Hausgemachte Stromprobleme stellen High-Tech auf eine wackelige Basis

28.11.2002
Bereits seit Herbst 1995 veröffentlicht die Württembergische und Badische Versicherungs-AG (WÜBA), das in Zusammenarbeit mit dem Sachverständigen Karl-Heinz Otto entstandene Ergebnis einer Schadenanalyse:

Nicht die mangelnde Ausstattung der installierten und versicherten Anlagen mit entsprechenden überspannungsschutz-Einrichtungen ist an den Blitzschäden schuld: Die ursächliche Misere liegt schon in der Verkabelung, die meist nicht EDV-gerecht ausgeführt wurde.

Denn für Gebäude, in denen überwiegend informationstechnische Anlagen, z.B. Kommunikations-Einrichtungen, Datenverarbeitungs-Anlagen usw., installiert sind bzw. werden sollen, empfiehlt seit 1991 die VDE 100, Teil 540, Abschnitt C.2, eine 5-Leiter-Hausinstallation, nämlich das TN-S-System-Netz.

TN-S-System-Netz

Bei der Ausschreibung derartiger Gebäude wird jedoch nach wie vor von vielen Verantwortlichen der Elektroplanung (Blitzschutz, Energie, Kommunikation) der vorgenannte Abschnitt C.2 übersehen, so daß 4-Leiter-Netze (TN-C-System Netze oder TN-S-System Netze), so wie sie früher in Wohngebäuden ohne elektronische Geräte berechtigt waren, weiterhin standardmäßig installiert werden. Die 4-Leiter-Netze sind jedoch EMV-schädlich (EMV = Elektromagnetische Verträglichkeit) und somit nicht EDV-gerecht nach dem heutigen Stand der Technik.

Die modernen elektronischen Anlagen beeinflussen die Symmetrie der Stromnetze nachteilig, weil die Netzteile das Rückleitersystem der Netzinstallation extrem belasten. Dadurch ist das geerdete Rückleitersystem (TN-C-System Netz oder TN-S-System Netz) die nicht mehr dem heutigen Stand der Technik entsprechende Netzform. Fließen über das Erdungssystem hohe Ströme nicht sinusförmiger Art, treten magnetische Felder auf, die sich äußerst ungünstig auf Sachen, Daten und Lebewesen auswirken können. Deshalb ist die verPENnte Installation eine "tickende Zeitbombe".

Die Störungen/Schäden, die durch die EMV-schädlichen TN-C- oder TN-S-System Netze in den Betriebsabläufen auftreten, sind zumeist Phänomene, die nicht erklärbar sind. Sie bedeuten jedoch Produktionsausfall und zusätzliche Personalkosten und schaden letztlich der Volkswirtschaft.

Vorteile des TN-S-System Netzes

Zur Bewertung der EMV in den drei Systemen sind folgende Fragen zu stellen:

Welches oder welche Systeme enthalten einen Leiter, der dem Potentialausgleichsleiter vergleichbar ist, d.h. einen Leiter, der geerdet und im fehlerfreien (normalen) Betrieb stromlos ist?

Es ist der Schutzleiter PE im TN-S-System, aber nicht der PEN-Leiter im TN-C-System. Es ist auch der Schutzleiter PE im TT-System und IT-System innerhalb eines Gebäudes. Der Schutzleiter PE ist im Grunde auch ein Potentialausgleichsleiter, der dafür sorgt, daß zu den verschiedenen Stellen der elektronischen Anlagen eines Gebäudes, z.B. zu den einzelnen Etagen, das Bezugspotential (Erdpotential) des Hauptpotentials "hintransportiert" wird.

Wegen des üblicherweise stromführenden PEN-Leiters (Ausgleichsstrom des 3-Phasen-Systems) kann die gestellte Frage für das TN-C-System nicht positiv beantwortet werden, wohl aber für das TN-S-System.

In welchem System entstehen bei der beidseitigen "Erdung" (Potentialausgleich) der Schirme von Leitungen für die Informationstechnik eine Strombelastung der Schirme?

Im TN-C-System. Infolge von Spannungsunterschieden am PEN-Leiter, kann dieser kein einheitliches Potential (Erdpotential) an die beiden Enden des Schirms eines Signalkabels oder Signalleitung geben. EMV-Störungen sind die Folge. Wegen zu hoher Strombelastung der Schirme, bedingt durch parallele Strompfade zum PEN-Leiter, kann es auch zu Bränden kommen.

TN-C-System

Überspannungsschutz-Produkte für transiente Überspannungen, aber nicht für sonstige Merkmale der Spannung

Nach der Ursache für die Empfindlichkeit der Elektronikbauteile wurde lange - zu lange - immer mit spannungsmessenden Geräten gesucht, um Netztransienten oder Überspannungen nach Schadenereignissen wie Gewittern aufzuspüren. Viele Versicherer haben zusammen mit Sachverständigen noch bis vor kurzem grundsätzlich Überspannungsschutz-Bauteile favorisiert, bis festgestellt wurde, daß dies gar nicht allein der kritische Punkt war.

Die Überspannungsschutz-Produkte vieler Anbieter sind nur dafür konstruiert, um transiente Überspannungen, quasi als Schutz vor direkten Blitzeinschlägen, abzuleiten. Transienten sind Spannungsspitzen, die durch Schalthandlungen in elektrischen Stromkreisen oder durch elektrostatische Entladungen hervorgerufen werden und für einen Zeitraum von Mikro- oder Nanosekunden anstehen. Die Blitzeinwirkungen bei Gewittern rufen ebenfalls transiente Überspannungen hervor.

Neben den transienten Überspannungen werden in der "Europäischen Norm EN 50160" weitere Störungen/Schäden durch folgende Merkmale der Spannung definiert:

  • Spannungseinbrüche
  • langsame und/oder schnelle Spannungsänderungen
  • Kurzzeit- und/oder Langzeitunterbrechungen
  • Flicker und zeitweilige Überspannungen

Diese Aufzählung beinhaltet aber Störgrößen/Schadenursachen, die in den Reparatur- oder Serviceberichten allgemein unter den Begriff "Überspannung durch indirekte Blitzeinwirkung" fallen und zu denen fälschlicherweise der nachträgliche Einbau von Überspannungsschutz-Elementen künftigen Schäden vorbeugen soll.

In der Praxis kommen nicht nur transiente Überspannungen im Mikro- oder Nanosekundenbereich bzw. durch atmosphärische Störungen/Entladungen vor, sondern alle vorstehend genannten Merkmale der Spannung aus der 50 - 150 Hz-Welt (elektronische Anlagen) einschließlich Erdungsproblemen. Die Bezeichnung "Überspannung" ist inzwischen ein subsumierter Begriff geworden und keinesfalls der schmale Anteil der DIN-gerechten Blitzeinschläge.

Transiente Überspannungen haben lediglich einen Anteil von ca. 20% des Schadenaufwandes der Elektronik-Versicherer für die vermeintliche Schadenursache "indirekte Blitzeinwirkung".

Nach den jetzigen Erkenntnissen sind somit 80% dieser Schäden zurückzuführen auf unterschiedliche Merkmale der Spannung, die wiederum auf 4-Leiter-Netz-Installationen zurückzuführen sind bzw. installationsbedingt unbemerkt eintreten.

Von der Empfehlung zur Norm

Bei den installierten Netzen ist das 4-Leiter-Netz weit verbreitet und wird heute noch in aktuellen Ausschreibungen für Büro- und Verwaltungsgebäude angewandt, obwohl das durchgängige 5-Leiter-Netz in den VDE 0100 empfohlen bzw. im Krankenhausbereich (VDE 0107) vorgeschrieben ist. Leider muß in Deutschland aus der Empfehlung innerhalb der Norm erst eine Vorschrift werden, damit diese als "Gesetz" akzeptiert wird. Solange diese Umsetzung, die bereits in anderen europäischen Staaten vollzogen ist, durch Normierungsinstanzen nicht erfolgt, trägt der VDE eine Mitschuld an den volkswirtschaftlichen Schäden.

In Bezug auf die EDV-Techniken wird nach den Kriterien des VDE zwar "VDE-konform" installiert, jedoch nach dem heutigen Stand der Technik nicht "EDV-gerecht".

Diverse Gespräche im Frühjahr 1996 mit Verantwortlichen des VDE Prüf- und Zertifizierungsinstituts führten in die richtige Richtung. Grundsätzlich bestand Einvernehmen darüber, daß das 5-Leiter-Netz als "EMV-freundlich" anzusehen ist und dieses allen Verantwortlichen näher zu bringen sei
(vgl. VDE-Schriftenreihe Band 66 "EMV nach VDE 0100").

Zu den VDE 0100 Teil 540 ist der Abschnitt 548 in Vorbereitung. Dieser Abschnitt soll für die Erdung und den Potentialausgleich für Anlagen und Betriebsmittel der Informationstechnik behandeln und damit auch für diesen Bereich Maßnahmen zur Elektromagnetischen Verträglichkeit angeben. Dieser Entwurf liegt bereits seit 1992 dem zuständigen Technischen Komitee vor und sollte im Herbst 1995 veröffentlicht werden. Der Abschnitt 548 löst nach entsprechender Verabschiedung die Empfehlung im Teil 540 als Norm ab.

In diesem Abschnitt wird unter anderem ein sehr wichtiger Punkt der EMV für elektrische Anlagen von Gebäuden behandelt, nämlich die Koordinierung der Starkstromanlage eines Gebäudes mit den Anlagen der Informationstechnik. In Gebäuden, in denen bedeutende (umfangreiche) Betriebsmittel der Informationstechnik errichtet werden oder in denen dies zu erwarten ist, müssen Überlegungen zur Anwendung von separaten (getrennten) Schutzleitern PE und Neutralleitern N hinter dem Speisepunkt der elektrischen Anlage angestellt werden, um die Möglichkeit von EMV-Problemen zu reduzieren, die durch das Fließen von Neutralleiterströmen auf den Schirmen von Signalkabeln verursacht werden.

Wenn ein Transformator, Wechselstromgenerator, eine Unterbrechungsfreie Stromversorgungsanlage (USV) oder eine ähnliche technische Einrichtung Teil der elektrischen Anlage eines Gebäudes ist, das vom Energieversorgungs-Unternehmen über ein TN-C-System versorgt wird, muß zur Versorgung dieser Einrichtung, wenn sie einzig zur Stromversorgung von Betriebsmitteln und Anlagen der Informationstechnik dient, ein TN-S-System angewendet werden. Dieser Abschnitt 548 wendet sich besonders an Planer elektrischer Anlagen von Gebäuden, die als Büro oder für industrielle Zwecke genutzt werden sollen. Insofern muß endlich die Entwurfsphase abgeschlossen werden, damit diese "neue" Norm beachtet und umgesetzt wird.

Zusammenfassung und Ausblick

Sicher ist, daß in den Sommermonaten unterschiedliche Wetterlagen die Häufigkeit und Intensität von Gewittern beeinflussen. Von besonderer Bedeutung ist die geografische Fläche, über der sich ein Gewitter entlädt. 1994 waren es mehrere Gewitter, die speziell über ganz Deutschland zogen, so daß praktisch alle bei der WÜBA versicherten Anlagen bedroht waren. Regional begrenzte Gewitter dagegen schränken das Gesamtrisiko erheblich ein und beeinflussen logischerweise beträchtlich das Schadenausmaß.

Es muß nun gelingen, das WÜBA-Serviceversprechen hinsichtlich der EDV-gerechten Netzinstallation auf breiter Basis umzusetzen, damit alle Anlagen trotz Gewitter störungsfrei im Betrieb bleiben. Nur so ist auszuschließen, daß es überhaupt zu einer Reparatur mit falsch formulierter Aussage "Schadenursache indirekte Blitzeinwirkung" kommt.

Es muß alles daran gesetzt werden, daß die VDE-Empfehlung schnellstmöglich in einer Norm (= Gesetz) verabschiedet wird. Hier stehen wir nicht allein, denn sowohl Sachverständige als auch aufgeschlossene Verantwortliche des VDE haben dieses Problem erkannt.

Die Empfindlichkeit der elektronischen Anlagen wird weiter zunehmen, denn die Miniaturisierung der Chips nimmt weiter zu und damit auch die Speicherkapazitäten, die die einzelnen Baugruppen im Austauschfall extrem verteuern werden. Insofern kann nur eine saubere, durchgängige vom VDE vorgeschriebene 5-Leiternetz-Installation mit geeignetem Blitz- und Überspannungsschutz unsere Versicherungsnehmer vor Millionenschäden durch Überspannung bewahren.

Quellen:

  • Peter Gabler, Freiberg, Sachverständiger
  • Dipl.-Ing. Karl-Heinz Otto, Sachverständiger
  • Wilhelm Rudolph - Otmar Winter "EMV nach VDE 0100"
  • Dipl.-Ing. Wilhelm Rudolph, Frankfurt, Referat "EMV in Gebäuden"
  • Dipl.-Ing. Joachim Schimanski "Überspannungsschutz - Theorie und Praxis"
  • Dipl.-Ing. E.A. Chun, VDE Prüf- und Zertifizierungsinstitut, Offenbach

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