Die Tücken der Leitungsplanung
In der Praxis der Niederspannungs-Elektroinstallation wird die Auslegung von Leitungen oft allein auf deren Strombelastbarkeit reduziert. Dabei werden Aspekte wie Leiterisolation, Anschluss- und Verbindungstechnik, elektromagnetische Verträglichkeit, mechanische Beanspruchung oder Brandverhalten oftmals erst nachträglich oder gar nicht beachtet. Die Auswahl und Errichtung von Leitungen ist jedoch als Prozess zu verstehen, der diese Eigenschaften zweckgebunden berücksichtigt.
Der folgende Beitrag beschreibt einen möglichen Prozess der Leitungsplanung und zeigt auf, weshalb die Stromtragfähigkeit erst relativ spät im Gesamtablauf sinnvoll bestimmt werden kann. Denn zu Beginn jeder Planung muss erst einmal feststehen, welche Betriebsspannung an der Leitung angelegt wird. Ebenso muss die Art der Erdverbindung festgelegt werden. Die Art des Stromkreises (TN-, TT- oder IT-System) hat zudem unmittelbaren Einfluss auf Schutzmassnahmen, Abschaltbedingungen und die Auslegung von Schutz- und Neutralleitern. Diese Parameter bestimmen insbesondere die zulässigen Abschaltzeiten und die Anforderungen an den Schutz durch automatische Abschaltung.
Ebenso frühzeitig sind die Betriebs- und Übertragungsfrequenzen zu berücksichtigen. Neben der Netzfrequenz treten in aktuellen Leitungssystemen zunehmend hochfrequente Signalanteile auf, die durch elektronische Betriebsmittel verursacht werden. Diese beeinflussen sowohl die Stromverteilung als auch das EMV-Verhalten von Leitungen.
EMV, Schirmung und Potenzialausgleich
Je nach Verwendungsbereich der Leitung ist ein Konzept für den Schirmungs- und Potenzialausgleich notwendig. Die Wirksamkeit von Kabelschirmen hängt nicht nur vom Kabeltyp, sondern auch entscheidend von der Art der Erdung sowie der symmetrischen Führung der Leiter ab. Unsachgemässe Schirmungen, Potenzialausgleiche oder falsch aufgelegte Schirmanschlüsse können zu erhöhten, unerwünschten Ausgleichsströmen führen. In solchen Fällen kann Kapitel 4.4.4 der NIN eine grosse Hilfe sein.
Äussere Einflüsse und Brandverhalten
Ebenso sind die äusseren Einflüsse zu ermitteln und zu klassifizieren. Mechanische Beanspruchung, Feuchtigkeit, chemische Einwirkungen oder erhöhte Umgebungstemperaturen beeinflussen die Wahl von Leiterisolation und Mantel entscheidend. Kunststoffe altern temperaturabhängig. Eine dauerhaft erhöhte Leitertemperatur reduziert die Lebensdauer der Isolation deutlich. Hier empfiehlt es sich insbesondere, das Datenblatt der Leitung genau zu studieren.
Damit verbunden sind die Anforderungen an das Brandverhalten von Kabeln. Je nach Gebäudenutzung und Installationsort können Anforderungen an die Flammenausbreitung, die Rauchentwicklung oder den Funktionserhalt bestehen. Diese sind mit der örtlich zuständigen Behörde und dem Anlageneigentümer auf Basis der gültigen kantonalen Gesetze und nationalen Normen festzulegen.
Sicherheitsrelevanz
Vor der Dimensionierung muss geklärt werden, ob es sich um eine sicherheitsrelevante Stromversorgung handelt. Anlagen für Sicherheitsbeleuchtung, Brandfallsteuerungen und andere sicherheitsrelevante Verbraucher unterliegen situativ erhöhten Anforderungen bezüglich des Funktionserhalts oder der elektrischen Leitfähigkeit.
Schutzkonzept und Leiterdimensionierung
Erst nach Klärung all dieser Fragen werden die Schutzeinrichtungen ausgewählt sowie ihre Anzahl und Anordnung festgelegt. Die Art und Charakteristik der Überstrom-Schutzeinrichtungen beeinflusst unmittelbar die zulässigen Leiterquerschnitte und Abschaltzeiten. So können NH-Schmelzeinsätze zur Begrenzung von hohen Kurzschlussenergien in bestimmten Anwendungen ideal sein. Bei hohen Betriebsströmen, häufig wiederkehrenden Schalthandlungen oder erhöhten Anforderungen an die Staffelung sind hingegen Leistungsschalter ideal.
Sind mehrere Schutzeinrichtungen in Reihe geschaltet, ist die Selektivität zu beurteilen. Dies gilt insbesondere für Verteil- und sicherheitsrelevante Stromkreise.
Auf Basis der zuvor genannten Aspekte werden die Leiterquerschnitte unter dem Aspekt der Stromtragfähigkeit bestimmt. Dabei sind die Verlegeart, die Häufung, die Umgebungstemperatur sowie gegebenenfalls Reduktionsfaktoren für Oberschwingungen zu berücksichtigen. Parallel dazu sind die Leiterart, die Anzahl der Leiter und das Leitermaterial festzulegen. Insbesondere bei Neutralleitern ist der Einfluss unsymmetrischer Belastungen und harmonischer Ströme zu beachten.
Verlegung
Bei der Verlegung der Leitungen muss darauf geachtet werden, dass eine möglichst symmetrische Belastung der aktiven Leiter gewährleistet ist. Anschliessend sind der Spannungsfall, der Überlast- und Kurzschlussschutz sowie die Abschaltzeiten rechnerisch und messtechnisch zu überprüfen.
Der Kabelweg ist so zu planen, dass mechanische Beschädigungen und Kraftentwicklung als Folge von Kurzschlüssen möglichst ausgeschlossen werden. Dazu gehört eine kurzschlusssichere Verlegung ebenso wie die Planung geeigneter Zugentlastungen.
Anschlusstechnik
Den Abschluss des Prozesses bildet die Auswahl der Endelemente, insbesondere von Klemmen, Kabelschuhen und Anschlusskomponenten. Denn ungeeignete oder falsch ausgeführte Anschlüsse können trotz korrekt ausgelegter Leitung zu Überhitzung und Ausfällen führen. Ein Beispiel hierfür ist das Aufpressen von Kabelschuhen mit einer unpassenden Presszange.
Herausforderung
Die Leitungsplanung ist ein mehrstufiger Prozess, bei dem die Strombelastbarkeit nur einer von vielen Faktoren ist. Erst das Zusammenspiel aller relevanten Parameter führt zu sicheren, langlebigen und normkonformen elektrischen Leitungsanlagen. Eine frühzeitige und ganzheitliche Auseinandersetzung mit dem Thema im Projekt lohnt sich somit für Planer, Installateure und Kontrollorgane.