Leitungen – Richtig planen, verlegen und prüfen
Elektrische Leitungen dienen sowohl dem Transport von elektrischer Energie als auch demjenigen von Informationen. Doch bei der Auswahl und Berechnungen von Leitungen werden Fachleute mit vielen Fragen konfrontiert. Die Broschüre «Leitungen – Richtig planen, verlegen und prüfen» gibt Antworten und wertvolle Anleitungen für die Auslegung von Leitungen.
Leitermaterial, Leiterisolation, Stromdichten und Querschnitte – in Sachen Leitungen gibt es vieles zu beachten und schnell verliert man den Überblick. Eine gute Hilfestellung kann hier die Electrosuisse Broschüre «Leitungen – Richtig planen, verlegen und prüfen» geben. Einen Einblick in den Inhalt liefert folgender Auszug aus dem ersten Kapitel:
Dimensionieren von Leitungen
In der Schweiz verwendet man bei Elektroinstallationen fast nur noch Kupfer als Leitermaterial. Für spezielle Anwendungen (zum Beispiel Sektorleiter-Kabel) kommen Aluminium oder Aluminiumlegierungen zum Einsatz. Als Leiterisolation dienen meist Kunststoffe; diese altern je nach Situation und Einsatz der Kabel.
Leitermaterial und Leiterisolation
Die Isolation (Bild 1) der Leiter dient der galvanischen Trennung der verschiedenen Leiteradern und der Reduktion der Oberflächentemperatur von Leitungen. Der elektrische Widerstand soll dabei möglichst hoch sein. Die Leiterisolation muss zugleich so beschaffen sein, dass die im Leiter erzeugte Wärme an die Umgebung abgegeben werden kann. Die isolierenden Eigenschaften können durch folgende Faktoren beeinträchtigt werden:
- Alterung
- Temperatur
- Sonneneinstrahlung
- mechanische Beanspruchung
- Verschmutzung
- Abwandern von niedermolekularen Weichmacherstoffen
Alterung der Isolation
Bei den modernen Kunststoffen findet ein zwar langsamer, jedoch auch stetiger Alterungsprozess statt. Dadurch ändern sich ihre chemischen und physikalischen Eigenschaften, was sich negativ auf die mechanisch-elektrische Beschaffenheit der Leiterisolation auswirkt. Die Geschwindigkeit der Alterung hängt sehr stark von der Leitertemperatur ab (Bild 2). PVC-Isolationen sind für maximal 70 °C ausgelegt. Wird diese zulässige Temperatur überschritten, beschleunigt sich die Alterung der Leiterisolation beziehungsweise verringert sich deren Gebrauchsdauer. Bei einer Betriebstemperatur von beispielsweise 80 °C beträgt die Lebensdauer der Isolation weniger als zehn Jahre. Infolge zu hoher Temperaturen verliert der Kunststoff seine Elastizität, er wird rissig und brüchig – die
sogenannte «Versprödung» setzt ein. Durch die Risse können Schmutz und Feuchtigkeit in das Kabel eindringen, was zu einem gefährlichen Zustand wie einem Brand führen kann.
Auch aufgrund von zu niedrigen Temperaturen kann es zu einer Rissbildung in der Leiterisolation und damit zu einer Gefährdung kommen. Dies ist vor allem eine Spätfolge einer Kabelverlegung bei zu tiefen Temperaturen (unter + 5 ° C). Ein derartiger Alterungsprozess kann sich über Monate oder gar Jahre hinziehen, bis Kriechströme oder Lichtbögen aufgrund einer defekten Leiterisolation auftreten. Dank einer richtigen Dimensionierung von Leitungen kann eine thermische Überbeanspruchung der Leiterisolation verhindert werden. Sie ist deshalb eine wichtige Massnahme zur Brandprävention. Weitere Ursachen für die Beschädigung von Leiterisolationen:
- Sonneneinstrahlung (UV-Strahlung), energiereiche oder ionisierende Strahlung
- Überlast (während Minuten bis Stunden)
- Kurzschlüsse (innerhalb Millisekunden/weniger Sekunden)
- Überspannungen (Transienten durch Schalthandlungen, Blitzeinschläge)
- Unterbrüche des Neutral-/PEN-Leiters
- örtlich begrenzte hohe Temperaturen (z. B. wegen schlechter Verbindungsstellen)
- zu geringe Biegeradien
- Beschädigung durch Nagetierfrass
- Bewuchs von Schimmel und Pflanzen
- mechanische Beanspruchungen und Beschädigungen bei der Verlegung oder beim Gebrauch
- Verschmutzungen der Oberfläche oder korrosive Einflüsse usw.
- Feuchtigkeit, Nässe
- organische Lösungsmittel
- Säuren und Laugen
- Öle und Fette, Seifen
- gasförmige Einflüsse wie Luftsauerstoff, Ozone
Schutz von Leitungen bei unbekanntem Verbraucher
In vielen Fällen sind in der Praxis – vor allem in der Planungsphase – nicht alle Nennströme der Verbraucher bekannt. Deshalb wird auch heute noch häufig nach dem vorgeschalteten
Überstromunterbrecher dimensioniert (Bild 3). Tabellen in der NIN vereinfachen die Suche nach dem richtigen Leitungsquerschnitt.
Schutz bei bekanntem Verbraucher
Leitungen werden bei unbekannten Verbrauchern und bei Steckdosen nach dem vorgeschalteten Überstromunterbrecher dimensioniert (Bild 3). Ist der Betriebsstrom des Verbrauchers bekannt, kann der Leitungsquerschnitt anhand des Betriebsstroms des fest angeschlossenen Betriebsmittels bestimmt werden (Bild 4). In jedem Fall sind an jedem Verbraucher und an jeder Steckdose die Bedingungen des Personen- und des Kurzschlussschutzes einzuhalten.