Im Juni 2019 ist die neue DIN VDE 0100-722 verbindlich in Kraft getreten. Der Anwendungsbereich umfasst Anforderungen an die Errichtung von Stromkreise bis zum Anschlusspunkt.
Zu den leitungsgebundenen Anschlussfällen – die Anschlussfälle A, B und C nach DIN EN 61851-1 (VDE 0122-1) – sind mittlerweile Systeme mit automatischem Verbindungsaufbau, den sogenannten ACD-Systemen, in die Errichtungsnorm aufgenommen worden.
Systeme zur kontaktlosen Energieübertragung stellen Planer, Errichter und Betreiber hinsichtlich der Gefahren ausgehend von elektrischen und Magnetischen Feldern vor neue Herausforderungen.
Batteriewechselsysteme nehmen je nach Automatisierungsgrad, vollautomatisch, halbautomatisch oder handbetätigt den Tausch vor. Dadurch ist die Verfügbarkeit eines Elektrofahrzeuges nicht von der Ladezeit abhängig.
Damit ist klar, dass Ladepunkte für Elektrofahrzeuge längst nicht mehr einfache Steckdosen im Außenbereich sind, sondern komplexe Systeme, bei denen es neben den Anforderungen an die elektrische Sicherheit
Anforderungen an die Maschinensicherheit,
Anforderungen der an die funktionale Sicherheit
Anforderungen an die IT-Sicherheit
uvm. zu beachten gibt.
Lesen Sie auch hierzu meine aktuellen Fachbeiträge in der Fachzeitschrift Elektropraktiker:
Wie ist die elektrische Ausrüstung einer Maschine einzustufen? Mit dieser Fragestellung sind Betreiber im Rahmen des Arbeitsschutzes vermehr konfrontiert. Dieser Beitrag gibt Ihnen einen Überblick, wie eine Maschine aus Sicht der elektrischen Sicherheit einzustufen ist und welche Normen als Bewertungskriterien zu beachten sind.
Marc Fengel
Hinweis zum Beitrag: Dieser Beitrag stellt meine persönliche Meinung auf Basis der angegebenen Quellen dar. Die Ausführungen stellen lediglich eine Möglichkeit dar, den Sachverhalt zu beurteilen. Es gibt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. In keinem Fall ersetzt dieser Beitrag eine ordentliche Planung und Entbindet nicht vor weiteren gesetzlichen und privatrechtlichen Obliegenheiten.
Wie Maschinen einzustufen sind und auf welcher Grundlage die Prüfung durchzuführen ist
Nach DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) §5 Absatz 1 Nr. 2 sind elektrische Anlagen und Betriebsmittel zur Erhaltung des ordnungsgemäßen Zustandes wiederholt zu prüfen. Die Durchführung bzw. die Veranlassung zu Durchführung solcher Prüfungen obliegt dem Betreiber. Unter ortsfesten elektrischen Betriebsmitteln werden fest angebrachte Betriebsmittel oder Betriebsmittel verstanden, die keine Tragevorrichtung haben und deren Masse so groß ist, dass sie nicht leicht bewegt werden können. Gemäß DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) Anhang 3 – Elektrotechnische Regeln- sind für das Inverkehrbringen und für die erstmalige Bereitstellung von Arbeitsmitteln, das sind Maschinen, Geräte, Werkzeuge und Anlagen, die bei der Arbeit benutzt werden, sind die Rechtsvorschriften anzuwenden, durch die die einschlägigen Gemeinschaftsrichtlinien auf der Grundlage des Artikel 95 des EG-Vertrages in deutsches Recht umgesetzt werden anzuwenden. Demnach sind Maschinen gemäß DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) als ortsfeste elektrische Arbeits- und Betriebsmittel einzustufen. Somit findet die Prüfung von Maschinen gemäß DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) Anwendung. Gemäß DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) Anhang 3 – Elektrotechnische Regeln- findet die Norm DIN VDE 0105-100 Betrieb elektrischer Anlagen Anwendung. Der Anwendungsbereich der DIN VDE 0105-100 –Betrieb elektrischer Anlagen- Absatz 1 beschreibt die Anforderungen für ein sicheres Bedienen von Arbeiten an, mit oder in der Nähe von elektrischen Anlagen. Die Anforderungen gelten für alle Bedienungs-, Arbeits- und Wartungsverfahren. Der Zweck der Prüfungen nach DIN VDE 0105-100 Absatz 5.3.3.1 besteht in dem Nachweis, dass eine elektrische Anlage den Sicherheitsvorschriften und den Errichtungsnormen entspricht.
Nach dem Vorwort der DIN VDE 0105-100 ist zudem die Betriebssicherheitsverordnung (BG Blatt Nr. 70 vom 27. September 2002) zu beachten. Aufgrund DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) Anhang 3 ist demnach eine Maschine als eine ortsfeste elektrische Anlage zu betrachten. Aufgrund DIN VDE 0105-100 Absatz 5.3.3.1 findet demnach die Errichtungsnorm DIN EN 60204 Sicherheit von Maschinen –Elektrische Ausrüstung von Maschinen –Teil 1: Allgemeine Anforderungen (VDE 0113-1) als Bewertungskriterium Anwendung.
Welche Prüfungen durchzuführen sind und welche Bewertungskriterien hinzuzuziehen sind
Grundsätzlich sind Wiederholungsprüfung nach VDE 0105-100 durchzuführen. Die Durchführung von wiederkehrenden Prüfungen der ortsfesten elektrischen Anlagen, darunter fallen auch Maschinen, ist durch besichtigen, Erproben und Messen in den Absätzen 5.3.101.1, 5.3.101.2 und 5.3.101.3 beschrieben. Nach VDE 0105-100 Absatz 5.3.101.2 sind u.a. bei wiederkehrenden Prüfungen folgende Erprobungen auf Wirksamkeit durchzuführen:
Erproben der Isolationsüberwachungsgeräte, RCD- und FU-Schutzeinrichtungen
Erproben von Stromkreisen, die der Sicherheit dienen, wie z.B. Schutzrelais, NOT-Ausschaltungen und Verriegelungen
Erproben der erforderlichen Melde- und Anzeigeeinrichtungen, wie z.B. Rückmeldungen von Schaltstellungsanzeigen, Meldeleuchten und Signalgeber
Aufgrund DIN VDE 0105-100 Absatz 5.3.3.1 findet zudem für Maschinen die Errichtungsnorm DIN EN 60204 Sicherheit von Maschinen –Elektrische Ausrüstung von Maschinen –Teil 1: Allgemeine Anforderungen (VDE 0113-1) als Bewertungskriterium Anwendung. In der DIN EN 60204 Absatz 18 –Prüfungen- sind die zu prüfenden Punkte aufgelistet. Diese gelten gemäß DIN EN 60204 Absatz 18.1, sofern für die Maschine keine einschlägige Produktnorm existiert. Dort sind demnach die Punkte a), b) und f) der elektrischen Ausrüstung zu prüfen und müssen als Bewertungskriterien zu Prüfung hinzugezogen werden. Optional können die Punkte c) bis e) mit geprüft werden. Diese Punkte umfassen im Detail folgende Prüfungen:
Überprüfung der technischen Dokumentation auf Übereinstimmung mit der elektrischen Ausrüstung der Maschine
Prüfung des Schutzes bei indirektem Berühren
Durchgängigkeit der Schutzleiter
Überprüfung der Impedanz der Fehlerschleife und der Eignung der zugeordneten Überstrom-Schutzeinrichtungen
Prüfung des Isolationswiderstands
Spannungsprüfung
Prüfung des Schutzes gegen Restspannung
Funktionsprüfung (Stromkreise für die elektrische Sicherheit z.B. Erdschlussüberwachungen)
Quellen
DGUV VORSCHRIFT 3 (FRÜHER BGV A3) elektrische Anlagen und Betriebsmittel
VDE 0105-100 Betrieb elektrischer Anlagen
DIN EN 60204 (VDE 0113-1) Sicherheit von Maschinen – Elektrische Ausrüstung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen
Im folgenden Beispiel wurde ein metallener Kabelkanal im Raum installiert. Die dort installierten Schukosteckdosen werden über einen Stecker angeschlossen. Hierfür ist die Leitung vom Typ NYM abzumanteln. Allerdings verfügt der vom Hersteller der Schukosteckdose mitgelieferte Stecker über keine Leitungseinführung, sodass die basisisolierten Leiter der Mantelleitung ohne doppelte Isolierung im Kabelkanal liegt. Hier stellt sich mal wieder die typische Frage nach der Notwendigkeit einer wirksamen Erdverbindung des Kabelkanals.
Marc Fengel
Hinweis zum Beitrag: Dieser Beitrag stellt meine persönliche Meinung auf Basis der angegebenen Quellen dar. Die Ausführungen stellen lediglich eine Möglichkeit dar, den Sachverhalt zu beurteilen. Es gibt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. In keinem Fall ersetzt dieser Beitrag eine ordentliche Planung und Entbindet nicht vor weiteren gesetzlichen und privatrechtlichen Obliegenheiten.
Ausgangslage:
Anschlussstecker der Steckdosen wird mit basisisolierten Leitern angefahren
Die Mantelleitung (NYM) ist ohne Anschlussdose abgemantelt und am Stecker angeschlossen
Der Kanal wird nicht durch Räume durchgeführt
Der metallene Kabelkabelkanal im Raum ist nicht mit dem Schutzleiter verbunden
Steckdosenstromkreise (Endstromkreise) sind nach DIN VDE 0100-410 mit einem Basisschutz (Schutz gegen direktes Berühren), einem Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) und einem zusätzlichen Schutz ausgestattet. Als Fehlerschutz findet hier der Schutz durch automatische Abschaltung im Fehlerfall gemäß den Anforderungen nach DIN VDE 0100-410 411.4 (TN-Systeme) Anwendung. Der Schutz gegen elektrischen Schlag besteht grundsätzlich aus einer Kombination aus Basisschutz- und Fehlerschutzvorkehrung.
Die Anforderungen an den Schutz gegen elektrischen Schlag sind in der Norm DIN EN 61140 (VDE 0140-1) festgelegt. Demnach sind Körper elektrischer Betriebsmittel nach VDE 0140-1 7.3.3 mit einer Schutzleiterklemme zu verbinden. Leitfähige Teile, die berührt werden können, sind keine Körper (elektrischer Betriebsmittel), falls sie von gefährlichen aktiven Teilen sicher getrennt sind, und müssen demnach nicht zwangsläufig mit dem Schutzleiter verbunden sein.
Eine sichere Trennung setzt nach DIN VDE 0140-1 3.24 eine gegenseitige Trennung von Stromkreisen u.a. mittels doppelter oder Verstärkter Isolierung voraus. Eine sichere Trennung zwischen einem Stromkreis und anderen Stromkreisen muss nach DIN VDE 0140-1 5.4.3 erreicht werden durch eine Kombination aus Basisisolierung und zusätzlicher Isolierung, z.B. doppelte Isolierung oder einer verstärkten Isolierung. Die Isolierung muss jeweils für die höchste vorkommende Spannung bemessen sein.
Die Leitung vom Typ NYM stellt mit der Isolierung der basisisolierten Leiter und der Isolierung des Leitungsmantels sozusagen ein Betriebsmittel der Schutzklasse 2 dar. Basisschutz und Fehlerschutz sind demnach für das „Betriebsmittel Leitung“ gegeben. Die Mantelleitung, verlegt im leitfähigen Kabelkanal, erfüllt durch die doppelte Isolierung (Leiter und Mantel) die Anforderung an die Schutzmaßnahme Schutz durch doppelte oder verstärkte Isolierung. Weitere Maßnahmen zur Erreichen des Schutzes gegen elektrischen Schlag sind demnach nicht notwendig.
Der abgemantelte Teil der Leitung verfügt in diesem Abschnitt bis zur Einführung in die Betriebsmittel (Anschlussstecker) ausschließlich über eine wirksame Basisisolierung. Eine doppelte Isolierung als Basisschutz und Fehlerschutz durch die Basisisolierung der Leiter und einer Isolierung durch die Luftstrecke zwischen basisisolierten Leitern und dem Kanal ist unzulässig, da beides Maßnahmen zum Erreichen des Basisschutzes zulässig sind. Eine wirksame Fehlerschutzvorkehrung (doppelte Isolierung) fehlt. Demnach ist der Schutz gegen elektrischen Schlag nach DIN VDE 0100-410 Abs. 412 ist unwirksam.
Ein Fehlerschutz ist aufgrund des abgemantelten Leitungsabschnitt herzustellen. Hierfür kann die Schutzmaßnahme – Schutz durch Potentialausgleich- angewendet werden. Nach DIN VDE 0140-1 6.4 besteht diese aus einer festen Basisisolierung (5.2.2.1) und einem Schutzpotentialausgleich (5.3.3) für den Fehlerschutz. Demnach stellt die Verbindung mit Erdpotential eine Abhilfemaßnahme dar.
Der Korrekturfaktor Ku gibt die Temperaturabhängigkeit der Leerlaufspannung von PV-Modulen /-Strings an. In der Formel zur Berechnung von Ku hat sich in der 22.Auflage durch unbeabsichtigt durch Übertragung meines Manuskriptes ins Buch ein Fehler eingeschlichen.
Die in der auf Seite 815 Formel angegebenen 5°C ist falsch und durch den Klammerausdruck
[Tmin. – 25°C] zu ersetzen.
Anbei die Korrektur:
PV-Generator – Verhalten und Kenngrößen
Die PV-Module werden je nach Strom- und Eingangsspannungsbereichen der Wechselrichter in Reihe zu einem PV-Strang oder parallel zu einem PV-Teilgeneratorfeld geschalten. Die installierte Leistung eines PV-Stromversorgungssystems berechnet sich aus der Summe der Nennleistungen unter STC aller im PV-Generator verschalteten PV-Module. PV-Stromversorungssystem werden nach der installierten Modulnennleistung klassifiziert.
PV-Module sind nichtlineare Gleichstromquellen. Der Kurzschlussstrom steigt proportional zur in die Modulebene eingestrahlte Bestrahlstärke. Die Leerlaufspannung steigt mit fallender Modultemperatur. Demnach stellen diese zwei Grenzwerte die für die Auslegung der Betriebsmittel relevanten Beanspruchungen dar. Die Anlage ist also nach der niedrigsten zu erwartenden Temperatur der PV-Module und nach der am höchsten zu erwartenden Bestrahlstärke auszulegen. PV-Module werden in Reihe zu einen PV-Strang oder / und parallel zu einen PV-Array geschaltet. Die Verbindung erfolgt über Stecker. Je nach Schaltungskonfiguration kann so die Leerlaufspannung eines Stranges ein Vielfaches der einzelnen Modulspannungen sein. Gleiches gilt bei parallel geschalteten PV-Modulen und Strängen bei den Strömen.
Durch die Verschaltung und der damit verbunden Erhöhung der Leerlaufspannungen eines Stranges übersteigt diese nach wenigen in Reihe geschalteten PV-Modulen die Grenze von 120V DC. Ist die Grenze von
nReihe * Uoc,STC * KU > 120V
erreicht, ist die Schutzmaßnahme – Schutz durch Kleinspannung mittels SELV oder PELV nicht anwendbar. Zudem stehen die PV-Stränge und Leitungen permanent unter Spannung. Dies kann bei einem Isolationsfehler oder einem Ziehen der Steckerkontakte zu einem Gleichstromlichtbogen führen. Die PV-Module sind in ihrer Bauart so auszuführen, dass sie mit den Anforderungen an die Schutzklasse 2 übereinstimmen.
Die Auswahl elektrischer Betriebsmitteln auf der DC-Seite sind entsprechend der vom den PV-Modulen (in einer Verschaltung zum Strang oder parallel) nach der maximalen Leerlaufspannung und dem maximalen Kurzschlussstrom auszuwählen.
Das Verfahren zu Berechnung der maximalen Leerlaufspannung und dem maximalen Kurzschlussstrom ist in DIN VDE 0100-712 Anhang B beschrieben.
Die maximale Leerlaufspannung ergibt sich aus
Uoc,max = KU * Uoc,STC
mit
KU = 1 + (αUoc *100) * (TMin – 25°C )
TMin ist die niedrigste Temperatur der PV-Anlage in °C
αUoc ist ein negativer Faktor in [mV/°C] oder [%/°C], der das Temperaturverhalten der PV-Module beschreibt
KU ist der Korrekturfaktor, der die Temperaturabhängigkeit der Leerlaufspannung unter den gegebenen Temperaturen der PV-Anlage beschreibt
Liegen vom Hersteller keine Angaben vor, ist der Korrekturfaktor KU von 1,2 zu verwenden.
Der maximale Kurzschlussstrom eines PV-Modules, -Stranges oder PV-Teilgenerators wird berechnet mit
KI * Isc,STC
Für KI ist eine Mindestwert von 1,25 anzusetzen. Dieser kann je nach Umgebungsbedingungen jedoch höher liegen. Dieser berücksichtigt zum Anteil der direkten und diffusen Strahlung auf die PV-Modulfläche zusätzlich den Anteil reflektierter diffusen Strahlungsanteilen durch die Beschaffenheit des Bodens.
Erläuterung:
Die Sonnenstrahlung setzt sich aus einem direkten und diffusen Strahlungsanteil zusammen. Die auf die Erde einfallende extraterrestrische Sonnenstrahlung wird von der Atmosphäre teils reflektier, absorbiert oder gestreut. Das Maß der Absorption, Reflexion und Streuung hängt vom auftreffenden Winkel, der Wellenlängen der Lichtanteile und der in der Atmosphäre vorkommenden Gase ab. Aus dem an der Erdoberfläche absorbierten und gestreuten Strahlungsanteilen setzt sich die auf der Erdoberfläche auftreffende Globalstrahlung -bestehend aus einen direkten und diffusen Strahlungsanteil- zusammen. Durch den Anstellwinkel der PV-Module und die Ausrichtung kann über das Jahr gesehen dieser Strahlungsanteil aufgrund der Sonnenlaufbahn optimiert werden. Durch die Erdoberfläche werden Teile des Sonnenlichtes reflektiert. Diese diffusen Strahlungsanteile verstärken die auf der Modulfläche auftreffende Bestrahlung. Dieser Strahlungsanteil, der vom Erdboden reflektierte Energie wird über den Reflexionsfaktor – aus Albedo genannt- abgeschätzt.
In unseren Höhenlagen und Breitengraden werden PV-Anlagen – auch Freiflächen-PV-Anlagen- in der Nähe von Straßen, Wäldern, Wiesen o.ä. Errichtet. Die Reflexionsgrade hierfür liegen zwischen 0,1 und 0,3, sodass der Korrekturfaktor KI den reflektierten Strahlungsanteil mit 1,25 in unseren Regionen hinreichend berücksichtigt. In Wüstenregionen und bei Schnee liegt dieser deutlich höher.
Die neue DIN VDE 0100-410 tritt im Oktober 2018 verbindlich in Kraft. Sie löst die bisher gültigen Normen DIN VDE 0100-410: 2007-06 und DIN VDE 0100-739: 1998-06 mit der Übergangsfrist bis zum 07.07.2020 ab.
Neben der Überarbeitung und Sortierung der einzelnen Absätze wurden im wesentlichen u.a. folgende Punkte neu gefasst:
Schutzeinrichtungen für die automatische Abschaltung im Fehlerfalle müssen zum Trennen geeignet sein,
für Steckdosen bis einschließlich 63A gelten die Abschaltzeiten nach Tabelle 41.1, zuvor galt dies nur für Steckdosen bis 32 A,
Die höchst zulässige Abschaltzeit nach Tabelle 41.1 wurde angepasst. Für Gleichspannungen ab 120V und bis einschließlich 230V wurde die höchst zulässige Abschaltzeit von 5 Sekunden auf 1 Sekunde reduziert,
Für Steckdosen in Endstromkreisen, die für die Verwendung ortsveränderlicher Betriebsmittel vorgesehen sind, wurde bis zu einem Bemessungsstrom von 20 A auf 32 A erweitert. Die Anmerkung verweist zudem klar auf die Möglichkeiten der normativen Abweichungen durch eine Gefährdungsbeurteilung gemäß BetrSichV hin. Damit wird klar auf die Obliegenheiten der Arbeitgeber hingewiesen.
Ab sofort sind Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen in Wohnungen mit einem Bemessungsfehlerstrom von höchstens 30mA auch bei Beleuchtungsstromkreisen vorzusehen.
