Niederspannungsnetz

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Niederspannungsnetze sind ein Teil des Stromnetzes zu Verteilung der elektrischen Energie. Sie werden mit Spannungen zwischen 230 V / 400 V (einphasig/dreiphasig) bis zu 1000 V betrieben. Sie dienen der Versorgung der Endverbraucher und werden in verschiedenen Netzformen ausgeführt. In der Regel werden 20 kV (oder 10 kV) bis zu einer Transformatorenstation in unmittelbarer Nähe der Wohngebiete zugeführt. Die Trafoanlage transformiert die Spannung in ein Drehstromnetz mit 230 V Strang- oder Phasenspannung, Außenleiterspannung gegen den geerdeten Sternpunkt und 400 V zwischen zwei Außenleitern untereinander.

Die Arten der Netzausführung unterscheiden sich in:

• TN-System (engl. terra-neutral)
• TT-System (engl. terra-terra): Verwendung in Netzen mit der Schutzmaßnahme Erdung. Der Sternpunkt beim Trafo, als auch der beim Verbraucher ist mit der Erdungsanlage galvanisch verbunden. Ein Seilriß verursacht hohe Ströme in und durch das Erdreich bis zur Erdungsanlage beim Trafo. Die Sicherung(en) schaltet(en) augenblicklich ab. Ob eine oder mehrere (max. drei) Sicherungen abschalten, hängt davon ab, wie das gerissene Phasenseil die übrigen (3) Leiter berührt, oder nicht berührt. Metallische Berührungen leiten am besten, der Weg über das Erdreich ist jedoch auch ein guter Leiter.

• IT-System (engl. isolated terra): Sogenanntes isoliertes Netz. Verwendung in meist kleinräumigen Industrienetzen. Die Nennspannungen von Industrienetzen liegen meist bei 500 V oder 690 V. IT-Netze haben den Vorteil, dass ein einfacher Fehler (Erdschluss = Kontakt eines Außenleiters mit geerdeten Teilen des Kabels (Kabelschirm) oder geerdeten Konstruktionsteilen) nicht zu eine Versorgungseinschränkung führt. Der Fehler wird von einem Isolationsüberwachungsgerät angezeigt. An der Fehlerstellt fließt ein geringer kapazitiver Strom. Die Höhe des Stromes ist von der Kapazität der in dem Netzbereich zusammengeschalteten Netzkabel abhängig.

Manchmal wird ein etwas kostengünstigerer Trafo mit der Schaltgruppe Yy0 (Stern-Stern 0) verwendet, wobei die Sekundärseite der Wicklungen an einem Ende zum Sternpunkt zusammengeschaltet sind. Besser als die Sternschaltung ist die Schaltgruppe Yz5 (Stern-Zickzack 5), bei der durch die Verteilung des unsymmetrischen Außenleiterstromes auf je 2 Schenkelhälften eines Trafos die Unsymmetrie weitestgehend ausgeglichen wird. Geschieht dieser Ausgleich nicht, dann werden die einzelnen Phasen- oder auch die Außenleiterspannungen beim Verbraucher ungleich hohe Spannungswerte aufweisen, dies deshalb, weil ein starker Strom in einem Leiter (Draht) mehr Spannung durch Leitungsverluste verliert als ein anderer Außenleiter mit nur schwächerem Stromfluss. Alle Spulen, gleichgültig welche der beiden Trafos verwendet werden, sind auf einer Seite verbunden, ausgenommen beim Einsatz im IT-Netz, und der Sternpunkt mit einer besonders guten Erde verbunden, die einen geringen Erdübergangswiderstand aufweist. Gewöhnlich , je nach Stand der einschlägigen Vorschriften. Ist dieser Wert durch Alterung, Beschädigung oder Bodentrockenheit etc. höher, kann es im Fehlerfall zu unzulässig hohen Berührungsspannungen oder Schrittspannungen führen. Denn würde beispielsweise bei Sturm etc. durch Baumwurf ein oberes Außenleiterseil reißen und zu Boden fallen, dann fließt, je nach Bodenbeschaffenheit, Feuchte usw., Strom in den Boden und darin zum Trafo zurück, wobei er bei der Erdungsanlage aus dem Boden austritt, und zum Trafosternpunkt zurück. Da man diesen Zustand wegen der Personengefährdung nicht belassen kann, sind am Ausgangspunkt des Stromes (beim Trafo) bzw. im Verteilerkasten der Trafostation Schmelzsicherungen eingebaut, die vom Strom durchflossen werden. Ein Stromwert, der weit über dem üblichen Stromwert liegt, bringt die Sicherung zum Durchschmelzen. Womit der Strom an der Gefahrenstelle abgeschaltet bleibt.

In den Beschreibungen fallen immer wieder Begriffe wie:

• Außenleiter (L1 L2 L3): Bezeichnung für das hohes Potential führende Ende der Trafospule. Es sind 3 um 120 elektr. Grade versetzte Außenleiter im Drehstromsystem. Umgangssprachlich wird der Außenleiter auch als Phase bezeichnet. Ein Außenleiter gegen Neutralleiter wird umgangssprachlich als Lichtstrom und das Drehstromsystem als Kraftstrom bezeichnet.

• Neutralleiter (N): Dies beschreibt den ausgleichenden Sternpunktleiter im Drehstromsystem. Bei einem symmetrisch belasteten Drehstromsystem heben sich die Ströme in den Außenleitern auf. In dem mitgeführten Sternpunkt (Neutralleiter) fließt kein elektrischer Strom. Erst wenn durch einen 230 V- Verbraucher eine unsymmetrische Last entsteht, gleicht der Strom im Neutralleiter die Unsymmetrie aus.

• Schutzleiter (PE): Dies beschreibt den Leiter der ausschließlich zum Schutz vor gefährlichen Berührungsspannungen an leitenden Oberflächen verwendet wird. Er ist immer grün/gelb gekennzeichnet und an den metallisch leitenden Gehäusen der Elektrogeräte angeschlossen.

Kabel und Leitungen mit alter grauer oder roter Kennzeichnung, sollten aus dem Verkehr gezogen werden.

• Neutralleiter mit Schutzleiterfunktion (PEN):

Ein Neutralleiter aus dem TNC-Netz der die Schutzleiterfunktion mit wahrnimmt. Diese Ausführung ist problematisch, weil im Fehlerfall die Außenleiterspannung an leitenden Oberflächen anliegen kann. Die Rückleitung im unsymmetrischen Drehstromnetz würde im Fehlerfalle fehlen und die Spannung auch auf den Gehäusen anliegen.

• Erdung: Wenn von geerdet oder Erdung gesprochen wird, so ist immer eine leitende Verbindung zur Erde gemeint. Diese wird durch einen Erder hergestellt. Üblich sind Fundamenterder im Hausfundament, Staberder bis 20 m Tiefe oder Bandeisenerder die 15 m lang 1 m tief eingegraben werden. Die Erder der Trafostationen sollen nicht mehr als 2 Ω Widerstand haben. Alle anderen Erder sind meist wesentlich schlechter und stark vom Boden und dem Wetter abhängig.

• Potentialausgleichsleitung: Man schließt damit leitende Oberflächen an den Erder an, die normalerweise keinen Stromanschluß besitzen. Dies betrifft zum Beispiel Duschwannen, Badewannen, Heizungsrohre, Wasserrohre und Gasrohre.

Die Bahn muss unter ihren Fahrleitungen alle metallischen Teile in den Potenzialausgleich einbeziehen, auch Geländer, Uhren und Verkleidungen. Im Rissbereich der Fahrleitung müssen die Leitungen sogar 25 kA/1s Therm. Kurzschlussströme aushalten. Der elektrische Spannungsabfall durch Fahrleitungskurzschlüsse würde sonst zu hohe Spannungen erzeugen.

[Bearbeiten] Weitere Anwendungen

Niederspannungsnetze werden nicht nur zur elektrischen Energieversorgung verwendet, sondern auch zur Nachrichtenübertragung. Insbesondere erfolgen über Niederspannungsnetze die Übertragung so genannter Rundsteuersignale und in manchen Länder auch höherfrequente Datensignale mittels Trägerfrequenzmodems (engl. powerline).

Siehe auch: Einphasenwechselstrom