Strom / Energie

Die Energie im Wandel

Energie, die Energiewende und der Klimawandel sind landauf, landab ein viel diskutiertes Thema. Energie gibt es in verschiedenen Energieformen, die ineinander umgewandelt werden können. Beispiele für Energieformen sind etwa die potentielle, kinetische, elektrische, chemische und  die thermische Energie.

NIN-Know-how

Die Niederspannungs-Installationsnormen helfen, Installationen effizient und sicher zu meistern. Die Normen werfen aber auch Fragen und Themen auf, die wir im «ET Elektrotechnik» behandeln.

Das ABZ der Stromwelt

Hier finden Sie die aktuellen Lösungen des Übungstools von „ET Elektrotechnik“ als PDF. Testen Sie Ihr Fachwissen und bereiten Sie sich optimal auf die Abschlussprüfung vor.

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Bild: zVg.

Sicher ist sicher

Fehler und Defekte in einer Installation, die ein Fehlerstromschutzschalter nicht erkennen kann, detektiert ein Fehlerlichtbogenschutzgerät. In welchen Fällen der AFDD nun die bessere Lösung ist und wo er als Ergänzung angezeigt ist, erfahren Sie hier.

Am 8. Juli 2019 geriet im bernischen Lenk im Simmental ein Hotel in Brand. Kinder und Erwachsene mussten ins Spital. Am 14. Dezember ist in Hundwil ein Stall mit 200 Schweinen abgebrannt. Die Schweine konnten nicht gerettet werden. In beiden Fällen waren nachgewiesenermassen defekte Installationen die Ursache. Oft lässt sich die Ursache jedoch nicht einwandfrei klären. Laut der Vereinigung kantonaler Gebäudeversicherungen (VKG) sind im Fünfjahresdurchschnitt (2016 bis 2020) 27.7 % der Brandfälle auf Elektrizität ohne Blitze zurückzuführen. Davon sind 12 % der Mängel an Installationen und Apparaten. Der Rest ist dem unsachgemässen Verwenden zugeordnet oder kann nicht bestimmt werden. Nur Blitzschläge sind häufigere Ursachen. Anders sieht es bei den Zahlen über die Schadenausmasse aus. Hier sind die Elektrobrände mit 20,8 % für die meisten Kosten verantwortlich, wogegen die Blitzschläge nur etwa 5 % der Schadensumme ausmachen. Die nicht aufgeklärten Fälle machen 30,5 % der Schäden aus und dies, obwohl sie in der Anzahl nur 6,7 % ausmachen.

Der Elektrobrand ist also gesellschaftlich relevant, da er häufig vorkommt und hohe Kosten verursacht. Da interessieren alle Massnahmen, die Brände mit der Ursache «Elektrizität» verhindern können. Eine Massnahme ist der Fehlerstromschutzschalter und dann eben diese Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtung, wie der Brandschutzschalter normentsprechend heisst, der bereits in den 1990er-Jahren in Amerika eingesetzt wurde. Vor allem die kleinere Spannung und daher grosse Ströme in den Endstromkreisen führen im Fall eines Leitungsdefektes rasch zu grosser Erwärmung und Brandgefahr. Mit 230 Volt Nennspannung ist das Problem weniger explizit, dennoch aber relevant.

Funktion

Aber warum ist der Strom eine wichtige Ursache? Es geht hier um den Längsfehler. Das sind alle Fehler, die entlang einer Leitung entstehen und vorerst keinen Isolationsdefekt darstellen. Das können lockere Klemmen, geknickte oder gekerbte Installationskabel, Ermüdungsbrüche an bewegten Leitungen oder defekte Anschlusskabel mit Wackelkontakt sein. Solche Fehler liegen sehr oft in Endstromkreisen, also nach der letzten Sicherung. Sie werden manchmal lange nicht entdeckt, da weder der Fehlerstromschutzschalter noch der Leitungsschutz anspricht. Meistens ist der Fehler von aussen vorerst nicht erkennbar, je nachdem wie gross der Strom ist, der über eine solche Fehlerstelle fliesst.

Der Brandschutzschalter erkennt eben genau solche Fehler, denn diese anfänglich sehr kleinen Lichtbögen haben ein ganz typisches Frequenzmuster, welches durch die Signalanalyse des AFDD erkannt wird. Daher erkennt der AFDD eben auch parallele Fehler, also Defekte zwischen Aussenleiter und Neutralleiter oder Aussenleiter zu Erde ab einem Strom von 2.5 Ampere. Oft erkennen Kurzschlussschutzeinrichtungen auch wesentlich energiereichere Lichtbögen als Folge von Kurzschlüssen nicht, weil die Impedanz des fehlerhaften Stromkreises zu gross ist. Hier sei angemerkt, dass sowohl Kurzschlussberechnungen nach IEC 60909 als auch Impedanzmessungen mit Installationstestern nur galvanische Kurzschlüsse bestimmen können. Die Impedanz im Lichtbogen ist nicht voraussehbar und kann sehr viel höher sein.

Der Fokus für den Einsatz von AFDD ist auf Endstromkreise gerichtet. Zum einen ist es schwierig, einen Fehler aufzuspüren, wenn eine Gruppen- oder Bezügerleitung abgeschaltet würde und zum anderen würden viele nicht betroffene Verbraucher abgeschaltet, wie Siemens dazu schreibt. Tatsächlich ist derzeit keine selektive Staffelung möglich. Der AFDD muss harmlose Funken etwa eines Bürstenfeuers einer Bohrmaschine oder durch das Ziehen eines Steckers von einem Lichtbogen in Folge beispielsweise einer lockeren Klemme unterscheiden können (siehe Kasten).

Technologieführer Siemens

Im Bereich AFDD verfügt die neueste Gerätereihe von Siemens «5SV6 COM» nebst dem integrierten Leitungsschutz, neu auch über eine integrierte Mess- und Kommunikationsfunktion und dies bei einer Baubreite von 1 TE (17.5 mm). Diese Funktion liefert die üblichen Energiedaten aber auch Informationen bei einer allfälligen Auslösung, also Überlast, Kurzschluss oder Fehlerlichtbogen. Somit ist es erstmals möglich, Überlastschutz, Kurzschlussschutz, Fehlerlichtbogendetektion und Messfunktion ohne zusätzlichen Platzbedarf in einer TE einzusetzen. Die Daten der Schutzgeräte werden drahtlos auf ein Powercenter übertragen, das ebenfalls eine TE breit ist. Die Markteinführung in der Schweiz ist auf den Herbst 2022 geplant.

Aber auch die anderen Schutzgerätehersteller wie ABB, Doepke, Eaton, Hager, Schneider Electric bieten solche AFDD an. Sie teilen sich einen noch sehr kleinen Markt. Der grosse Durchbruch ist noch nicht gekommen, schreibt ABB dazu. Ob sich das ändert und wie gross der Einfluss auf die Unfallzahlen sein wird, bleibt offen.

In der NIN2020 gibt es in Kap. 4.2.1.7 eine Empfehlung für die folgenden Räume und Bereiche:

Räume mit Schlafplätzen,

feuergefährdete Betriebsstätten (BE2),

Gebäude aus brennbaren Bauteilen (CA2),

Gebäudestrukturen, welche das Ausbreiten von Feuer begünstigen (CB2),

Räume, deren Inhalt einen besonderen Wert aufweisen (z. B. Archiv, Museum, etc.).

Ausblick

Ob diese Empfehlung irgendwann zu einem Obligatorium wird, hängt davon ab, ob sich die Hersteller in den Normenkomitees durchsetzen, denn diese sind in den meisten Ländern gut vertreten. Es zeichnet sich auf IEC-Ebene ab, dass sich eine partielle Pflicht durchsetzen könnte, was ja durchaus sinnvoll sein könnte. Siemens rechnet mit einer Verpflichtung in speziellen Räumen wie zum Beispiel in denkmalgeschützten Gebäuden, Pflegeheimen und Museen.

Dagegen wäre die schleichend flächendeckende Einführung, wie damals bei den RCDs, eher fragwürdig. Zweifellos ist der AFDD eine sehr effektive Methode, um Elektrobrände zu verhindern. Sinnvoll wäre auf jeden Fall, wenn die Pflicht mit den Schadenstatistiken korrelieren würde. Denn eines ist sicher: Würde der Staat eine solche Auflage in die Baubewilligungen schreiben, gäbe es sicherlich einen kleineren Volksaufstand (Einzelheiten zur Funktion können auch im Heft ET 6–7/2019 nachgelesen werden). ■

Normen

Produktnorm: IEC 62606

Installationsnorm: IEC 60364

AFDD in Schaltanlage eingebaut.

AFDD mit LED Signalisation.

Was erzeugt Energie?

Unter Strom und Energie fallen Themen der Elektrotechnik wie Starkstromtechnik (Energie- und Antriebstechnik) sowie Schwachstromtechnik (Nachrichtentechnik) und Mess- und Automatisierungstechnik.

Auch das Thema Licht ist mit der Lichtsteuerung, Lichtplanung, Beleuchtungskonzepten, Blaulichtgefährdung, Raummanagement-Anwendungen und Strassenbeleuchtung Teil des Bereichs Strom und Energie. Zudem ist E-Mobilität gerade heute mit den verschiedensten Mobilitätskonzepten und Facetten der Stromerzeugung ein immer wichtiger werdendes Thema.

Unter Elektrotechnik und damit Energietechnik sowie Strom fällt aber auch die Gebäude-, Installations- und Verteiltechnik mit Messen, Steuern und Regeln, Gebäudeautomation, Smart Home sowie IoT, ICT, Multimedia, Multimedia und Netzwerktechnik. Zu all diesen Fachgebieten gibt es ausserdem Aus- und Weiterbildungsangebote.