Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

M 1.74 EMV-taugliche Stromversorgung

Verantwortlich für Initiierung: Leiter IT

Verantwortlich für Umsetzung: Haustechnik

Absolut unverzichtbare Grundlage für die störungsfreie Funktion moderner IT-Systeme sowie der für deren Betrieb erforderlichen Supportsysteme (von der USV über die NEA bis hin zur Klimatechnik) ist eine EMV-taugliche Stromversorgung. Zwar ist diese Thema so komplex, dass es sich einer umfassenden Beschreibung in einer IT-Grundschutz-Maßnahme entzieht, es sollen hier aber die wesentlichen Grundlagen dargestellt werden, ohne deren Umsetzung alle weiterführenden Maßnahmen erfolglos bleiben.

TN-S-System und Zentraler Erdungspunkt

Seit Oktober 2010 enthält die Norm DIN VDE 0100-444 "Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 4-444: Schutzmaßnahmen -Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen" im Teil 444.4.3.1 zu TN-C-Systemen folgende Feststellung:

"TN-C-Systeme dürfen in neu errichteten Gebäuden, die eine wesentliche Anzahl von informationstechnischen Betriebsmitteln enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden, nicht verwendet werden. Es wird empfohlen, in bestehenden Gebäuden TN-C-Systeme nicht beizubehalten, wenn diese Gebäude eine wesentliche Anzahl von informationstechnischen Betriebsmitteln enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden."

Und zu TN-S-Systemen heißt es dort im Teil 444.4.3.2:

"Anlagen in neu errichteten Gebäuden müssen von der Einspeisung an als TN-S-System errichtet werden. In bestehenden Gebäuden, die bedeutende informationstechnische Betriebsmittel enthalten oder wahrscheinlich enthalten werden und die aus einem öffentlichen Niederspannungsnetz versorgt werden, sollte ab dem Anfang der Installationsanlage ein TN-S-System errichtet werden."

Damit trägt die VDE der Tatsache Rechnung, dass für den ordnungsgemäßen Betrieb von IT -Systeme als Mindestvoraussetzung das Stromversorgungsnetz als TN-S-System aufgebaut sein muss. Die Richtlinie VDI 3551 "Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) in der Technischen Gebäudeausrüstung" von 01-2011 unterstützt zudem verbindlich die Forderungen nach einem TN-S-System mit automatischer Überwachung.

Der wesentliche Unterschied zwischen den beiden Formen TN-C und TN-S ist der, dass es im TN-S-System nur einen einzigen Punkt gibt, an dem der N-Leiter und der PE-Leiter miteinander verbunden sind. Dieser Punkt ist der Zentrale Erdungspunkt (ZEP).

Da bei einem TN-S-System ab dem ZEP die gesamte weitere Installation 5-drähtig ausgeführt ist (die drei Phasen sowie N und PE getrennt), wird es auch "5-Leiter-Netz" genannt.

Der ZEP liegt so nah wie möglich bei der Einspeisung. Er ist nicht nur das funktionale Herzstück eines TN-S-Systems. Er stellt auch einen ersten, sehr einfach nutzbaren Messpunkt für die Güte des TN-S-Systems dar, also für die EMV-Tauglichkeit der Stromversorgung. Da vom ZEP aus gesehen das gesamte PE-System der Stromversorgung eine Sackgasse ist, es also keine weitere Verbindung mit einem anderen Leitersystem, speziell mit dem N-Leiter gibt, kann der reinen Physik nach auch kein Strom über den ZEP fließen.

Hinweis: In der Schweiz gehen einige verantwortungsbewusste Energieversorger inzwischen sogar schon dazu über, den ZEP in ihrem Zuständigkeitsbereich, also schon direkt an dem Verteiler zu realisieren, aus dem heraus eine Endverbraucher versorgt wird. Damit entfällt der ZEP beim Endverbraucher.

Leider verfügen moderne elektronische Geräte, also nahezu alle IT-Geräte über Netzteile, die einen mehr oder weniger hohen Strom auf dem PE-System bewirken, den sogenannten Ableitstrom. Dieser darf entsprechend der aktuellen Normenentwürfe ca. 0,2 Promille des Arbeitsstroms nicht überschreiten. Pro 1 A Arbeitsstrom sind also maximal 0,2 mA Ableitstrom zulässig. Dieser Strom fließt zwangsläufig auch über den ZEP und kann dort gemessen werden. Da der Ableitstrom in einem begrenzten Verhältnis zum Arbeitsstrom steht, kann aus dem Vergleich zwischen den tatsächlichen Werten von Arbeits- und Ableitstrom ermittelt werden, ob das TN-S-System ordnungsgemäß betrieben wird.

Ist der Strom über den ZEP zu hoch, kann das mehrere Ursachen haben. Die beiden wesentlichen Ursachen sind zum einen Defekte in Geräten oder zum anderen, dass es neben dem ZEP irgendwo im Netz mindestens eine weitere, also unzulässige Verbindung zwischen dem PE-System und dem N-Leiter gibt. Im ersten Fall ist das defekte Gerät auszutauschen. Im zweiten Fall muss diese zusätzliche PE-N-Verbindung (auch Nullung genannt) beseitigt werden.

Messpunkt, Messbarkeit

Allein die Messung des Stroms über den ZEP ist aber bei weitem noch nicht alles, was für den ordnungsgemäßen Betrieb eines TN-S-Systems getan werden kann und muss. Das Netz, und hier in vorderster Linie die Verteilungen, müssen mechanisch, also mit ausreichend Platz, so aufgebaut werden, dass zumindest in den Zuleitungen der Verteilungen folgende Messungen mit einer Strommesszange durchgeführt werden können:

  • Strom über den ZEP (Dieser sollte durch entsprechende Beschriftung seines Installationsortes leicht auffindbar sein.)
  • Strom jedes einzelnen Leiters (L1, L2, L3, N, PE)
  • Strom aller drei Phasen gemeinsam (L1 & L2 & L3)
  • Strom über die drei Phasen und den N-Leiter (L1 & L2 & L3 & N)

Mit diesen Messwerten können Fachleute weitere wichtige Erkenntnisse über den Betriebszustand des TN-S-Systems gewinnen.

Solche Messungen mit einer Strommesszange liefern aber immer nur Momentaufnahmen, die zwar wertvoll sein können, aber eine abschließende Aussage über die EMV-Tauglichkeit der Stromversorgung nicht zulassen. Hierfür sind weitere Maßnahmen erforderlich.

Netzanalyse

Eine wirklich belastbare Aussage über das Geschehen in der Stromversorgung ist nur durch eine permanente Netzüberwachung und -analyse möglich. Dabei müssen folgende Werte an wichtigen Knoten der Stromversorgung in Echtzeit gemessen und für eine spätere Auswertung aufgezeichnet werden:

  • Ströme, Spannungen und Frequenzen auf allen 5 Leitern
  • Wirk-, Blind- und Scheinleistung
  • Frequenzpegel bis in den Bereich von 100 kHz

Nur mit derartigen Echtzeitaufnahmen lassen sich Zeitverläufe erkennen und damit Aussagen darüber machen, welche Ursachen einzelnen Störungen zugrunde liegen. Es reicht keinesfalls aus, lediglich die Pegel der Harmonischen bis 1 kHz als Summengraph über ein bestimmtes Zeitfenster zu ermitteln.

Trennungsabstände auf Trassen und in Verteilungen

Eine der wichtigen Ursachen für Störungen, die über die Stromversorgung auf IT-Systeme wirken, sind magnetische Felder. Magnetische Felder sind nur mit extremem Aufwand und damit in der Praxis nicht abschirmbar. Das einzige, was hier zweckmäßig wäre, ist Abstand. Der ist aber in den Verteilungen und auf Kabelbahnen in der Regel nicht gegeben. Daher muss besonderes Augenmerk darauf gelegt werden, solche Felder gar nicht erst entstehen zu lassen. Auch hierzu werden wegen der Komplexität des Themas nur ein paar wesentliche Hinweise gegeben.

Der Abstand zwischen den drei Phasen und dem zugehörigen N-Leiter soll immer so gering wie möglich gehalten werden. Auf Kabelbahnen ist das relevant, wenn z. B. aus verlegetechnischen Gründen die fünf Leiter (L1, L2, L3, N, PE) als Einzelleiter verlegt werden.

Bei dieser Art der Verlegung entstehen durch die relativ großen Abstände zwischen den drei Phasen (L1, L2, L3) und dem N-Leiter große magnetische Felder, die sowohl auf den PE-Leiter als auch auf das Kabeltragsystem einkoppeln und dort unerwünschte Ströme induzieren.

Werden die Einzeladern hingegen als 5-Leiter-Bündel verlegt, also jedes Bündel mit L1, L2, L3, N und PE, fallen die magnetischen Felder wesentlich kleiner aus und damit auch die induzierten Ströme und deren negative Folgen.

In Verteilungen ist darauf zu achten, dass der N-Leiter nicht auf getrennten Wegen durch die Verteilung geführt wird, sondern auch hier immer möglichst nah bei den drei Phasen verlegt wird. Eine solche enge Verlegung ist das einfachste und zugleich wirksamste Mittel, der Entstehung elektromagnetischer Felder entgegenzuwirken.

Der PE-Leiter darf und sollte hingegen in Verteilungen räumlich deutlich getrennt von dem L1-L2-L3-N-Quartett verlegt werden. Durch diesen Abstand wird die magnetische Überkopplung von Strömen auf den PE-Leiter stark reduziert.

Ergänzend sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass die in der Blitzschutznorm DIN EN 62305:2006-10 "Blitzschutz" genannten Leiterabstände beim Einbau von Überspannungsableitern einzuhalten sind.

Des Weiteren ist der Trennungsabstand nach DIN EN 50174-2 "Installation von Kommunikationsverkabelung - Teil 2: Installationsplanung und Installationspraktiken in Gebäuden" und nach der Norm VDE 0100-444:2010 "Errichten von Niederspannungsanlagen - Teil 4-444: Schutzmaßnahmen - Schutz bei Störspannungen und elektromagnetischen Störgrößen" zu beachten. Die darin erhobenen Forderungen können im Bestand jedoch selten eingehalten werden. Hier sind aber zumindest die normativ vorgegebenen Abstände soweit wie irgend möglich zu realisieren.

Prüffragen:

  • Ist das Stromverteilungsnetz als TN-S-System aufgebaut?

  • Ist der ZEP in den Plänen und an seinem Standort deutlich erkennbar beschriftet?

  • Ist der ZEP für eine Messung mit einem Zangenamperemeter zugänglich?

  • Ist die Güte des TN-S-Systems lediglich durch die Ablesung von Momentanwerten beurteilbar oder gibt es eine in Echtzeit aufzeichnende Netzanalyse?

  • Wird bei Aufbau und Betrieb des Stromverteilnetzes die empfohlenen Trennungsabstände soweit wie möglich eingehalten?

Stand: 13. EL Stand 2013

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