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DIN VDE 0100-731 (VDE 0100-731): 2013-01

Abgeschlossene elektrische Betriebsstätten

Dieser Normenentwurf beschreibt die Planung und Errichtung elektrischer Anlagen und Anlagenteile in begehbaren, abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten. Dieses Papier gilt in Verbindung mit anderen Normen der Reihe DIN VDE 0100.

Allgemeine Merkmale

Auf einen Blick

Norm zur abgeschlossenen Betriebsstätte In ausführ­licher Form wird hier der knappe Normentext erläutert Vom Allgemeinen zum Konkreten Der Autor erklärt auch allgemeingültige Prinzipien wesentlicher elektrischer Anlagenteile

Elektrische Anlagen weisen charakteristische Merkmale auf, die für die Planung und Errichtung von großer Bedeutung sind. Der Verwendungszweck einer Anlage, der allgemeine Aufbau und ihre Stromversorgung gelten dabei als grundlegende Bestandteile. Ebenso gilt dies für die äußeren Einflüsse, denen eine elektrische Anlage ausgesetzt ist. Auch die Verträglichkeit der Betriebsmittel und die Instandhaltbarkeit einer Anlage zählen zu den wesentlichen Merkmalen. Um eine wirtschaftliche und technisch einwandfreie Anlage gewährleisten zu können, ist der Leistungsbedarf von enormer Bedeutung. Die Erwärmung und der Spannungsfall in den Leitungen spielen dabei eine zentrale Rolle. Zur Ermittlung des maximalen Leistungsbedarfs der gesamten Anlage oder eines Anlagenteils dient der Gleichzeitigkeitsfaktor.

Bild 1: Das TN-S-System verwendet einen getrennt geführten Schutzleiter
Bild 1: Das TN-S-System verwendet einen getrennt geführten Schutzleiter

Damit man eine lange Lebensdauer garantieren kann, müssen sowohl Planer als auch Errichter folgende Merkmale berücksichtigen:

  • Auswahl des Systems nach Art der Erdverbindungen
  • Auswahl der Schutzeinrichtung, um Selektivität zu erreichen
  • Zahl der Stromkreise
  • eventuelle Mehrfacheinspeisungen
  • Verwendung von Überwachungseinrichtungen.
Bild 2: Im TN-C-System ist der Schutz- und Neutralleiter in einem Leiter (PEN-Leiter) vereinigt
Bild 2: Im TN-C-System ist der Schutz- und Neutralleiter in einem Leiter (PEN-Leiter) vereinigt

Der Verlängerung der Lebensdauer einer Anlage nützen vor allem regelmäßige Prüfungen, Wartungen und Instandsetzungen. Die permanente Einhaltung dieses Grundsatzes gewährleistet die Sicherheit der Anlage und die Funktion der Betriebsmittel.

Bild 3: Beim TN-C-S-System wird der PEN-Leiter in einen separaten Schutzleiter und einen Neutralleiter aufgetrennt
Bild 3: Beim TN-C-S-System wird der PEN-Leiter in einen separaten Schutzleiter und einen Neutralleiter aufgetrennt

Allgemeiner Aufbau elek­trischer Anlagen

Der Aufbau der elektrischen Anlage richtet sich nach der Anordnung der stromführenden Leiter und nach entsprechender Art der Erdverbindung, den sogenannten Netzformen. Dabei unterscheidet man zwischen TN-, TT- und IT-System.

Bild 4: Das TT-System weist einen getrennten Neutral- und Schutzleiter in der gesamten Verbraucheranlage auf
Bild 4: Das TT-System weist einen getrennten Neutral- und Schutzleiter in der gesamten Verbraucheranlage auf

Der erste Buchstabe in den vorstehenden Kurzzeichen beschreibt dabei die Beziehung des Stromversorgungssystems zur Erde:

  • T – direkte Verbindung eines Punkts zur Erde;
  • I – alle aktiven Teile von Erde getrennt oder ein Punkt über eine hohe Impedanz mit Erde verbunden.

Der zweite Buchstabe erläutert die Beziehung der elektrischen Betriebsmittel der Anlage zum Erder:

  • T – direkte elektrische Verbindung der Betriebsmittel zur Erde, unabhängig von der bestehenden Erdung eines Punkts des Versorgungssystems;
  • N – direkte elektrische Verbindung der Betriebsmittel mit dem geerdeten Sternpunkt des Stromversorgungssystems.

Die Buchstaben S und C sagen etwas über die Anordnung des Neutralleiters aus:

  • S – Schutzfunktion, vorgesehen durch einen separat geführten Schutzleiter;
  • C – Neutralleiter und Schutzleiterfunk­tion in einem Leiter, den sogenannten PEN-Leiter.

Auf diese Weise werden die verschiedenen Netzformen durch die entsprechenden Buchstabenkombinationen beschrieben (Bilder 1 bis 5).

Bild 5: Im IT-System sind alle aktiven Teile von der Erde getrennt. Es besteht eine  direkte Verbindung des Betriebsmittels zur Erde
Bild 5: Im IT-System sind alle aktiven Teile von der Erde getrennt. Es besteht eine direkte Verbindung des Betriebsmittels zur Erde

Details der normgerechten Stromversorgung

Die charakteristischen Merkmale einer Stromversorgung sind durch Berechnungen, Messungen oder Besichtigungen zu bestimmen. Zu diesen Merkmalen zählen:

  • Nennspannung(en);
  • Stromart und Frequenz;
  • zu erwartender Kurzschlussstrom am Speisepunkt der Anlage;
  • Fehlerschleifenimpedanz des Versorgungssystems außerhalb der Anlage;
  • Eignung im Hinblick auf die Anforderungen der Anlage, einschließlich des maximalen Leistungsbedarfs;
  • Bauart und Bemessung der Überstrom-Schutzeinrichtung am Speisepunkt der Anlage.

Alle Merkmale sind gleichermaßen zu definieren, unabhängig davon, ob eine Anlage fremdgespeist oder mit einer eigenen Stromquelle versorgt wird. Jede Anlage ist in mehrere Stromkreise aufzuteilen. Damit werden Gefahren vermieden und Folgen von Fehlern klein gehalten. Besichtigungen, Prüfungen und Instandhaltungen werden dadurch ebenfalls erleichtert sowie Gefahren minimiert. Ausfälle einzelner Stromkreise verursachen weniger Gefahren als ein Komplettausfall einer Anlage. So müssen z. B. Steckdosenstromkreise für Servicezwecke in Räumen mit Schaltanlagen unabhängig von Beleuchtungsstromkreiseen eingespeist werden. Allerdings darf ein Ausfall der Beleuchtung keine Gefahr für die in der Anlage arbeitende Person darstellen.

Schutzmaßnahmen gegen den elektrischen Schlag

Die Schutzmaßnahmen gegen den elek­trischen Schlag werden für Räume und Anlagen besonderer Art durch die DIN VDE 0100-410 (VDE 0100-410) »Errichten von Niederspannungsanlagen-Schutzmaßnahmen-Schutz gegen den elektrischen Schlag« geregelt.

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Speziell für Hoch- und Niederspannungsschaltanlagen gelten weitere Anforderungen aus der Norm VDE 0100-731. Diese Anlagen dürfen zusammen in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten errichtet werden. Stehen diese beiden Anlagen in Räumen mit einem Hohlboden, in dem die Leitungen der Niederspannungsseite und der Hochspannungsseite geführt werden, ist auf der Niederspannungsseite ein Schutz gegen das Hineingreifen in den Hochspannungsbereich vorzusehen. Dabei ist der Schutz gegen direktes Berühren der Hochspannungsanlage in der VDE 0101-1 »Starkstromanlagen mit Nennwechselspannungen über 1 kV« geregelt. In der VDE 0101-1 ist beschrieben, dass das Instandhaltungspersonal jeden Punkt der Anlage erreichen muss. Aufgaben und Berechtigungen müssen nach Befugnissen durchführbar sein. Arbeiten an unter Spannung stehenden Teilen unterliegen Vorschriften, Abläufen und Arbeitsabständen. Bei der Errichtung eine Anlage – z. B. einer Transformatorenstation – muss das unbeabsichtigte Erreichen der Gefahrenzonen oder das unbeabsichtigte Berühren von aktiven Teilen berücksichtigt werden. Ein Schutz vor Berührung der aktiven Teile ist unbedingt vorzusehen. Beispiele dieser Teile sind u. a.:

  • ungeschützte aktive Teile einer Anlage (Bild 6);
  • Anlagenteile, bei denen geerdete Metall­umhüllungen oder leitfähige Umhüllungen von Kabeln entfernt worden sind;
  • Kabel und Zubehör ohne geerdete Metallumhüllungen oder geerdete leitfähige Umhüllungen sowie Leitungen ohne leitfähige Umhüllungen;
  • Kabelendverschlüsse sowie die leitfähigen Kabelumhüllungen, wenn diese eine gefährliche Spannung annehmen können;
  • Isolierkörper von Isolatoren, z. B. elektrische Betriebsmittel mit Gießharzisolierung;
  • Gestelle oder Gehäuse von Kondensatoren, Stromrichtern und Stromrichtertransformatoren, die bei bestimmungsgemäßem Betrieb eine gefährliche Spannung annehmen können;
  • Wicklungen elektrischer Maschinen, Transformatoren und Luftdrosselspulen (Bild 7).
Bild 7: Zugängliche Wicklungen einer elektrischen Maschine
Bild 7: Zugängliche Wicklungen einer elektrischen Maschine

Als Maßnahmen zum Schutz vor Berührung der aktiven Teile sind dabei der Schutz durch Umhüllung, Abdeckung, Hindernis und Abstand anerkannt. Die Umhüllung erreicht man zum Beispiel mittels verschlossener Türen in Schaltanlagen oder Schaltfeldern. Diese dürfen sich nur mit einem Schlüssel öffnen lassen. Abdeckungen lassen sich durch Wände, Türen oder Gitter realisieren. Als Hindernisse dienen Blenden, Ketten oder Seile. Sie gelten aber nicht als Abdeckung. Den Schutz durch Abstand erhält man durch die Montage aktiver Teile außerhalb des Handbereichs. Hindernisse sind zuverlässig und dauerhaft zu befestigen. Sie müssen widerstandsfähig gegen Verformung sein. Hindernisse z. B. aus Kunststoffen dürfen ohne Werkzeug oder Schlüssel entfernbar sein. Schutzleisten, Geländer und Ketten sind in einer Höhe von 1100 mm bis 1300 mm anzubringen. Die Höhe richtete sich dabei nach der Zugangsebene. Der Abstand zu den aktiven Teilen hat mindestens 300 mm zu entsprechen. Kommen Ketten oder Seile zur Anwendung, ist die Auslenkung zu beachten. Abgeschlossene Betriebsstätten sind durch Wände oder Zäune zu angrenzenden Bereiche abzutrennen. An den Zugängen ist ein Warnzeichen nach DIN 4844-2 »Warnung vor gefährlicher elektrischer Spannung« anzubringen. An einer äußeren Umzäunung ist dieses Warnzeichen ebenfalls anzubringen (Bild 8). Innerhalb abgeschlossener elektrischer Betriebsstätten darf auf den Basisschutz verzichtet werden. Als Voraussetzung dafür gilt, dass dieser entweder durch die baulichen Gegebenheiten entbehrlich ist oder eine Behinderung für die Bedienung und Beaufsichtigung der Anlage darstellt.

Maßnahmen gegen thermische Auswirkungen

Bild 8: Warnzeichen nach DIN 4844-2,  Nr. D-W008 »Warnung vor gefährlicher elektrischer Spannung«
Bild 8: Warnzeichen nach DIN 4844-2, Nr. D-W008 »Warnung vor gefährlicher elektrischer Spannung«

Der Schutz gegen thermische Auswirkungen, ausgehend von elektrischen Betriebsmitteln, ist in der DIN VDE 0100-420 (VDE 0100-420):2013-02 »Schutzmaßnahmen – Schutz gegen thermische Auswirkungen« beschrieben. Durch den Einsatz von Betriebsmitteln mit niedriger Wärmeleitfähigkeit oder Schottungen aus nicht brenn­baren Materialien werden Brandgefahren eingedämmt. Funken und Lichtbögen können durch Störlichtbogen-Schutzeinrichtungen und Lichtbogen-Erkennungseinrichtungen (AFFD) verhindert werden. Störlichtbogen-Schutzeinrichtungen werden in Anlagen mit hoher Anforderung an die Verfügbarkeit installiert. Diese Einrichtungen sind z. B. in Leitungsschutzschaltern integriert – sogenannte Funkenlöschkammern. Sie müssen die Intensität des Lichtbogens und den Anstieg des Stromes im Außenleiter erkennen. Der Lichtbogen ist innerhalb von 5 ms zu löschen und die elektrische Anlage abzuschalten. Langsam reagierende Schutzeinrichtungen können zu Zerstörungen an Einrichtungen führen. Eine metallische Abtrennung in Form einer Tafel bietet nicht genügend Lichtbogenfestigkeit. Eine AFDD–Einrichtung dient auch zur Erkennung und Abschaltung von Lichtbögen. Dabei kann in Endstromkreisen das Brandrisiko durch Fehlerlichtbögen reduziert werden. Fehlerlichtbögen entstehen zum Beispiel durch defekte Isolationen zwischen aktiven Leitern, gebrochene bzw. beschädigte Leiter unter Last oder durch lose Verbindungsklemmen. Der Einsatz solcher AFDD-Einrichtungen empfiehlt sich vor allem in feuergefährdeten Betriebsstätten. Die Gefährdung von Personen durch Störlichtbögen ist in abgeschlossenen Betriebsstätten auszuschließen. Hersteller haben für Schaltgerätekombinationen entsprechende Störlichtbogenfestigkeiten zu garantieren. Kabelböden dürfen durch die Druckbeanspruchungen infolge Lichtbögen nicht beeinflusst werden. Die Verwendung von Gitterrosten als Bodenabdeckung ist nicht erlaubt. Abgeschlossene elektrische Betriebsstätten als freistehende Stationen haben dem entstehenden Druck durch einen Lichtbogen standzuhalten. Es ist sicherzustellen, dass Türen oder andere Gebäudeteile nicht durch den Druck vom Gebäude abgetrennt werden.

Schutz bei Überstrom

Den Schutz durch Überstrom regelt die Norm DIN VDE 0100-430 (VDE 0100-430):2010-10 »Schutzmaßnahme – Schutz bei Überstrom«. Zum Schutz bei Überlast von parallel geschalteten Leitern sind hier einige Anforderungen beschrieben. Parallel geschaltete Leiter mit einer Schutzeinrichtung dürfen nicht abgezweigt und nur gemeinsam vom Netz getrennt bzw. abgeschaltet werden. Nach Möglichkeit ist die Strombelastung auf die parallelen Leiter gleichmäßig aufzuteilen. Bei ungleichmäßiger Belastung ist jeder Leiter getrennt zu schützen. Ein Kabelboden darf nicht zugänglich sein, solange sich parallel geschaltete Leitungen im Betriebszustand befinden. Diese sind bei Begehung durch die Schutzeinrichtung abzuschalten. Als Leitungsart ist derselbe Typ zu wählen. Verlegeart, Querschnitt und Leitungslänge müssen gleich sein.

Elektromagnetische Einflüsse beachten

Wo Leitungen der Stromversorgung und der Informationstechnik gemeinsam verlegt werden, sind die Anforderungen der DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444).2010-10 »Schutzmaßnahmen –  Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen« einzuhalten. Diese Norm fordert eine getrennte Verlegung. Diese Regelungen gelten auch für die Verlegung von Leitungen unterschiedlicher Spannungsbereiche im Bereich von Kabelzwischenböden. Die zugelassenen Werte der elektromagnetischen Feldstärken (EMF) ist abhängig von der Verweildauer des Personals in der betreffenden Räumlichkeit. Die EMF-Werte sind in der BGV B11 beschrieben und dürfen keinesfalls überschritten werden.

Elektrische Betriebsmittel

Auf einen Blick

Fachbeiträge

Fröse, H.-D.: Kriterien für einen elektrischen Betriebsraum »de« 1 – 2.2013 ¬ S. 17 f. Fröse, H.-D.: Nutzung von Räumen mit Verteilungen »de« 4.2013 ¬ S. 20 f.

Die Auswahl der elektrischen Betriebsmittel und die damit verbundenen Eigenschaften werden in der DIN VDE 0100-510 (VDE 0100-510) »Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Allgemeine Bestimmungen« beschrieben. In dieser Norm sind die Anforderungen an die richtige Auswahl der Betriebsmittel u. a. auch an die Leistung, der Bemessungsspannung und dem Bemessungsstrom enthalten. Auch äußere Einflüsse, die auf Betriebsmittel wirken, sind in der DIN VDE 0100-510 (VDE 0100-510) erläutert. Für Räume der besonderen Art oder abgeschlossenen Betriebsstätten im Freien sind insbesondere die klimatischen Bedingungen zu beachten. Hieraus ergibt sich die Notwendigkeit von Wärmebedarfsberechnungen. Aus deren Ergebnissen leitet sich der ggf. erforderliche Einsatz von Heizungs-, Lüftungs- oder Klimaanlagen ab. Alle Betriebsmittel sind so anzubringen, dass die Bedienung, Inspektion und Instandhaltung leicht möglich ist. Dazu zählen auch Kabel- und Leitungsanlagen. Sind abgeschlossene Betriebsstätten transportabel ausgeführt, muss der Hersteller Angaben über Abmessungen und Gewicht liefern. Beim Transport werden nur geeignete Transportmittel akzeptiert. Großkomponenten innerhalb einer Betriebsstätte sind für den Bau zu berücksichtigen. Beim Bau der transportablen Betriebsstätten ist darauf zu achten, dass Großkomponenten zur Reparatur oder Wartung demontiert werden können. Größe und Gewicht der Komponente ist dabei hinreichend zu berücksichtigen. Daraufhin müssen Konstruktion und Türen der Betriebsstätten auch ausgelegt sein. Dokumentationen und Schaltpläne sind für sämtliche elektrischen Anlagen zu erstellen und zu hinterlegen. Niederspannungs-Schaltanlagen in abgeschlossenen Betriebsstätten und deren Einrichtungen wie Servicesteckdosen, Telefonanlagen oder Beleuchtungseinrichtungen sind entsprechend der VDE 0040-1 »Dokumente der Elektrotechnik – Teil 1: Dokumente« mittels Anordnungsplänen zu hinterlegen. Alle Anlagenteile müssen mit Gerätekennzeichen ausgestattet sein und mit den Angaben der Anordnungspläne übereinstimmen. Im Zeichen der elektromagnetischen Störfestigkeit von Betriebsmitteln ist die Auswahl entsprechend der elektromagnetischen Einflüsse auszuwählen. Eine Prüfung der Betriebsmittel zur EMV-Verträglichkeit ist nicht nötig, wenn die Betriebsmittel entsprechend der Produktnorm für den Einsatz im Wohn- und Industriebereich geeignet sind. Das gilt ebenfalls für den Einsatz von Betriebsmitteln mit entsprechenden Schirmungen gegen EMV-Einflüsse. Ist nach DIN VDE 0100-444 (VDE 0100-444): 2010-10 »Schutzmaßnahmen – Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischer Störgrößen« ein Ringpotentialausgleichserder erforderlich, gilt für die Installation in abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten folgende Regelung: Der Ringpotentialausgleichserder ist innerhalb des Kabelbodens zugänglich zu errichten. Die Stützen des Hohlbodens sind aus EMV-Gründen in den Potentialausgleich einzubeziehen.

Kabel und Leitungsanlagen

Kabel und Leitungsanlagen sind nach den Anforderungen der DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520):2003-06 »Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Kabel und Leitungsanlagen« aufzubauen. Die Verlegeart von Kabel und Leitungsanlagen richtet sich nach der Bauart der Leitungen. Hochspannungs- und Niederspannungsleitungen dürfen in einem Kabelboden nur dann gemeinsam verlegt werden, wenn eine Berührung ausgeschlossen ist. Niederspannungsschaltanlagen sind auf festen Böden zu errichten. Diese können aus Beton mit einbetoniertem Stahlrahmen sein. Vorgefertigte Systemböden mit Stützen im Kabelboden sind auch zulässig. Niederspannungsverteiler müssen auf Fundamentschienen, Grundrahmen oder Traggerüsten montiert sein. Eine Berührung mit anderen Schaltanlagen durch Erschütterungen darf nicht zugelassen werden. Flexible Kabel und Leitungen dürfen in Kabelböden nur dann verlegt werden, wenn sie den mechanischen Beanspruchungen standhalten. Die Leitungen dürfen dabei nicht ungeschützt über scharfe Kanten im Kabelboden geführt werden.

Bedienungs- und Wartungsgänge

Auf einen Blick

www.vde.com www.bfe.de

Die Abmessungen von Bedienungs- und Wartungsgängen sind entsprechend der DIN VDE 0100-729 (VDE 0100-729): 2010-02 »Anforderungen für Betriebsstätten – Räume und Anlagen besonderer Art. Bedienungsgänge und Wartungsgänge« festzulegen. Der Zugang zu abgeschlossenen elektrischen Betriebsstätten ist nur durch selbstschließende, verschließbare Türen erlaubt. Diese Türen müssen nach außen öffnen, also in Fluchtrichtung. Alle Türen dürfen von innen nicht abschließbar sein. Es sind generell Sicherheitsschlösser anzuwenden. Falls es Fenster gibt, sind diese gegen Einstieg zu sichern. Weitere Anforderungen ergeben sich aus den Verordnungen der Bundesländer – zum Beispiel aus der EltBauVO.

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Über den Autor
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Dirk Maske

BFE Oldenburg

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