Zentrales ZSV-Netz in Krankenhäusern
Zentrales ZSV-Netz in Krankenhäusern
Zentrales ZSV-Netz in Krankenhäusern
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<strong>Zentrales</strong> <strong>ZSV</strong>-<strong>Netz</strong> <strong>in</strong><br />
<strong>Krankenhäusern</strong><br />
Projektierung, Bemessung und Errichtung;<br />
kritische Gesichtspunkte h<strong>in</strong>sichtlich der ordnungsgemäßen<br />
Auswahl und Auslegung des statischen <strong>ZSV</strong>-<strong>Netz</strong>es<br />
EAB Elektroanlagenbau GmbH Rhe<strong>in</strong>/Ma<strong>in</strong> – Admiral-Rosendahl-Straße 14 – 63263 Neu-Isenburg – Tel.069-63390-0 – Fax 069-63390-370 – www.eab-rhe<strong>in</strong>-ma<strong>in</strong>.de
Ausrichtung<br />
Die EAB (230 Mitarbeiter, 32 Millionen Umsatz 2006) ist<br />
Komplettanbieter für alle Bereiche der Elektrotechnik.<br />
Mittelspannung und Schaltanlagen<br />
Allgeme<strong>in</strong>e Elektro- und Niederspannungs<strong>in</strong>stallation<br />
Nachrichtentechnik<br />
Sicherheitstechnik<br />
Steuerungstechnik<br />
Prüf- und Messtechnik<br />
Wartung und Instandhaltung
Der Planer ist für die fachgerechte Planung verantwortlich<br />
DIN VDE 0100 Teil 100 Punkt 132.1:<br />
„Bei der Planung e<strong>in</strong>er elektrischen Anlage müssen die<br />
folgenden Punkte berücksichtigt werden:<br />
– der Schutz von Personen, Nutztieren und<br />
Sachwerten,<br />
– die richtige Funktion der elektrischen Anlage für die<br />
beabsichtigte Verwendung.“<br />
Sicherheit und Funktion müssen erreicht werden!
Der Errichter ist für die fachgerechte<br />
Ausführung verantwortlich<br />
• Unfallverhütungsvorschriften (UVV),<br />
• Berufsgenossenschaftliche Vorschriften,<br />
• Gewerbeordnung (GWO),<br />
• Bürgerliches Gesetzbuch (BGB),<br />
• Handelsgesetzbuch (HGB),<br />
• Arbeitsschutzgesetz<br />
Die Verantwortung des Errichters wird hier untermauert.
Für den Errichter gibt es ke<strong>in</strong>e Ausreden für die<br />
fehlerhafte Ausführung<br />
Der Errichter kann sich nicht auf die fehlerhafte Planung<br />
beziehen.<br />
Er muss die Planung sorgfältig überprüfen.<br />
Wenn die Planung mit Fehlern behaftet ist, muss er<br />
Bedenken anmelden und ist verpflichtet, Leistungen, die<br />
gegen Gesetze, Vorschriften, Verordnungen oder die<br />
anerkannten Regeln der Technik verstoßen, abzulehnen.
Stromversorgungen im Krankenhaus<br />
• Allgeme<strong>in</strong>e Stromversorgung AV<br />
• Sicherheitsstromversorgung SV (Notstromaggregate<br />
mit Hubkolben-Verbrennungsmotoren als<br />
Sicherheitsstromquelle)<br />
• Zusätzliche Sicherheitsstromversorgung (<strong>ZSV</strong>),<br />
statisch bzw. rotierend und<br />
• Betriebliche Ersatzstromversorgung<br />
DIN VDE 0100 Teil 710 fordert <strong>in</strong> mehreren ihren Abschnitten<br />
Umschaltung zwischen diesen Stromversorgungen<br />
(Stromquellen und <strong>Netz</strong>en) bei Versorgung von mediz<strong>in</strong>isch<br />
genutzten Bereichen der Gruppe 2.
Forderungen nach DIN VDE 0100 Teil 710 Punkt 514.6<br />
• Es ist der rechnerische Nachweis der selektiven<br />
Abschaltung sowie der Erhaltung der<br />
Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag und zu<br />
hohe Erwärmung zu erbr<strong>in</strong>gen,<br />
• Die Berechnung der m<strong>in</strong>imalen und maximalen<br />
Kurzschlussströme nach DIN VDE 0102 für alle<br />
Verteilungsstromkreise und für ausgewählte<br />
Endstromkreise der Sicherheitsstromversorgung
Wie werden diese Forderungen erfüllt?<br />
• Grundlagenermittlung (Ermittlung von Verbrauchern und<br />
deren Zuordnung (AV, SV, <strong>ZSV</strong>, Gruppe 0, 1 oder 2),<br />
Leistungsbilanzen etc.),<br />
• Vorplanung (Analyse bereits ermittelter Grundlagen,<br />
überschlägige Auslegungen etc.),<br />
• Entwurfsplanung = endgültige technische Lösung<br />
Anlagenkomponenten müssen festgelegt, bemessen<br />
und berechnet werden.<br />
Führt der Planer ke<strong>in</strong>e Berechnungen <strong>in</strong> der Entwurfs-,<br />
Genehmigungs- oder Ausführungsplanung, riskiert er,<br />
e<strong>in</strong>e fehlerhafte Planung zu liefern.<br />
Der seriöse Errichter berechnet die Anlage zur se<strong>in</strong>er<br />
Sicherheit im Zuge der Überprüfung.
Warum <strong>Netz</strong>- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?<br />
• Jede el. Anlage muss sowohl unter normalen als auch<br />
unter gestörten Bed<strong>in</strong>gungen sicher funktionieren.<br />
• Fehler bzw. Kurzschlüsse lassen sich nicht völlig<br />
ausschließen und können jederzeit auftreten - zeigt<br />
die Praxis.<br />
• Wenn es so ist, müssen die dynamischen und<br />
thermischen Wirkungen des Kurzschlussstromes mit<br />
Fachkenntnis unter Kontrolle gehalten werden.
Warum <strong>Netz</strong>- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?<br />
• Die Bemessung, Wirtschaftlichkeit (Optimierung) und<br />
Sicherheit der Anlagen s<strong>in</strong>d stark von der Berechnung<br />
der Kurzschlussströme abhängig.<br />
• Die Kurzschlussströme stellen e<strong>in</strong>e wichtige<br />
Bemessungsgrundlage für auszuwählende<br />
Betriebsmittel bzw. Schutztechnik dar.<br />
• So vermeidet man Unter- oder<br />
Überdimensionierungen der Anlage und erzielt man<br />
die kostengünstigste Lösung.
Warum <strong>Netz</strong>- bzw. Kurzschlussstromberechnungen?<br />
• Falsche Auswahl bzw. E<strong>in</strong>stellungen der<br />
Schutztechnik können fatale Wirkungen haben.<br />
• Kurzschluss kann nicht abgeschaltet werden.<br />
• Schutztechnik erkennt den Kurzschluss nicht<br />
rechtzeitig.<br />
• Anlagen werden zerstört (z.B. Leiter und Kontakte<br />
schmelzen wie Eis).<br />
• Es kommt zur Unterbrechung der Stromversorgung.
Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes
Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes
Unterdimensionierung des Kurzschlussschutzes
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
• <strong>Netz</strong>- bzw. Kurzschlussstromberechnungen müssen<br />
folgende Merkmale enthalten:<br />
1) Lastflussberechnungen:<br />
- Ermittlung der Betriebsströme der Stromkreise bzw.<br />
der <strong>Netz</strong>knoten,<br />
- Ermittlung und Bestimmung der Leiterquerschnitte.
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
2) Kurzschlussstromberechnungen nach DIN VDE<br />
102 zur Ermittlung der kle<strong>in</strong>sten und größten<br />
Kurzschlussströme:<br />
• Festlegung bzw. Überprüfung der<br />
Kurzschlussfestigkeit der Anlagenkomponenten,<br />
• richtige Auswahl und E<strong>in</strong>stellung der<br />
Schutztechnik zur Abschaltung von Fehlern,<br />
• Überprüfung der Ansprechsicherheit der<br />
Überstromschutze<strong>in</strong>richtungen.
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
3) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen<br />
Überlast nach DIN VDE 0100 Teil 430 von Kabel- und<br />
Leitungsanlagen.<br />
4) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen<br />
Kurzschluss nach DIN VDE 0100 Teil 430 bzw. DIN<br />
VDE 0103 von Kabel- und Leitungsanlagen.
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
5) Überprüfung bzw. Festlegung des Schutzes gegen<br />
gefährliche Körperströme bzw. des Schutzes bei<br />
<strong>in</strong>direktem Berühren durch automatische<br />
Abschaltung der Stromversorgung nach DIN VDE<br />
0100 Teil 410.<br />
6) Überprüfung bzw. Festlegung des<br />
Spannungsabfalls auf Stromschienenverteilern,<br />
Kabel- und Leitungsanlagen nach DIN VDE 0100<br />
Teil 520.
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
7) Selektivitätsbetrachtungen der Kaskaden von<br />
Schutzorganen vom Endstromkreis bis zur<br />
Trafostation bzw. dem Generatorschaltschrank<br />
nach DIN VDE 0660 Teil 101 - A1.<br />
Bei bestehenden <strong>Netz</strong>en ist e<strong>in</strong>e nachträgliche<br />
Nachrüstung e<strong>in</strong>es selektiven Schutzes sehr oft<br />
unmöglich!!
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
Selektive aufe<strong>in</strong>ander Abstimmung sehr<br />
unterschiedlicher Überstrom-Schutzorgane:<br />
-UMZ,<br />
- Schmelzsicherungen (HH/NH/D/D0/G-Sicherung),<br />
- Leitungsschutzschalter, SLS,<br />
- Leistungsschalter (nullpunktlöschende,<br />
strombegrenzende, mit Zeitstaffelung),<br />
- Sekundärrelais mit Überstromauslösung,<br />
- Differenzialschutzrelais etc.
Merkmale der <strong>Netz</strong>berechnungen<br />
8) Untersuchung und Berechnung der Stromkreise mit<br />
motorischen Lasten, dynamisch und statisch.<br />
9) Berechnung der USV-Anlagen, statisch oder<br />
rotierend und<br />
10) Berechnung der <strong>ZSV</strong>-Anlagen, statisch oder<br />
rotierend.<br />
Unterschiedliche Anforderungen an USV und <strong>ZSV</strong><br />
unbed<strong>in</strong>gt beachten!
Gefahren bei Schleifenwiderstandsmessungen<br />
Welche Kurzschlussströme können durch die Messung<br />
der Schleifenwiderstände ermittelt werden?<br />
Nur generatorferne, nicht generatornahe, ke<strong>in</strong>e<br />
motorischen Lasten, ke<strong>in</strong>e elektronischen Stromquellen.<br />
Schleifenwiderstands- Messgeräte nach DIN VDE 0413<br />
Teil 3 verwenden. +_ 30% zulässiger Gebrauchsfehler.<br />
Fehlerquellen (Messgerät, Leitertemperatur, cosf, U)<br />
Impedanzw<strong>in</strong>kel (Leiterquerschnitt) beachten!<br />
Da das Messergebnis = das Augenblicksergebnis ist, ist<br />
e<strong>in</strong>e Umrechnung der Messergebnisse auf maximale und<br />
m<strong>in</strong>imale Spannung und Leitertemperatur erforderlich!
Berechnungen zur Auslegung des <strong>ZSV</strong>-<strong>Netz</strong>es :<br />
1) AV-Betrieb (EUE-(Mitlauf / Dauer)-Betrieb) der <strong>ZSV</strong><br />
mit Speisung aus dem MS-<strong>Netz</strong>,<br />
2) SV-Betrieb (EUE-(Mitlauf / Dauer)-Betrieb) der <strong>ZSV</strong><br />
mit Speisung aus dem Notstromaggregat,<br />
3) Wechselrichter-Betrieb der <strong>ZSV</strong> mit Speisung aus der<br />
Batterie
Statische <strong>ZSV</strong> im Batteriebetrieb<br />
Die dritte Berechnung ist besonders wichtig.<br />
Entstehende Kurzschlüsse während des<br />
Batteriebetriebes der <strong>ZSV</strong> rufen kle<strong>in</strong>ere<br />
Kurzschlussströme hervor.<br />
Falsche Berechnung und falsche Komponenten-<br />
Auswahl können zum Totalausfall des <strong>ZSV</strong>- <strong>Netz</strong>es<br />
mit se<strong>in</strong>en fatalen Folgen führen.
Statische <strong>ZSV</strong> im Batteriebetrieb<br />
Um das zu vermeiden, s<strong>in</strong>d die Bemessung und Auswahl<br />
anhand der Berechnungsergebnisse von:<br />
- <strong>ZSV</strong>,<br />
- IT- Trenntransformator,<br />
- Leitungsnetz und<br />
- Überstromschutze<strong>in</strong>richtungen sowie<br />
- Überprüfung der erforderlichen Abschaltbed<strong>in</strong>gungen<br />
bzw. Umschaltbed<strong>in</strong>gungen und der Selektivität<br />
mit besonderer Sorgfalt durchzuführen.
Statische <strong>ZSV</strong> im Batteriebetrieb<br />
• Wechselrichter wird bei Kurzschluss enorm<br />
beansprucht. Zu se<strong>in</strong>em Schutz spricht se<strong>in</strong>e<br />
Schutze<strong>in</strong>richtung nach der begrenzten Zeit an, und<br />
schaltet die komplette <strong>ZSV</strong> ab!<br />
• Bei Kurzschluss bricht die Ausgangsspannung der <strong>ZSV</strong><br />
zusammen.<br />
• Spannungse<strong>in</strong>bruch darf maximal 500 ms andauern,<br />
damit die <strong>ZSV</strong>- Verbraucher nicht bee<strong>in</strong>trächtigt<br />
werden.<br />
• <strong>ZSV</strong>- Abgangssicherung muss <strong>in</strong>nerhalb dieser Zeit<br />
auslösen, damit diese beiden Fälle nicht e<strong>in</strong>treten!
Notwendige Daten der <strong>ZSV</strong> im Batteriebetrieb<br />
• Planer und Errichter sollen sich auf pauschale<br />
Angaben der <strong>ZSV</strong>-Hersteller nicht verlassen.<br />
• Sie müssen sich mit dem Verhalten der <strong>ZSV</strong> unter<br />
Kurzschlussbed<strong>in</strong>gungen vertraut machen.<br />
• Ausgangskennl<strong>in</strong>ie U / I (beschreibt die <strong>ZSV</strong>-<br />
Impedanz bzw. physikalische Vorgänge und<br />
Kurzschlussverhalten) muss vom <strong>ZSV</strong>- Hersteller<br />
angefordert werden.<br />
• <strong>ZSV</strong> regelt die treibende Spannung nach bzw.<br />
begrenzt die Leistung des Wechselrichters –<br />
schwankende <strong>ZSV</strong>- Impedanz!
Ausgangs- U / I Kennl<strong>in</strong>ie<br />
• 3 Arbeitsbereiche:<br />
1) Spannung wird konstant gehalten bis AP1,<br />
2) Leistungsbegrenzung zwischen AP1 und AP2,<br />
3) Strombegrenzung ab AP2<br />
• 2 charakteristische Punkte<br />
AP1 – Übergang <strong>in</strong> den Kurzschlussbetrieb<br />
AP2 - Übergang <strong>in</strong> den Strombegrenzungsmodus
Kurzschlussstromberechnung<br />
• Kurzschlussstromberechnung nach DIN VDE 0102<br />
nicht möglich – es besteht ke<strong>in</strong> genauer Wert der<br />
<strong>ZSV</strong>- Impedanz im S<strong>in</strong>ne der DIN VDE 0102.<br />
• Ke<strong>in</strong>e Modellierung bzw. Feststellung e<strong>in</strong>er WR-<br />
Impedanz <strong>in</strong> der DIN VDE 0102 zu f<strong>in</strong>den!?<br />
• Kurzschlussstromberechnungsprogramme rechnen<br />
falsch!<br />
• Kurzschlussstromberechnung muss leider von Hand<br />
erstellt werden!
Auswahlfaktoren der <strong>ZSV</strong>- Abgangssicherung<br />
• Bemessungssche<strong>in</strong>leistung des IT-<br />
Trenntransformators,<br />
• E<strong>in</strong>schaltrush des IT- Trenntransformators,<br />
• Selektivität zum nachgeschalteten<br />
Leitungsschutzschalter,<br />
• Aschaltzeit (< 500 ms) und<br />
• Kurzschlussströme<br />
Aufe<strong>in</strong>ander Abstimmung mit wahren Werten des<br />
Kurzschlussstromes nötig! Hersteller der IT-<br />
Trenntransformators empfiehlt meistens zu große<br />
<strong>ZSV</strong>- Abgangssicherung.
Referent<br />
Dipl. Ing. Dragan Sofic<br />
<strong>Netz</strong>berechnung / Planung / Prüfung<br />
EAB Elektroanlagenbau<br />
GmbH Rhe<strong>in</strong>/Ma<strong>in</strong><br />
Neu-Isenburg<br />
Tel.: 069 / 63390-401 (Privat: 06172 / 833 46)<br />
Fax.: 069 / 63390-370<br />
Mail: dragan.sofic@eab-rhe<strong>in</strong>-ma<strong>in</strong>.de<br />
(DSofic@web.de)