Kabelanlangen mit Funktionserhalt im Brandfall

Kein Brand gleicht dem anderen. Glücklicherweise bleiben die meisten klein, sodass sicherheitsrelevante Anlagen nur geringen Anforderungen ausgesetzt sind. Bei grösseren Bränden hingegen werden diese Anlagen – einschliesslich der zugehörigen Energie- und Datenkabel – erheblich stärker beansprucht. Diese Kabel können dabei nur ihre Funktion erfüllen, wenn das Kabeltragesystem ebenfalls weiter funktioniert. Solche Brandverläufe werden durch die international anerkannte Einheitstemperaturkurve nach ISO 834 abgebildet, die unter anderem im Brandversuch gemäss DIN 4102-12 Anwendung findet.

Die Schweiz gehört zu den Ländern, in denen die sicherheitsrelevanten Anlagen auch im Falle eines grossen Feuers weiter funktionieren müssen. Das bedeutet, dass der Test «Isolationserhalt FE180» nicht ausreichend ist und dass der Funktionserhalt einer sicherheitsrelevanten Kabelanlage in einem Test nach DIN 4102-12 nachgewiesen werden muss. Durch diesen wird realitätsnah nachgewiesen, dass die Kabel und deren Kabeltragesysteme ihre vorgesehene Aufgabe auch im Brandfall erfüllen.

Die Abbildung 1 «Brandtest» zeigt den Brandtest für den Isolationserhalt des Kabels, bei dem ein 1,2 m langes Kabel auf zwei Lufthaken platziert wird und mit 750 °C bis zu 180 Minuten konstant beflammt wird. Dieser reine Kabeltest bildet ein kleines Feuer in der Praxis nach. Um die Anforderungen an einen Grossbrand möglichst realistisch nachzubilden, wird eine gesamte Kabelanlage (Kabel und Tragsystem) in einem grossen Ofen über einen Zeitraum von 90 Minuten mit steigender Temperatur bis 1000 °C beflammt. Die zu Grunde liegende Norm für solch einen Test ist die erwähnte DIN 4102-12.

Anspruchsvolle Bedingungen

Kabelanlagen werden im Brandfall anspruchsvollen Bedingungen ausgesetzt (siehe Temperatureinheitskurve Abb. 2). Plastikmaterial schmilzt bereits nach wenigen Minuten. Zu diesem Zeitpunkt ist auch mit dem Versagen gewöhnlicher Kabel zu rechnen. Auch Hochtemperaturkunststoffe und Komposit-Materialien (z.B. GFK) können materialbedingt solche Temperaturen von 500 °C nicht überstehen. Die Temperatur steigt schnell über 660 °C, dem Schmelzpunkt von Aluminium. Selbst Stahl (inkl. Edelstahl) wird ab Minute 30 zunehmend weicher. Tragesysteme aus Stahl kommen deshalb zwischen 60 und 90 Minuten in ihren Grenzbereich, abhängig von ihrer Konstruktion. Kupferkabel können bis circa 1000 °C weiterfunktionieren, sofern sie mit geeignetem Isolationsmaterial aufgebaut sind. Ab 1083 °C schmilzt Kupfer. Für noch höhere Temperaturen (z.B. für die Hydrocarbon-Brandkurve bis 1200 °C) sind bauliche Isolationsmassnahmen notwendig.

Gemäss SN411000:2025 müssen Kabel und Leitungsanlagen mit Funktionserhalt so errichtet werden, dass die Anlagen die geforderte Zeit des Funktionserhalts überdauern. Des Weiteren darf der geforderte Funktionserhalt durch andere Systeme (z. B. Lüftungskanäle, Abflussrohre, andere Kabelanlagen etc.) nicht beeinträchtigt werden. Die Montage der Kabelanlagen mit Funktionserhalt sollte in der obersten Lage erfolgen, damit herabfallende Teile die Anlage nicht frühzeitig ausfallen lässt. Eine Mischbelegung von Funktionserhaltkabeln und allgemeinen Installationskabeln ist nur gestattet, wenn eine negative Beeinflussung der gesamten Kabelanlage ausgeschlossen werden kann. Wenn immer möglich, sollten diese Kabeltypen getrennt voneinander verlegt werden.

Gemäss Vereinigung Kantonaler Feuerversicherungen (VKF) Abschnitt 5.2.1 der VKF-Richtlinie 14-15: 2015, sind keine Kabel mit kritischem Verhalten (cr) in horizontalen und vertikalen Fluchtwegen zugelassen. Diese Aussage gilt auch für Kabel mit Funktionserhalt, sollten diese offen im Fluchtweg installiert werden. Nach wie vor sind diese Kabelgruppen nicht im Geltungsbereich der Bauprodukteverordnung, weshalb auch keine Leistungserklärung ausgestellt werden darf. Die Hersteller können allerdings das nicht kritische Verhalten dieser Kabel in Anlehnung an die Bau-PV beispielsweise durch ein Anerkennungsdokument vom VKF bescheinigen lassen.

Erläuterungen zu Normtrage- und Sondertragesystemen

Eine Kabelanlage mit Funktionserhalt besteht immer aus einem Verlegesystem und einem Kabel. Die Klassifizierung E30, E60, E90 gilt somit für die gesamte Anlage. Die Tragsysteme werden prinzipiell in zwei Kategorien eingeteilt (siehe auch Abb. 3. «Normtrage- und Sondertragesysteme»):

• Normtragesysteme nach DIN 4102-12
• Sondertragesysteme in Anlehnung an die DIN 4102-12

Dem Thema Kabelanlagen mit Funktionserhalt wird ebenfalls auch in der Astra-Richtlinie 13022 «Kabelanlagen der Nationalstrassen» Rechnung getragen.

Funktionserhalt mit Normtragesystemen

Die Norm beschreibt, wie Systeme designt und erstellt werden müssen (z.B. Vorgabe von Blechdicken, Verlegeabstände, Gewichte, etc.). Folgende Verlegearten werden durch die Norm beschrieben:

• Kabelleiter
• Kabelrinne
• Bügelschelle mit Langwanne
• Einfachschelle
• Steigetrasse (durch Übertragbarkeit der horizontalen Prüfergebnisse auf die vertikale Verlegung)

Diese Systeme sind im Vergleich zu den Sondertragesystemen durch den höheren Materialaufwand teurer und aufwendiger in der Montage.

Funktionserhalt mit Sondertragesystemen

In Anlehnung an die Norm werden die Verlegearten und weitere Verlegesysteme mit von der Norm abweichenden Parametern getestet (z. B. dünnere Blechdicken, grössere Verlegeabstände, grössere Gewichtsbelastung, etc.). In der Praxis kommen grösstenteils Sondertragekonstruktionen zum Einsatz, da diese die wirtschaftlichere Lösung sind. Im Bereich der Sondertragesysteme gibt es im Vergleich zu den Normtragekonstruktionen zahlreiche weitere Tragesysteme.

Erhöhter Spannungsfall im Brandfall

Die Leitfähigkeit von Kupferleiter sinkt bei hohen Temperaturen wesentlich. So ist bei 842 °C (der Temperatur für E30) nur noch 27 % der Leitfähigkeit vorhanden und bei 1000 °C (Temperatur für E90) sind es nur noch 23 %. Diese verringerte Leitfähigkeit wirkt sich auf den Spannungsfall einer Kabelinstallation aus (siehe Abb. 4 «Einheitstemperaturkurve und Leitfähigkeit von Kupfer»).

Damit sicherheitsrelevante Verbraucher wie vorgesehen funktionieren, darf der Spannungsfall nicht zu gross werden. Er wird mit gängigen Methoden für die Kabelanlage unter normalen Funktionsbedingungen berechnet, siehe z. B. in HD 60364-5-52 Anhang G und ist auf 3 bis 5 % begrenzt. Die SN 411000:2025 nennt einen Grenzwert von 4,0 %. (siehe Abb. 5 Darstellung «Spannungsabfall»)

Bei einem grossen Brand kann eine beträchtliche Länge eines sicherheitsrelevanten Kabels einer wesentlich höheren Temperatur ausgesetzt sein. Im schlimmsten Fall kann der gesamte Brandabschnitt diese erhöhte Temperatur vorweisen. Um einen zu hohen Spannungsfall zu vermeiden, muss der temperaturbedingte Leitfähigkeitsverlust durch einen grösseren Leitungsquerschnitt kompensiert werden.

Gut zu wissen: Es muss nicht einberechnet werden, dass der Spannungsfall auf der gesamten Leitungslänge erhöht ist, denn es kann davon ausgegangen werden, dass es nur in einem Brandabschnitt brennt. Folglich ist das Extremszenario eine Erhöhung des Spannungsfalls im grössten Brandabschnitt einer Leitungslänge.

Kabelauslegung

Die Kabelauslegung für den Brandfall unterscheidet sich wie zuvor beschrieben von der Auslegung für normale Betriebsbedingungen. Der daraus resultierende höhere Spannungsfall muss bei der Auslegung des Kabelquerschnitts berücksichtigt und kompensiert werden (siehe Abb. 5), um zu gewährleisten, dass der angeschlossene sicherheitsrelevante Verbraucher im Falle eines Brandes weiterhin funktionstüchtig bleibt. Hierbei müssen für die feuerbeständigen Kabel, die jeweiligen Temperaturen für die Standzeiten 30, 60 oder 90 Minuten angenommen werden. Die sind durch die Temperatur-Zeit-Kurve nach ISO 834 vorgegeben. In der SN 411000:2025 wird unter dem Kapitel 5.6.8.4 wie folgt eingegangen: «Der höhere Widerstand der Leiter aufgrund der hohen Temperatur im Brandfall ist bei der Dimensionierung des Leiterquerschnitts zu berücksichtigen.» Ebenfalls wird in der HD 60364-5-56 auf den Spannungsfall im Brandfall eingegangen. Die namhaften Kabelhersteller bieten Hilfsmittel, um diese Berechnung korrekt durchzuführen.

Wie ist die Funktionstüchtigkeit der Kabelanlage nachzuweisen?

Die richtige Wahl der Verlegesystem-Kabelkombination lässt sich am einfachsten mit dem sogenannten ABP (Allgemeines bauaufsichtliches Prüfzeugnis) nachweisen. Dieser nach deutschem Baurecht ausgestellte Nachweis belegt nicht nur die korrekte Ausführung der Tests, sondern gibt auch weitere wichtige Hinweise darauf, wie die Kabelanlage zu installieren ist.

Die Kabel und Kabeltragesysteme sowie die jeweiligen Zulassungen werden von den verschiedenen Herstellern zur Verfügung gestellt. Da es eine grosse Auswahl an Installationsmöglichkeiten gibt, kann man auf elektronische Tools und Tabellenwerke der Hersteller zurückgreifen, welche die Informationen über die richtige Kombination schnell und einfach bereitstellen.

Im Bereich des Hochbaus ist in der Regel der VKF für die Abnahmen der Brandschutzanlagen verantwortlich. Diese akzeptieren als Nachweis einer Kabelanlage mit Funktionserhalt die ABPs im vollen Umfang.

Für den Tiefbau im Bereich Strassentunnel ist die Astra-Richtlinie massgebend. Gemäss dieser Richtlinie Astra 13022 Ausgabe 2025 V2.00 wird unter Punkt 7 «Dokumentation Kabelanlagen» detailliert aufgeführt, welche Dokumente für den Nachweis einer Kabelanlage eingereicht werden müssen. Unter anderem folgende Punkte:

• Nachweis für den Funktionserhalt nach DIN 4102-12
• Übereinstimmungserklärung gemäss DIN 4102-12
• Einhaltung der max. Befestigungsabstände

Europäische Normierung

Auf europäischer Ebene wurde seit einigen Jahren daran gearbeitet, Kabel mit Funktionserhalt auch in die europäische Bauprodukteverordnung zu integrieren. Dabei wurden brandschutztechnisch Kompromisse in Betracht gezogen, welche die Sicherheitsanforderungen an die Kabelanlagen signifikativ reduzieren. Stand heute sind Kabel mit Funktionserhalt (resistance to fire) ausserhalb des harmonisierten Geltungsbereichs der Bauprodukteverordnung (BauPV) und es darf für sie keine Leistungserklärung ausgestellt werden. Vergangene Endscheidungen in dieser Thematik haben dazu geführt, dass Änderungen zum aktuellen Stand der Kabel in der BauPV erst mit der sogenannten «new CPR» in Betracht gezogen werden. Damit steht die europäisch diskutierte Reduktion der Brandsicherheit für den Funktionserhalt von Kabelanlagen derzeit nicht mehr auf der aktuellen Agenda. Die Integration der Kabel mit Funktionserhalt in die «new CPR» wird voraussichtlich noch viele Jahre auf sich warten lassen. Nach wie vor ist somit die DIN 4102-12 die massgebende Norm für den Nachweis des Funktionserhalts.

Fazit

Bei der Auslegung von Kabelanlagen mit Funktionserhalt ist es notwendig, sich frühzeitig mit diesem Thema zu beschäftigen, um bei der Ausführung und anschliessenden Abnahme keine Zulassungsprobleme zu bekommen. Für Sondertragekonstruktionen ist es unabdingbar, den Einzelnachweis zu führen, da die Kabelhersteller verschiedene konstruktive Technologien für die Umsetzung des Funktionserhalts verwenden. Diese reagieren unterschiedlich auf die mechanischen Kräfte, welche beim Test auf das System wirken. Die Tragesystem- und Kabelhersteller verfügen über Handbücher und Konfiguratoren zur schnellen und zuverlässigen Ermittlung von zugelassenen Systemen. Auch das Bundesamt für Strassen (Astra) gibt in seiner Richtlinie 13022 die Schutzziele für Kabelanlagen mit Funktionserhalt vor. Damit sicherheitsrelevante Anlagen (z. B. Rauchabzugsanlagen, Brandmeldesysteme, Notbeleuchtung, etc.) im Brandfall funktionstüchtig bleiben, müssen diese gemeinsam nach DIN 4102-12 geprüft und zugelassene Kabel und Kabeltragsysteme verwendet werden. Nur so ist gewährleistet, dass die gesamte Kabelanlage während der vorgeschriebenen Funktionserhaltsdauer zuverlässig funktioniert.