Antiquierte Elektroinstallationen im Computerzeitalter

Martin Schauer

EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden

EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden Die Elektroinstallation als Verursacher von magnetischen Wechselfeldern Erdungs- und Magnetfeldproblematik von großflächigen Abschirmungen Martin Schauer Berufsverband Deutscher Baubiologen – VDB e.V. Gertrud-von-le-Fort-Straße 8, 97074 Würzburg Tel: 0931 - 7 02 88 - 0 Fax: 0931 - 7 02 88 - 29 [email protected], www.elq.de

„Antiquierte“ Elektroinstallationen im Computerzeitalter Flimmernde Bildschirme? – Häufig ist dies ein Hinweis auf magnetische Wechselfelder! Diese wirken nicht nur auf Personen, sondern auch auf Computermonitore mit Kathodenstrahlröhren (CRT) ein. Je größer der Bildschirm ist, um so empfindlicher reagiert er auf magnetische Feldeinflüsse. Das Bild eines 21 Zoll-Bildschirms kann bereits bei 0,3 µT (Mikrotesla) so gestört werden, dass konzentriertes Arbeiten nicht mehr möglich ist. Oft liegt die Ursache darin, dass es in Gebäuden mit veralteten Elektroinstallationen zur Bildung von vagabundierenden Strömen kommt (auch parasitäre Bypassströme genannt), die wiederum das störendende Magnetfeld zur Folge haben. Magnetische Wechselfelder durchdringen nahezu alle am Gebäude verwendeten Baumaterialien und können im Rahmen von Reduzierungsmaßnahmen – im Gegensatz zu elektrischen Wechselfeldern (siehe [1] und [2]) – i.d.R. nur mit sehr kostenintensiven Abschirmungen oder Kompensationsmaßnahmen reduziert werden. Daher gilt insbesondere bei magnetischen Wechselfeldern der Grundsatz, zuerst schaltungstechnische Maßnahmen in der Elektroanlage auszuschöpfen, um unnötige Ströme zu reduzieren (siehe auch [3], Kap. 6.4). Die Höhe der Immission der durch elektrische Wechselströme verursachten magnetischen Wechselfelder ist im wesentlichen von folgenden Faktoren abhängig: • Abstand zum stromführenden Leiter • Höhe der Stromstärke • Konstruktion der stromführenden Objekte (Einleiter, Zweileiter, Spulen usw.) Führt ein Leiter Strom und befindet sich der Rückleiter weit entfernt, so nimmt die magnetische Flussdichte B umgekehrt proportional zum Abstand a vom Leiter ab (B ∼ 1/a ; wobei „∼“ bedeutet: „proportional zu“). Bei Verdoppelung des Abstandes sinkt die Flussdichte also auf die Hälfte, bei Verdreifachung auf ein Drittel usw. In diesem Fall spricht man auch vom Feld eines „Einleiterstroms“ (z.B. Potentialausgleichsleiter, vagabundierender Strom auf Rohren). Verlaufen Hin- und Rückleiter parallel nahe beieinander, so kommt es zu einem Kompensationseffekt, der das aus beiden Leitern resultierende Magnetfeld verringert („Zweileiterstrom“, siehe Abbildung 1-1). Da die Ströme in den beiden Leitern in entgegengesetzte Richtungen fließen, sind auch die von den Strömen erzeugten Magnetfelder gegensinnig gerichtet und heben sich – teilweise – auf. Je näher die Leiter beieinander liegen, um so besser gelingt die Kompensation und um so kleiner ist das resultierende Magnetfeld. Bei einer völlig rotationssymmetrischen Anordnung, wie sie beim Koaxialkabel gegeben ist, wird das Magnetfeld außerhalb des Kabels zu Null. Bei einer Paralleldrahtleitung nimmt die magnetische Flussdichte etwa umgekehrt proportional zum Quadrat des Abstands vom Leiterpaar ab (B ∼ 1/a²).

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Abb. 1-1:

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Magnetfeld um eine stromdurchflossene Paralleldrahtleitung H: Magnetische Feldstärke, B: Magnetische Flussdichte

Für verdrillte Leitungen und stromdurchflossene Spulen (z.B. Transformatoren, Motoren) gelten weitere physikalische Bedingungen; hier verringert sich die magnetische Flussdichte etwa mit B ~ 1/a³. Bei reinen Drehstromleitungen und Drehstromkabeln (Dreileiter) hängt die Emission der magnetischen Felder von der Höhe der Auslastung der drei Außenleiter ab sowie von der Symmetrie der Belastung der Außenleiter (je gleichmäßiger die Ströme auf die Außenleiter verteilt sind, um so geringer ist die Feldemission). Befindet sich in einer Drehstromleitung noch der Mittelpunktleiter (N-Leiter) bzw. zusätzlich auch der Schutzleiter, so resultiert die Emission u.a. aus den Stromstärken, Phasenverschiebungen und Symmetriegegebenheiten in allen Leitern. Detaillierte Darstellungen zum Ausbreitungsverhalten niederfrequenter magnetischer Wechselfelder sind in [3] und [4] zu finden. Werden z.B. durch flimmernde Bildschirme oder durch Feldmessungen Magnetfeldbelastungen festgestellt, so können folgende Verursacher innerhalb und außerhalb von Gebäuden in Betracht kommen:

Magnetfeldverursacher in Gebäuden •

In das Gebäude eingeführte Kabel und Leitungen des Versorgungsnetzbetreibers (VNB) – unterirdisch oder oberirdisch – und Hauptstromkreise

•

Zählerschrank (insbesondere Zähler selbst)

•

Stromkreisverteiler (Leitungen, Klingeltransformator)

•

Verteilungsstromkreise

•

Endstromkreise

•

Leitungen der Informationstechnik (ungewollte Ausgleichsströme auf deren Schirmen)

•

Potentialausgleichsleitungen

•

Versorgungsleitungen für Gas, Wasser, Fernwärme usw. sowie alle leitfähigen Systeme mit großer Ausdehnung, die in der Lage sind, Potentialausgleichsströme und Rückströme aus TN-C-Systemen und elektrischen Bahnanlagen zu führen

•

Elektrische Geräte, insbesondere wenn sie Transformatoren, Drosseln, Motoren enthalten

(siehe Abbildung 1-2).

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Endstromkreis

Stromkreisverteiler

Verteilungsstromkreis Potentialausgleichsleitung Potentialausgleichsschiene

Abb. 1-2:

Zählerschrank

Hauptstromkreis

Hauseinführungsleitung des VNB

Elektrische Anlagenteile in einem Gebäude (hier unterirdische Hauseinführungsleitung)

Magnetfeldverursacher außerhalb von Gebäuden •

Hoch-, Mittel- und Niederspannungsfreileitungen der VNB (Versorgungsnetzbetreiber)

•

Erdverlegte Hoch-, Mittel- und Niederspannungskabel der VNB

•

Elektrifizierte Bahnanlagen und deren Versorgungsleitungen

•

Anlagenteile benachbarter Gebäude / -teile (Reihenbebauung)

•

Versorgungsleitungen für Gas, Wasser, Fernwärme usw. sowie alle leitfähigen Systeme mit großer Ausdehnung, die in der Lage sind, Potentialausgleichsströme und Rückströme aus TN-C-Systemen und elektrischen Bahnanlagen zu führen

•

Transformatorstationen und Schaltanlagen der VNB.

Reduzierungsmaßnahmen bei magnetischen Wechselfeldern Maßnahmen des Emissionsschutzes: • Umstellung auf TN-S-System mit nur einem zentralen Erdungspunkt •

Magnetische Abschirmung des Feldverursachers

•

Feldkompensation durch geeignete Führung von Hin- und Rückleiter und durch Stromsymmetrie bei Dreiphasensystemen

•

Aktive Kompensation von Einleiterströmen auf der betreffenden Leitung.

Maßnahmen des Immissionsschutzes: • Abstand bilden •

Großflächige Abschirmmaßnahmen am Immissionsort

•

Aktive Magnetfeldkompensation am Immissionsort.

Dieser Beitrag befasst sich besonders mit den Ursachen von Magnetfeldemissionen und den Reduzierungsmöglichkeiten durch strukturelle Veränderungen in der Elektroanlage. In den Beiträgen [4] und [5] dieses Tagungsbandes werden weitere Maßnahmen beschrieben, wie von außen oder aus benachbarten Gebäuden oder Gebäudeteilen stammende Feldimmissionen reduziert werden können, bzw. wenn Eingriffe in eine Elektroanlage nicht möglich oder nicht ausreichend sind. 4. EMV-Tagung des VDB, 14.-15. April 2005 in Attendorn

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Erdverbindungen bei Wechselstromsystemen Elektrotechniker, die sich mit der elektromagnetischen Verträglichkeit von Gebäuden auseinandersetzen müssen sowie baubiologische Messtechniker wissen ein Lied von vagabundierenden Strömen in alten Elektroinstallationen zu singen. Wo liegt das grundsätzliche Problem? Die Systeme der Wechselstromversorgung lassen sich in zwei Hälften unterteilen [6]: 1. Die „speisende“ Hälfte, in der die Erzeugung und Verteilung der elektrischen Energie durch den VNB erfolgt. 2. Die „verbrauchende“ Hälfte, in der die Elektroanlagen in Gebäuden betrieben werden.

Betrachtung des Verteilungsnetzes Unsere Wechselstromsysteme (Dreiphasen-/Drehstromsysteme) werden hinsichtlich der Erdverbindungen in unterschiedliche Typen eingeteilt (s.u. Tabelle 2-2). Diese Typen werden mit zwei Buchstaben als Kurzzeichen benannt (z.B. TN-System, TT-System). Das erste Kurzzeichen bezieht sich auf die Erdung des Neutralleiters an der speisenden Stromquelle des VNB (üblicherweise der Transformator), das zweite auf die (Schutz-)Erdung der Körper der Betriebsmittel der Gebäudeinstallationen (im Gebäude betriebene elektrische Geräte). Im Rahmen der europäischen Harmonisierungsbestrebungen werden Bezeichnungen und Kurzzeichen verwendet, die aus dem Sprachgebrauch der verschiedenen Länder stammen (Tabelle 2-1): Kurzzeichen

Französisch

Englisch

Deutsch

T

terre

earth

Erde

N

neutre

neutral

neutral

I

isolé

isolated

isoliert

C

combiné

combined

kombiniert

S

separé

separated

separat

Tab. 2-1: Erläuterung der Kurzzeichen für Wechselstromsy steme

Der erste Buchstabe der Systembezeichnung gibt die Beziehung der speisenden Stromquelle (Transformator des VNB) zur Erde an: „T“ bedeutet hier, dass die Stromquelle beim Energieversorger geerdet ist; der geerdete Leiter wird dann in der Regel als PEN-Leiter vom Transformator des Energieversorgers zu den Hausanschlüssen geführt. Bis heute wird damit fast ausnahmslos die Verbindung zwischen Energieversorger und Hausanschluss über ein vieradriges Kabel hergestellt (drei Außenleiter plus PEN-Leiter). Vereinfacht ausgedrückt „liefert“ der VNB die Energie meist über ein TN-C-System. „I“ bedeutet, dass die Stromquelle beim Energieversorger nicht geerdet ist. Der Neutralleiter liegt hier nicht auf Nullpotential! Diese Variante kommt im Wohnungs- und Bürobereich kaum vor und wird deswegen im Folgenden nicht weiter betrachtet. Der zweite Buchstabe gibt die Beziehung der Körper der Betriebsmittel der Gebäudeanlage zur Erde an. „N“ bedeutet hier, dass die Körper (Gehäuse) der Betriebsmittel der Gebäudeinstallation (elektr. Geräte) über Schutzleiter mit dem Erdungspunkt der speisenden Stromquelle beim VNB verbunden sind. Unbenommen hiervon ist, dass auch am Gebäude eine zusätzliche Erdungsmaßnahme durchgeführt wird, z.B. durch einen Fundamenterder. Im Interesse des VNB und zur Verbesserung der Erdungsbedingungen im Niederspannungsversorgungsnetz werden i.d.R. die Schutzleiter der Gebäudeinstallationen mit der jeweils eigenen Erdungsanlage verbunden (z.B. Verbindung vom PEN am Hausanschlusskasten zur Potentialausgleichsschiene). Für die Schutzmaßnahmen in den Gebäuden hat jedoch diese zusätzliche Erdung keine Bedeutung; d.h. auch bei einer unbeabsichtigten Abtrennung der eigenen Erdungsanlage von der Gebäudeinstallation sprechen bei einem Isolations-

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fehler die Schutzorgane (Leitungsschutzschalter, Fehlerstromschutzschalter) trotzdem an. Der Fehlerstrom fließt dann über den sehr niederohmigen PEN-Leiter im Energieversorgungsnetz. „T“ bedeutet, dass der Schutzleiter der Elektroanlage des Gebäudes immer und ausschließlich mit der Erdungsanlage vor Ort verbunden ist. Eine Verbindung der Körper der Betriebsmittel über Schutzleiter im Energieversorgungsnetz mit dem Erdungspunkt der speisenden Stromquelle beim VNB wird hier nicht durchgeführt. Fehlerströme bei Isolationsfehlern im TT-System fließen über die eigene Erdungsanlage der Gebäudeinstallation, über das Erdreich und über den Erder des Versorgungstrafos beim VNB. Damit ergeben sich höhere Widerstandsbedingungen im Fehlerfall als beispielsweise beim TN-System. TN-System Beim TN-System wird der Neutralleiter an der speisenden Stromquelle (Transformator des VNB) direkt geerdet (meist geerdeter Sternpunkt). Die Körper der Betriebsmittel der Gebäudeinstallation werden über Schutzleiter (PE oder/und PEN) mit dem Erdungspunkt an der speisenden Stromquelle verbunden.

TT-System Beim TT-System wird der Neutralleiter an der speisenden Stromquelle (Transformator des VNB) direkt geerdet (meist geerdeter Sternpunkt). Die Körper der Betriebsmittel der Gebäudeinstallation werden mit einem eigenen Erder vor Ort verbunden. Im TT-System sind somit zwei voneinander unabhängige Erder vorhanden.

IT-System Beim IT-System werden nur die Körper der Betriebsmittel der Gebäudeinstallation durch einen eigenen Erder vor Ort geerdet. An der speisenden Stromquelle des VNB wie auch sonst wird kein weiterer Punkt geerdet.

Tab. 2-2:

Wechselstromsysteme der „speisenden Hälfte“

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Betrachtung der Elektroanlagen in Gebäuden Ähnlich wie die verschiedenen Typen der Wechselstromsysteme im Verteilungsnetz des VNB können auch die Gebäudeinstallationen betrachtet werden. Elektroinstallationen werden heute bevorzugt nach dem Prinzip des TN-Systems ausgeführt. Das TN-System wird in drei Varianten angewandt (Tabelle 2-3): Das TN-C- und das TN-C-S-System sind als nicht EMV-freundlich (EMV: ElektroMagnetische Verträglichkeit) einzustufen, da betriebsbedingt über die N-Leiter und somit auch über die PEN-Leiter Rückströme geführt werden [6]. Der PEN-Leiter hat wie der PE-Leiter eine Schutzfunktion. Durch Verbindungen des PEN-Leiters im Gebäude mit elektrisch leitfähigen Rohren und Gebäudeteilen kommt es je nach Widerstandsbedingungen zu vagabundierenden Strömen über Rohre und Gebäudekonstruktionen. Davon betroffen sein können metallene Rohre, Bewehrungen der Gebäudekonstruktion, Kabelpritschen, Schirme von Daten-, Fernmelde- und Antennenleitungen, Gerätegehäuse, großflächige Abschirmungen usw. Unter Umständen. kann beim Bruch eines N-Leiters in der Gebäudeinstallation der gesamte Betriebsstrom des Anlagenteils über Parallelstrompfade, z.B. der informationstechnischen Anlage fließen. Aus den genannten Gründen sind das TN-C-System und das TN-C-S-System in Gebäuden mit informationstechnischen Anlagen, in Gebäuden mit großflächigen Abschirmungen sowie bei Installationen mit geschirmten Komponenten (z.B. geschirmte Leitungen und Elektrodosen) nicht geeignet. Ob das TT-System als EMV-freundlich einzustufen ist, wird in Fachkreisen kontrovers diskutiert. Wie oben dargestellt, werden beim TT-System der Neutralleiter der Stromquelle und die Körper der Betriebsmittel mit voneinander unabhängigen Erdern verbunden. In Gebieten mit dichter Bebauung ist es allerdings kaum möglich, die erforderliche Unabhängigkeit der Erder in der Praxis zu realisieren. Bei Anlagen, die sich über mehrere Gebäude erstrecken, ist zudem Voraussetzung, dass die Körper der Betriebsmittel nur an einen gemeinsamen Erder angeschlossen werden. Bei getrennten Erdern einzelner Gebäude müssen diese zur Verhinderung von Spannungsunterschieden mit ausreichend dimensionierten Potentialausgleichsleitern verbunden werden. Somit empfiehlt sich bei dieser Konfiguration gleich die Anwendung des TN-S-Systems. In der Baubiologie wird immer wieder das TT-System favorisiert, da hier eine völlige Trennung der „Hauserde“ zum Erder des Energieversorgers gegeben ist, und somit keine Betriebsströme über die Erder fließen. Sicherlich ist bei lockerer Bebauung und bei Einfamilienhäusern dies als Vorteil für das TT-System zu werten. Allerdings gibt es eine Vielzahl von weiteren Aspekten, die noch zu berücksichtigen sind: •

Die Zuverlässigkeit der Abschaltung durch den FI im Fehlerfall ist von dem Vorhandensein und der Qualität der Erdung der Betriebsmittel abhängig. Was, wenn der Erder korrodiert ist? Wer überwacht dies beim Privatbau?

•

Das TT-System darf nur mit Fehlerstromschutzschalter realisiert werden.

•

Das TT-System ist in Gebieten mit dichter Bebauung nur eingeschränkt praktikabel, da hier die Realisierung der voneinander unabhängigen Erder kaum möglich ist.

•

Das TT-System ist an Orten mit Versorgungsleitungen aus Metall und mit großen Ausdehnungen im Erdreich nur schwer zu realisieren.

In Österreich werden aufgrund dieser Aspekte alle TT-Systeme bis zum Jahr 2008 auf das TN-System umgestellt. An dieser Stelle muss auch erwähnt werden, dass eine Umwandlung eines TN-Systems in ein TT-System nur von der Elektrofachkraft in Abstimmung mit dem Energieversorgungsunternehmen durchgeführt werden darf. Von der des öfteren gegebenen Empfehlung, durch Herausnehmen der Leitungsbrücke zwischen dem Hausanschlusskasten und der Potentialausgleichsschiene eigenhändig eine Systemumstellung zu vollziehen, um eventuelle Ausgleichsströme zu unterbinden, muss dringend abgeraten werden [7]. In vielen Fällen besitzt die betreffende Elektroanlage nicht die notwendige Ausrüstung für die sichere Abschaltung im Fehlerfall als TT-System. Das reine TN-S-System ist als EMV-freundlich einzustufen. Durch die Anwendung von getrenntem Neutralund Schutzleiter kommt es nicht zu Betriebsströmen auf dem Schutzleiter. Bei größeren Anlagen ist zu berücksichtigen, dass die Körper der Betriebsmittel mit nur einem einzigen zentralen Erdungspunkt verbunden werden dürfen (siehe auch [8]). Aufgrund der aufgezeigten Problematik ist das TN-S-System heute Voraussetzung zur Erzielung immissionsarmer Umgebungen und in Gebäuden mit informa-

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tionstechnischen Anlagen sowie für Gebäude mit großflächigen Abschirmungen und dem Einsatz geschirmter Installationskomponenten.

TN-S-System Getrennter (separater) Neutralleiter und Schutzleiter in der gesamten Elektroanlage

TN-C-System Kombinierter Neutral- und Schutzleiter (PEN-Leiter) in der gesamten Elektroanlage

TN-C-S-System Im ersten Teil der Elektroanlage kombinierter (PEN-Leiter), im zweiten Teil getrennter Neutralleiter und Schutzleiter

Tab. 2-3:

Varianten des TN-Systems in Gebäuden

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Nichtlineare Verbraucher Die Situation bezüglich vagabundierender Ströme hat sich durch den massiven Einsatz elektronischer Vorschaltgeräte (EVG), elektronischer Netzgeräte, Umrichter usw. – so genannte nichtlineare Verbraucher – weiter verschärft. Bei linearen Verbrauchern, wie Glühlampen, elektrische Heizgeräte, elektrische Motoren ohne elektronische Drehzahlregelung, ist der Strom im N- / PEN-Leiter gering oder gleich Null. Bei gleicher Stromstärke in den drei Außenleitern einer Drehstromleitung ergibt die geometrische Addition der um jeweils 120 ° phasenverschobenen Sinuskurven zu allen Zeitpunkten Null (Idealfall, siehe Abbildung 2-1).

6

IN-Leiter = 0 = (5 - 1 - 4) A i /A Î

4 2

t / ms Î

0 0

5

10

15

20

-2 -4 -6

Abb. 2-1:

Geometrische Addition von drei jeweils um 120° phasenverschobenen Sinuskurven [9]

Bei nichtlinearen Verbrauchern kommt es durch elektronische Schaltkreise zu einer völligen Deformierung der Sinuskurve (Abbildung 2-2), was mit der Ausbildung von kräftigen Oberwellenanteilen einhergeht. Die Addition der Ströme auf den Außenleitern ist komplex und ergibt in der Regel einen hohen bis sehr hohen Strom im N- / PEN-Leiter, der in der Höhe sogar den Strom in einem Außenleiter übersteigen kann. Ist der N- / PEN-Leiter im Querschnitt geringer dimensioniert, kann es sogar zu einem Abbrand dieses Leiters kommen (meist an einer Kontaktstelle).

i Î

1,5A 1,0A 0,5A

t / ms Î

0,0A 0

5

10

15

20

-0,5A -1,0A -1,5A

Abb. 2-2:

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Durch elektronische Schaltkreise deformierter Sinus [9]

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In TN-C-Systemen ist der im Sinus völlig veränderte Strom dann häufig im gesamten Gebäude auf Stahlkonstruktionen, metallischen Sanitär- und Heizungsrohren, selbst auf Gasrohren zu finden. Neben der immensen Brand- und Explosionsgefahr, die bereits bei Stromstärken unter 100 Milliampere (mA) beginnt, entstehen heute immense Schäden durch strombedingte Korrosion mit entsprechenden Folgekosten und Funktionsstörungen an elektronischen Systemen, bis hin zu verringerter Lebensdauer von Kugellagern und anderen beweglichen Konstruktionen und statischen Problemen bei Stahlbauteilen [8]. Ein drastisches Beispiel für die Höhe der möglichen Ströme im Oberwellenbereich ist in den Abbildungen 2-3 bis 2-5 dargestellt [10]. Sie zeigen Messergebnisse von den in der Zuleitung einer Beleuchtungsverteilung fließenden Strömen. Die Ströme der 50 Hz-Grundschwingung auf den drei Außenleitern sind in Abb. 2-3 wiedergegeben. Die Belastung ist mit im Durchschnitt ca. 106 A, 102 A und 98 A nahezu symmetrisch bezüglich der 50 Hz-Ströme (Differenzen von lediglich 4 bzw. 8 A).

Abb. 2-3: Stromverlauf der Grundschwingung auf den drei Außenleitern (50 Hz), Mittelwerte, 10 min-Intervalle [10]

Abb. 2-4: Effektivwert des Neutralleiterstroms [10]

Abb. 2-5: Stromverlauf der 3. Harmonischen auf den drei Außenleitern (Mittelwerte, 10 min-Intervalle) [10]

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Abb. 2-4 zeigt jedoch einen gemessenen Neutralleiterstrom von 73 - 74 A! Gemäß den Verhältnissen in Abb. 2-3 wäre ein Neutralleiterstrom von maximal 10 A zu erwarten gewesen. Aber aufgrund der Stromverzerrung durch die Verbraucher und der damit verbundenen Entstehung von Oberwellen ist der Strom auf dem Neutralleiter um ein Mehrfaches größer. In Abb. 2-5 sind die Effektivwerte der 3. Oberschwingung auf den Außenleitern dargestellt; sie liegen durchschnittlich im Bereich von 23 - 26 A! Ein Vergleich der Abbildungen 2-5 und 2-4 macht deutlich, dass sich der im Neutralleiter fließende Strom hauptsächlich aus Oberschwingungen zusammensetzt.

Fazit Das Ausmaß von vagabundierenden Strömen, welche sich über alle denkbaren elektrisch leitfähigen Bauteile der Gebäudekonstruktion (Bewehrungen, Stahlträger, Metallfassade, Metallfenster, Metallzargen, Sanitärrohre usw.) ausbreiten, bis hin zu induzierten Strömen in metallische Schreibtischgestelle, führt neben immensen Sachschäden zu einer Vielzahl von mit magnetischen Wechselfeldern belasteten Aufenthaltsorten von Personen. Die Umwandlung der gesamten Elektroanlage auf ein TN-S-System mit nur einem zentralen Erdungspunkt ist Voraussetzung für erfolgreiche Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlströmen und Sachschäden sowie im Sinne der Gesundheitsvorsorge durch Minimieren von magnetischen Wechselfeldern. Mit einem RCM-System (Resistant Current Monitoring), welches fest in der Anlage installiert wird, können Veränderungen in der Elektroanlage rechtzeitig erkannt und signalisiert werden. RCM-Systeme überwachen Differenzströme in elektrischen Anlagen und melden das Überschreiten von Ansprechwerten.

Weitere Feldverursacher in Elektroanlagen Ringleitungen Es gibt heute durchaus noch Elektrofachbetriebe, die Endstromkreise (Teil der Elektroanlage von der Verteilung bis zu den Steckdosen) von zwei Seiten einspeisen. Bei diesen so entstehenden Ringleitungen kommt es je nach Widerstandsbedingungen zu einer unkontrollierten Aufteilung der Hin- und Rückströme mit dem Ergebnis von auffälligen Magnetfeld-Emissionen (Abbildung 3-1). Die Ringleitung hat in der Wohngebäudeinstallation keine Vorteile, da wegen unterschiedlicher Belastungsorte die parallel geschalteten Leitungen eine unterschiedliche Länge besitzen und daher im Sinne einer Querschnittsoptimierung die Strombelastbarkeit mit dieser Maßnahme nicht erhöht wird.

Keine Verbindung, daher keine Ringbildung

Zum Stromkreisverteiler

Abb. 3-1:

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Verbindung mit Ringbildung (Ringleitung)

Zum Stromkreisverteiler

Einfache Einspeisung ohne Ringbildung und Mehrfacheinspeisung mit Ringbildung

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Niedervolt-Halogensysteme Bei Niedervolt-Halogenseilsystemen ist der Abstand zwischen den stromführenden Hin- und Rückleitern relativ groß mit der Folge höherer Emissionen magnetischer Wechselfelder (Abbildung 3-2).

Abb. 3-2: Halogenseilsystem mit großem Abstand zwischen Hin- und Rückleiter

Elektrische Fußbodenheizung Hohe magnetische Flussdichten werden immer wieder bei elektrischen Fußbodenheizungen gemessen. Die meisten älteren, aber auch heute noch im Handel erhältliche Typen sind noch so konzipiert, dass ein Einzelleiter mäanderförmig über die Bodenfläche ausgebreitet wird. Da hierdurch Hin- und Rückleiter weit auseinanderliegen und kein Kompensationseffekt auftritt, sind Immissionen bis hin zu einigen Mikrotesla im Aufenthaltsbereich von Personen durchaus möglich. Die nach dem Prinzip der Einzelleitungen aufgebauten Ausführungen sind an den zwei räumlich voneinander getrennten Anschlussenden (Klemmstellen) zu erkennen. Bei emissionsarmen neueren Fußbodenheizungen werden Hin- und Rückleiter eng beieinander geführt (Abb. 3-3), die dabei auftretenden Felder liegen im Aufenthaltsbereich von Personen nur noch bei ca. 20 Nanotesla. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die beiden Anschlussenden direkt nebeneinander liegen und einfach zu verklemmen sind. Bei besonderen Typen, die für den Einsatz in feuchten und nassen Räumen vorgesehen sind, werden Außenleiter und Neutralleiter von einem Schirmgeflecht umgeben, welches an den Schutzleiter angeschlossen wird. Das hat zusätzlich den Vorteil, dass sich keine elektrischen Wechselfelder ausbreiten.

Abb. 3-3: Magnetisch und elektrisch feldarme Fußbodenheizung mit eng beieinander geführtem Hinund Rückleiter plus Schirmgeflecht

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Einbeziehen von großflächigen Abschirmungen in den Potentialausgleich Durch den massiven Ausbau der Mobilkommunikation werden heute vermehrt großflächige Abschirmungen zur Reduzierung von hochfrequenten Einstrahlungen angebracht (siehe [3], [11] und [12]). Aber auch zur Abschirmung niederfrequenter elektrischer Wechselfelder eignen sich die meist elektrisch leitfähigen Materialien, sofern sie einwandfrei kontaktierbar sind. Denn damit großflächige Abschirmungen für niederfrequente elektrische Wechselfelder überhaupt wirksam werden und damit durch diese Flächen keine Feldverschleppungen entstehen sowie aus Gründen des Personen- und Sachschutzes müssen sie „geerdet“, d.h. in den Potentialausgleich des Gebäudes einbezogen werden. Dies geschieht durch den Anschluss an den Schutzleiter (PE) bzw. an das Potentialausgleichssystem der elektrischen Anlage des Gebäudes. Beim Anschluss von Abschirmmaterialien an den Potentialausgleich müssen verschiedene Gesichtpunkte beachtet werden: 1.

Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag

2.

Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern

3.

Verhinderung von Spannungsverschleppungen

4.

Mindestquerschnitte für den Potentialausgleichsleiter

5.

Geeignete Kontaktstellen und -materialien

6.

Näherungen zu äußeren Blitzschutzanlagen

7.

Verhinderung der Brandgefahr durch Streuströme

8.

Verhinderung von magnetischen Feldemissionen durch Streuströme.

Die Punkte 1 bis 6 werden in [3] ausführlich behandelt. In diesem Beitrag soll die Entstehung und Auswirkung von Streuströmen näher beleuchtet werden. Die Hersteller der Abschirmmaterialien weisen in Ihren Datenblättern darauf hin, dass der Anschluss an den Gebäudepotentialausgleich nur von Fachleuten durchzuführen ist.

Doch wie wird eine großflächige Abschirmung fachgerecht geerdet? Nach Auffassung des Autors sind Abschirmmaterialien nach VDE-Sprachgebrauch wie „fremde leitfähige Teile“ zu behandeln und daher über Potentialausgleichsleiter für den „zusätzlichen Potentialausgleich“ anzuschließen. Für diese Art Potentialausgleichsleiter sind folgende Querschnitte laut VDE-Vorschrift [13] vorgesehen (Tabelle 4-1). Mindestquerschnitt des Potentialausgleichsleiters für den zusätzlichen Potentialausgleich

Verbindung Zwischen zwei Körpern (z.B. zwischen elektrischen Geräten)

Querschnitt des kleinsten Schutzleiters

Zwischen Körpern (z.B. elektrischer Motor) und fremdem leitfähigem Teil (z.B. Abschirmfläche)

0,5 ⋅ Schutzleiterquerschnitt

Mindestquerschnitte: 2,5 mm² mit mechanischem Schutz 4,0 mm² ohne mechanischen Schutz Tab. 4-1:

22

(z.B. Mantelleitung NYM-J 1x 2,5 mm²) (z.B. PVC-Aderleitung H07V-K 4 mm² grün-gelb)

Bestimmung des Querschnitts für den zusätzlichen Potentialausgleich [13]

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Da Abschirmflächen in der Regel nicht an Körper (z.B. elektrische Maschinen) angeschlossen werden, gelten somit die Mindestquerschnitte aus Tabelle 4-1. Bei Abschirmmaßnahmen empfiehlt sich grundsätzlich aus Sicht des Personen- und Sachschutzes der Einsatz eines Fehlerstromschutzschalters (FI) mit einem Auslösestrom von 0,03 A ([7] und [14]). Für den Auslösestrom von 0,03 A würde bereits ein wesentlich kleinerer Querschnitt ausreichen. Die in Tabelle 4-1 angegebenen Mindestquerschnitte beziehen mechanischen Anforderungen mit ein. Zu berücksichtigen ist bei dieser Betrachtung auch, dass die „Schwachstelle“ nicht im Querschnitt des Potentialausgleichsleiters zu sehen ist, sondern eher im Abschirmmaterial selbst bzw. im Anschlusszubehör, d.h. beim Übergang vom Abschirmmaterial auf den Potentialausgleichsleiter. Der Anschluss der Abschirmflächen sollte wegen Fragen der Produkthaftung über vom Hersteller mitgeliefertes Original-Anschlusszubehör erfolgen. Allerdings ist die ausführende Elektrofachkraft nicht von der Verpflichtung entbunden sorgfältig zu prüfen, ob das Zubehör des Herstellers den Anforderungen der geltenden Normen entspricht bzw. ihnen zumindest nicht zuwiderläuft. Abschirmflächen sind durch ihre elektrische Leitfähigkeit gleichermaßen wie Metallrohre, Kabelschirme usw. in der Lage Ausgleichsströme zu führen. Damit gilt für sie in TN-C-Systemen bzw. TN-C-S-Systemen die gleiche Problematik, wie oben bereits dargestellt. Wird beispielsweise in einem Gebäude mit veralteter Elektroanlage als TN-C-System über eine leitfähige Abschirmfläche eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem durchgeführten Potentialausgleich (Potential der Potentialausgleichsschiene) und einem Metallrohr der Zentralheizung hergestellt, welches durch vagabundierende Ströme auf einem anderen Potential liegt, kommt es über die Abschirmfläche und den Potentialausgleichsleiter wiederum zu Stromflüssen. Die Folge sind neben Brand- und Korrosionsgefahr auch magnetische Wechselfelder. Durch die großflächige Verteilung der Ströme auf den Flächen sind die magnetischen Felder in diesem Bereich in der Regel zu vernachlässigen. In der Nähe der Potentialausgleichsleiter, für welche die physikalischen Bedingungen der „Einzelleiter“ gelten, können aber durchaus erhebliche Emissionen magnetischer Felder entstehen (Abbildung 4-1).

Wandfläche 1

Wandfläche 2

Wandfläche 3

Wandfläche 4

Magnetische Felder durch vagabundierende Ströme

Anschluss an das Abschirmmaterial über Ableitblech

Zum Schutzleiter oder Potentialausgleichsleiter

Abb. 4-1:

Magnetische Felder durch vagabundierende Ströme auf Potentialausgleichsleiter

Fazit Wegen des möglichen Auftretens von vagabundierenden Strömen ist in Gebäuden mit TN-C-Systemen bzw. TN-C-S-Systemen generell vom Anbringen großflächiger Abschirmungen abzuraten. Hier muss erst im gesamten Gebäude die Elektroanlage auf das TN-S-System umgestellt werden.

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Martin Schauer

Literatur [1]

Schauer, Martin: Baubiologische Elektrotechnik – Elektrische Wechselfelder im Leicht-, Holz- und Fertigbau; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 1. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 19.-20. April 2002 im Öko-Zentrum NRW, Hamm; Im Verlag der Arbeitsgemeinschaft Ökologischer Forschungsinstitute (AGÖF) e.V. Springe-Eldagsen, 2002, ISBN 3-930576-04-3; S. 3-15

[2]

Schauer, Martin: Elektrische Wechselfelder an Büroarbeitslätzen; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 2. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 3.-4. April 2003 in München; Im Verlag des AnBUS e.V. Fürth, 2003, ISBN 3-9808428-2-7; S. 23-36

[3]

Schauer, Martin; Virnich, Martin: Baubiologische Elektrotechnik – Feldmesstechnik und Praxis der Feldreduzierung, de-Fachbuchreihe Elektro- und Gebäudetechnik; Hüthig & Pflaum Verlag GmbH & Co. Fachliteratur KG Heidelberg, 2005

[4]

Mennekes, Rolf: Maßnahmen zur Reduzierung niederfrequenter magnetischer Wechselfelder; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 4. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 14.-15. April 2005 in Attendorn; Im Verlag des ANBUS e.V. Fürth, 2005, ISBN 3-9808428-8-6; S. 25-42

[5]

Schmitt, Erwin; Abschirmwirkung von Kabelkanälen; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 4. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 14.-15. April 2005 in Attendorn; Im Verlag des ANBUS e.V. Fürth, 2005, ISBN 3-9808428-8-6; S. 45-48

[6]

Rudolph W.: Systeme nach Art der Erdverbindung; in: „EMV nach VDE 0100 – EMV für elektrische Anlagen von Gebäuden“; VDE-Schriftenreihe 66; VDE-Verlag Berlin, 2000; S. 167 - 182

[7]

Scherg, R.: Baubiologische Elektrotechnik – ein Gefahrenpotential?; in: de – Der Elektro- und Gebäudetechniker 13/2001; S. 24-28

[8]

Otto, K.H.: Power-Audit für Netzsysteme.; in: de – Der Elektro- und Gebäudetechniker 5/2003; S. 50

[9]

Fassbinder, S.: Was heißt hier schon harmonisch?; Deutsches Kupferinstitut; www.kupferinstitut.de

[10] Reitnauer, Karsten: Oberschwingungsströme: Planung von Niederspannungsinstallationen; in: etz 3/2004; S. 36-37 [11] Schauer, M: Elektrosmog muss draußen bleiben; in: mikado – Unternehmermagazin für Holzbau und Ausbau 05/2004; S. 12-15 [12] Schauer, M: Holzhäuser effizient abschirmen; in: mikado – Unternehmermagazin für Holzbau und Ausbau 08/2004; S. 18-21 [13] DIN VDE 0100-540 (VDE 0100 Teil 540): 1991-11 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V; VDE-Verlag Berlin [14] Schauer, M.; Jungfleisch, A.: Feldarme Elektroinstallation mit Markenprodukten; in: Elektrobörse 10/2003; S. 46-49

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EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden

In TN-C-Systemen ist der im Sinus völlig veränderte Strom dann häufig im gesamten Gebäude auf Stahlkonstruktionen, metallischen Sanitär- und Heizungsrohren, selbst auf Gasrohren zu finden. Neben der immensen Brand- und Explosionsgefahr, die bereits bei Stromstärken unter 100 Milliampere (mA) beginnt, entstehen heute immense Schäden durch strombedingte Korrosion mit entsprechenden Folgekosten und Funktionsstörungen an elektronischen Systemen, bis hin zu verringerter Lebensdauer von Kugellagern und anderen beweglichen Konstruktionen und statischen Problemen bei Stahlbauteilen [8]. Ein drastisches Beispiel für die Höhe der möglichen Ströme im Oberwellenbereich ist in den Abbildungen 2-3 bis 2-5 dargestellt [10]. Sie zeigen Messergebnisse von den in der Zuleitung einer Beleuchtungsverteilung fließenden Strömen. Die Ströme der 50 Hz-Grundschwingung auf den drei Außenleitern sind in Abb. 2-3 wiedergegeben. Die Belastung ist mit im Durchschnitt ca. 106 A, 102 A und 98 A nahezu symmetrisch bezüglich der 50 Hz-Ströme (Differenzen von lediglich 4 bzw. 8 A).

Abb. 2-3: Stromverlauf der Grundschwingung auf den drei Außenleitern (50 Hz), Mittelwerte, 10 min-Intervalle [10]

Abb. 2-4: Effektivwert des Neutralleiterstroms [10]

Abb. 2-5: Stromverlauf der 3. Harmonischen auf den drei Außenleitern (Mittelwerte, 10 min-Intervalle) [10]

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EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden

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Abb. 2-4 zeigt jedoch einen gemessenen Neutralleiterstrom von 73 - 74 A! Gemäß den Verhältnissen in Abb. 2-3 wäre ein Neutralleiterstrom von maximal 10 A zu erwarten gewesen. Aber aufgrund der Stromverzerrung durch die Verbraucher und der damit verbundenen Entstehung von Oberwellen ist der Strom auf dem Neutralleiter um ein Mehrfaches größer. In Abb. 2-5 sind die Effektivwerte der 3. Oberschwingung auf den Außenleitern dargestellt; sie liegen durchschnittlich im Bereich von 23 - 26 A! Ein Vergleich der Abbildungen 2-5 und 2-4 macht deutlich, dass sich der im Neutralleiter fließende Strom hauptsächlich aus Oberschwingungen zusammensetzt.

Fazit Das Ausmaß von vagabundierenden Strömen, welche sich über alle denkbaren elektrisch leitfähigen Bauteile der Gebäudekonstruktion (Bewehrungen, Stahlträger, Metallfassade, Metallfenster, Metallzargen, Sanitärrohre usw.) ausbreiten, bis hin zu induzierten Strömen in metallische Schreibtischgestelle, führt neben immensen Sachschäden zu einer Vielzahl von mit magnetischen Wechselfeldern belasteten Aufenthaltsorten von Personen. Die Umwandlung der gesamten Elektroanlage auf ein TN-S-System mit nur einem zentralen Erdungspunkt ist Voraussetzung für erfolgreiche Maßnahmen zur Verhinderung von Fehlströmen und Sachschäden sowie im Sinne der Gesundheitsvorsorge durch Minimieren von magnetischen Wechselfeldern. Mit einem RCM-System (Resistant Current Monitoring), welches fest in der Anlage installiert wird, können Veränderungen in der Elektroanlage rechtzeitig erkannt und signalisiert werden. RCM-Systeme überwachen Differenzströme in elektrischen Anlagen und melden das Überschreiten von Ansprechwerten.

Weitere Feldverursacher in Elektroanlagen Ringleitungen Es gibt heute durchaus noch Elektrofachbetriebe, die Endstromkreise (Teil der Elektroanlage von der Verteilung bis zu den Steckdosen) von zwei Seiten einspeisen. Bei diesen so entstehenden Ringleitungen kommt es je nach Widerstandsbedingungen zu einer unkontrollierten Aufteilung der Hin- und Rückströme mit dem Ergebnis von auffälligen Magnetfeld-Emissionen (Abbildung 3-1). Die Ringleitung hat in der Wohngebäudeinstallation keine Vorteile, da wegen unterschiedlicher Belastungsorte die parallel geschalteten Leitungen eine unterschiedliche Länge besitzen und daher im Sinne einer Querschnittsoptimierung die Strombelastbarkeit mit dieser Maßnahme nicht erhöht wird.

Keine Verbindung, daher keine Ringbildung

Zum Stromkreisverteiler

Abb. 3-1:

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Verbindung mit Ringbildung (Ringleitung)

Zum Stromkreisverteiler

Einfache Einspeisung ohne Ringbildung und Mehrfacheinspeisung mit Ringbildung

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Niedervolt-Halogensysteme Bei Niedervolt-Halogenseilsystemen ist der Abstand zwischen den stromführenden Hin- und Rückleitern relativ groß mit der Folge höherer Emissionen magnetischer Wechselfelder (Abbildung 3-2).

Abb. 3-2: Halogenseilsystem mit großem Abstand zwischen Hin- und Rückleiter

Elektrische Fußbodenheizung Hohe magnetische Flussdichten werden immer wieder bei elektrischen Fußbodenheizungen gemessen. Die meisten älteren, aber auch heute noch im Handel erhältliche Typen sind noch so konzipiert, dass ein Einzelleiter mäanderförmig über die Bodenfläche ausgebreitet wird. Da hierdurch Hin- und Rückleiter weit auseinanderliegen und kein Kompensationseffekt auftritt, sind Immissionen bis hin zu einigen Mikrotesla im Aufenthaltsbereich von Personen durchaus möglich. Die nach dem Prinzip der Einzelleitungen aufgebauten Ausführungen sind an den zwei räumlich voneinander getrennten Anschlussenden (Klemmstellen) zu erkennen. Bei emissionsarmen neueren Fußbodenheizungen werden Hin- und Rückleiter eng beieinander geführt (Abb. 3-3), die dabei auftretenden Felder liegen im Aufenthaltsbereich von Personen nur noch bei ca. 20 Nanotesla. Diese Ausführung hat den Vorteil, dass die beiden Anschlussenden direkt nebeneinander liegen und einfach zu verklemmen sind. Bei besonderen Typen, die für den Einsatz in feuchten und nassen Räumen vorgesehen sind, werden Außenleiter und Neutralleiter von einem Schirmgeflecht umgeben, welches an den Schutzleiter angeschlossen wird. Das hat zusätzlich den Vorteil, dass sich keine elektrischen Wechselfelder ausbreiten.

Abb. 3-3: Magnetisch und elektrisch feldarme Fußbodenheizung mit eng beieinander geführtem Hinund Rückleiter plus Schirmgeflecht

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Einbeziehen von großflächigen Abschirmungen in den Potentialausgleich Durch den massiven Ausbau der Mobilkommunikation werden heute vermehrt großflächige Abschirmungen zur Reduzierung von hochfrequenten Einstrahlungen angebracht (siehe [3], [11] und [12]). Aber auch zur Abschirmung niederfrequenter elektrischer Wechselfelder eignen sich die meist elektrisch leitfähigen Materialien, sofern sie einwandfrei kontaktierbar sind. Denn damit großflächige Abschirmungen für niederfrequente elektrische Wechselfelder überhaupt wirksam werden und damit durch diese Flächen keine Feldverschleppungen entstehen sowie aus Gründen des Personen- und Sachschutzes müssen sie „geerdet“, d.h. in den Potentialausgleich des Gebäudes einbezogen werden. Dies geschieht durch den Anschluss an den Schutzleiter (PE) bzw. an das Potentialausgleichssystem der elektrischen Anlage des Gebäudes. Beim Anschluss von Abschirmmaterialien an den Potentialausgleich müssen verschiedene Gesichtpunkte beachtet werden: 1.

Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag

2.

Einsatz von Fehlerstromschutzschaltern

3.

Verhinderung von Spannungsverschleppungen

4.

Mindestquerschnitte für den Potentialausgleichsleiter

5.

Geeignete Kontaktstellen und -materialien

6.

Näherungen zu äußeren Blitzschutzanlagen

7.

Verhinderung der Brandgefahr durch Streuströme

8.

Verhinderung von magnetischen Feldemissionen durch Streuströme.

Die Punkte 1 bis 6 werden in [3] ausführlich behandelt. In diesem Beitrag soll die Entstehung und Auswirkung von Streuströmen näher beleuchtet werden. Die Hersteller der Abschirmmaterialien weisen in Ihren Datenblättern darauf hin, dass der Anschluss an den Gebäudepotentialausgleich nur von Fachleuten durchzuführen ist.

Doch wie wird eine großflächige Abschirmung fachgerecht geerdet? Nach Auffassung des Autors sind Abschirmmaterialien nach VDE-Sprachgebrauch wie „fremde leitfähige Teile“ zu behandeln und daher über Potentialausgleichsleiter für den „zusätzlichen Potentialausgleich“ anzuschließen. Für diese Art Potentialausgleichsleiter sind folgende Querschnitte laut VDE-Vorschrift [13] vorgesehen (Tabelle 4-1). Mindestquerschnitt des Potentialausgleichsleiters für den zusätzlichen Potentialausgleich

Verbindung Zwischen zwei Körpern (z.B. zwischen elektrischen Geräten)

Querschnitt des kleinsten Schutzleiters

Zwischen Körpern (z.B. elektrischer Motor) und fremdem leitfähigem Teil (z.B. Abschirmfläche)

0,5 ⋅ Schutzleiterquerschnitt

Mindestquerschnitte: 2,5 mm² mit mechanischem Schutz 4,0 mm² ohne mechanischen Schutz Tab. 4-1:

22

(z.B. Mantelleitung NYM-J 1x 2,5 mm²) (z.B. PVC-Aderleitung H07V-K 4 mm² grün-gelb)

Bestimmung des Querschnitts für den zusätzlichen Potentialausgleich [13]

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EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden

Da Abschirmflächen in der Regel nicht an Körper (z.B. elektrische Maschinen) angeschlossen werden, gelten somit die Mindestquerschnitte aus Tabelle 4-1. Bei Abschirmmaßnahmen empfiehlt sich grundsätzlich aus Sicht des Personen- und Sachschutzes der Einsatz eines Fehlerstromschutzschalters (FI) mit einem Auslösestrom von 0,03 A ([7] und [14]). Für den Auslösestrom von 0,03 A würde bereits ein wesentlich kleinerer Querschnitt ausreichen. Die in Tabelle 4-1 angegebenen Mindestquerschnitte beziehen mechanischen Anforderungen mit ein. Zu berücksichtigen ist bei dieser Betrachtung auch, dass die „Schwachstelle“ nicht im Querschnitt des Potentialausgleichsleiters zu sehen ist, sondern eher im Abschirmmaterial selbst bzw. im Anschlusszubehör, d.h. beim Übergang vom Abschirmmaterial auf den Potentialausgleichsleiter. Der Anschluss der Abschirmflächen sollte wegen Fragen der Produkthaftung über vom Hersteller mitgeliefertes Original-Anschlusszubehör erfolgen. Allerdings ist die ausführende Elektrofachkraft nicht von der Verpflichtung entbunden sorgfältig zu prüfen, ob das Zubehör des Herstellers den Anforderungen der geltenden Normen entspricht bzw. ihnen zumindest nicht zuwiderläuft. Abschirmflächen sind durch ihre elektrische Leitfähigkeit gleichermaßen wie Metallrohre, Kabelschirme usw. in der Lage Ausgleichsströme zu führen. Damit gilt für sie in TN-C-Systemen bzw. TN-C-S-Systemen die gleiche Problematik, wie oben bereits dargestellt. Wird beispielsweise in einem Gebäude mit veralteter Elektroanlage als TN-C-System über eine leitfähige Abschirmfläche eine elektrisch leitfähige Verbindung zwischen dem durchgeführten Potentialausgleich (Potential der Potentialausgleichsschiene) und einem Metallrohr der Zentralheizung hergestellt, welches durch vagabundierende Ströme auf einem anderen Potential liegt, kommt es über die Abschirmfläche und den Potentialausgleichsleiter wiederum zu Stromflüssen. Die Folge sind neben Brand- und Korrosionsgefahr auch magnetische Wechselfelder. Durch die großflächige Verteilung der Ströme auf den Flächen sind die magnetischen Felder in diesem Bereich in der Regel zu vernachlässigen. In der Nähe der Potentialausgleichsleiter, für welche die physikalischen Bedingungen der „Einzelleiter“ gelten, können aber durchaus erhebliche Emissionen magnetischer Felder entstehen (Abbildung 4-1).

Wandfläche 1

Wandfläche 2

Wandfläche 3

Wandfläche 4

Magnetische Felder durch vagabundierende Ströme

Anschluss an das Abschirmmaterial über Ableitblech

Zum Schutzleiter oder Potentialausgleichsleiter

Abb. 4-1:

Magnetische Felder durch vagabundierende Ströme auf Potentialausgleichsleiter

Fazit Wegen des möglichen Auftretens von vagabundierenden Strömen ist in Gebäuden mit TN-C-Systemen bzw. TN-C-S-Systemen generell vom Anbringen großflächiger Abschirmungen abzuraten. Hier muss erst im gesamten Gebäude die Elektroanlage auf das TN-S-System umgestellt werden.

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EMV-Probleme von elektrischen Anlagen in Gebäuden

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Literatur [1]

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Schauer, Martin; Virnich, Martin: Baubiologische Elektrotechnik – Feldmesstechnik und Praxis der Feldreduzierung, de-Fachbuchreihe Elektro- und Gebäudetechnik; Hüthig & Pflaum Verlag GmbH & Co. Fachliteratur KG Heidelberg, 2005

[4]

Mennekes, Rolf: Maßnahmen zur Reduzierung niederfrequenter magnetischer Wechselfelder; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 4. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 14.-15. April 2005 in Attendorn; Im Verlag des ANBUS e.V. Fürth, 2005, ISBN 3-9808428-8-6; S. 25-42

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Schmitt, Erwin; Abschirmwirkung von Kabelkanälen; in: „Energieversorgung & Mobilfunk“, Tagungsband der 4. EMV-Tagung des Berufsverbandes Deutscher Baubiologen VDB e.V., 14.-15. April 2005 in Attendorn; Im Verlag des ANBUS e.V. Fürth, 2005, ISBN 3-9808428-8-6; S. 45-48

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Rudolph W.: Systeme nach Art der Erdverbindung; in: „EMV nach VDE 0100 – EMV für elektrische Anlagen von Gebäuden“; VDE-Schriftenreihe 66; VDE-Verlag Berlin, 2000; S. 167 - 182

[7]

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[8]

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[9]

Fassbinder, S.: Was heißt hier schon harmonisch?; Deutsches Kupferinstitut; www.kupferinstitut.de

[10] Reitnauer, Karsten: Oberschwingungsströme: Planung von Niederspannungsinstallationen; in: etz 3/2004; S. 36-37 [11] Schauer, M: Elektrosmog muss draußen bleiben; in: mikado – Unternehmermagazin für Holzbau und Ausbau 05/2004; S. 12-15 [12] Schauer, M: Holzhäuser effizient abschirmen; in: mikado – Unternehmermagazin für Holzbau und Ausbau 08/2004; S. 18-21 [13] DIN VDE 0100-540 (VDE 0100 Teil 540): 1991-11 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V; VDE-Verlag Berlin [14] Schauer, M.; Jungfleisch, A.: Feldarme Elektroinstallation mit Markenprodukten; in: Elektrobörse 10/2003; S. 46-49

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