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Praktische Maßnahmen

Mehrere Betriebsmittel an mobilem Stromerzeuger

Auf einen Blick Normen und Bestimmungen Zur Auswahl der geeigneten Schutzmaßnahmen beim Einsatz mehrerer Betriebsmittel an einer mobilen Stomversorgung existieren viele Vorschriften und Hinweise

Besonderheiten im mobilen Einsatz Weil es sich in der Praxis immer um nicht fest errichtete Anlagen handelt, sind auch die Unwägbarkeiten bei der Benutzung durch Laien zu berücksichtigen
Es ist über dieses Thema in der Fachzeitschrift »de« bereits in unterschiedlichem Kontext geschrieben worden. So auch im Beitrag »Mobile Stromerzeuger – aber sicher« in »de« 12.2017. Dennoch blieben Fragen bei den »de«-Lesern offen, die im Folgenden näher betrachtet werden sollen. Die Forderung nach einer Sicherheitseinrichtung ab dem zweiten angeschlossenen Betriebsmittel wird in der Praxis häufig mit nachgeschalteten Trenntransformatoren oder PRCD-K verwirklicht. Oft stellt sich Fachleuten dabei z. B. die Frage, ob es denn möglich sei, den Stromerzeuger mit Schutztrennung und IMD ohne Abschaltung, direkt mit RCDs für jeden Stromkreis auszustatten. Theoretisch ließe sich auf diese Weise ja mehr als ein Betriebsmittel anschließen, was zur Einsparung der o. g. Sicherheitseinrichtungen führen könnte.

Verschiedene Sichtweisen

Der Beitrag in »de« 12.2017 stammt nicht aus meiner Feder. Die Autoren hatten in ihrem Beitrag aber klar die möglichen Schutzmaßnahmen herausgestellt. Sie wiesen auch eindeutig darauf hin, dass der Schutz durch automatische Abschaltung der Stromversorgung in den Systemen nach Art der Erdverbindungen (also im TT-, TN- und IT-System) zunächst prinzipiell möglich ist. Allerdings lässt sich diese Maßnahme aufgrund notwendiger Erdungen nur dann anwenden, wenn eine Elektrofachkraft zur Verfügung steht. Das gilt insbesondere für die Errichtung einer Erdungsanlage. Für mobile Einsätze dürfte das keine Alternative sein. Allerdings wäre es sinnvoll gewesen, wenn der Beitrag »Mobile Stromerzeuger – aber sicher« in »de« 12.2017 auf die Anforderungen verwiesen hätte, die in den Normen für das »Feuerwehrwesen« die DIN 14685-1, DIN 14685-2 und DIN 14687 sowie DGUV Information 203-032 (relevant für Baustellen) enthalten sind.

Errichten oder Betreiben?

An den Beitrag aus »de« 12.2017 knüpfe ich an dieser Stelle an. Zum Thema »mobile Stromerzeuger« wären die Normen der ­Reihe DIN VDE 0100 eigentlich nicht zutreffend, da sich die Normen dieser Reihe mit der Errichtung elektrischer Anlagen, jedoch nicht mit dem Betreiben elektrischer Anlagen bzw. Betriebsmittel befassen. Die Verwendung von steckerfertigen Betriebsmitteln / Verbrauchsmitteln (im Folgenden nur als Betriebsmittel bezeichnet) hinter einem mobilen Stromerzeuger zählt nicht zum Errichten. Ungeachtet dessen gibt es im normativen Anhang zu DIN VDE 0100-551:2017-02 Aussagen bezüglich »eigenständiger Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen«, wie die offizielle normative Bezeichnung lautet.

Ein Blick auf die Normenlage

Betrachten wir zunächst die Anforderungen aus DIN VDE 0100-551:2017-02. In dessem normativen Anhang ZC findet sich folgende Grundsatzbeschreibung: »Zusätzliche Anforderungen für eigenständige Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen, die nicht am Stromverteilungsnetz angeschlossen sind – und für eigenständige Niederspannungsstromerzeugungseinrichtungen, die dauerhaft errichtete Anlagen versorgen, die vom Stromverteilungsnetz getrennt sind«. Die allgemeinen Schutzziele in diesem Anhang ZC beinhalten die gleichen Schutzziele, wie jene in den Grundnormen der Teile 100 bis 600. Es müssen also Vorkehrungen getroffen werden, damit im Falle eines fehlerbehafteten Anschlusskabels oder bei einem Fehler im versorgten Betriebsmittel die Anforderungen von DIN VDE 0100-410 erfüllt werden. Ausgenommen hiervon sind die in den Abschnitten ZC.2 und ZC.3 beschriebenen Änderungen bzw. Abweichungen für bestimmte Anwendungen. Diese weichen z. B. von DIN VDE 0100-410 ab.

Geeignete Schutzmaßnahmen

Bezüglich der allgemeinen Anforderungen ist der Anhang ZC.2 relevant. Ich werde aber an dieser Stelle nicht näher darauf eingehen, da in ZC.2 in erster Linie Anforderungen bezüglich der Stromversorgungseinrichtung behandelt werden. Von echter Bedeutung aber ist der Abschnitt ZC.3 »Schutzmaßnahmen«. Ausgehend davon, dass es sich im hier betrachteten Fall nicht um eine Stromversorgungseinrichtung mit statischem Umrichter handelt, gehe ich auch auf den Abschnitt ZC.3.1.2 nicht näher ein. Es sind dort sowieso nur wenige Anforderungen enthalten.

Der Einsatz einer Stromversorgungseinrichtung mit statischem Umrichter ist aus meiner Sicht nur in einem Falle sinnvoll: Wenn sich der Fehlerschutz ohne den in diesem Abschnitt als Alternative geforderten zusätzlichen Schutzpotentialausgleich nach Abschnitt 415.2 von DIN VDE 0100-410:2007-06 zwischen gleichzeitig berührbaren Körpern und fremden leitfähigen Teilen erreichen lässt.

Auch auf den Abschnitt ZC.3.1.3 »Anwendung eines TN-Systems für eigenständige Stromerzeugungseinrichtungen« soll hier nicht näher eingegangen werden. Die Anwendung eines TN-System zieht in der Praxis die Erfordernis zur Errichtung eines Betriebserders nach sich. Diese Tatsache ist für eine mobile Stromversorgungseinrichtung aber eher hinderlich.

Ein TN-System würde sich anbieten, wenn die Stromversorgungseinrichtung in eine dauerhaft errichtete elektrische Anlage – ­ohne Netzanschluss – einspeisen soll. Auch das IT-System, nach Abschnitt ZC.3.1.4 von DIN VDE 0100-551:2017-02 bietet sich nur bedingt für den mobilen Einsatz einer Stromversorgungseinrichtung an. Nach Abschnitt 551.4.4 müssen beim IT-System alle Körper durch einen geerdeten Schutzleiter miteinander verbunden werden. Diese Forderung lässt sich – obwohl nur ein Erdungswiderstand RA von 100 Ω gefordert wird – bei einem mobilen Einsatz der Stromversorgungseinrichtung kaum erfüllen. Da das Errichten eines Erders auch für das IT-System ein Hindernis darstellt, werde ich auch auf die restlichen Anforderungen bezüglich eines IT-Systems hier nicht näher eingehen. Somit bleiben als mögliche Fehlerschutzmaßnahmen nur der Schutz durch Schutztrennung mit all seinen Varianten übrig.

Schutztrennung – nur ein elektrisches Verbrauchsmittel

Für die Schutztrennung mit nur einem elektrischen Verbrauchsmittel hinter einer eigenständigen Stromerzeugungseinrichtung – nach Abschnitt ZC.3.2.1 von DIN VDE 0100-551:2017-02 – gelten die Anforderungen von Abschnitt 413 aus DIN VDE 0100-410:2007-06. Hierzu bedarf es keiner weiteren Erläuterung, da ich mir sicher bin, dass diese Variante in der Praxis kaum zur Anwendung kommen wird. Es werden i. d. R. mehrere Steckdosen benötigt, somit schließt sich diese Schutzmaßnahme aus. In der DGUV Information 203-032:2016-05 findet sich in der Abbildung 6 ein Beispiel für die »Schutztrennung mit einem elektrischen Verbrauchsmittel« (Bild 1).
Bild 1: Stromerzeuger ohne 
Erdungsanschluss mit nur 
einer Steckdose und nur einem 
angeschlossenen Verbrauchsmittel
Bild 1: Stromerzeuger ohne Erdungsanschluss mit nur einer Steckdose und nur einem angeschlossenen Verbrauchsmittel

Schutztrennung – mehr als ein elektrisches Verbrauchsmittel

Die Schutztrennung mit mehr als einem elektrischen Verbrauchsmittel hinter einer eigenständigen Stromerzeugungseinrichtung ist beschrieben im Abschnitt ZC.3.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02. Hierzu sind im Anhang ZC dieser Norm zwei Varianten aufgeführt:

Schutztrennung mit IMD

Kommen wir nun zur Schutztrennung mit Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) und automatischer Abschaltung beim ersten Fehler nach Abschnitt ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02. Hierzu gibt es dort folgende Festlegungen: Die notwendige Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) muss der DIN EN 61557-8 (VDE 0413-8) entsprechen. Wobei ggf. für die Auswahl der Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) auch mögliche Gleichfehlerströme berücksichtigt werden müssen, die durch angeschlossene Verbrauchsmittel entstehen können.

Die IMD überwacht das Sinken des Isolationswiderstandes zwischen einem oder allen aktiven Teilen/Leitern (einschließlich des Neutralleiters, sofern vorhanden) und dem ungeerdeten Schutzpotentialausgleichsleiter (der z. B. an den Schutzkontakten der Steckdosen angeschlossen sein muss). Mit dieser IMD müssen die Stromkreise der elektrischen Verbrauchsmittel beim Unterschreiten des Isolationswiderstandes auf unter 100  Ω/V innerhalb 1 s selbsttätig von der eigenständigen Stromerzeugungseinrichtung abgeschaltet werden.

Bezüglich der Spannung gilt, dass es sich um U0, d. h. um die Spannung gegen Erde handelt. Somit gilt bei 230  V/400  V ein einzustellender Wert von 23 kΩ.

Anforderungen für Generatoren < 12 kVA

Hierbei empfiehlt sich, analog zu Abschnitt 5.1a von DIN14687 »Feuerwehrwesen –Fest eingebaute Stromerzeuger (Generatorsätze) < 12 kVA für den Einsatz in Feuerwehrfahrzeugen«, eine optische und akustische Meldung beim Absinken unter 150 Ω/V vorzusehen. Dabei handelt es sich aber um keine Forderung aus DIN VDE 0100-551.

Nach Abschnitt ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 darf trotz der geforderten Abschaltung eine einphasige Steckdose weiter versorgt werden, z. B. für Notfälle. Dies kann sowohl eine Drehstromsteckdose als auch eine Wechselstromsteckdose sein. Diese eine Steckdose muss dauerhaft gekennzeichnet sein und so ausgeführt werden, dass immer nur ein elektrisches Verbrauchsmittel daran angeschlossen werden kann. Für einphasige Notfall-Steckdosen gelten die Normen DIN 14685-1, DIN 14685-2, DIN 14686 und DIN 14687.

Schutzpotentialausgleichsleiter verbinden

Der Bezug im Abschnitt ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 (siehe dort: graue Schattierung) auf DIN 14685-1 und DIN 14685-2 ist nicht korrekt, da es in diesen beiden DIN-Normen keine »Notfall-Steckdosen« gibt. Für die im Abschnitt ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 beschriebene Ausführung, kann die Darstellung von Bild 2 eine praktische Unterstützung bieten, welches analog das in DIN 14687 gezeigte Bild 1 wiedergibt.
Bild 2: Stromerzeuger nach DIN 14687, Darstellung in Anlehnung an Bild 1 
von DIN 14687:2007-02
Bild 2: Stromerzeuger nach DIN 14687, Darstellung in Anlehnung an Bild 1 von DIN 14687:2007-02
Sofern die eigenständige Stromerzeugungseinrichtung nicht als Betriebsmittel der Schutzklasse II oder mit gleichwertiger Isolierung ausgeführt ist, muss die Stromerzeugungseinrichtung mit dem ungeerdeten Schutzpotentialausgleichsleiter verbunden sein. Mit diesem ungeerdeten Schutzpotentialausgleichsleiter müssen auch die Körper möglicher Betriebsmittel der Schutzklasse I verbunden werden. Die Verbindung erfolgt über die Schutzkontakte der Steckdosen und der Anschlussleitungen.

Eine Begrenzung der Netzausdehnung und das automatische Abschalten beim Auftreten eines zweiten Isolationsfehlers an zwei unterschiedlichen aktiven Leitern ist nicht gefordert, da ja der zweite Fehler theoretisch nicht auftreten kann, weil ja schon beim ersten Fehler die gesamte Stromversorgung abgeschaltet wird. Ausgenommen hiervon ist die Notfallsteckdose.

Schutztrennung mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD)

Betrachten wir nun als nächstes die Maßnahme Schutztrennung mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) und automatischer Abschaltung nach Abschnitt ZC.3.2.2.3 von DIN VDE 0100-551:2017-02. Für diese Maßnahme ist es notwendig, dass für jeden Stromkreis (z. B. auch für festangeschlossene Verbrauchsmittel, welche es in der Praxis vermutlich kaum geben wird) und für jede Steckdose eine eigene RCD vorgesehen wird. Auf diese Weise wäre jedem einzelnen elektrischen Verbrauchsmittel eine RCD zugeordnet.

Nicht festgelegt in der Norm ist der dafür erforderliche Bemessungsdifferenzstrom. Da die Anforderungen von DIN VDE 0100-410 auch in unserem Falle gültig bleiben, darf der Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 mA sein.

Zu beachten ist hierbei, dass eine RCD einen ersten Isolationsfehler im Allgemeinen nicht erkennen kann – es sei denn der ungeerdete Schutzpotentialausgleich hat, z. B. über elektrische Betriebsmittel der Schutzklasse I, einen ungewollten Erdkontakt.

Durch die Einzelzuordnung von RCDs je Verbrauchsmittel kann mindestens eine der beiden RCDs bei Fehlern an unterschiedlichen Verbrauchern und unterschiedlichen aktiven Leitern den Fehler abschalten. Selbst wenn der zweite fehlerbehaftete Stromkreis nicht gleichzeitig mit abgeschaltet wird, führt das nicht zu einer Gefährdung. Das Abschaltverhalten bzw. die einzuhaltenden Abschaltzeiten müssen mit Tabelle 41.1 von DIN VDE 0100-410:2007-06 übereinstimmen. Demzufolge muss bei Stromkreisen mit einem Bemessungsstrom bis 32 A die Abschaltung bereits eines Fehlers in mindestens 0,4 s erfolgen.

Hierzu gibt es in der DGUV Information 203-032:2016-05 eine analoge Festlegung. In der Abbildung 8 dieser DGUV-Information, welche hier als Bild 3 dargestellt ist, sind diese Festlegungen aufgezeigt. Abweichend von Abschnitt ZC.3.2.2.3 von DIN VDE 0100-551:2017-02 gibt es die Erleichterung, dass für unseren Anwendungsfall nur »n-1-RCDs« notwendig sind. Außerdem wird im Abschnitt 5.1.2.1 der DGUV Information 203-032: 2016-05 gefordert, dass vor einer Wiederinbetriebnahme alle Fehler beseitigt werden müssen. In der DGUV Information 203-032: 2016-05 wird diese Maßnahme auch nicht als Schutztrennung mit mehreren Verbrauchern bezeichnet.
Bild 3: Schutztrennung nur mit RCDs und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler. 
Eine Steckdose wird ohne Zusatzmaßnahmen betrieben – analog zu der in ZC.3.2.2.2 von 
DIN VDE 0100-551:2017-02 beschriebenen »Notfall-Steckdose«
Bild 3: Schutztrennung nur mit RCDs und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler. Eine Steckdose wird ohne Zusatzmaßnahmen betrieben – analog zu der in ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 beschriebenen »Notfall-Steckdose«

Was bedeutet »ungeerdeter  Schutzpotentialausgleich«?

Aus meiner Sicht könnte man dieses System als »II-System« bezeichnen, da der Schutzpotentialausgleich als ungeerdet betrachtet wird. Sollte der Schutzleiter ungewollten Erdkontakt haben, stellt das keine Gefahr dar, weil sich dann mehr oder weniger ein IT-System ergibt, in dem der zweite Fehler durch eine RCD abgeschaltet wird.

Eignet sich eine PRCD?

Die eingangs erwähnte PRCD ist zwar eine sehr gute Schutzeinrichtung für ortsveränderliche Anwendungen, die allerdings im Anhang ZC nicht mit angeführt ist und somit im Sinne der DIN VDE 0100-551 nicht anwendbar ist. Auch in den DIN-Normen und in der DGUV Information findet sich hierzu keinerlei Bezug.

Zur Verwendung von Trenntransformatoren

Das Vorsehen einzelner Trenntransformatoren, die der Stromerzeugungseinrichtung mit Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) nachgeschaltet werden, könnte zwar das allgemeine Schutzziel erfüllen, jedoch wäre das eine sehr aufwendige Variante. Außerdem hätte diese den Nachteil, dass der Anwender in der Praxis de facto irgendwann auf die Zwischenschaltung des Transformators verzichten würde und somit dann keine wirksame Schutzmaßnahme mehr gegeben wäre. Vermutlich ist aus diesem Grunde diese Variante im Anhang ZC von DIN VDE 0100-551 nicht angeführt.

Es sei allerdings darauf hingewiesen, dass in der DGUV Information 203-032: 2016-05 genau diese Variante dennoch mit aufgeführt ist – siehe Bild 4, welches als Abbildung 10 in der DGUV Information 203-032:2016-05 enthalten ist.
Bild 4: Stromerzeuger mit Trenntransformatoren für jede Steckdose. Eine Steckdose wird ohne Zusatzmaßnahmen betrieben, analog zu der in ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 beschriebenen »Notfall-Steckdose«
Bild 4: Stromerzeuger mit Trenntransformatoren für jede Steckdose. Eine Steckdose wird ohne Zusatzmaßnahmen betrieben, analog zu der in ZC.3.2.2.2 von DIN VDE 0100-551:2017-02 beschriebenen »Notfall-Steckdose«

Zur Kombination einer IMD mit mehreren RCDs

Oft ist in der Praxis folgende Frage zu hören: »Ist es möglich, den Stromerzeuger mit Schutztrennung und IMD ohne Abschaltung direkt mit RCDs für jeden Stromkreis auszustatten um somit auch mehr als ein Gerät anzuschließen damit man die in DIN VDE 0100-551:2017-02 genannten Sicherheitseinrichtungen einsparen kann?« Die Verwendung einer Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) mit RCDs für jeden Stromkreis bzw. für jedes Verbrauchsmittel ist im Anhang ZC nicht vorgesehen.
Bild 5: Schutztrennung mit Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) und Meldung und 
automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler mit RCDs – mit Notfall-Steckdose
Bild 5: Schutztrennung mit Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) und Meldung und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler mit RCDs – mit Notfall-Steckdose
Auch hier sei wieder auf die DGUV Information 203-032:2016-05 verwiesen. In deren Abbildung 12 (hier als Bild 5 dargestellt) ist diese Variante aufgezeigt. Wichtig hierbei ist, dass nach DGUV Information 203-032: 2016-05 in diesem Falle die Isolationsüberwachungseinrichtung (IMD) schon den ersten Fehler innerhalb 1 s abschalten muss. Die Notwendigkeit, zusätzlich Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen vorzusehen wird damit begründet, dass bei Schutztrennung mit mehreren Verbrauchsmitteln eine Verbindung des Schutzpotentialausgleichs mit Erde nicht gefordert bzw. nicht zulässig ist. Somit kann ein Fehler gegen die leitfähige Umgebung, z. B. das Erdreich, durch die Isolationsüberwachung (IMD) nicht in jedem Fall erkannt werden. Daher muss gemäß DGUV Information 203-032:2016-05 zusätzlich für das zweite und jedes weitere Verbrauchsmittel eine eigene Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit einem Bemessungsdifferenzstrom nicht größer als 30 mA vorgesehen werden.

In Abbildung 18 der DGUV Information 203-032:2016-05 (siehe Bild 6) ist eine weitere Variante angeführt – allerdings mit dem Hinweis, dass es sich dabei um ein IT-System handelt. Somit wird auch hier wieder ein Erder benötigt.
Bild 6: IT-System mit RCDs und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler
Bild 6: IT-System mit RCDs und automatischer Abschaltung beim zweiten Fehler

Fazit

Es existiert eine recht unübersichtliche Vielfalt von möglichen Maßnahmen, beschrieben in unterschiedlichen Normen. Wenn der Einsatz von Stromerzeugungseinrichtungen auch für bestimmte Anwendungsfälle vorgesehen ist – wie z. B. für Feuerwehrfahrzeuge bzw. auf Baustellen –, dann wäre die Erfüllung der Anforderungen von Abschnitt ZC.3 nicht ausreichend. Wegen des Wunsches mehr als ein Verbrauchsmittel anzuschließen, wäre nur die Schutztrennung als Variante 1 oder 2 (siehe oben) anwendbar, wobei ggf. die spezifischen Festlegungen in der DIN bzw. in der DGUV Information 203-032 zu berücksichtigen sind.

Die Möglichkeit eine Ausführung zu schaffen, die komplett alle Anforderungen der einzelnen Normen erfüllt, dürfte de facto kaum möglich sein.

PP17231
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Über den Autor
hoermann
Werner Hörmann

Gelernter Starkstrommonteur und dann viele Jahre als Projektant für Schaltan­lagen und Steuerungen bei Siemens tätig. Aktive Normung in verschiedenen Komitees und Unterkomitees der DKE. Seine Spezialgebiete sind u. a. die Er­richtungsbestimmungen nach DIN VDE 0100 (VDE 0100) – insbesondere Schutz gegen elektrischen Schlag –, die Niederspannungs-Schaltanlagen nach DIN EN 60439 (VDE 0660-500 bis -514) oder das Ausrüsten von elektrischen Maschinen nach DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1). Werner Hörmann ist Verfasser zahlreicher Beiträge in der Fachzeitschrift »de« sowie Autor diverser Fachbücher.

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