungen erfüllt sein:

  1. Beim Auftreten von zwei Fehlern muss abgeschaltet werden (siehe DIN VDE 0100 Teil 410 Abschnitt 413.5.3.4 – Abschalten durch Überstrom-Schutzeinrichtungen innerhalb der zulässigen Abschaltzeit)

  2. oder
  3. Bei Fehlern an beliebigen Stellen im Netz muss die Spannung an den Klemmen der aktiven Leiter des Ersatzstromerzeugers auf ≤ 50 V absinken. Es ist der Fehlerstromkreis mit jeweils einem Isolationsfehler an zwei verschiedenen Verbrauchern zu Grunde zu legen, der den größten zu erwartenden Widerstand der Fehlerschleife ergibt (siehe Bild 13).

Abb. 13: Schutz durch Spannungsabsenkung an den Klemmen des Ersatzstromerzeugers

Webcode: M516-7