Im fünften Teil der Reihe "Querschnittbestimmung bei Kabeln und Leitungen" wird erläutert, welche Bedingungen der Querschnitt erfüllen muss, um den Schutz bei indirektem Berühren durch automatische Abschaltung der Stromversorgung mit Überstromschutzeinrichtungen zu gewährleisten.
Gefährdung durch Körperströme
Berühren Personen oder Nutztiere Körper elektrischer Betriebsmittel, die aufgrund eines Fehlers unter Spannung stehen, so spricht man vom „indirekten Berühren“. Dieses Berühren verursacht wie der direkte Kontakt mit Spannung führenden aktiven Teilen (Stromschienen, nichtisolierte Leitungen o. ä.) Durchströmungen und erfordert entsprechende Schutzmaßnahmen. Sie sind als „Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen“ (kurz „Fehlerschutz“) Bestandteil der für den Schutz gegen elektrischen Schlag geltenden Norm. Die technischen Forderungen zum Schutz durch „automatische Abschaltung“ sind hier eingeordnet.
Elektrische Durchströmungen rufen beim Menschen physikalische und physiologische Wirkungen hervor, die von der Stromstärke und der Zeitdauer abhängen. Durchströmungen treten auf, wenn ein Spannung führendes und ein anderes, in leitender Verbindung mit der Spannungsquelle stehendes, Teil (z. B. leitender Fußboden, fremde leitfähige Teile, aktiver Leiter) gleichzeitig berührt werden. Es fließt ein Berührungsstrom IB, dessen Stärke von der Fehlerspannung UF, der Körperimpedanz Rk, Erdungswiderständen und anderen Impedanzen (Übergangswiderstände) abhängt (Bild 1). Der Hautwiderstand kann mehrere 10 kΩ betragen, aber in Abhängigkeit von verschiedenen Faktoren, insbesondere der Durchfeuchtung, auch auf 0 Ω sinken. Dann ist nur der Körperinnenwiderstand (z. B. 1300 Ω für den Stromweg Hand – Fuß) wirksam. Da der Berührungsstrom IB also stark schwanken kann, eignet er sich nicht als Bezugsgröße. Statt dessen wird die Berührungsspannung UB genutzt. Sie ist die zwischen gleichzeitig berührbaren Teilen bei einem Isolationsfehlers auftretetende Spannung (Bild 1). Beim Schutz gegen direktes Berühren soll sie 0 V betragen und auch beim Fehlerschutz niedrig sein. Als vereinbarte Grenzen der dauernd zulässigen Berührungsspannungen UL gelten
- AC 50 V (25 V)
- DC 120 V (60 V)
Voraussetzungen für den Schutz
Für den Schutz durch automatisches Abschalten der Stromversorgung sind folgende Voraussetzungen zu beachten:
- Der Schutz beim indirekten Berühren erfordert zugleich den Schutz gegen direktes Berühren. Der Schutz gegen elektrischen Schlag ist in Schutzebenen untergliedert
(Bild 2). In jeder Anlage muss der Schutz gegen direktes Berühren (Basisschutz) und bei indirektem Berühren (Fehlerschutz) ausgeführt werden. Als 3. Schutzebene kommt der Schutz bei indirektem Berühren durch RCD mit einem Bemessungsdifferenzstrom ≤ 30 mA an den Orten hinzu, wo eine besondere Gefährdung durch Feuchtigkeit, Nässe oder mechanische Einwirkungen auf elektrische Betriebsmittel und die Möglichkeit besteht, fremde leitfähige Teile berühren zu können, z. B. in Badezimmern. - Die Körper der elektrischen Betriebsmittel müssen an einen Schutzleiter angeschlossen werden. In DIN VDE 0100 Teil 540 sind die technischen Forderungen zur Bemessung, Kennzeichnung und der Verlegung zusammengefasst.
- In jedem Gebäude muss ein Hauptpotentialausgleich vorgesehen werden. Er hat die Aufgabe, zwischen fremden leitfähigen Teilen gleiches oder annähernd gleiches Potential zu schaffen und die Berührungsspannung herabzusetzen. Bei der Auswahl der Schutzmaßnahmen ist DIN VDE 0100-470 zu beachten.
Schlussbemerkungen zur Querschnittbestimmung
Der Querschnitt der Leitungen ist bei folgenden Auswahlkriterien, die in den Teilen 1 bis 5 behandelten wurden, von der Impedanz des Stromkreises und damit von der Leitungslänge abhängig:
Die Einschränkungen in den Punkten 2 und 3 ergeben sich, weil die beim Einsatz von RCD für den Schutz durch Abschalten und von gemeinsamen Überstromschutzeinrichtungen für den Schutz bei Überlast und Kurzschluss theoretisch möglichen Leitungslängen in den Anlagen nicht auftreten. Im Vergleich zum Schutz beim indirekten Berühren durch Überstromschutzeinrichtungen sind die Vorgaben für den Spannungsfall von ε = 3 % zwischen Messeinrichtung und Verbrauchsmittel mit einer Schleifenimpedanz Zv ≤ 300 mΩ längenbegrenzend.
- 1. Begrenzung des Spannungsfalls
- 2. Schutz bei indirektem Berühren durch automatische Abschaltung der Stromversorgung mit Überstromschutzeinrichtungen
- 3. Schutz bei Kurzschluss, wenn keine gemeinsame Schutzeinrichtung für den Schutz bei Überlast und Kurzschluss verwendet wird.
Die Einschränkungen in den Punkten 2 und 3 ergeben sich, weil die beim Einsatz von RCD für den Schutz durch Abschalten und von gemeinsamen Überstromschutzeinrichtungen für den Schutz bei Überlast und Kurzschluss theoretisch möglichen Leitungslängen in den Anlagen nicht auftreten. Im Vergleich zum Schutz beim indirekten Berühren durch Überstromschutzeinrichtungen sind die Vorgaben für den Spannungsfall von ε = 3 % zwischen Messeinrichtung und Verbrauchsmittel mit einer Schleifenimpedanz Zv ≤ 300 mΩ längenbegrenzend.
Schlussfolgerungen
- 1. Werden in Hausinstallationen mit dem TN-System die Forderungen zur Spannungsfallbegrenzung eingehalten (s. Teil 1) und sind die Strombelastbarkeit (s. Teil 2) sowie der Schutz bei Überlast und Kurzschluss durch eine gemeinsame Schutzeinrichtung (Teil 3 und Teil 4) gewährleistet, dann wird mit dem gewählten Querschnitt auch die Abschaltbedingung für den Schutz durch Abschalten erfüllt.
- 2. Treffen diese Voraussetzungen nicht zu, dann ist die Einhaltung der Bedingungen für den Schutz beim indirekten Berühren, den Schutz bei Kurzschluss und des Spannungsfalls jeweils getrennt zu untersuchen und danach der Querschnitt festzulegen.
Weitere Punkte und ausführliche Informationen finden Sie in Teil 5, den Sie sich hier (PDF, 179 KB) downloaden können.
Beachten Sie hierzu auch unsere VDE-Profi-Tipps.
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