Schadensexperte Karl-Heinz Otto nimmt Stellung zu Erdungsproblemen

26.11.2002
Interview mit Schadensexperte Karl-Heinz Otto vom 24. Juli 1998. Wenn es um Ursachenforschung rätselhafter Schäden bei EDV-Anlagen, Erkrankungen an PC-Arbeitsplätzen oder auch katastrophaler Brandschäden wie dem auf dem Flughafen Düsseldorf geht, klingelt bei dem öffentlich bestellten und vereidigten Sachverständigen für elektrische Niederspannungsanlagen, Leistungs- und EDV-Elektronik Dipl.-Ing. Karl-Heinz Otto das Telefon.

Sein Rat ist häufig gefragt, meistens erst dann, wenn der Schadensfall bereits eingetreten ist. Nachdem die Branchen-Versicherer mit immer höheren Schadenssummen infolge indirekter Blitzeinschläge konfrontiert waren, - etwa ein Drittel aller EDV-Schäden entfielen in der Vergangenheit auf Überspannungsschäden, insbesondere durch indirekte Blitzeinwirkung - wollte es die Württembergische und Badische Versicherungs-Aktiengesellschaft genauer wissen und beauftrage Karl-Heinz Otto, die Elektronikschäden gründlich unter die Lupe zu nehmen. Die Ergebnisse überraschten: 80% aller Schäden und Störungen an modernen elektronischen Einrichtungen lagen darin begründet, daß im normalen Baubereich der Elektro-Verkabelung am falschen Ende gespart wurde.

In ihrer Informationsbroschüre "Falsch verkabelt: Millonenschäden durch Überspannung" kommt die WÜBA-Versicherung auf Grund der Untersuchungsergebnisse von Karl-Heinz Otto zu dem Schluss: "Überwiegend wurden und werden 4-Leiternetze aufgebaut (TN-C- oder TN-C-S-Systeme) anstelle eines echten durchgängigen EMV- und EDV-gerechten 5-Leiternetzes (TN-S-System), so wie es die DIN VDE 0100 für viele Anwendungen vorschreibt."

Als Dipl.-Ing. Karl-Heinz Otto auf dem Lucent GCM Kongreß´98 in Frankfurt über die "verPENnte Installation als tickende Zeitbombe in Büros, Industrieanlagen und öffentlichen Einrichtungen referierte, hörten die über 200 geladenen Vernetzungsspezialisten mit größter Konzentration zu. Was unter der "verPENnten Installation" konkret zu verstehen ist und worauf Unternehmen zukünftig bei ihrer Verkabelung achten sollten, darüber unterhielt sich LANline im Anschluß an seinen Vortrag auf dem Lucent-Kongreß mit Dipl.-Ing. Karl-Heinz-Otto.

Um welche Kernproblematik geht es in Ihrem Vortrag "Die verPENnte Installation?

Karl-Heinz Otto:

Es werden zunehmend modernste Verbrauchersysteme an vorhandene Installationen angeschlossen, ohne daß man sich über die Rückwirkungen im klaren ist. Viele wissen nicht, daß beispielsweise Terminals oder Peripheriegeräte nicht ohne weiteres an die vorhandene Hausinstallation angeschlossen werden können. Stehen alle Geräte auf engstem Raum zusammen und sind nur an einen elektrischen Versorgungspunkt angeschlossen, dann entstehen in der Regel kaum Probleme. In den meisten Unternehmen sieht es aber anders aus. Hier wird von einem zentralen Punkt aus das gesamte Unternehmen mit PCs, Druckern etc. vernetzt und von verschiedenen elektrischen Verteilungen versorgt.

Wo liegt hier das Problem?

Karl-Heinz Otto:

Normale Hausinstallationen als TN-C- oder TN-C-S System sind für rein sinusförmige Stromverbraucher wie Glühbirnen, Spulen oder Kondensatoren ausgelegt. Da die Phasen 120� phasenversetzt angeordnet sind, heben sich die Ströme am Nullpunkt auf; daraus resultiert der reduzierte N-Querschnitt. Werden an eine solche Installation in größerem Umfang nichtsinusförmige Stromverbraucher wie EDV-Anlagen und Peripheriegeräte angeschlossen, die infolge ihrer kurzfristig hohen Stromaufnahme Oberschwingungen erzeugen, wird der Neutralleiter N überlastet, da die Ströme sich nicht mehr aufheben, sondern addieren. Der nicht ausreichend dimensionierte N-Leiter erwärmt sich, Schrauben und Klemmen erhitzen sich und führen zu einer virtuellen Sternpunktverlagerung. Wird der N-Leiter als kombinierter Neutral- und Schutzleiter als PEN-Leiter geführt, wie dies in TN-C und TN-C-S Systemen üblich ist, fließen die nichtsinusförmigen Ströme, die zwischen 50 und 150 Hz liegen können, über alle erdgebundenen Leitungs-, Potentialausgleichs- und Bezugssysteme, da diese relativ niedrigohmig sind. Von Störungen und Ausfällen können alle Anlagen betroffen sein, die über Datennetze miteinander verbunden sind. Diese Störungen können sporadisch auftreten, ohne daß der Grund für den Anwender ersichtlich ist. Ich kenne Fälle, wo Mitarbeiter ins Abseits gerieten, weil rätselhafterweise immer nur ihr PC "verrückt" spielte. Schäden und Störungen an elektronischen Systemen sind durch TN-C und TN-C-S Systeme vorprogrammiert. Kommt es in der Nähe zu einem Blitzeinschlag, nutzt der Ableitstrom den gleichen offenen Weg zurück. Dabei kann es zu großflächigen Zerstörungen der angeschlossenen Schnittstellen durch zu hohen Stromfluß kommen.

Wie sieht es mit der EMV-Verträglichkeit aus?

Karl-Heinz Otto:

Normalerweise heben sich elektromagnetische Felder auf, wenn der hinlaufende Strom dem rücklaufenden entspricht. In TN-C und TN-C-S Systemen, an denen sinusförmige und nichtsinusförmige Verbraucher angeschlossen sind, fließt ein Teil des Arbeitsstromes über den Schutzleiter PE ab. Das Verhältnis ist gestört, der Differenzstrom erzeugt ein Magnetfeld. Im Ergebnis ist die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) einer EDV-Anlage oder eines Peripheriegerätes nicht mehr gewährleistet.

Mit welchen Problemen sind Sie in Ihrer Praxis als Sachverständiger konfrontiert?

Karl-Heinz Otto:

Es ist meine tägliche Aufgabe, problembelastete Installationen zu begutachten. Das sind Anlagen in Regierungsgebäuden, Flughäfen, Kaufhäusern oder auch bei Hightech-Firmen. Hier tauchen plötzlich und unerwartet trotz modernster Komponenten Probleme auf, die vorher nicht bekannt waren. Datenleitungen werden langsamer, Baugruppen brennen, nach einem Gewitter sind ganze Anlagen auf einmal tot. Und das, obwohl alle DIN- und VDE-Vorschriften bei der Verkabelung scheinbar beachtet wurden.

Wo liegen die genauen Ursachen solcher Phänomene?

Karl-Heinz Otto:

Das Problem zunächst ist, daß Vorschriften immer den Realitäten hinterherhinken. Wir haben in der EDV-Welt Innovationszyklen, die kaum mehr als zwei Jahre betragen. Die Gebäude selber sind oft älter und in ihrer Installationsausstattung meistens unverändert geblieben. Die Anforderungen an elektrische Installationen wurden noch von Fachleuten festgelegt, die nichts anderes wollten, als elektrische Verbraucher ein- und auszuschalten. An Computer wurde damals genau so wenig gedacht wie an die etagenübergreifende Vernetzung von Arbeitsplätzen. Die Probleme tauchten auf, als man bei späteren Installationen ein wenig Kupferkabel "vergessen" hatte. Man hat das Rückleitungssystem eingespart, weil man davon ausging, daß in einem Drehstromnetz auch ein Drehstromverbraucher angeschlossen wird. In Wirklichkeit finden wir heute Einphhasen-Wechselstromverbraucher, die jeder für sich eine volle Leistungen aufnehmen und auch wieder über den Rückleiter an ein Drehstromnetz zurückgeben müssen. Wir haben aus einem Drehstromnetz ein Dreiphasen-Wechselstromnetz gemacht. Eigentlich müsste die komplette Leistung, die auf dem Hinleitersystem der drei Phasen läuft, wieder zurückgeführt werden. Dann würde das Gesamtsystem elektrisch ausgeglichen sein. Genau dies ist nicht mehr der Fall, wenn wir heute Neutral- und Schutzleiter zum PEN-Leiter kombinieren, und dieser dann zugleich von den Nachrichtenleuten, Energieversorgern und Blitzschutzbauern genutzt wird.

Zu welchen Konsequenzen führt dies in der Praxis?

Karl-Heinz Otto:

Je genauer man hinschaut, um so erschreckender die Bilanz. In der Datenverarbeitung treten Schäden in der Form auf, daß sich Leitungen auf- oder abhängen, weil der Datenfluss extrem langsam wird. Es kommt zum Bildschirmflimmern an hochauflösenden Farbbildschirmen, die in der Nähe von Heizungssystemen oder Fensterrüstungskanälen stehen. Scheinbar ist alles in Ordnung, trotzdem flimmern die Bildschirme. Die Ursache sind hohe magnetische Felder durch elektromagnetisch nicht ausgeglichene Leitungen, die auch ein Stockwerk tiefer liegen können. Das Magnetfeld baut sich durch die Betondecke mit ihrem Eisengitter auf und reicht bis zum Monitor, wenn dieser auf einem üblichen Bürotisch steht, dessen Rahmengestell aus Eisen wie eine Antenne wirkt. Rätselhafte Fehler können auch bei großen EDV-Anlagen in Rechenzentren auftreten, wo verschiedene Festplattentürme zusammenarbeiten. Hier können sowohl Point-to-Point Verbindungen als auch ein LAN in Mitleidenschaft gezogen werden, weil sie mit Erd- und Bezugssystemen verbunden, über die Ströme signifikanter Größenordnung fließen, die Controller extrem stören können. Selbst im innersten Bereich eines modernen Midrange EDV RISC Rechner können Probleme auftauchen. Und es können Korrosionsprobleme in Sprinkler-Leitungen entstehen, die man bereits von außen sehen kann. Es gilt heute als bewiesen, daß nicht ausgeglichene Ströme die Korrosion - auch von Edelstahlbehältern - beschleunigt. Katastrophale Rückwirkungen auf Brandmelde- und Sicherheitsanlagen haben, die plötzlich nicht mehr funktionieren, sind vorprogrammiert.

In der Statistik zählen Blitzeinschläge zu den häufigsten Schadensverursachern...

Karl-Heinz Otto:

Die meisten Schäden, die heute noch Blitzeinschlägen zugeordnet werden, sind ursächlich durch falsche Verkabelung entstanden. Die Energieversorger schalten heute bei einem Blitzeinschlag kurzfristig ihre Anlagen aus, prüfen, ob alles in Ordnung ist, und fahren dann die Leitungen wieder hoch. Die dabei auftretenden Ströme sind zum Teil extrem hoch, bis zum 15- bis 20-fachen des Nennstroms. Diese Ströme gehen über das Erdungssystem zum Sternpunkt zurück, wenn es eine Verbindung zwischen Rückleitungs- und Erdungssystem gibt, wie dies bei TN-C- oder TN-C-S-Systemen regelhaft der Fall ist. Die dadurch verursachten Schäden sehen genauso aus, als ob in der Nähe ein Blitz eingeschlagen wäre, was in Wirklichkeit gar nicht der Fall war. Wir können mittlerweile sicher nachweisen, daß all die rätselhaften Phänomene schlagartig verschwinden, wenn die Netze wieder so installiert werden, daß keine Ströme mehr über das Erdungssystem abfließen außer Fehlerströmen und Hochfrequenzableitströmen. Heute wissen wir vom Strom viel zu wenig. Wir wissen nicht, wann die höchsten Spitzen da sind, wann Unterbrechungen kommen oder wie hoch die Anlaufströme sind. Ein seltsamer Zustand in einer Zeit, die durch immer schnelleren Informationsaustausch geprägt ist.

Stellen sich die geschilderten Probleme unabhängig davon ein, ob es sich um ein UTP- oder STP Verkabelungssystem handelt?

Karl-Heinz Otto:

Geschirmte Systeme haben heute elektrische Felder gut im Griff. Andererseits können bei UTP-Systemen magnetische Felder gar nicht erst entstehen, weil auf die Eisenummantelung als Schirm verzichtet wird. Es muss allerdings vom Hersteller das Verfahren zu 100% sicher beherrscht werden, so daß die Summe der Hin- und Rückströme Null beträgt. Die Hauptursache von Störungen sehe ich heute nicht mehr in den elektrischen, sondern in den magnetischen Feldern, die härter sind, weil wir alle erdgebundenen Systeme mittlerweile wie bei einem Einkaufskorb miteinander vermascht haben. Wenn dabei keine Ströme fließen, ist dies in Ordnung. Doch bauen sich Ströme auf, verteilen sie sich von dem Einspeisepunkt bis zum letzten Koppelpunkt. Mit sehr feinen Meßsystemen lässt sich heute der Weg, den der Strom nimmt, nach verfolgen.

Was muss sich ändern, um in Zukunft die Probleme besser in den Griff zu bekommen?

Karl-Heinz Otto:

Es muss sich als erstes etwas in den Köpfen verändern. Die Ausbildung muss besser werden. Wir müssen wieder lernen, wie ein geschlossener Stromkreis funktioniert. Viele unserer Vorschriften verstellen die Sicht auf das Wesentliche, und das Unwesentliches wird oft bis ins Detail geregelt. Konkret zu Ihrer Frage: Es müssen ab der Einspeisestelle saubere Erdungssysteme aufgebaut werden, über die keine Ströme mehr fließen, bis auf die genannten Ausnahmefälle. Wenn Rückleiterströme über Erdungssysteme, die eigentlich der Sicherheit dienen sollen, entsorgt werden, dann ist dies bei konsequentem Nachdenken eine harte Form der Umweltverschmutzung. Wichtig halte ich auch den Aufbau eines Monitorings. Mir ist unbegreiflich, warum Unternehmen ausschließlich in Brandbekämpfungsanlagen investieren, die erst dann eingreifen, wenn ein Brand bereits entstanden ist. Ich will Bescheid wissen, bevor etwas passiert. Mich interessiert die ersten Fehler, nicht die letzten Folgen. Deshalb plädiere ich für ein permanentes Monitoring, das alle elektrisch machbaren und messbaren Parameter sowie alle drei Phasen, den Neutralleiter und den Schutzleiter umfasst.

Welches Netzsystem empfiehlt sich Unternehmen, die heute eine neue Infrastruktur aufbauen müssen und keine der geschilderten Fehler machen möchten?

Karl-Heinz Otto:

Es sollte auf ein sauberes, durchgängiges 5-Leiternetz TN-S oder TT-S Netz mit sauberem Erdungskonzept umgestellt werden. Was UTP oder STP betrifft: Ich habe in den 20 Jahren meiner Gutachtertätigkeit keinen einzigen Schadensfall bearbeitet, der durch eine elektrische Beeinflussung - Blitzschlag eingeschlossen - an einem UTP-Kabel entstanden ist.

Was bieten Sie an Fortbildungsmaßnahmen an?

Karl-Heinz Otto:

Wir bieten zusammen mit Fachleuten und auch Partnern, wie z.B. der Bachert Datentechnik GmbH in Solms Praxisseminare zu diesem Thema an. Die Termmine für das nächste Grund- oder Aufbauseminar erfahren Sie gerne auf Anfrage bei uns oder unseren Partnern.

Danke für das Interview Herr Otto


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