Exportieren einer PME-Versorgung in ein Nebengebäude mithilfe einer SWA

Einführung

Bedenken werden häufig geäußert, wenn die Versorgung eines Nebengebäudes erfolgen muss, dessen Hauptgebäude über eine Schutzerdungsanlage (Protective Multiple Earth, PME) verfügt.

Im Allgemeinen erlaubt BS 7671 die Verwendung einer PME-Erdungseinrichtung für ein solches Nebengebäude. Wenn keine fremden leitfähigen Teile vorhanden sind, besteht keine Anforderung, dass im Nebengebäude ein Hauptschutzanschluss vorgesehen ist. Wenn jedoch fremde leitende Teile wie metallische Leitungen oder metallische Strukturteile vorhanden sind, muss für diese Teile eine Hauptschutzverbindung bereitgestellt werden (411.3.1.2).

BS 7671 erlaubt die Kombination der Funktionen des Schutzleiters und des Schutzpotentialausgleichsleiters in einem einzigen Leiter, wenn die Anforderungen für beide Verwendungszwecke erfüllt sind (542.1.1). Die Anforderungen an die Mindestdimensionierung sind dort, wo PME-Bedingungen gelten, erheblich strenger als dort, wo sie nicht gelten, da die Dimensionierung auf der Querschnittsfläche (csa) des Schutzleiters (PEN) der eingehenden Versorgung basiert (544.1.1). ).

In solchen Fällen kann sich ein Planer dafür entscheiden, eine TT-System-Erdungsanordnung und die Installation von Erdungselektroden als Alternative zur PME-Erdungseinrichtung für die gesamte Installation oder einen Teil davon zu übernehmen. Dies ist jedoch nicht ohne eigene Probleme.

Abgesehen von einer Reihe anderer Spezialinstallationen gibt es in BS 7671 keine allgemeine Bestimmung, die den Export der PME-Erdung in ein anderes Gebäude verbietet.

Die mit einer PME-Versorgung verbundenen Risiken

Bei einer PME-Erdungsanordnung ist der Versorgungsneutralleiter an der Quelle und in regelmäßigen Abständen entlang seines Verlaufs über mehrere Erdungselektroden mit der Erde verbunden. Daher erfolgt der Fehlerrückweg sowohl bei Leiter-Erde- als auch bei Leiter-Neutral-Fehlern über den kombinierten Leiter. Diese Methode bietet einen Rückweg mit niedriger Impedanz entlang des PEN-Leiters, der eine schnelle Abschaltung von Überstromschutzgeräten im Fehlerfall ermöglicht.

Im Allgemeinen bietet PME eine zuverlässige Erdungseinrichtung für Verbraucher und sollte daher in einer Installation eingesetzt werden, sofern dies zulässig und praktikabel ist. Allerdings kann die Nutzung einer PME-Vereinbarung unter bestimmten Umständen ein Risiko darstellen.

Beispiel:

Versorgung eines Nebengebäudes über ein Panzerkabel aus Stahldraht

Ein Nebengebäude, das vom Ursprung im Hauptgebäude über ein 6 mm² großes, zweiadriges, mit Stahldraht gepanzertes Kabel (SWA) mit Kupferleitern und 90 °C wärmehärtender Isolierung direkt geklemmt wird. Das Kabel ist durch einen 32-A-Schutzschalter vom Typ B geschützt. Die Leitergröße wurde so gewählt, dass potenzielle Spannungsabfallprobleme vermieden werden.

Eignung der Armierung als Schutzleiter des Stromkreises

Wenn die Armierung des SWA als Schutzleiter (CPC) verwendet werden soll, sollte sein CSA die Anforderungen an einen Schutzleiter erfüllen, indem entweder die in Vorschrift 543.1.3 angegebene adiabatische Gleichung verwendet wird oder anhand von Tabelle 54.7 von BS 7671 ausgewählt wird.

Durch Berechnung

Aus Abb. 3A4 von BS 7671 geht hervor, dass der Strom (I), der innerhalb von 0,1 bis 5 Sekunden eine Trennung verursacht, 160 A beträgt und die Betriebszeit (t) für diesen Verteilerkreis 5 Sekunden beträgt.

Aus Tabelle 54.4 geht hervor, dass der Faktor (k) für die Stahlarmierung eines Kabels mit thermoplastischer Isolierung bei 70 °C[1] 51 beträgt. Unter Verwendung der in Vorschrift 543.1.3 angegebenen Gleichung gilt also:

Durch Auswahl

Aus Tabelle 54.2 beträgt der Faktor (k1) für Außenleiter mit 70 °C-Isolierung 143.

Aus Tabelle 54.4 geht hervor, dass der Faktor (k2) für die Stahlarmierung eines Kabels mit einer bei 70 °C wärmehärtenden Isolierung 51 beträgt.

Unter Verwendung der Formel aus Spalte 3 von Tabelle 54.7:

Aus Tabelle G2 von BS 5467: 2016 Duroplastisolierte, armierte Kabel (mit Nennspannungen 600/900 V für feste Installationen) beträgt der CSA der Armierung für zweiadrige 6 mm²-Kabel 22 mm².

Daher eignet sich die Bewehrung für den Einsatz als CPC, unabhängig davon, ob eine Berechnung oder eine Auswahl erfolgt.

Eignung der Panzerung, um als Hauptschutzleiter zu dienen, wenn keine fremden leitenden Teile vorhanden sind

Wenn das Nebengebäude keine fremden leitfähigen Teile enthält, ist keine Hauptschutzverbindung erforderlich (siehe Abbildung 1).

Eignung der Panzerung, um als Hauptschutzleiter zu dienen, wenn fremde leitende Teile vorhanden sind

Wenn das Nebengebäude fremde leitende Teile wie metallische Leitungen (siehe Abb. 2) oder metallische Strukturteile enthält, muss für diese Teile eine Hauptschutzverbindung vorgesehen werden (411.3.1.2).

Die Dimensionierung dieses Schutzausgleichsleiters muss auf dem PEN-Leiter der Versorgung basieren, unter Verwendung von Tabelle 54.8 von BS 7671 (544.1.1).

Für die Zwecke dieses Beispiels hat der eingehende PEN-Leiter einen Kupfer-CSA, der 35 mm² entspricht.

Aus Tabelle 54.8 von BS 7671 geht hervor, dass für einen PEN-Leiter mit 35 mm² der Kupferäquivalent-CSA des Hauptschutzleiters nicht weniger als 10 mm² betragen darf.

Gemäß BS EN 13602: 2013 beträgt der spezifische Widerstand (p) für Kupfer 17,24 mΩ/m.

Gemäß BS EN 10257-1: 2011 beträgt der spezifische Widerstand (p) für Stahl 138 mΩ/m.

Der csa der Stahldrahtbewehrung wird berechnet mit:

Wie bereits erwähnt, beträgt der CSA der Bewehrung für zweiadrige 6-mm²-Kabel aus Tabelle G2 von BS 5467: 2016 22 mm².

Daraus lässt sich erkennen, dass die Bewehrung dieses Kabels nicht ausreicht, um als Hauptschutzleiter zu fungieren.

Unter erneuter Bezugnahme auf Tabelle G2 wäre für eine ausreichende Bewehrung ein zweiadriges Kabel mit 50 mm² Rundleitern und einem Bewehrungsquerschnitt von 86 mm² erforderlich. Dies ist für die Anwendung ein unrealistischer Vorschlag.

Mögliche Lösungen, wenn die Armierung nicht über einen ausreichenden CSA verfügt, um als Hauptschutzleiter verwendet zu werden

Zu den drei wahrscheinlichsten Lösungen in diesem Beispiel gehören:

i) ein dreiadriges 10 mm² SWA-Kabel verlegen und eine der Adern als Schutzleiter verwenden;

ii) einen separaten Schutzleiter mit einem Querschnitt von 10 mm² neben dem SWA installieren; oder

iii) sich dafür entscheiden, die PME-Erdungseinrichtung im Nebengebäude nicht zu verwenden und Elektroden zu installieren, um eine TT-System-Erdungsanordnung bereitzustellen.

Die beiden erstgenannten Optionen verlieren mit zunehmender Entfernung zwischen Hauptgebäude und Nebengebäude zunehmend an Attraktivität. Die Praktikabilität der letztgenannten Option hängt von den Bodenverhältnissen vor Ort und den Risiken ab, die mit dem Eintreiben von Elektroden verbunden sind.

Zusammenfassung

Das PME-Erdungssystem ist die im Vereinigten Königreich am häufigsten verwendete Erdungseinrichtung und hat den Vorteil, dass es einen Erdungsschleifenpfad mit niedrigem Widerstand für Fehlerströme bereitstellt, im Gegenteil jedoch dazu führen kann, dass die Berührungsspannung an angeschlossenen Metallteilen bei einem Bruch auf ein gefährliches Niveau ansteigt im Versorgungs-PEN-Leiter.

Wenn der Hauptteil des Grundstücks über eine PME-Erdungsanlage verfügt, kann diese in den meisten Fällen auch für die Installation in einem Nebengebäude verwendet werden. Im Allgemeinen dürfen keine fremden leitfähigen Teile vorhanden sein und daher ist keine Schutzverklebung erforderlich.

Typischerweise wird der Verteilerkreis zu einem Nebengebäude über ein armiertes Stahldrahtkabel bereitgestellt. Wenn die Bewehrung als kombinierter CPC- und Hauptschutzleiter verwendet werden soll, muss sie die Anforderungen von (544.1.1) und (543.1.1) von BS 7671 erfüllen.

Als Näherungswert sollte ein Stahlleiter einen achtmal größeren CSA als ein Kupferleiter haben, um Äquivalenz zu gewährleisten.

[1] Die Berechnung basiert auf der normalen Betriebstemperatur der duroplastischen isolierten Leiter von nicht mehr als 70 °C und basiert somit auf der Strombelastbarkeit des entsprechenden thermoplastischen PVC-isolierten Kabels. Dadurch soll die Kompatibilität zwischen Ausrüstungsgegenständen und den Leitern, an die sie angeschlossen werden, sichergestellt werden – siehe Absatz 2 der Vorschrift 512.1.5.