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Vor kurzem hatte ich eine Diskussion mit einem Kunden über die Spannungsversorgung des USV-Eingangs. Das Ergebnis ist sicher auch für andere Anwender interessant:

Die Last auf 3 Phasen zu verteilen ist eine gute Sache und leuchtet jedem ein. Jede Phase wird im Normalbetrieb mit einem Drittel des Ausgangs belastet. Die Vorsicherungen und Versorgungsleitungen können entsprechend klein gewählt werden. Das ist ein Vorteil und erfordert keine zusätzlichen Maßnahmen in der Elektroinstallation, um die USV-Anlage anzuschließen. Diese 3/1-phasigen USV-Anlagen sind auch günstiger als 3/3-phasige Anlagen. Aber es gibt einiges bei der Auswahl zu bedenken.

Irgendwann kommt nun einmal der Ausnahmefall. Die USV-Anlage wird überlastet oder innerhalb der USV entsteht ein Schaden, der Lüfter ist verstopft oder dreht nicht mehr, es gibt zu viel Staubablagerung und die USV wird zu warm. Dann geht die USV-Anlage auf Bypass. Dieser ist aber nur einphasig und eine der Eingangsphasen, meistens die Phase L1, hat jetzt die gesamte Leitung zu beliefern.

Was nun mit der dünnen Leitung und den kleinen Vorsicherungen, die für eine 3-phasige Versorgung ausgelegt sind?

Es gibt 2 Möglichkeiten, die 3-phasige Versorgung beizubehalten. Entweder es werden Leitungen neu verlegt, die dem Querschnitt der Ausgangsleitung entsprechen und deren Einzeladern die Versorgungsleistung tragen können (diese sind dick, unhandlich zu verlegen und kosten entsprechend) oder es wird die den Angaben entsprechende Zuleitung und eine weitere Versorgungsleitung zum Bypass verlegt. Letztere und die Vorsicherung müssen dann entsprechend stark ausgelegt sein.

Nun stehen die nächsten Fragen an:
- Ist im Haus oder im Stockwerk der Aufstellung genügend Leistung über eine Phase vorhanden?
- Sind die Versorgungsleitungsquerschnitte zur Elektroverteilung, an der die USV-Anlage angeschlossen werden soll, für diese USV-Leistung bei 1-phasigem Betrieb geeignet?
Das ist unbedingt vor der Entscheidung für eine 3/1-phasige USV-Anlage zu prüfen.

Passt alles zusammen, so kann die Entscheidung für diese USV-Anlagenausführung ganz leicht getroffen werden. Passt es nicht, so fällt die Auswahl auf die 3/3-phasigen USV-Anlagen. Die Auswahlvielfalt der 3/1-phasigen USV-Anlage ist aber etwas eingeschränkt. Nicht jede 3/1-phasige USV-Anlage hat eine zweite Einspeisemöglichkeit. Hier ist zu prüfen, ob die gewünschte USV-Anlage auch für die zweite Versorgungsleitung zum Bypass eingerichtet und vor Ort leicht angepasst werden kann oder ob man bei der Bestellung dies gleich mitbestellen muss. Das ist eine Stolperfalle, an die gedacht werden muss.

Im Übrigen ist es immer sinnvoll, eine USV mit 3-phasigem Eingang mit 2 Versorgungsleitungen anzuschließen. Sollte mal etwas nicht funktionieren und die Hauptversorgungsleitung wird überfordert und/oder deren Vorsicherungen lösen aus, so ist immer noch der Bypass vorhanden. Das angeschlossene EDV-System oder die Maschine laufen trotzdem weiter.

Empfehlenswert ist auch der zusätzliche Überspannungsschutz durch Sureline. Näheres über Anwendungen, Schutzwirkung und Nutzen können Sie auf der speziellen Internetseite www.sureline.de finden.

Ergeben sich Fragen zum Anschluss einer 3/1-phasigen USV-Anlage oder haben Sie andere Fragen, so rufen Sie einfach an: Telefon 06162/5228, besuchen unsere Website www.aki-usv.com, oder schreiben Sie eine Mail an info@aki-usv.com.

Von Fritz Gronemeier, München

Brandschäden durch Leitungsüberlastung

Dieser Beitrag zeigt – unter anderem an einem Praxisbeispiel – dass es aufgrund der in vielen Verwaltungsgebäuden immer stärker auftretenden Belastung durch Oberwellenströme nicht nur zu Störungen von elektronischen Geräten und Anlagen (IT, TK, GLT) kommen kann, sondern immer häufiger auch zu Schmor-, Brand- und dadurch letztendlich auch zu Überspannungsschäden. Diese Gefahr sollte nicht unterschätzt und die Verantwortlichen im Unternehmen informiert werden.

Das Thema der Überlastung durch die so genannten N- oder PEN-Leiter ist bisher eher am Rande behandelt worden. Doch – und das beweisen die Statistiken der Versicherer – kommt es hier nicht selten zu Verschmorungen und auch zu Brandschäden in den Unterverteilungen – eine Bedrohung auch für die IT-Systeme. Glücklicherweise sind die Brand- und Brandfolgeschäden in ihrer Summe bisher noch nicht gravierend, doch muss die Frage: “Ist bei der erkannten Brandursache “technischer Defekt” bei dem einen oder anderen Brandschaden die wahre Brandursache “Überlastung des N- bzw. PEN-Leiters” nicht erkannt worden, oder aber ist nicht exakt genug danach gesucht worden?” gestellt werden.

Als Basis für diesen Beitrag dient ein Gutachten. Das Gutachten wurde von Dipl.-Ing. Michael Rieth-Hoerst (Sachverständiger und vom Innenministerium BW anerkannter Prüfer elektrischer Anlagen) erstellt, das sich speziell mit dieser Problematik beschäftigt. Das nachfolgende Beispiel zeigt an einem konkreten Schadensereignis die Gefahr, die im Prinzip jedem elektrischen System droht.

Die Praxis

In einem großen Kaufhaus mit technischem Angebot wurde eine Abteilung für Audio- und Videotechnik eingerichtet. Für mehrere überdimensionale Fernsehwände wurde aus der vorhandenen Unterverteilung die Last so aufgeteilt, dass die Belastung der einzelnen Phasen in etwa gleich groß war. Die im Wesentlichen von TV-Gräten aufgenommenen Leistungen bewirkten einen Phasenstrom, der in allen 3 Phasen ungefähr 50 Ampere hatte und damit im Rahmen des von der Unterverteilung zu erbringenden Stromes lag. Allerdings hatte sich niemand die Mühe gemacht zu prüfen, welcher Strom auf dem N-Leiter zu messen war. Aber schließlich steht in allen Lehrbüchern der Elektrotechnik, dass bei symmetrischer Belastung der drei Phasen der N-Leiter stromfrei ist. Nur bei unsymmetrischer Last fließt auf dem N-Leiter ein geringer Ausgleichstrom. Dass dies nur bei ohmscher, induktiver oder kapazitiver Last gilt, steht (wenn überhaupt) bestenfalls im Kleingedruckten.

Im vorliegenden Fall addierten sich bei Phasenströmen von jeweils ca. 50 Ampere die Oberwellenströme auf dem N-Leiter auf ca. 90 Ampere auf. Ein Wert, der für den installierten N-Leiter mit einem Querschnitt von 6 mm² deutlich zu hoch war. Durch die permanente Überlastung erhitzte sich der N-Leiter so stark, dass die Isolierung verschmorte. Zu diesem Zeitpunkt bemerkte noch niemand den noch relativ geringen Schaden, das Verhängnis nahm seinen Lauf.

Eine weitere Auswirkung der permanenten Überlastung war, dass der N-Leiter langsam, aber sicher, abschmorte, bis es zum Bruch des N-Leiters kam. Der Bruch des N-Leiters hatte zur Folge, dass durch den nicht mehr festen Sternpunkt mindestens eine der Phasen eine Überspannung erhielt, welche die Netzteile der angeschlossenen TV-Geräte zerstörte. Durch den sich aufgrund der ständig verändernden Belastung (einerseits durch Zerstörung von Netzteilen durch Überspannung, andererseits durch Abschalten von Sicherungsautomaten aufgrund von Überlastung) dauernd veränderten Sternpunkt setzte ein Prozess des ” Hin- und Herschaukelns” ein, der sich so lange fortsetzte, bis nahezu alle Netzteile der TV-Geräte an den Fernsehwänden zerstört waren. Nach Angaben des Personals haben die TV-Geräte “geraucht”. Der Gesamtschaden lag deutlich im 6-stelligen Bereich.

Die “oberwellengerechte” Elektroinstallation:

Für eine “oberwellengerechte” Elektroinstallation sind mehrere Faktoren von Bedeutung. Als Erstes muss selbstverständlich die richtige Netzform für die Stromversorgung vorhanden sein. VerPENnte Stromversorgungsnetze (TN-C- oder TN-C-S-Netz), in denen auf allen PE- und/oder PA-Leitungen und auf allen daran angeschlossenen Systemen vagabundierende Ströme in Größenordnungen bis über 50 (fünfzig) Ampere zu messen sind, dürfen auf keinen Fall akzeptiert werden, wenn folgende elektronische Geräte in nennenswerter Anzahl zum Einsatz kommen:

  • Schaltnetzteile (werden für nahezu alle elektrischen Geräte und Anlagen eingesetzt, in denen elektronische Bauteile vorhanden sind)
  • USV-Anlagen mit elektronischem Gleich- und Wechselrichter
  • thyristorgesteuerte Antriebsregelungen
  • elektronische Vorschaltgeräte für Leuchtstofflampen
  • Dimmer für ohmsche Lasten (Helligkeitssteuerungen für Glühlampen, Leuchtstofflampen etc.)

IT-Systeme

Nach Erfahrungen treten Probleme in vernetzten Computersystemen (Datenpaketfehler, Server “verliert” Client oder umgekehrt, unerklärbare Abstürze von Servern oder Clients, Datenverfälschungen oder -verluste etc.) bereits ab 50 bis 100 mA vagabundierender Ströme auf den Datenleitungen auf. Messungen haben vagabundierende Ströme von bis zu 0,8 Ampere auf einer Kat-5-Verkabelung, von bis zu 2,3 Ampere auf Koaxialkabeln und von bis zu 3,7 Ampere auf den Systemkabeln einer Rechner-Rechner-Kopplung ergeben. Dabei wurden Frequenzen von 16 2/3, 100 und 150 Hz gemessen, was die für die Stromversorgung zuständigen Fachkollegen nicht selten in höchstes Erstaunen versetzte, denn laut Ausbildung ist “in Deutschland und im europäischen Verbundnetz die Frequenz der Stromversorgung 50 Hz, außer für Bahnanlagen, hier ist die Frequenz 16 2/3 Hz”.

Grundsätzlich muss mit den oben geschilderten oder anderen Problemen bis hin zu Schäden an elektrischen und/oder elektronischen Geräten und Anlagen gerechnet werden, wenn der Strom (Oberwellenstrom) auf dem PEN- oder N-Leiter die Größenordnung von 10 % des geringsten Phasenstromes erreicht oder übersteigt. Ist dies der Fall und treten Probleme der oben geschilderten Art auf, hilft nur der Umbau der Stromversorgung und der Aufbau eines lückenlosen 5-adrigen TN-S-Netzes. Dabei muss nach dem Umbau durch Messung nachgewiesen werden, dass der Strom über die Verbindung vom N- zum PE-Leiter in der Größenordnung von 0 Ampere liegt. Ist dies nicht der Fall, sind entweder noch unentdeckte Brücken zwischen N- und PE-Leiter vorhanden oder die Ableitströme von elektronischen Filtern zu hoch. In beiden Fällen kann ein Experte mit der entsprechenden Erfahrung helfen, die richtige Fehlerquelle zu orten und entsprechende Maßnahmen zur Beseitigung ergreifen.

Auch wenn keine der oben geschilderten Probleme vorhanden oder bekannt sind: Übersteigt der Strom (Oberwellenstrom) auf dem PEN- oder N-Leiter die Größenordnung von 100 % des maximal zulässigen Phasenstromes und ist der PEN- oder N-Leiter NICHT in seinem Querschnitt reduziert, oder übersteigt der Strom (Oberwellenstrom) auf dem PEN- oder N-Leiter die Größenordnung von 50 % des maximal zulässigen Phasenstromes und ist gleichzeitig der PEN- oder N-Leiter in seinem Querschnitt reduziert, muss wegen der Überlastung des PEN- oder N-Leiters mit den eingangs geschilderten Schäden (Verschmorung, Brand, PEN- oder N-Leiterbruch) gerechnet werden.

Die Gefahr durch Verschmorung oder Brand kann entweder durch entsprechende Vergrößerung des Querschnittes (doppelter Phasenquerschnitt) des PEN- oder N-Leiters oder durch spezielle Verdrosselung des N-Leiters (Frequenzsperren für 16 2/3 und/oder 100 und/oder 150 Hz) verringert werden. Welcher der beiden Lösungen im Einzelfall der Vorzug gegeben werden wird, sollte mit einem Experten mit entsprechender Erfahrung besprochen werden.

Fazit

Zusammenfassend muss gesagt werden, dass der oben beschriebene Schaden in seinem Ausmaß sehr leicht hätte verhindert werden können. Die erforderlichen Investitionskosten hätten bei deutlich weniger als 1 % der anschließenden Schadenkosten gelegen.Weiterhin ist festzustellen, dass für den Betrieb von moderner Elektronik in einem modernen Gebäude leider immer noch die hoffnungslos veralteten TN-C- oder TN-C-S-Netze installiert werden, ein Fehler, der nach den gültigen Normen zwar grundsätzlich zulässig ist, nach einem vom Bundesgerichtshof im Mai 1998 veröffentlichten Urteil im Schadensfall aber zu Lasten des Elektroinstallateurs gewertet wird. Für den Handwerksbetrieb ergibt sich hieraus fast zwangsläufig die Forderung nach einer EMV-gerechten Elektroinstallation, aufgebaut als TN-S-Netz.

Fritz Gronemeier ist Senior Security Consultant bei der TESCON,
Beratungsgesellschaft für betriebliche Sicherheit mbH.
© SecuMedia-Verlags-GmbH, D-55205 Ingelheim,
KES 3/2000, Seite 18

Im Außenbereich soll die Netzsicherheitsüberwachung Sureline Funkeinrichtungen gegen Überspannungen, Unterspannungen, Neutralleiterausfall (es entstehen dadurch zerstörerische 400 Volt, wo sonst nur 230 Volt fließen), Fehlerströme, Kurzschluss und Überlastschutz absichern – sozusagen als selbstheilende Sicherheitseinrichtung. Sureline prüft analog zur 50-Hertz-Frequenz die Installationen und die Versorgungsspannung. Nach einem Ereignis prüft Sureline bei der Installation, ob der Nominalzustand wieder vorliegt, und schaltet sich nach einer vorgegebenen Testzeit selbst wieder ein.

Der Einsatz dient dazu, dass nach einem Ereignis, zu dem normalerweise ein Techniker hinfahren muss, die Anlage von allein weiterlaufen kann. Bei der Deutschen Bahn laufen diese Schutzeinrichtungen bereits in Kommunikationsanlagen. Hier wurden zusätzlich Ereigniszähler angeschlossen, um nachzuweisen, wie viele Servicefahrten bei gleichzeitiger Erhöhung der Sicherheit eingespart wurden.

Nun stehen diese Einrichtungen irgendwo in der freien Landschaft. Die Klimaeinwirkungen reichen von minus 30°C im Winter bis 70°C im Sommer. Diesen Bereich muss die Netzsicherheitsüberwachung Sureline abdecken und in jedem Fall muss siezuverlässig arbeiten.

Um dieses sicherzustellen, wird das Funktionieren in einem Klimatest beim TÜV nachgeprüft und zertifiziert. Damit ist dann der Weg frei für den Schutz von elektrischen und elektronischen Anlagen in freier Umgebung. Viele Serviceeinsätze können eingespart werden und die Anlagen bleiben trotz Spannungsstörungen intakt.

Es gibt die Forderung der Deutschen Bahn AG, dass die Netzsicherheitsüberwachung Sureline sowohl bei minus 30°C als auch bei plus 70°C sicher arbeiten muss. Sureline soll in elektronischen Anlagen, die im Freien an den Schienenstrecken stehen, im Winter sowie im Sommer die Versorgungsspannug sicher überwachen und die elektronischen Anlagen vor Zerstörung durch Über-, Unterspannungen und Neutralleiterbruch (400 Volt), Fehlerströmen sowie Überlastung und Kurzschluss bewahren. Das ist eine wichtige Bedingung für den Einsatz.

Um den Test durchzuführen, hat der TÜV Mannheim Sureline in seiner Klimakammer getestet. Als Prüfling wurde ein Gerät vom Lager genommen. Sureline hat diesen Test bestanden!

Es gibt nun einen Prüfbericht, der die Funktionszuverlässigkeit bei minus 33°C bis plus 70°C bescheinigt. Es ist kein Schreibfehler, Sureline wurde tatsächlich bis minus 33°C getestet. Zudem wurden Fotos gemacht, die Sureline mit Eiszapfen zeigen. Und das bei einem Standardgerät! Damit kann Sureline auch in Anlagen, die im Außenbereich stehen und den Temperatureinflüssen im Winter wie im Sommer ausgesetzt sind, sicher betrieben werden. Das spart viele Serviceeinsätze.

Inzwischen gibt es 6 Jahre Garantie auf die Netzsicherheitsüberwachung von Sureline. Das spricht für die Qualität und Sicherheit des Gerätes.

Wollen Sie mehr zu Einsatzmöglichkeiten oder erhöhter Schutzwirkung mit zusätzlicher Servicekosteneinsparung wissen, dann rufen Sie an: Telefon 06162/5228, besuchen unsere Homepage www.aki-usv.com oder schreiben Sie eine E-Mail an info@aki-usv.com.