Seit dem Jahr 2000 gibt die Verordnung zum Schutz vor nichtionisierender Strahlung (NISV) Grenzwerte für die zulässige Belastung durch elektromagnetische Felder vor. Die Energieversorger haben daraus gelernt, wie man mit kluger Bauweise und allenfalls mit zusätzlichen Abschirmungsmassnahmen die Emissionen von elektrischen Übertragungs- und Verteilsystemen verringern kann, und damit verbunden auch deren negative Folgen. Trafostationen können deshalb nicht mehr beliebig konstruiert, platziert und verkabelt werden. Anders verhält es sich im Installationsbereich, wo die NISV nicht zur Anwendung kommt. Dort herrscht diesbezüglich ein gros-ses Manko, insbesondere in der Ausführung von Starkstromverbindungen. Diese werden häufig mit Einzelleiter oder Schienensystemen ausgeführt, ohne dass sich die Planer über die möglichen Folgen Gedanken machen.
Summenströme verursachen Probleme bei sensiblen Verbrauchern
Wenn Vor- und Rückströme in einem Stromkreis nicht gleich gross sind, spricht man von einem Summenstrom. Solche Ströme können hohe Werte von weit über 10 A annehmen und sind in der Praxis weit verbreitet. Die im Kabel fehlenden Rückströme können im Gebäude auf allen elektrisch leitenden Teilen nachgewiesen werden wie Erdleiter, Armierungen, Gas- und Wasserleitungen, Lüftungskanälen oder Kabeltras-sen. Dort verursachen sie unter anderem Magnetfelderhöhungen und Korrosionsschäden. Darüber hinaus sind Summenströme entscheidend beteiligt an kostspieligen EMV-Problemen in EDV-Netzwerken und Rechenzentren oder auch an medizinischen Diagnosegeräten, elektronischen Steuerungen sowie an hochsensiblen Forschungs- und Entwicklungsinstrumenten.
Die Ursachen für Summenströme werden oft verkannt
Summenströme entstehen aus unterschiedlichen Gründen: Wegen der Mehrfacherdung des PEN-Leiters teilt sich der PEN-Strom auf. In der Folge ist der Summenstrom gemessen über L1, L2, L3 und PEN nicht mehr Null. Die negativen Folgen sind Erdpotenzialverschiebungen, erhöhte Magnetfelder oder Korrosionsschäden an Eisenarmierungen sowie Gas- und Wasserleitungen. Auch induzierte Schutzleiterspannungen im Netzsystem TN-S führen zu Summenströmen. Die Kopplungsspannung zwischen zwei Leitern hängt unter anderem auch von deren Abstand ab. Wenn die Abstände der Aussenleiter gegenüber dem PE unterschiedlich sind, ist die Summe der PE-Koppelspannungen nicht mehr Null. Bei mehrfach geerdetem PE wandelt sich die induzierte Schutzleiterspannung in einen Schutzleiterstrom, der vergleichbare Werte annehmen kann wie im Netzsystem TN-C. Dieser Fall ist vielen Ingenieuren, Elektroplanern und Installateuren weder bewusst noch bekannt. Es stellt sich die berechtigte Frage, ob man Einzelleiter- und Schienensysteme für Starkstromverbindungen nicht grundsätzlich verbieten müsste.
Überhöhte Magnetfelder hemmen die Leistung
Von überhöhten Magnetfeldern spricht man, wenn entweder gesetzliche oder technische Grenzwerte überschritten werden. Bei Einzelleitern und Schienensystemen fällt das magnetische Feld in Bezug auf die Distanz relativ langsam ab. Kommen Summenströme hinzu, verschärft sich das Problem um Potenzen, vor allem bezüglich den technischen Grenzwerten.
Wird bei Einzelleitersystemen pro Phase mehr als ein Leiter benötigt, verteilen sich die Leiterströme nicht wie erwartet gleichmässig, sondern als Folge der Schlaufenbildung total unterschiedlich. Nach dem Induktionsgesetz induziert jede Schlaufe eine Spannung in die Nachbarschlaufe. Wegen der Schlaufenvielzahl sind die Auswirkungen rein theoretisch schwierig zu bestimmen. Wie Beispiele aus der Praxis zeigen, können diese massiv leistungshemmend sein. Bei genauer Betrachtung erkennt man zudem, dass die Addition der Teilströme nicht mehr mit dem Laststrom übereinstimmen muss. Wird die Leiterzahl erhöht, multipliziert sich das Problem – eine weitere Schwierigkeit, verursacht durch Einzelleiter- und Schienensysteme. Aufgrund dieser Auswirkungen darf das gesamte Starkstromübertragungssystem wegen der Gefahr einer Leiterüberhitzung nicht mehr mit Nennstrom betrieben werden, sondern nur noch mit 60 bis 70 Prozent.
Ein spezielles Kabel reduziert das magnetische Feld
Die beschriebenen Probleme werden mit dem PowerCable von CFW auf pragmatische Weise gelöst. Die patentierte Idee besteht darin, dass die Aussenleiter (L1, L2, L3, N) optimal verseilt um den zentral geführten Schutzleiter angeordnet sind. Damit wird die magnetische Feldabstrahlung auf ein Minimum reduziert und die induzierte Schutzleiterspannung verschwindet komplett. Somit entfallen die sonst unvermeidlichen Hysterese-, Wirbelstrom- und Summenstromverluste. Möglich wurde diese Kabelkonstruktion dank der Verwendung von weichen Litzen der Klasse 5 sowie modernen Isolationsmaterialien.
Strahlungsarme Stromversorgung ohne teure Massnahmen
Bei Starkstromverbindungen verkennen viele Techniker die Probleme und negativen Folgen bei der Verwendung von Einzelleitern und Schienensystemen. Käme die Verordnung zum Schutz gegenüber nichtionisierender Strahlung (NISV) auch im Installationsbereich zur Anwendung, hätte dies tiefgreifende Konsequenzen.
In der heiklen Medizintechnik sowie bei der Erstellung von Forschungs- und Entwicklungsstätten hat man die Problematik zwar erkannt, muss sich aber immer wieder mit zeitraubenden und teuren Massnahmen befassen. Mit dem konsequenten Einsatz der PowerCable-Technologie als Starkstromverbindung vom Transformator bis zum Verbraucher, gibt es eine effiziente Lösung für die üblichen NISV- und EMVU-Probleme. Für grosse Ströme dürfen vorbehaltlos mehrere Kabel parallel geschaltet werden.
Gesünder leben durch umwelt- verträgliche Elektroinstallationen
Auf diese Weise werden sowohl die gesetzlichen als auch die technischen Grenzwerte eingehalten. In der Elektrobiologie werden elektromagnetische Immissionen mit gesundheitlichen Risiken in Verbindung gebracht. So ist es nicht verwunderlich, dass in Wohnungen und an Arbeitsplätzen teilweise mit viel Aufwand die negativen Auswirkungen der herkömmlichen Installationspraxis gemindert werden. Mit der konsequenten Umsetzung einer umweltverträglichen Starkstrominstallation entfallen diese Massnahmen.
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