Auswahlkriterien für TT-, TN- und IT-Systeme
Aus Planungskompendium Energieverteilung
Die Wahl hängt nicht von Sicherheitskriterien ab. Die drei Systeme sind hinsichtlich der Personensicherheit gleichwertig, wenn alle Anlagen- und Betriebsvorschriften korrekt eingehalten werden.
Die Auswahlkriterien für das beste System hängen von den örtlichen Vorschriften, der erforderlichen Betriebskontinuität, den Betriebsbedingungen und den Netz- und Verbrauchertypen ab.
Hinsichtlich des Personenschutzes sind die drei Systeme nach Art der Erdverbindung gleichwertig, wenn alle Anlagen- und Betriebsvorschriften korrekt eingehalten werden. Folglich hängt die Wahl nicht von Sicherheitskriterien ab.
Die Wahl des am besten geeigneten Systems erfolgt durch Kombination aller Anforderungen hinsichtlich der Vorschriften, Betriebskontinuität, Betriebsbedingungen und Netz- und Verbrauchertypen (siehe Abb. E37).
Die Wahl wird durch folgende Faktoren bestimmt:
- Vor allem durch die gültigen Vorschriften, die in einigen Fällen bestimmte Systeme nach Art der Erdverbindung erforderlich machen.
- Zweitens durch die Entscheidung des Betreibers, wenn die Versorgung über eine mittelspannungsseitige Einspeisung erfolgt oder wenn der Betreiber über eine private Energieerzeugung verfügt (oder einen Transformator mit getrennten Wicklungen)
Die Entscheidung des Betreibers über das einzusetzende System nach Art der Erdverbindung ist mit dem Netzplaner abzustimmen (Planungsbüro, Installateur).
Dabei ist Folgendes zu besprechen:
- Erstens die Betriebsanforderungen (die erforderliche Betriebskontinuität) und die Betriebsbedingungen (Wartung durch Elektro-Fachpersonal gewährleistet oder nicht, innerbetriebliches oder fremdes Personal usw.)
- Zweitens die speziellen Eigenschaften des Netzes und der Verbraucher (siehe Abb. E38 auf der nächsten Seite)
Abb. E37 – Vergleich der Systeme nach Art der Erdverbindung
| TT | TN-S | TN-C | IT1[a] | IT2[b] | Anmerkungen | |
|---|---|---|---|---|---|---|
| Elektrische Kenndaten | ||||||
| Fehlerstrom | - | - - | - - | + | - - | Nur das IT-System kann bei erstem Fehlerstrom weiter betrieben werden. |
| Fehlerspannung | - | - | - | + | - | Im IT-System ist die Berührungsspannung beim ersten Fehler sehr klein, beim zweiten Fehler jedoch beträchtlich. |
| Berührungsspannung | +/- - | - | - | + | - | Im TT-System ist die Berührungsspannung bei Potentialausgleich des Systems sehr klein, anderenfalls ist sie hoch. |
| Schutz | ||||||
| Schutz von Personen bei indirektem Berühren | + | + | + | + | + | Alle Systeme nach Art der Erdverbindung sind gleichwertig, wenn die Vorschriften eingehalten werden. |
| Schutz von Personen mit Ersatzstromversorgungsanlagen | + | - | - | + | - | Durch Fehlerstromschutzeinrichtung geschützte Systeme sind gegenüber einer Änderung der internen Impedanz der Quelle unempfindlich. |
| Brandschutz (mit Fehlerstromschutzeinrichtung) | + | + | Nicht Zulässig |
+ | + | Alle Erdungssysteme, in denen RCDs verwendet werden können, sind gleichwertig. In feuergefährdeten Betriebsstätten ist das TN-C-System nicht gestattet. |
| Überspannungen | ||||||
| Dauerüberspannung | + | + | + | - | + | Eine Überspannung zwischen Außenleiter und Erde ist im IT-System dauerhaft, wenn ein erster Isolationsfehler auftritt. |
| Transiente Überspannung | + | - | - | + | - | Systeme mit hohen Fehlerströmen können transiente Überspannungen verursachen. |
| Überspannung bei Ausfall des Transformators (primär/sekundär) | - | + | + | + | + | Im TT-System liegt eine Spannungsunsymmetrie zwischen den verschiedenen Erdern vor. Die anderen Systeme sind an einen einzigen Erder angeschlossen. |
| Elektromagnetische Verträglichkeit | ||||||
| Schutz gegen nahegelegenen Blitzeinschlag | - | + | + | + | + | Im TT-System kann eine Spannungsunsymmetrie zwischen den Erdern vorliegen. Im TT-System liegt ein hochohmiger Schleifenwiderstand zwischen den zwei separaten Erdern vor. |
| Schutz gegen Blitzeinschlag in MS-Leitungen | - | - | - | - | - | Alle Erdungssysteme sind bei direktem Blitzeinschlag in MS-Leitungen gleichwertig. |
| Permanente Ausstrahlung eines elektromagnetischen Feldes | + | + | - | + | + | Anschluss des PEN an die Metallteile des Gebäudes fördert die kontinuierliche Erzeugung elektromagnetischer Felder. |
| Betriebskontinuität | ||||||
| Unterbrechung beim ersten Fehler | - | - | - | + | + | Nur das IT-System verhindert Auslösung bei erstem Isolationsfehler. |
| Spannungseinbruch während eines Isolationsfehlers | + | - | - | + | - | Die TN-S-, TNC- und IT- (2. Fehler) Systeme erzeugen hohe Fehlerströme, die zu Spannungseinbrüchen an den Außenleitern führen können. |
| Anlage | ||||||
| Spezielle Einrichtungen | - | + | + | - | - | Das TT-System erfordert den Einsatz von Fehlerstromschutzeinrichtungen. Das IT-System erfordert den Einsatz von Isolationsüberwachungseinrichtungen. |
| Anzahl der Erder | - | + | + | -/+ | -/+ | Das TT-System erfordert zwei verschiedene Erder. Beim IT-System kann zwischen einem oder zwei Erdern gewählt werden. |
| Anzahl der Kabel | - | - | + | - | - | Nur das TN-C-System bietet in bestimmten Fällen eine geringere Anzahl an Leitern. |
| Wartung | ||||||
| Reparaturkosten | - | - - | - - | - | - - | Die Reparaturkosten hängen von dem durch die Fehlerströme verursachten Schaden ab. |
| Anlagenschäden | + | - | - | ++ | - | Systeme, die hohe Fehlerströme verursachen, erfordern eine umfangreiche Überprüfung der Anlage nach Fehlerbeseitigung. |
Abb. E38 – Einfluss von Netzen und Verbrauchern auf die Wahl der Systeme nach Art der Erdverbindung
| Netztyp | Ratsam | Möglich | Nicht ratsam | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Sehr großes Netz mit Erdern niedriger Impedanz für berührbare leitfähige Teile (10 Ω max.) | 
|
TT, TN, IT[a]
oder gemischt |
|||||
| Sehr großes Netz mit Erdern hoher Impedanz für berührbare leitfähige Teile (> 30 Ω) |
|
TN | TN-S | IT[a] TN-C | |||
| Bereich mit Störungen (Unwetter) (z. B. Fernseh- oder Radiosender) | 
|
TN | TT | IT[b] | |||
| Netz mit hohen Kriechströmen (> 500 mA) | 
|
TN[c] | IT[c] TT[d][c] |
||||
| Netz mit Freileitungen | 
|
TT[e] | TN[e][f] | IT[f] | |||
| Ersatzstromversorgungen | 
|
IT | TT | TN[g] | |||
| Verbrauchertypen | |||||||
| Gegenüber hohen Fehlerströmen empfindliche Verbraucher (Motoren usw.) | 
|
IT | TT | TN[h] | |||
| Verbraucher mit niedrigem Isolationspegel (Elektroöfen, Schweißmaschinen, Heizelemente, Tauchsieder, Geräte in Großküchen) | 
|
TN[i] | TT[i] | IT | |||
| Einphasige Verbraucher (Außenleiter-Neutralleiter) (mobil, halb-ortsfest, tragbar) | 
|
TT[j] TN-S |
IT[j] TN-C[j] | ||||
| Verbraucher mit veränderlichen Risiken (Aufzüge, Förderbänder usw.) | 
|
TN[k] | TT[k] | IT[k] | |||
| Zahlreiche Zusatzausrüstungen (Werkzeugmaschinen) | 
|
TN-S | TN-C IT[l] |
TT[m] | |||
| Sonstiges | |||||||
| Versorgung über Leistungstransformator in Stern-Stern-Schaltung[n] | 
|
TT | IT ohne Neutralleiter |
IT[n] mit Neutralleiter | |||
| Feuergefährdete Betriebsstätten | 
|
IT[o] | TN-S[o] TT[o] |
TN-C[p] | |||
| Erhöhung der NS-Netzleistung beim Netzbetreiber | 
|
TN[q] | TN-C TN-S |
||||
| Anlage mit häufigen Veränderungen | 
|
TT[r] | TN[s] IT[s] | ||||
| Anlagen mit unsicherer Erdung der Stromkreise (Baustellen, alte Anlagen) | 
|
TT[t] | TN-S | TN-C IT[t] | |||
| Elektronische Geräte (Computer, SPS) | TN-S | TT | TN-C | ||||
| Netz zur Maschinensteuerung und -überwachung, SPS-Sensoren und Aktoren | IT[u] | TN-S, TT | |||||
- ^ 1 2 Wird das System nach Art der Erdverbindung nicht durch Vorschriften festgelegt, wird es entsprechend den Betriebsanforderungen gewählt (Betriebskontinuität, die aus Sicherheitsgründen zwingend notwendig ist oder zur Erhöhung der Produktivität usw. erwünscht ist). Unabhängig vom System nach Art der Erdverbindung erhöht sich die Wahrscheinlichkeit eines Isolationsfehlers mit der Länge des Netzes. Ggf. ist es sinnvoll, das Netz aufzuteilen. Dies erleichtert die Fehlerortung und ermöglicht für jeden Anwendungstyp die Implementierung des oben empfohlenen Systems.
- ^ Durch das Risiko eines Ansprechens der Überspannungsschutzeinrichtung wird der isolierte Neutralleiter zum geerdeten Neutralleiter. Diese Risiken sind hoch für Anlagen in Regionen mit häufigen Gewittern oder für über Freileitungen versorgte Anlagen. Wird das IT-System gewählt, um eine höhere Betriebskontinuität zu gewährleisten, muss der Planer die Auslösebedingungen für einen zweiten Fehler genau berechnen.
- ^ 1 2 3 Unabhängig vom System nach Art der Erdverbindung besteht die ideale Lösung in einer Isolierung des Fehlerbereiches, wenn dieser leicht zu bestimmen ist.
- ^ Risiko einer Fehlauslösung von Fehlerstromschutzeinrichtungen.
- ^ 1 2 Risiko von Fehlern zwischen Außenleiter und Erde, die den Potentialausgleich beeinträchtigen.
- ^ 1 2 Aufgrund von Feuchtigkeit und leitendem Staub kann sich der Isolationswiderstand verändern.
- ^ Das TN-System wird aufgrund des Risikos eines Generatorschadens im Fall eines internen Fehlers nicht empfohlen.
- ^ Der Strom zwischen Außenleiter und Erde kann ein Vielfaches von In betragen. Somit erhöht sich das Risiko der Beschädigung oder einer schnelleren Abnutzung der Motorwicklungen oder der Zerstörung der magnetischen Stromkreise.
- ^ 1 2 Um Betriebskontinuität mit Sicherheit zu kombinieren, ist es notwendig und ratsam, unabhängig vom System nach Art der Erdverbindung, diese Verbraucher von der restlichen Anlage zu trennen.
- ^ 1 2 3 Hat die Qualität der Verbraucher keine Priorität, besteht das Risiko, dass der Isolationswiderstand schnell abnimmt. Der Einsatz von Fehlerstromschutzeinrichtungen ist die beste Lösung zur Vermeidung von Problemen.
- ^ 1 2 3 Die Beweglichkeit dieses Verbrauchertyps verursacht häufig Fehler (Schleifkontakt zur Verbindung der berührbaren leitfähigen Teile), die behoben werden müssen. Unabhängig vom System nach Art der Erdverbindung ist es ratsam, diese Stromkreise mit separaten Transformatoren zu versorgen.
- ^ Mit einer doppelten Unterbrechung im Steuerungsstromkreis.
- ^ Erfordert die Verwendung von Transformatoren mit lokalem TN-System, um Betriebsrisiken und Störungsauslösungen beim ersten Fehler (TT) oder bei einem Doppelfehler (IT) zu vermeiden.
- ^ 1 2 Zu starke Begrenzung des Stroms zwischen Außenleiter und Neutralleiter aufgrund des hohen Wertes der Impedanz (mind. 4-5-mal so groß wie die Mitimpedanz). Dieses System muss durch eine Stern-Dreieck-Schaltung ersetzt werden.
- ^ 1 2 3 Unabhängig vom System muss die Fehlerstromschutzeinrichtung auf ∆n ≤ 500 mA eingestellt werden.
- ^ Durch die hohen Fehlerströme stellt das TN-System eine Gefahr dar. Das TN-C-System ist nicht gestattet.
- ^ In einer durch den Netzbetreiber mit NS-Energie versorgten Anlage wird im Allgemeinen das TN-System eingesetzt. Die Erhaltung des Systems nach Art der Erdverbindung bedeutet möglichst wenig Veränderungen am vorhandenen Netz (keine zu verlegenden Kabel, keine zu verändernden Schutzeinrichtungen).
- ^ Möglich ohne spezialisiertes Wartungspersonal.
- ^ 1 2 Dieser Anlagentyp erfordert besondere Aufmerksamkeit hinsichtlich der Erhaltung der Sicherheit. Da im TN-System keine vorbeugenden Maßnahmen getroffen werden, ist zur längerfristigen Gewährleistung der Sicherheit Fachpersonal erforderlich.
- ^ 1 2 Ein Fehler im Schutzleiter (Versorgung, Schutz) kann zum Verlust des Potentialausgleichs der berührbaren leitfähigen Teile führen. Ein TT-System oder ein TN-S-System mit 30 mA-Fehlerstromschutzeinrichtungen ist ratsam und häufig obligatorisch. Das IT-System kann in besonderen Fällen verwendet werden.
- ^ Diese Lösung verhindert Fehlauslösungen bei unerwartetem Erdschluss.
