Netzformen zur Stromversorgung - ein Vergleich

Netzsysteme

Elektrische Netze werden in der Niederspannung unterschieden nach

  • Stromart: AC, DC, 3(N)AC
  • Art und Anzahl der aktiven Leiter des Systems:L1, L2, L3, N bzw. L+, L-
  • Art der Erdverbindung des Systems: IT, TT, TN

Die Wahl der Erdverbindung ist mit Bedacht zu treffen, da sie maß­geblich das Verhalten und die Eigenschaften des Netzes bestimmt und mitbestimmend ist für die Nutzungsaspekte wie

  • Versorgungssicherheit bzw. Verfügbarkeit elektrischer Energie
  • Installationsaufwand
  • Instandhaltung, Stillstandszeiten
  • Elektromagnetische Verträglichkeit

TT-System

In TT-Systemen ist ein Punkt direkt geerdet (Betriebserdung). Die Körper der elektrischen Anlage sind mit Erdern verbunden, die elek­trisch vom Erder für die Erdung des Systems unabhängig sind.

Zulässige Schutzeinrichtungen:

  • Überstrom-Schutzeinrichtung
  • Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCD)
Bild: TT-System
TT-System

TN-System

In TN-Systemen ist ein Punkt direkt geerdet; die Körper der elektrischen Anlage sind über Schutzleiter mit diesem Punkt verbunden.

Drei Arten von TN-Systemen sind entsprechend der Anordnung der Neu­tralleiter und Schutzleiter zu unterscheiden:

  • TN-S: Im gesamten System wird ein getrennter Schutzleiter angewendet
  • TN-C: Im gesamten System sind die Funktionen der Neutralleiter und Schutzleiter in einem einzigen Leiter kombiniert
  • TN-C-S: In einem Teil des Systems sind die Funktionen des Neutral­leiters und des Schutzleiters in einem einzigen Leiter kombiniert.
Bild: TN-S System
TN-S System
Bild: TN-C System
TN-C System

IT-System

In IT- Systemen sind alle aktiven Leiter von Erde getrennt oder ein Punkt ist über eine Impedanz mit Erde verbunden. Bei einem Isola­tionsfehler kann deshalb nur ein kleiner, im Wesentlichen durch die Netzableitkapazität verursachter, Fehlerstrom fließen. Die vorgeschalteten Sicherungen sprechen nicht an. Die Spannungsversorgung bleibt auch bei einpoligem, direktem Erdschluss erhalten.

Die Körper der elektrischen Anlage sind entweder

  • einzeln geerdet oder
  • gemeinsam geerdet oder
  • gemeinsam mit der Erdung des Systems verbunden.

Folgende Schutzeinrichtungen sind zulässig:

  • Isolationsüberwachungsgeräte IMD (Insulation monitoring device)
  • Überstrom-Schutzeinrichtungen
  • Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen RCD (Residual current protective device), auch bekannt als Fehlerstromschutzschalter (FI-Schalter)

Charakteristische Merkmale

  • Ein erster Isolationsfehler führt nicht zum Ansprechen einer Sicherung oder eines Fehlerstromschutzschalters RCD (RCCB).
  • Ein Isolationsüberwachungsgerät ermittelt eine unzulässige Isolationsverschlechterung und meldet diese.
  • Ein Isolationsfehler sollte schnellstmöglich beseitigt werden, bevor es zu einem zweiten Isolationsfehler an einem anderen aktiven Leiter kommt, was zum Ausfall des Netzes führen würde.
Bild: IT-System
IT-System

Vor- und Nachteile der Netzformen

Netzform Vorteile Nachteile
Schutz-/Funktionskleinspannung (SELV oder PELV) • Kein Gefahrenpotenzial bei Berührung • Begrenzte Leistung bei wirtschaftlichem Betriebsmitteleinsatz
• Besondere Anforderungen an die Stromkreise
Schutzisolierung • Höchstes Sicherheitsniveau
• Kombinierbar mit anderen Netzformen
• Doppelte Isolierung der Betriebsmittel
• Nur bei kleinen Verbrauchern wirtschaftlich
• Bei thermischen Verbrauchern Brandgefahr durch Isolierstoffe
IT-System • EMV-freundlich
• Höhere Verfügbarkeit: Beim 1. Fehler wird nur gemeldet, Beim 2. Fehler wird abgeschaltet
• Geringer Erdschlussstrom in kleinen Netzen
• Geringe Beeinflussung benachbarter Anlagen, dadurch einfache Erdungsanlagen
• Geringerer Aufwand beim Verlegen von Kabeln und Leitungen
• Einfache Fehlerortlokalisierung mit entsprechenden Einrichtungen
• Betriebsmittel müssen durchgängig für die Spannung zwischen Außenleitern isoliert sein
• Überstrom-Schutzeinrichtung für N-Leiter ist erforderlich
• Probleme mit Abschaltung bei zweitem Erdschluss möglich
TT-System • EMV-freundlich
• Schutzmaßnahme unabhängig von der Netzkurzschlussleistung
• Geringer Aufwand beim Verlegen von Kabeln und Leitungen
• Unterschiedliche Berührungsspannung bereichsweise zulässig
• Kombinierbar mit TN-Netz
• Wegen der Verwendung von RCDs nur für geringe Leistung möglich
• Regelmäßige Funktionsprüfung erforderlich • Aufwendige Betriebserdung (≤ 2 Ω) • Potentialausgleich für jedes Gebäude zwingend
TN-C-System • Einfach zu errichten
• Geringer Materialaufwand
• Nicht EMV-freundlich
• Wegen Gebäudestreuströmen und niederfrequenten Magnetfeldern nicht für Gebäude mit informationstechnischen Anlagen
• Lebensgefahr bei PEN-Bruch
• Höheres Risiko von elektrisch gezündeten Bränden
TN-C-S-System • Preiswerter Kompromiss für Gebäude ohne Informationstechnologie • Nicht EMV-freundlich
• Niederfrequente Magnetfelder möglich
TN-S-System • EMV-freundlich • Geringe Spannungserhöhung in den gesunden Phasen
• Erhöhter Aufwand in der Schutztechnik bei entfernt stehenden Mehrfacheinspeisungen
• Risiko der unbewussten Mehrfacherdung

Auswertung des Vergleichs

Kriterium TT TN-C TN-S IT
Personenschutz *** *** *** ***
Brandschutz *** * ** ***
Anlagenschutz (Maschinen) *** * * ***
Verfügbarkeit ** ** ** ****
Elektromagnetische Kompatibilität ** * ** ***
Instandhaltung ** **** **** ***
Installation * ** ** ***
Gesamtergebnis * 16 * 14 * 16 * 22

Legende

*Schwach
**Durchschnitt
***Gut
****Hervorragend

Das IT-System überzeugt mit seiner Vielzahl an Vorteilen.