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Elektrotechnik

Niederspannungsrichtlinie

Die rechtliche Grundlage für sicherheitsrelevante Anforderungen an elektrische Betriebsmittel ist die Niederspannungsrichtlinie 73/23/EWG „Elektrische Betriebsmittel zur Verwendung innerhalb bestimmter Spannungsgrenzen“, die durch die Richtlinie 2006/95/EG ersetzt und am 16.1.2007 in Kraft gesetzt wurde. Ziel dieser Richtlinie ist es, Handelshemmnisse im EU-Binnenmarkt dadurch zu vermeiden, in dem einheitliche Anforderungen an Erzeugnisse auch in EG-Richtlinien festgelegt sind. Die Richtlinie enthält daher auch Anforderungen, die die Sicherheit und Gesundheit von Personen, Haustieren und Sachen sowie den Schutz von Funkdiensten und Verteilernetzen für elektrische Energie vor elektromagnetischen Störungen gewährleisten sollen. 1993 wurde diese Richtlinie durch die CE-Kennzeichnungsrichtlinie (93/68/EWG5) geändert. Die geänderte Niederspannungsrichtlinie ist seit dem 1.1.1997 rechtsverbindlich. Unter die Richtlinie fallen alle elektrischen Betriebsmittel innerhalb der Spannungsgrenzen von 50 V bis 1000 V.

Der Begriff „elektrische Betriebsmittel“ ist zwar in der Richtlinie nicht definiert, wurde jedoch von der Europäischen Kommission in einem Leitfaden zur Niederspannungsrichtlinie vom Februar 2001 in Anlehnung an das „Internationale Elektrotechnische Wörterbuch“ der Internationalen elektrotechnischen Kommission (IEC) erläutert. Danach sind elektrische Betriebsmittel alle
Gegenstände und Einrichtungen zum Erzeugen, Fortleiten, Verteilen, Speichern, Umsetzen und Verbrauchen elektrischer Energie. Beispiele sind Generatoren, Kabel, Messinstrumente, Schutzeinrichtungen, Installationsmaterial und Geräte wie Schalter, Steckdosen, Akkumulatoren, Transformatoren, Leuchten, Haushaltsgeräte und Motoren.

In Deutschland wurde die Niederspannungsrichtlinie mit dem Gesetz über technische Arbeitsmittel (Gerätesicherheitsgesetz – GSG) rechtskräftig. Mit Wirkung vom 1.5.2004 ist das bis dahin gültige Gerätesicherheitsgesetz (GSG) in das Produktsicherheitsgesetz (GPSG) eingeflossen. Damit ist auch die Richtlinie 2001/95/EG vom 3.12.2001 über „Allgemeine Produktsicherheit“, der alle
elektrischen Betriebsmittel entsprechen müssen, in deutsches Recht umgesetzt worden.

Die Übereinstimmung von Geräten mit den Anforderungen der Niederspannungsrichtlinie und weiteren relevanten EG-Richtlinien (z.B. EMV-Richtlinie oder Maschinenrichtlinie) wird durch die CE-Kennzeichnung sichtbar gemacht (zur Bedeutung des CE-Zeichens siehe Kapitel 3 „Leuchten“).

Um den Herstellern den Nachweis der Übereinstimmung der Geräte mit den Sicherheitszielen der Niederspannungsrichtlinie zu erleichtern und eine Prüfmöglichkeit zu schaffen, werden harmonisierte Normen veröffentlicht, die diese Anforderungen beschreiben (siehe auch Abschnitt Normung). Die Liste der harmonisierten Normen werden im Amtsblatt der Europäischen Gemeinschaft veröffentlicht. Die zur Zeit gültige Liste ist in der „Mitteilung der Kommission im Rahmen der Durchführung der Richtlinie des Rates 73/23/EEC“ (2005/C 102/01, s. a. Amtsblatt der Europäischen Union vom 27.4.2005) enthalten und umfasst 113 Seiten. Wichtige harmonisierte Normen sind:

  • EN 60320-1 (Gerätesteckvorrichtungen)
  • EN 60335-x (Sicherheit elektrischer Geräte für den Hausgebrauch und ähnliche Zwecke)
  • EN 60598-x (Leuchten)
  • EN 60730-2-7 (Automatische elektrische Regelund Steuergeräte)
  • EN 60799 (Geräteanschlussleitungen)
  • EN 60947-1 (Niederspannungsschaltgeräte)
  • EN 61008/9-x (Fehlerstrom-Schutzschalter)
  • EN 61010-x (Sicherheitsanforderungen an elektrische Mess-, Steuer-, Regel- und Laborgeräte)

Grundsätzlich ist für elektrische Betriebsmittel keine Prüfung auf Übereinstimmung mit der Richtlinie durch ein unabhängiges Institut vorgeschrieben. Die Verantwortung liegt ausschließlich beim Hersteller, dem Importeur bzw. dem Inverkehrbringer. Die Konformität eines elektrischen Betriebsmittels mit den Sicherheitszielen der Niederspannungsrichtlinie wird vermutet (juristisch als der Beweis des ersten Anscheins bezeichnet), wenn es nach technischen Normen hergestellt wurde, die in der Richtlinie in folgender Rangfolge genannt werden

  • europäische Normen (EN oder HD),
  • soweit noch keine harmonisierten Normen ausgearbeitet sind, internationale Regelungen der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) bzw.
  • soweit noch keine europäischen bzw. internationalen Normen bestehen, die nationalen Normen im Mitgliedsstaat des Herstellers.

Für den Fall fehlender EN-Normen bzw. HD-Dokumente ist in Deutschland die Einhaltung der Bestimmungen von DIN VDE der maßgebliche Nachweis der Konformität des elektrischen Betriebsmittels mit der Niederspannungsrichtlinie. Diese Konformität wird am deutlichsten durch eine unabhängige Prüfung des Gerätes und dessen Kennzeichnung mit dem VDE- bzw. einem gleichwertigen Prüfzeichen anderer europäischer Prüfinstitute und bei Leuchten und deren Komponenten durch das ENEC-Zeichen zum Ausdruck gebracht. Daher wird im weiteren Teil des Hauptkapitels Elektrotechnik dieses Buches bevorzugt auf die Vorschriften des DIN VDE Bezug genommen und wenn möglich, auch auf einschlägige EN-Normen bzw. HD-Dokumente verwiesen.

Einige Arten elektrischer Betriebsmittel, die in den Geltungsbereich der Niederspannungsrichtlinie fallen, sind dazu bestimmt, dauerhaft in Bauwerke eingebaut zu werden, z. B. elektrische Anlageninstallationen (nicht jedoch Leuchten). Folglich müssen solche Produkte auch im Sinne der Bauproduktenrichtlinie 89/106/EWG vom 21.12.1988 (geändert durch die Richtlinie
93/68/EWG) gebrauchstauglich sein und deren wesentliche Anforderungen erfüllen.

Netzspannung

Eine wichtige Voraussetzung sowohl für den europäischen Binnenmarkt als auch für den internationalen Handel ist eine einheitliche Netz-Nennspannung. Unterschiedliche Nennspannungen, z.B. von 380/220 Volt in vielen kontinental-europäischen Ländern und 415/240 V in Großbritannien und vielen Ländern des ehemaligen Commonwealth, haben den Welthandel früher erheblich
beeinträchtigt. Gegenwärtig beträgt die Nennspannung in Japan 100 V, in Australien 240 V, in Kanada 220 V und in Großbritannien 230 V +10% (= 253 V). In der Bundesrepublik und anderen Ländern wurde 1988 mit der Umstellung der Netz-Nennspannung von 380/220 Volt auf 400/230 Volt begonnen. Grundlage dafür war die internationale Norm IEC 38 „IEC-Normspannung“ von 1983 (heute IEC 60038). Mit dieser Norm ist eine weltweite Prozedur zur Vereinheitlichung der Nennspannungen eingeleitet worden. Die einheitliche Spannung ist mit 230 Volt zwischen den Außenleitern und dem Mittelpunktleiter bzw. 400 V zwischen den Außenleitern mit einer Toleranz von -10% (also 207/360 Volt) bis +10% (also 253/440 Volt) angestrebt. Natürlich braucht eine solche Umstellung eine lange

Zeit (von 1983 bis 2008, also 25 Jahre), um die im Netz befindlichen elektrischen Betriebsgeräte bis zum Lebensdauerende betreiben zu können. Gleichzeitig wird vermieden, dass von ihnen wegen erhöhter thermischer Belastung eine Sicherheitsgefahr ausgeht. Der ursprüngliche Zielzeitpunkt 2003 für die vollständige Umstellung wurde auf Ende 2008 verlängert. Rechtlich greift die Umstellung der Versorgungsspannung auch in die Produkthaftung ein. In den Ländern wie Deutschland, in denen die bisherige Versorgungsspannung (Nennspannung) 220 V betrug, ist die Erhöhung in dem Toleranzfeld 230 Volt -10% (also 207 Volt) bis 230 Volt +6% (also 243,8 Volt) bis Ende 2008 festgelegt worden (Bild 2.0-1). In einigen Ländern ist die Anpassung der Versorgungsspannung ebenfalls im Gange, jedoch mit unterschiedlicher zeitlicher Realisierung.

Elektrische Sicherheit

Schutzklasse

Entsprechend ihrem Schutz gegen zu hohe Berührungsspannung werden elektrische Betriebsmittel wie Leuchten in drei Schutzklassen nach EN 61140 (früher DIN VDE 0140) und CENELEC HD 366 eingeteilt:


Bei der Schutzklasse I wird das Schutzziel durch Isolierung spannungsführender Teile (sogen. Basisisolierung) und durch den Anschluss leitfähiger berührbarer Metallteile an den Schutzleiter erreicht. Die Schutzleiter-Anschlussklemme ist mit dem Erdungszeichen gekennzeichnet. Wenn die Basisisolierung versagt, können berührbare leitfähige Teile keine gefährlichen Körperspannungen annehmen.

schutklasse2
Bei Betriebsmitteln der Schutzklasse II sind spannungsführende Teile zusätzlich zur Basisisolierung mit einer weiteren Schutzisolierung versehen. Ein Schutzleiteranschluss ist nicht erlaubt. Anlagenbezogene Schutzmaßnahmen können entfallen. Das Gerät ist mit dem doppelten Quadrat gekennzeichnet.


Bei Geräten der Schutzklasse III beruht der Schutz auf der Anwendung von Schutzkleinspannung (SELV – safety extra-low voltage). Das bedeutet, dass die Versorgungsspannung 50 V (Wechselspannung) bzw. 120 V (Gleichspannung) in Verbindung mit einem Sicherheitstrafo (oder gleichwertigem Gerät) nicht überschreiten darf.

Schutzarten

Mit der Norm EN 60529 bzw. IEC 60529 (VDE 0470 Teil 1) „Schutzarten durch Gehäuse (IP-Code)“ werden Schutzarten für Umhüllungen (Gehäuse) von elektrischen Betriebsmitteln definiert. Dies betrifft den Schutz von Personen vor Berühren (mit Handrücken oder Finger) spannungsführender Teile und den Schutz des Betriebsmittels gegen das Eindringen von festen Körpern
(Fremdkörperschutz) und Wasser (Wasserschutz). Damit sollen insbesondere die konstruktiv bedingten Luft- und Kriechstrecken zwischen unterschiedlich spannungsführenden Teilen sichergestellt werden. So soll die aufgrund einer Prüfung festgestellte elektrische Sicherheit des Betriebsmittels auch unter Betriebsbedingungen bestehen bleiben.

Der IP-Code (IP – International Protection) besteht aus zwei Ziffern. Die erste Ziffer betrifft den Berührungsbzw. den Fremdkörperschutz, die zweite Ziffer den Wasserschutz.

Für das Einhalten der Schutzart ist sowohl der Errichter bei der Montage als auch der Betreiber während der Gebrauchsdauer der Beleuchtungsanlage verantwortlich. Um bei der Installation die angegebene Schutzart der Leuchte einzuhalten, sind die mitgelieferten Dichtungsmittel für Leitungseinführungen und Befestigungsstellen zu verwenden und die Hinweise in der ontageanleitung zu beachten.


Die angegebene Schutzart bezieht sich auf die bestimmungsgemäße Gebrauchslage der Leuchte. Wenn nicht anders angegeben, wird eine Deckenmontage vorausgesetzt.

Die früher in Deutschland verwendeten Bildzeichen sind in EN 60598 harmonisiert. Ihre Verwendung ist freigestellt.


Schutz gegen Feuchte

Zu den häufigsten Belastungen, denen elektrische Betriebsmittel ausgesetzt sein können, zählt Feuchtigkeit. Unter den Einwirkungen von Kondenswasser, Wrasen, Dünsten, Dämpfen sowie Spritz- und Strahlwasser kann die elektrische Sicherheit durch „verkürzte Kriech- und Luftstrecken“, d. h. durch höhere Leitfähigkeit zwischen unterschiedliche Spannung führenden Teilen herabgesetzt werden.

In DIN VDE 0100-737 (Januar 2002) wird für feuchte und nasse Räume und Anlagen im Freien ein besonderer Schutz der Betriebsmittel gegen das Eindringen von Feuchtigkeit gefordert.

In feuchten Räumen wird die elektrische Sicherheit durch Feuchtigkeit, Kondenswasser und chemische oder ähnliche Einflüsse beeinträchtigt. Betriebsmittel müssen hier mindestens tropfwassergeschützt in der Schutzart IPx1 ausgeführt sein. Werden in nassen Räumen Fußböden, Wände und Einrichtungen zu Reinigungszwecken abgespritzt, müssen die elektrischen Betriebsmittel mindestens der Schutzart IPx4 (spritzwassergeschützt) bzw., wenn sie zur Reinigung angestrahlt werden, in Schutzart IPx5 (strahlwassergeschützt) entsprechen.

Bei Verwendung von Druckwasser zu Reinigungszwecken, z.B. mit Hochdruckreiniger, ist die Schutzart IPx5 nicht ausreichend. In solchen Fällen wird empfohlen, Betriebsmittel in der Schutzart IPx9 nach DIN 40050 (IP-Schutzarten von Straßenfahrzeugen) einzusetzen.

Darüber hinaus bestehen für bestimmte Betriebsstätten oder Räume spezielle Forderungen zum Feuchteschutz. Hierzu gehören beispielsweise Räume mit Badewanne oder Dusche, überdachte Schwimmbäder oder Anlagen im Freien.

Für die Verwendung im Freien müssen Betriebsmittel mindestens die Schutzart IPx3 erfüllen. In besonderen Fällen, wie z. B. in geschützten Anlagen, genügt IPx1. Grundsätzlich müssen Innenleuchten bei Verwendung im Freien dafür auch geeignet sein.

Grundsätzlich sollten Leuchten für feuchte Bereiche nicht nur das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern, sondern durch entsprechend widerstandsfähige Materialien auch einen ausreichenden Schutz gegen Korrosion und Alterung bieten.

Thermische Sicherheit

Brandschutzkennzeichnung

Nach der Errichtungsvorschrift VDE 0100 Teil 559 von 2006 „Errichten von Niederspannungsanlagen – Leuchten und Beleuchtungsanlagen“ müssen Leuchten für die Montage auf Gebäudeteilen bzw. in Einrichtungsgegenständen, wie Möbel besondere Kennzeichnungen hinsichtlich des Brandschutzes aufweisen.

Leuchten mit F-Zeichen stellen sicher, dass im anomalen Betrieb (Dauervorheizbetrieb der Elektroden von Leuchtstofflampen) eine Temperatur von 130°C bzw. beim Fehlerfall des Vorschaltgerätes (Windungsschluss) eine Temperatur von 180°C an der Befestigungsfläche nicht überschritten wird. Die Montage so gekennzeichneter Leuchten an Baustoffen, die bis zu einer Temperatur von 180°C formund standfest sind, ist daher zulässig.

Leuchten zur Montage an normal entflammbaren Baustoffen und die darüber hinaus für aufliegende Wärmeisolierungen geeignet sind, können mit dem Zeichen FF gekennzeichnet werden. Die FF-Prüfung ist jedoch sehr aufwändig. In der Praxis können nach Rücksprache mit dem Hersteller einige Leuchten mit d-Zeichen ebenfalls für solche Anwendungen verwendet werden.

Die Konstruktion von Leuchten mit D oder FF-Zeichen ist so ausgeführt, dass deren waagerechte und senkrechte Oberflächen die in der Tabelle angegebenen Temperaturgrenzwerte nicht überschreiten. Sie eignen sich daher für Bereiche, die durch Stäube oder Faserstoffe feuergefährdet sind.

brandschutzkennzeichnung

 

Beständigkeit gegen Feuer

Betreiber elektrischer Anlagen haben das Schutzbedürfnis, dass bei Ausbruch eines Brandes deren Betriebsmittel die Feuerausbreitung, z.B. durch herunterfallende brennende Teile, nicht zusätzlich fördern. Daher müssen elektrische Betriebsmittel, also auch Leuchten, in gewissem Umfang auch eine Feuerbeständigkeit aufweisen. Das gilt insbesondere für Isolierteile, die den Schutz gegen elektrischen Schlag sicherstellen oder die spannungsführende Teile in ihrer Lage fixieren. Für solche Isolierstoffe ist in EN 60598 eine Nadelbrennerprüfung vorgesehen, bei der
diese Teile 10 s einer Prüfflamme ausgesetzt sind. 30 Sekunden nach Entfernen der Prüfflamme darf der Prüfling nicht mehr brennen. Eventuell herabfallende brennende Tropfen dürfen darunter liegende Teile (im Test ist das Fließpapier) nicht entzünden.

Glühdrahtfestigkeit

Für Isolierstoffe, die keine spannungsführenden (aktiven) Teile in ihrer Lage fixieren, ist in EN 60598 eine Glühdrahtprüfung vorgesehen. Dabei wird ein Glühdraht mit einer Temperatur von 650° an das betreffende Teil, z.B. eine Leuchtenabdeckung, gehalten. 30 Sekunden nach Entfernen des Glühdrahtes muss eine eventuell durch den Glühdraht ausgelöste Flamme erloschen
sein. Brennende bzw. geschmolzene Tropfen dürfen darunter liegende Teile (im Test ist das Fließpapier) nicht entzünden. Die Anforderungen gelten jedoch nicht für Leuchten, die einen wirksamen Schutz gegen das Herausfallen brennender Teile aufweisen.

In Frankreich werden aufgrund gesetzlicher Sicherheitsbestimmungen gegen Feuer- und Panikgefahren in Gebäuden, die der Öffentlichkeit zugänglich sind, noch schärfere Anforderungen gestellt. Äußere Teile Lage fixieren. Für solche Isolierstoffe ist in EN 60598 eine Nadelbrennerprüfung vorgesehen, bei der diese Teile 10 s einer Prüfflamme ausgesetzt sind. 30 Sekunden nach Entfernen der Prüfflamme darf der Prüfling nicht mehr brennen. Eventuell herabfallende brennende Tropfen dürfen darunter liegende Teile (im Test ist das Fließpapier) nicht entzünden.
von ortsfesten und abgehängten Leuchten müssen folgende Bedingungen erfüllen.

  • Leuchten in Fluchtwegen und Treppen und Leuchten, die mehr als 25% der Deckenfläche öffentlicher Gebäude beanspruchen, müssen eine Glühdrahtprüfung von 850° bestehen.
  • Alle anderen Leuchten in öffentlichen Gebäuden müssen eine Glühdrahtprüfung mit 750° bestehen.

In hohen Gebäuden müssen die Leuchten an Notausgängen nach einem Erlass von 1977 sogar einer Glühdrahtprüfung von 960° standhalten.

Aus diesen Gründen wird die Angabe der Glühdrahttemperatur zu einem zusätzlichen Qualitäts- und Sicherheitsmerkmal der Leuchten beim Einsatz in Räumen mit besonderen Anforderungen – auch außerhalb Frankreichs.

Feuerwiderstandsklassen

Unter ungünstigen Bedingungen können sich Brände rasch ausbreiten und auf benachbarte Räume übergreifen. Entsprechend ausgebildete Bauteile (Decken, Dächer und Wände) können dies verhindern oder zumindest verzögern.

Das Brandverhalten von Bauteilen wird in Deutschland in der Norm DIN 4102-2 durch eine Buchstaben- Zahlenkombination beschrieben (siehe Tabelle 2.2-5). Deckenbauteile im Sinne dieser Norm sind nicht Unterdecken allein, sondern die aus tragenden und abgehängten Baustoffen bestehende Gesamtkonstruktion der abgehängten Decke.

Hersteller abgehängter Deckensysteme geben Auskunft über die Feuerwiderstandsklasse ihrer Produkte in Verbindung mit unterschiedlichen, tragenden Konstruktionen. Diesen Angaben liegen genormte Brandversuche in amtlichen Instituten zugrunde, die durch Prüfzeugnisse dokumentiert werden.

Die Angaben der Deckenhersteller zur Feuerwiderstandsklasse gelten nur dann, wenn Brandlasten, z.B. Leitungen im Deckenhohlraum, gleichmäßig verteilt und begrenzt sind.

Bei Einbauöffnungen in abgehängten Decken sind die Voraussetzungen für die geprüften Feuerwiderstandsklassen nicht mehr gegeben. Dabei ist es unerheblich, ob in diese Öffnungen anschließend Einbauleuchten, Luftauslässe, Lautsprecher oder andere Bauteile eingebaut werden. In diesen Fällen werden Brandschutzhauben über den Leuchten eingesetzt, die die Öffnung im brandtechnischen Sinn wieder schließen.

Explosionsschutz

Eine Beurteilung, ob Explosionsgefahr herrscht, d. h. die Klärung der Frage, ob eine gefährliche explosible Atmosphäre auftreten kann, muss sich auf den Einzelfall beziehen. Explosionen mit gefährlichen Auswirkungen können auftreten, wenn die folgenden vier Voraussetzungen gleichzeitig erfüllt sind: *Hoher Dispersionsgrad der brennbaren Stoffe.

  • Konzentration der brennbaren Stoffe in Luft innerhalb ihrer Explosionsgrenzen.
  • Gefahrdrohende Menge explosibler Atmosphäre.
  • Wirksame Zündquelle.

Für den Explosionsschutz gilt die EU-Richtlinie 99/92/EG über Mindestvorschriften zur Verbesserung des Gesundheitsschutzes und der Sicherheit der Arbeitnehmer, die durch explosionsfähige Atmosphären gefährdet werden können.

Als Grundlage für die Beurteilung des Umfanges der zu stellenden Anforderungen werden explosionsgefährdete Bereiche nach der Beschaffenheit und Wahrscheinlichkeit des Auftretens gefährlicher explosionsfähiger Atmosphäre in Zonen eingeteilt (Tabelle 2.2-6). Für brennbare Gase, Dämpfe und Nebel gelten die Zonen 0, 1 und 2 und für entzündliche Stäube die Zonen 20, 21 und 22.

Zone 0: Bereich, in dem eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. In der Regel treten die Bedingungen der Zone 0 nur im Inneren von Behältern oder von Anlagen (Verdampfer, Reaktionsgefäße usw.) auf, unter Umständen aber auch in der Nähe von Entlüftungs-
und anderen Öffnungen.

gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln bilden kann. Hierzu können u. a. gehören: Die nähere Umgebung der Zone 0, die nähere Umgebung von Beschickungsöffnungen, der nähere Bereich um leicht zerbrechliche Apparaturen oder Leitungen aus Glas, Keramik und dgl., außer wenn der Inhalt zu geringfügig ist, um eine gefährliche explosionsfähige Atmosphäre zu bilden; der nähere Bereich um nicht ausreichend dichtende Stopfbuchsen, z.B. an Pumpen und Schiebern, das Innere von Anlagen wie Verdampfer oder Reaktionsgefäße.

Zone 2: Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre als Gemisch aus Luft und brennbaren Gasen, Dämpfen oder Nebeln normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auftritt. Zur Zone 2 können u.a. gehören: Bereiche, welche die Zonen 0 oder 1 umgeben. Bereiche in der Umgebung von Rohrleitungen, in denen brennbare Stoffe nur in dauerhaft technisch dichten Rohrleitungen gefördert werden, sind jedoch keine explosionsgefährdeten Bereiche.

Zone 20: Bereich, in dem eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbaren Staub ständig, über lange Zeiträume oder häufig vorhanden ist. Diese Bedingungen sind im Allgemeinen nur im Inneren von Behältern, Rohrleitungen, Apparaturen usw. anzutreffen. Hierzu gehört in der Regel nur das Innere von Anlagen (Mühlen, Trockner, Mischer, Förderleitungen, Silos usw.), wenn sich ständig, langzeitig oder häufig staubexplosionsfähige Gemische in gefahrdrohender Menge bilden können.

Zone 21: Bereich, in dem sich bei Normalbetrieb gelegentlich eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub bilden kann. Hierzu können u.a. Bereiche in der unmittelbaren Umgebung von z. B. Staubentnahme oder Füllstationen gehören und Bereiche, wo Staubablagerungen auftreten und die gelegentlich beim Normalbetrieb eine explosionsfähige Konzentration von brennbarem Staub im Gemisch mit Luft bilden.

Zone 22: Bereich, in dem bei Normalbetrieb eine explosionsfähige Atmosphäre in Form einer Wolke aus in der Luft enthaltenem brennbarem Staub normalerweise nicht oder nur kurzzeitig auftritt. Hierzu können u.a. gehören: Bereiche in der Umgebung Staub enthaltender Anlagen, wenn Staub aus Undichtheiten austreten kann und sich Staubablagerungen in gefahrdrohender
Menge bilden

Die Auswahl von Betriebsmitteln für explosionsgefährdete Bereiche ist sowohl von der entsprechenden Zoneneinteilung als auch von den Temperaturklassen und Explosionsgruppen der brennbaren Stoffe abhängig. Bei brennbaren Stäuben ist deren Zünd- und Glimmtemperatur zu berücksichtigen.

Für die Zonen 0, 1 und 2 sind speziell geprüfte und zertifizierte Ex-Leuchten erforderlich. Für Leuchten zur Verwendung in der Zone 20 (früher Zone 10) und Zone 21 muss die Eignung in der Baumusterprüfbescheinigung und auf dem Gerät ausgewiesen sein.

Leuchten zur Verwendung in der Zone 22 (früher Zone 11) sollten auf dem Typenschild entsprechend gekennzeichnet sein. Der Hersteller muss die betreffende Eignung, z. B. in Herstellerlisten, sowie die betriebsmäßige Oberflächentemperatur, sofern sie 80°C überschreitet, angeben. Wesentliche Eigenschaften solcher Leuchten sind:

  • Schutzart mindestens IP5x bei nicht leitenden und IP6x bei leitenden Stäuben
  • schlagzähe Leuchtenabdeckung
  • begrenzte Oberflächentemperatur. Diese darf 2⁄3 der Zündtemperatur des jeweiligen Staub/Luftgemisches nicht überschreiten. An Flächen, auf denen eine gefährliche Ablagerung glimmfähigen Staubes nicht wirksam verhindert ist, darf die Oberflächentemperatur die um 75°C verminderte Glimmtemperatur des jeweiligen Staubes nicht überschreiten. Leuchten müssen mit der maximal auftretenden Oberflächentemperatur (Fehlerfall des Vorschaltgerätes) gekennzeichnet sein, sofern diese 80°C überschreitet.
  • Empfehlenswert ist der Einsatz von elektronischen Vorschaltgeräten EVG. Beim Einsatz induktiver Vorschaltgeräte sollten Ausführungen mit Temperatursicherungen verwendet werden.

Ballwurfsicherheit

In Sport- und Turnhallen wird mit sich schnell bewegenden Bällen gespielt, deren kinetische Energie elektrische Betriebsmittel zerstören kann. Abgesehen vom Verlust der Funktion der Betriebsmittel können auch Teile davon herabfallen und eine Unfallgefahr für Menschen darstellen. Daher sind in Deutschland in der Norm DIN 18032-1 „Sporthallen – Hallen für Turnen, Spiele und Mehrzwecknutzung – Grundsätze für Planung und Bau“ die bautechnischen Anforderungen für Sporthallen festgelegt. Danach müssen Leuchten und deren Zubehör, wie Tragschienen und Aufhängemittel, ballwurfsicher sein.

Die Prüfbedingungen auf Ballwurfsicherheit von Sporthallenleuchten sind in DIN 18032-3 „Hallen für Turnen und Spiele, Prüfung der Ballwurfsicherheit“ und in DIN 57710-13 „Leuchten mit Betriebsspannung unter 1000 V, Ballwurfsichere Leuchten“ beschrieben. Danach werden die Leuchten mit einem Ballschussgerät getestet. Nach insgesamt 36 Handballbeschüssen aus drei Richtungen mit einer Aufprallgeschwindigkeit von etwa 60 km/h dürfen die Leuchten keine wesentlichen Beschädigungen aufweisen, vor allem dürfen die Lampen nicht zerbrechen und keine Teile während des Tests herunterfallen. Als Zeichen für die Ballwurfsicherheit wird das Ball-Symbol erteilt.

In Sport- und Tennishallen ist die Installation von Anbauleuchten unmittelbar an der Hallendecke nicht immer möglich oder zweckmäßig. Dies ist z.B. dann der Fall, wenn durch Unterzüge oder Lichtkuppeln keine durchgehende Montagefläche zur Verfügung steht oder wenn zum Spielfeld hin ausgerichtete Leuchten lichttechnische Vorteile bieten. In diesen Fällen ist die Montage an Tragschienen zu empfehlen. Die Ballwurfsicherheit muss auch in dieser Montageart geprüft und gewährleistet sein

Die uneingeschränkte Ballwurfsicherheit bei Anbaumontage und abgehängter Montage ist grundsätzlich nur dann sichergestellt, wenn die Herstellerhinweise in der Montageanleitung beachtet werden

Damit sich keine Tennisbälle im optischen System verfangen können, sollten in Tennishallen nur Leuchten mit geschlossenen Prismenabdeckungen oder mit geeigneten Rastern verwendet werden. Bedingt durch den Durchmesser von Tennisbällen von 63,5 mm bis 66 mm sollten Rasterfelder entsprechend eng dimensioniert sein. In Anlagen mit noch kleineren Bällen, z.B. Squash, sind nur geschlossene Leuchten zulässig.

Elektromagnetische Sicherheit

EU-Richtlinien

Elektrische Geräte und Elektronikschaltungen erzeugen gewollt oder ungewollt hochfrequente elektromagnetische Energie, die abgestrahlt oder leitungsgebunden weitergeleitet wird. Ebenso können diese Geräte durch Störungen von außen in ihrem ordnungsgemäßen Betrieb beeinflusst werden. Die Fähigkeit eines Gerätes, in einer elektromagnetischen Umgebung zufriedenstellend
zu arbeiten, ohne gleichzeitig andere in der Umgebung vorhandene Geräte zu stören, wird als Elektromagnetische Verträglichkeit bezeichnet.

 

Der zunehmende Einsatz elektronischer Betriebs- und Steuergeräte in der Beleuchtungstechnik erfordert die Sicherheit vor gegenseitiger Beeinflussung.

Die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) von Leuchten und Leuchtenzubehör erfasst sowohl die eigene Störbeeinflussung durch externe Störquellen “'(Störquellen)“‘ als auch die Einflussnahme auf fremde Systeme “'(Störaussendung)“‘. Die Einhaltung von in Regelwerken festgelegten Grenzwerten ist erforderlich.

EU-Richtlinien und entsprechende nationale Gesetze enthalten nur Rahmenvorschriften. Die technischen Anforderungen und Prüfbestimmungen sind in harmonisierten Normen enthalten. Die EMV-Normen für Leuchten und Leuchtenzubehör in Europa und in Deutschland sind in Tabelle 2.4-1 zusammengefasst.

Vom Prüf- und Zertifizierungsinstitut des Verbandes Deutscher Elektrotechniker (VDE) e.V. geprüfte Leuchten tragen als Qualitätsmerkmal das VDE-EMV-Zeichen.

EN 55015

Gasentladungslampen, wie Leuchtstofflampen, erzeugen aufgrund interner Entladungsmechanismen hochfrequente Störspannungen, deren Weiterleitung (Störaussendung) in das angeschlossene Netz unterdrückt werden müssen. Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten betreiben die Leuchtstofflampen mit Spannungen der Frequenzen von 25 kHz bis 100 kHz. Sowohl diese Grundfrequenzen als auch deren Oberschwingungen können ebenfalls auf das angeschlossene Netz wirken, was durch geeignete Entstörbauteile zu begrenzen ist.

Die für solche Störgefahren geltenden Grenzwerte sind in der Norm in EN 55015 „Grenzwerte und Messverfahren für Funkstörungen von elektrischen Beleuchtungseinrichtungen und ähnlichen Elektrogeräten“ enthalten. Die Grenzwerte gelten sowohl für die über das angeschlossene Netz geleiteten als auch über drahtlose Wege abgestrahlten hochfrequenten Störgrößen durch Leuchten und Leuchtenzubehör. Gegenwärtig sind in der Norm Grenzwerte für die zulässigen Störpegel im Frequenzbereich von 9 kHz bis 30 MHz festgelegt. Das Einhalten der Grenzwerte soll eine
definierte Verträglichkeit von unterschiedlichen Verbrauchern gewährleisten.

Leuchten mit Glühlampen, jedoch ohne Lichtsteuergeräte oder elektronische Schalter, erzeugen keine elektromagnetischen Störgrößen und sind daher von EMV-Prüfungen ausgenommen.

Die von Gasentladungslampen, wie Leuchtstofflampen, aufgrund interner Entladungsvorgänge erzeugten hochfrequenten Störspannungen, werden von Leuchtenkomponenten, wie z.B. magnetischen Vorschaltgeräten, Kompensations- und Funkentstörkondensatoren, gedämpft. Das Maß der Dämpfung wird “’Einfügungsdämpfung“‘ der Leuchte genannt.

Leuchten mit Startern für Leuchtstofflampen müssen die in Bild 2.4-2 angegebenen Mindestwerte der Einfügungsdämpfung im Bereich von 150 kHz bis 1605 kHz einhalten.

Bei Leuchten in Starterschaltung wird die Funkstörsicherheit durch einen Entstörkondensator an der Netzanschlussklemme sichergestellt. Bei mehrlampigen Leuchten mit induktiven Vorschaltgeräten gilt die Funkentstörung für einphasigen Anschluss. Werden die Lampenstromkreise für Serienschaltung aufgeteilt, so muss für jeden weiteren geschalteten Stromkreis ein
zusätzlicher Entstörkondensator bauseits eingesetzt werden. Die Leuchtenanschlussklemmen sind so ausgelegt, dass ein nachträglicher Einbau der Funkentstörkondensatoren werkzeuglos (Steckklemmen) möglich ist. Bei Leuchten mit parallel zum Netzeingang geschalteten Kompensations-Kondensatoren erfüllen diese bereits den erforderlichen Funkstörschutz. Ein gesonderter Funkentstörkondensator ist nicht erforderlich.

Alle Leuchten – ausgenommen solche für Leuchtstofflampen in Starterschaltung und Glühlampen – müssen Grenzwerte der Störspannung (in dB) an ihren Stromversorgungs-Anschlüssen einhalten. Bild 2.4-3 zeigt die maximal zulässigen Quasispitzenwerte QS und Mittelwerte M der Störspannung in Abhängigkeit von der Frequenz. Diese Werte gelten auch für Dimmer und Transformatoren mit Halbleitern.

Leuchten, in denen Lampen mit einer Frequenz von > 100 Hz betrieben werden, müssen auch hinsichtlich der ausgesandten elektromagnetischen Störfeldstärke überprüft werden. Dies betrifft insbesondere Leuchten mit elektronischen, dimmbaren und nicht dimmbaren Vorschaltgeräten.

EN 55015 legt Grenzwerte der magnetischen Komponente der (drahtlos ausgesendeten elektromagnetischen) Störfeldstärke fest (Bild 2.4-4), wobei die Grenzwerte je nach Durchmesser der um die Leuchte anzuordnenden Messantenne unterschiedlich sind.

EN 61000-3-2

In EN 61000-3-2 „Elektromagnetische Verträglichkeit, Grenzwerte für Oberschwingungsströme (Geräte- Eingangsstrom ≤ 16 A je Leiter)“ sind u.a. die Grenzwerte der Netzstromoberschwingungen für Leuchten und Leuchtenzubehör (auch für LED-Konverter und entsprechendes Zubehör) festgelegt. Durch die Einhaltung der vorgegebenen Grenzwerte ist sichergestellt, dass keine unzulässige Beeinflussung (Störungen durch Netzrückwirkungen) von Verbrauchern an der gleichen Netzversorgung erfolgt.

EN 61000-3-3

In EN 61000-3-3 „Elektromagnetische Verträglichkeit, Grenzwerte für Spannungsschwankungen und Flicker in Niederspannungsnetzen (Geräte-Eingangsstrom ≤ 16 A je Leiter)“ sind Festlegungen getroffen, die verhindern, dass durch den Einschaltstrom von Betriebsgeräten die Netzspannung an den Anschlussstellen der Betriebsgeräte zu stark absinkt. Damit sollen unzulässige Störungen anderer Verbraucher an der gleichen Netzversorgung vermieden werden. Bei den üblichen relativ geringen Leistungen von Leuchten ist mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit davon auszugehen, dass diese keine signifikanten Spannungsschwankungen oder Flicker erzeugen und daher auch nicht einer Prüfung hinsichtlich solcher Störungen unterzogen werden müssen.

EN 615447

Mit der Einhaltung der Anforderungen der Norm EN 61547 „Einrichtungen für allgemeine Beleuchtungszwecke – EMV-Störfestigkeitsanforderungen“ wird nachgewiesen, dass Leuchten und Leuchtenzubehör gegen äußere Störungen anderer Verbraucher unanfällig sind. Diese Störungen werden durch Prüfsignale simuliert. Prüfsignale sind Entladungen statischer Elektrizität,
sinusförmige und impulsförmige, drahtlose und drahtgebundene sowie hochfrequente Störgrößen, die an das Gehäuse, die Stromversorgungsein- und -ausgänge und die Signal- und Steuerleitungs-Anschlüsse angelegt werden. Die Auswirkungen der Prüfsignale werden aufgrund von Beurteilungskriterien bewertet. Zum Beispiel bedeutet das Bewertungskriterium A, dass sich
die visuell wahrgenommene Lichtstärke der Leuchte während der Prüfung mit den genormten Prüfsignalen nicht verändert und eventuell vorhandene Regel- und Steuergeräte einwandfrei funktionieren. Das Bewertungskriterium B lässt zwar eine Veränderung der Lichtstärke zu, die sich jedoch nach maximal 1 Minute wieder selbsttätig zurückbildet.

Kompatibilität mit IR-Steuerungen

Leuchtstofflampen erzeugen auch Strahlungsanteile im Infrarotbereich, die von Infrarot (IR)-Empfängern aufgenommen werden können. Ist dieser Strahlungsanteil, wie bei elektronischen Vorschaltgeräten (EVG), mit der Betriebsfrequenz der EVG von ca. 25 kHz – 60 kHz moduliert, können Infrarotsteuerungen mit Informations- Frequenzen in gleicher Größenordnung nicht
mehr zwischen Nutzsignal und Signalen der Leuchtstofflampe unterscheiden. Dies tritt besonders bei hoher Empfindlichkeit des Infrarot-Empfängers auf. In diesen Fällen bewirken bereits die geringen Anteile der Infrarot-Strahlung von Leuchtstofflampen Fehlinformationen im IR-Empfänger. Davon können z.B. drahtlose Kopfhörer, IR-Fernsteuerungen, Tonübertragungen und
Einrichtungen von Personenrufanlagen betroffen sein.

Bei der Leuchtenauswahl ist deshalb auf unterschiedliche Betriebsfrequenzen von EVG und Informationsfrequenzen von IR-Steuerungen zu achten.

 

Bei Beachtung der europäischen Norm EN 61920 „Infrarot-Übertragungssysteme – nicht leitungsgebundene Anwendungen“ und der betreffenden Frequenzbereiche der EVG (siehe auch Tabelle 2.4-5) können solche Probleme meist vermieden werden. In Zweifelsfällen sind zuvor Tests zur einwandfreien Funktion der IR-Steuerungen zu empfehlen.

Die wirksamste Abhilfe kann durch die richtige Wahl der Arbeitsfrequenzen der IR-Anlagen geschaffen werden. Dabei sollten für die IR-Fernbedienungen Übertragungsverfahren mit genügend hoher Trägerfrequenz (über 400 kHz) gewählt werden. Auch bei der Tonübertragung und bei Personenrufanlagen kann durch hohe Trägerfrequenzen ein sicherer Betrieb gewährleistet werden. Hier sollten Frequenzen von 2,3 MHz und darüber verwendet werden.

Als weitere Maßnahmen zur Vermeidung der Beeinflussung von IR-Steuerungen durch die Beleuchtung kommen in Frage:

  • Die Infrarot-Empfangseinrichtung wird so angeordnet, dass kein direktes Leuchtstofflampenlicht auf den IR-Empfänger fallen kann.
  • Die Beleuchtungsanlagen werden mit magnetischen

Vorschaltgeräten ausgerüstet.

Kompatibilität mit Rechneranlagen

Unter besonders ungünstigen Bedingungen kann es beim Schalten von Leuchten mit induktiven Vorschaltgeräten zu Betriebsstörungen von Rechnersystemen kommen. Beim Schalten von Induktivitäten – wie beispielsweise induktiven Vorschaltgeräten – können Spannungsspitzen bis zu 2 kV entstehen. Diese führen unter Umständen bei empfindlichen elektronischen Geräten wie Rechnersystemen bzw. EDV-Anlagen zu Störungen, insbesondere wenn Beleuchtungs- und Rechneranlagen am gleichen Stromkreis oder Außenleiter betrieben werden, was allerdings seltener vorkommt.

Derartige Störungen sind in der Regel nicht auf fehlerhafte Leuchten, sondern auf nicht ausreichend geschützte Computersysteme zurückzuführen. Es sollten daher die entsprechenden Lieferanten bzw. Hersteller der Rechneranlagen zu Rate gezogen werden.

Zur Vorbeugung sind folgende installationstechnische Maßnahmen empfehlenswert:

  • Bei der Planung der Beleuchtungsanlage sollten Steckdosenstromkreise für elektronische Geräte und Leuchtenstromkreise auf unterschiedliche Außenleiter verteilt werden.
  • Datenleitungen sind gut abgeschirmt und getrennt von Leuchtenzuleitungen zu verlegen.
  • Computerschnittstellen können mit speziellen Schutzschaltungen gegen Störimpulse versehen werden.
  • Störungen über die Netzzuleitung werden verhindert oder verringert durch Spannungsstabilisatoren bzw. Spannungskonstanthalter für die Computersysteme.

Einen guten Brandschutz bieten darüber hinaus Beleuchtungsanlagen mit elektronischen – Datenleitungen sind gut abgeschirmt und getrennt von Leuchtenzuleitungen zu verlegen.

  • Computerschnittstellen können mit speziellen Schutzschaltungen gegen Störimpulse versehen werden.
  • Störungen über die Netzzuleitung werden verhindert oder verringert durch Spannungsstabilisatoren bzw. Spannungskonstanthalter für die Computersysteme

Einen guten Schutz bieten darüber hinaus Beleuchtungsanlagen mit elektronischen Vorschaltgeräten.

Elektromagnetische Felder

In einigen Teilen der Öffentlichkeit und auch bei Entscheidungsträgern besteht teilweise eine gewisse Verunsicherung über die gesundheitlichen Risiken, die möglicherweise von elektromagnetischen Feldern (EMF) ausgehen können. Dabei ist seltener die physikalische, eher die biologische Wirkung, die häufig unsachlich als „Elektrosmog“ bezeichnet wird, ein oft
diskutiertes Thema

Typische Störquellen können sein:

  • Sendeanlagen (z.B. UKW-Sender, Mobilfunktelefone)
  • Elektromotoren und Leistungselektronik (z.B. ICE-Züge)
  •  Zündanlagen, Schaltkontakte, Leuchtstofflampen
  • Portable Electronic Devices (z. B. tragbarer CD-Spieler, Laptop-Computer)
  • Entladungen statischer Elektrizität, z.B. aufgeladener Personen oder Gewitter-Blitze

Hinsichtlich der Wechselwirkungen von elektromagnetischen Feldern und biologischen Organismen muss zwischen niederfrequenten (0 bis 100 kHz) und hochfrequenten
(100 kHz bis 300 GHz) Feldern unterschieden werden. Im niederfrequenten Bereich liegen elektrische und magnetische Felder als entkoppelte Felder vor. Im hochfrequenten Bereich lassen sich die elektrische und die magnetische Komponente des EMF nicht mehr getrennt betrachten. Sie sind physikalisch bedingt eng miteinander verknüpft.

Für den Bereich des Arbeitsschutzes hat der europäische Gesetzgeber mit der EU-Richtlinie 2004/40/EG vom 29.4.2004 Mindestvorschriften zum Schutz von Sicherheit und Gesundheit der Arbeitnehmer vor der Gefährdung durch physikalische Einwirkungen (elektromagnetische Felder, 18. Einzelrichtlinie im Sinne des Artikels 16 Absatz 1 der Richtlinie 89/391/EWG) festgelegt.
Sie betreffen den Schutz der Arbeitnehmer gegen tatsächliche oder mögliche Gefährdungen ihrer Gesundheit und Sicherheit durch Einwirkung von elektromagnetischen Feldern (0 Hz-300 GHz) während ihrer Arbeit, insbesondere durch bekannte schädliche Kurzzeitwirkungen im menschlichen Körper. Ursache können induzierte Ströme, Energieabsortion oder Kontaktströme sein.

Niederfrequente EMF

Niederfrequente elektrische und magnetische Felder treten überall dort auf, wo elektrische Energie erzeugt, transportiert oder angewendet wird. Im Alltag sind dies hauptsächlich die elektrischen und magnetischen Felder, die durch die Stromversorgung (50 Hz) und elektrifizierten Verkehrssysteme, wie Eisenbahnen (162⁄3 Hz), entstehen. Aufgrund physikalischer Eigenschaften können im niederfrequenten Bereich die Wirkungen der elektrischen und magnetischen Felder getrennt betrachtet werden.

Das elektrische Feld entsteht durch eine elektrische Spannung zwischen zwei Leitern. Gemessen wird das elektrische Feld in V/m (Volt pro Meter). Am bekanntesten ist das elektrische Feld eines Kondensators.Es entsteht ausschließlich durch die Spannung (der Strom spielt keine Rolle).

Elektrische Felder lassen sich leicht abschirmen, z.B. durch Auskleidung mit leitfähiger und geerdeter Tapete (Fardayscher Käfig). Sie dringen wegen einer Restfeuchte (Leitfähigkeit) von Mauern und Putz kaum von außen in Häuser ein, ebenso aufgrund der relativ guten Leitfähigkeit der menschlichen Haut praktisch auch nicht in den Körper ein und verursachen daher im wesentlichen nur Oberflächeneffekte.

Als Reaktion auf die Aufladung der Körperoberfläche richten sich z.B. die Körperhaare auf und vibrieren mit der Frequenz des verursachenden Feldes. Die meisten Menschen bemerken diesen Effekt ab einer Feldstärke von 1 kV/m. Erhöht man die Feldstärke auf noch höhere Werte, vernehmen manche Personen zusätzlich ein unangenehmes, aber ebenfalls harmloses Hautkribbeln.
Reizwirkungen aufgrund innerer Körperströme können prinzipiell ausgeschlossen werden.

In Deutschland sind niederfrequente EMF durch die 26. Verordnung zur Durchführung des Bundesimmissionsschutz- Gesetztes von 1996 (26. BImSchV) erfasst. Diese Verordnung bezieht sich auf die wichtigsten Anlagentypen, wie Hochspannungsleitungen, Erdkabel, Transformatoren sowie Bahn- und Stromversorgungsanlagen.

Das Magnetfeld entsteht ringförmig um stromdurchflossene Leiter und nimmt mit steigendem Abstand ab. Man kann Magnetfelder nur mittels magnetisch leitender Materialien (Weicheisen, Mumetall) um den zu schützenden Bereich herumführen (abschirmen) und diesen damit schützen.

Gemessen wird das magnetische Feld H in der Maßeinheit A/m (Ampere pro Meter); es hat sich jedoch weitgehend stattdessen die magnetische Induktion B mit der Maßeinheit T (Tesla) durchgesetzt. In Luft gilt: 1 A/m = 4 · π · 10 -7 T = 1,2566 μT.

Niederfrequente magnetische Felder durchdringen den menschlichen Körper und induzieren darin Wirbelströme, die Nerven- oder Muskelzellreizungen sowie optische Flimmererscheinungen zur Folge haben können. Die typische Reizschwelle für solche Phänomene liegt bei 50 Hz-Feldern und den empfindlichsten Testpersonen in der Größenordnung von 2 mT, wobei selbst
bei längerer Belastung im Bereich von 1 mT bis 20 mT keine Spätfolgen bekannt geworden sind.

Der Maximalwert netzfrequenter magnetischer Felder am Patientenplatz zur störungsfreien Registrierung von EKG (Elektrokardiogramme) darf 4 · 10 -7 = 0,4 μT nicht überschreiten. Diese Grenzwerte werden im Allgemeinen in einem Abstand von 6 m von Transformatoren und Motoren bis 3 kW Leistung eingehalten. Beleuchtungsanlagen halten den Wert im Abstand von ca. 1 m ein. Im Aufenthaltsbereich der Patienten (2 m und mehr von Leuchten mit magnetischen Vorschaltgeräten entfernt) beträgt die Induktion weniger als 0,1 μT. Bei elektronischen Vorschaltgeräten ist der Wert noch geringer. Ein Kernspinntomophraph (Magnetresonanzgerät) erzeugt ein magnetisches Feld von bis zu 3 Tesla.

Die Grenzwerte für die störungsfreie Aufzeichnung von EEG-(Elektroenzephalogramm) und EMG-(Elektromyogramm) Signalen liegen nach DIN VDE 0100-710 bzw. nach EN ISO 11197 (betreffend Medizinische Versorgungseinheiten) bei 0,2 μT bzw. bei 0,1 μT.

Unter dem Einfluss schwacher Magnetfelder wurde eine Verringerung der Ausschüttung des Schlafhormons Melatonin und damit einhergehend Schlafstörungen und psychische Beeinträchtigungen (Depressionen) festgestellt.

In epidemiologischen Studien, die den Zusammenhang zwischen der Kranken- bzw. Todesstatistik und der den Menschen belastenden Größe untersuchen, konnte z.B. keine signifikante Schädigung durch Hochspannungsleitungen, insbesondere hinsichtlich eines erhöhten Krebsrisikos (Leukämie, Gehirntumor) durch magnetische Felder festgestellt werden.

Hochfrequente EMF


kommen bei der drahtlosen Informationsübertragung, wie Rundfunk, Fernsehen und Mobilfunk, vor. Die Wirkung hochfrequenter EMF hängt entscheidend von der Frequenz ab. Man unterscheidet aufgrund der Frequenz bzw. der Wellenlänge (Bild 2.4-8) in

  • Nicht-ionisierende Strahlung, das sind EMF mit Wellenlängen von 1 km bis 1 m (Rundfunkwellen), die EMF mit Wellenlängen von 1m bis 1mm (Mikrowellen) sowie die infrarote, sichtbare und ultraviolette Strahlung mit Wellenlängen bis 100 nm (Frequenzbereich bis 300 GHz).
  • Anschließend folgt die ionisierende Strahlung, das sind die Röntgen- und Gammastrahlung mit Frequenzen bis 750 THz (Tera Hertz). Diese Strahlung zeigt extreme Wirkungen und muss wegen großer Gefahren, z.B. Veränderung des Erbguts, gemieden werden. Solche hochfrequenten Felder unterliegen wegen ihrer schädlichen Wirkung speziellen Sicherheitsmaßnahmen.

Bei der nicht-ionisierenden Strahlung ab 100 nm und höher muss hinsichtlich der biologischen Wirkungen zwischen thermischen und athermischen Wirkungen unterschieden werden.

Bei den thermischen Wirkungen wird die Strahlungsenergie vom Körper absorbiert und in Wärme umgewandelt. Es entstehen durch die EMF Wirbelströme, welche das elektrisch leitfähige Körpergewebe erwärmen und das Eindringen des Feldes behindern (Skin- Effekt). Die sogenannte Eindringtiefe ist der Wert, bei dem das Feld auf 1/e = 37% abgefallen ist. Bei einer
Frequenz von 1 GHz beträgt sie je nach Art des Körpergewebes zwischen 1,8 cm (Muskeln) und 18 cm (Knochen).

Die Grenzwertbeurteilung beruht darauf, dass im Körper keine thermisch bedingten Schädigungen auftreten dürfen.

Die absorbierte Energie wird als SAR-Wert (Specific Absorption Rate) bezeichnet und ist stark frequenzabhängig. Ebenso sind die maximal zulässigen Grenzwerte stark frequenzabhängig.

Besonders betroffen sind Organe mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und schlechter Durchblutung (z.B. Augenlinse) sowie temperatursensible Organe.

Die EU-Richtlinie 2004/40/EG vom 29.4.2004 enthält Expositionsgrenzwerte und SAR-Werte für elektromagnetische Felder in Abhängigkeit von der Frequenz, und zwar

  • Expositionsgrenzwerte für die Stromdichte (in mA/m2) für zeitlich veränderliche Felder bis 1 Hz, um Auswirkungen auf das kardiovaskuläre und das Zentralnervensystem vorzubeugen
  • Expositionsgrenzwerte für die Stromdichte für den Frequenzbereich zwischen 1 Hz und 10 MHz, um Auswirkungen auf die Funktionen des Zentralnervensystems vorzubeugen
  • Expositionsgrenzwerte und SAR-Werte für Felder zwischen 100 kHz und 10 GHz, um die Wärmebelastung des ganzen Körpers und eine übermäßige lokale Gewebeerwärmung zu vermeiden
  • Expositionsgrenzwerte sowohl für die Stromdichte als auch für den SAR-Wert für Felder im Bereich von 100 kHz bis 10 MHz, um eine übermäßige Gewebeerwärmung an oder nahe der Körperoberfläche zu vermeiden
  • Expositionsgrenzwert für die Leistungsdichte (in W/m2) für Felder zwischen 10 GHz und 300 GHz, um eine übermäßige Gewebeerwärmung an oder nahe der Körperoberfläche zu vermeiden.

Die Auswirkungen thermischer Effekte sind in der Wissenschaft unstrittig und reichen von einer erhöhten Krebswahrscheinlichkeit bis zu starken Missbildungen bei der Nachkommenschaft im Tierversuch. Bekannt sind ferner Störungen von Stoffwechsel, Drüsenfunktionen, Blut-/Immun- und Nervensystem, Grauer Star, Unfruchtbarkeit bis hin zu inneren Verbrennungen
und Herzinfarkt bei extrem hohen Feldstärken.

Athermische Wirkungen sind Effekte, die unterhalb der thermischen Wirkungsschwelle auftreten. Ihre Existenz ist inzwischen weitgehend wissenschaftlich anerkannt. Strittig ist nur, ob diese zu gesundheitlichen Auswirkungen führen können, da körpereigene Regel- und Kontrollmechanismen dem entgegen wirken können. Die Wirkungen treten oft nur innerhalb schmaler Amplituden- und Frequenzbereiche auf. Eine Studie des Instituts für Sozial- und Präventivmedizin der Universität Bern/Schweiz deutet darauf hin, dass verschiedene Beschwerden wie Schlafstörungen, Nervosität und Schwächegefühle bei Menschen, die durch einen 3 x 150 kW Rundfunk-Kurzwellensender in weniger als 2 km Entfernung einer Dauerbelastung ausgesetzt waren, signifikant häufiger auftreten als bei Menschen aus weiter entfernten Wohnungen.

Notbeleuchtungsanlagen

Begriffe

Antipanik-Bereich nach EN 50172: Bereiche mit nicht gekennzeichneten Rettungswegen in Hallen größer 60 m2 oder kleinere Flächen, wenn dort ein zusätzliches Risiko gegeben ist, z.B. bei Nutzung durch eine größere Menschenansammlung.

Notleuchte in Dauerschaltung nach EN 50172: Leuchte, bei der die Lampen für die Notbeleuchtung immer dann ständig gespeist werden, wenn allgemeine Beleuchtung oder Notbeleuchtung erforderlich ist.

Notleuchte in Bereitschaftsschaltung nach EN 50172: Leuchte, bei der die Lampen für die Notbeleuchtung nur dann eingeschaltet sind, wenn die Stromversorgung für die allgemeine Beleuchtung ausfällt.

Hinterleuchtete Sicherheitszeichen nach EN 50172: Zeichen, das, wenn es erforderlich ist, von einer internen Lichtquelle beleuchtet wird.

Beleuchtetes Sicherheitszeichen nach EN 50172: Zeichen, das, wenn es erforderlich ist, von einer externen Lichtquelle beleuchtet wird.

Erforderliche Batteriebetriebszeit nach EN 50172: Dauer des Batterie-Notbetriebs, der für die Funktion erforderlich ist.

Bemessungsbetriebsdauer nach EN 50172: Vom Hersteller angegebene Dauer, in der der Bemessungslichtstrom abgegeben wird.

Umschaltzeit nach DIN VDE 0100-718: Zeit zwischen dem Erkennen des Ausfalls der allgemeinen Stromversorgung und dem Zeitpunkt des Wirksamwerdens der Stromquelle für Sicherheitszwecke. EN 1838 unterscheidet zwischen der Einschaltverzögerung bis zum Erreichen von 50% bzw. 100% des Wartungswertes der
Beleuchtungsstärke.

Anforderungen

In der Normenreihe DIN VDE 0108 Teil 1 waren bisher allgemeine Anforderungen und in den Teilen 2 bis 8 je nach baulicher Anlage spezielle Anforderungen zur Sicherheitsbeleuchtung enthalten (Tabelle 2.6-1). Insbesondere wurde z.B. für folgende Anwendungsbereiche eine Sicherheitsbeleuchtung vorgeschrieben:

  • Rettungswege
  • besondere Räume für Ersatzstromaggregate, Hauptverteiler der allgemeinen und der Sicherheitsstromversorgung, für Schaltanlagen über 1 kV
  • Arbeitsräume mit mehr als 50 m2
  • Versammlungsstätten, Schulen und Museen für mehr als 200 Personen
  • Mittel- und Vollbühnen, einschließlich der Bühnenerweiterung
  • Bühnenbetriebsräume, Probebühnen, Chor- und Ballettübungsräume, Orchesterübungsräume, Stimmzimmer, Aufenthaltsraum für Mitwirkende, Bildwerferräume, Manegen, Sportrennbahnen
  • Räume mit Bühnen und Szenenflächen für Filmvorführungen sowie Bild- und Tonvorführungen für mehr als 100 Personen

 

  • Geschäftshäuser und bauliche Anlagen mit mehr als 50 m2 großen Verkaufsräumen
  • Verkaufsräume und Ausstellungsräume (einzeln oder zusammen) mit mehr als 2000 m2 Nutzfläche
  • baulichen Anlagen mit mehr als 50 m2 großen Ausstellungsräumen (ausgenommen Ausstellungsstände in großen Ausstellungshallen oder -zelten)
  • Schank- und Speisewirtschaften mit mehr als 400 Gastplätzen
  • Beherbergungsbetriebe mit mehr als 60 Gastbetten
  • Hochhäuser mit Räumen, deren Fußboden mehr als 22 m über der festgelegten Geländeoberfläche liegt (gilt nicht für Wohnungen)
  • Geschlossene Großgaragen mit einer Nutzfläche von mehr als 1000 m2
  • Schulen aller Art, in denen gleichzeitig eine größere Anzahl von Personen regelmäßig unterrichtet wird und in denen mindestens ein Geschoss eine Fläche von mehr als 3000 m2 hat
  • fensterlose Unterrichtsräume
  • verdunkelte Fachräume.

 

Diese Vorschriften galt jedoch nur noch bis zum 1.3.2007. Daneben gilt seit dem 1.10.2005 und ab 1.3.2007 ausschließlich DIN VDE 0100-718. Darin sind allerdings nicht mehr so detaillierte Angaben darüber gemacht, in welchen Raumarten eine Sicherheitsbeleuchtung vorzusehen ist. Dies ist den baurechtlichen Regelungen der Deutschen Bundesländer, den Arbeitsschutz
betreffenden Vorschriften der Berufsgenossenschaften und anderen Normen zu entnehmen. Dazu gehören insbesondere für die lichttechnischen Anforderungen EN 1838 und für die elektrotechnischen Anforderungen EN 50172, die durch DIN VDE 0108-100 (Entwurf 10.2005) inhaltlich konkretisiert werden sollen.

Grundlegende Anforderungen an die Sicherheitsbeleuchtung nach DIN VDE 0108-100 (Entwurf 10.2005):

  • Die Sicherheitsbeleuchtung stellt sicher, dass bei Ausfall der allgemeinen Stromversorgung die Beleuchtung unverzüglich automatisch und für eine vorgegebene Zeit in einem festgelegten Bereich zur Verfügung gestellt wird.
  • Die Anlage muss die Beleuchtung der Rettungswegzeichen, der Wege zu den Ausgängen bis in den sicheren Bereich und der Brandbekämpfungseinrichtungen oder Meldeeinrichtungen entlang der Rettungswege sicherstellen sowie Arbeiten in Verbindung mit Sicherheitsmaßnahmen ermöglichen.
  • Wenn ein Ausgang nicht unmittelbar gesehen werden kann, muss ein Richtungszeichen (oder eine Folge von Rettungszeichen) vorgesehen und so angebracht werden, dass eine Person sicher zu einem Notausgang geleitet wird. Die Rettungszeichen müssen von allen Punkten entlang des Rettungswegs sichtbar sein.
  • Alle Zeichen, die Ausgänge oder Rettungswege kennzeichnen, müssen in Farbe und Gestaltung einheitlich sein (siehe DIN 4844) und EN 1838 entsprechen. In Bereichen, in denen sich ortsunkundige Personen aufhalten, sind Rettungszeichen in Dauerschaltung zu betreiben.
  • Die Lichtquellen für be- oder hinterleuchtete Sicherheitszeichen müssen in Dauerschaltung ausgeführt und Teil der Sicherheitsbeleuchtung sein.
  • Um eine sichere Stelle zu erreichen, wo Personen keiner Gefahr mehr ausgesetzt sind, sollte die Beleuchtungsstärke im Bereich unmittelbar außerhalb des Endausgangs die Anforderungen für Rettungswege nach EN 1838 erfüllen.
  • Dunkelheit infolge Stromausfall in Aufzügen kann bei Menschen aufgrund der Ängste, für unbestimmte Zeit auf kleinem Raum eingeschlossen zu sein, zu Schäden führen. Daher muss in einer Aufzugkabine, die für Personen zugelassen ist, eine Sicherheitsbeleuchtung als Antipanikbeleuchtung nach EN 1838 vorgesehen sein. Dabei wird eine feuergeschützte Zuleitung gefordert.
  • Leuchten für die Sicherheitsbeleuchtung müssen EN 60598-2-22 entsprechen.
  • Leuchten der Sicherheitsbeleuchtung müssen leicht und sicher erkannt und rot oder grün sowie mit der Verteiler-, der Stromkreis- und der Leuchtennummer gekennzeichnet sein.

 

Ferner schreibt DIN VDE 0100-718 vor: Wenn die allgemeine Beleuchtung eines Raumes z.B. in Versammlungsstätten, Ausstellungshallen, Theater, Kinos oder Sportarenen für eine betriebliche Verdunkelung gedimmt oder geschaltet werden soll, ist es erforderlich, eine besondere Beleuchtung für Hilfs- und Ordnungsmaßnahmen mit mindestens den lichttechnischen Anforderungen der Sicherheitsbeleuchtung vorzusehen. Diese muss von der Aufsichtsperson leicht einschaltbar sein. Dies gilt nicht für Arbeitsstätten.

Die wesentlichen Anforderungen nach DIN VDE 0108-100, die in eine überarbeitete Norm EN 50172 einfließen sollen, sind in der Tabelle enthalten. Das normsetzende deutsche Gremium der DKE (Deutsche Elektrotechnische Kommission) empfiehlt, schon jetzt diese Werte vor Inkrafttreten der überarbeiteten EN 50172 anzuwenden.

Ersatzstromquellen

Ersatzstromquellen liefern nach Ausfall bzw. Absinken der Spannung der allgemeinen Stromversorgung für eine begrenzte Zeit die elektrische Energie für die Versorgung der notwendigen Sicherheitseinrichtungen. Die Umschaltung auf Sicherheitsstromversorgung muss erfolgen, wenn die Spannung der allgemeinen Stromversorgung über einen Zeitraum von mehr als
0,5 s um mehr als 15% gesunken ist. Bei mehr als 85% der Bemessungsspannung muss innerhalb von 1 Minute auf Netzbetrieb zurückgeschaltet werden.

Ersatzstromquellen sind:

  • Einzelbatterie, wartungsfrei, mit Lade- , Umschaltund Kontrolleinrichtung sowie Tiefentladeschutz, maximal für zwei Sicherheits- bzw. Rettungszeichenleuchten zulässig. Einzelbatteriesysteme müssen EN 60598-2-22 entsprechen.
  • Gruppenbatterie, wartungsfrei, mit Lade- und Kontrolleinrichtung, für Sicherheitseinrichtungen von maximal 300 W bei dreistündiger bzw. 900 W bei einstündiger Betriebsdauer zulässig.
  • Zentralbatterie mit Lade-, Umschalt- und Kontrolleinrichtung sowie Tiefentladeschutz, ohne Leistungsbeschränkung für die gesamte Sicherheitseinrichtung zulässig. Batteriebetriebene zentrale Stromversorgungssysteme müssen EN 50272-2 entsprechen.
  • Ersatzstromaggregat, bestehend aus Diesel-Motor und Generator, mit einer Umschaltzeit von maximal 15 s. Hubkolben- Verbrennungsmotoren zum Antrieb von Wechselspannungs-Generatoren müssen entsprechend ISO 8528-12 konstruiert sein.
  • Schnellbereitschaftsaggregat mit einer Umschaltzeit von maximal 0,5 s. Hierbei dient ein Energiespeicher zur kurzzeitigen Energieversorgung der Verbraucher und zum Hochfahren des Ersatzstromaggregats.
  • Sofortbereitschaftsaggregat ist ein Stromerzeugungsaggregat ohne Umschaltzeit. Ein Energiespeicher versorgt kurzzeitig die Verbraucher und einen Elektromotor zum schnellen Hochfahren der Kraftmaschine des Ersatzstromaggregats.
  • Besonders gesicherte Netze haben zwei voneinander unabhängige Einspeisungen der Sicherheitseinrichtungen.

Der Betrieb von Beleuchtungsanlagen über Stromerzeugungsaggregate oder durch besonders gesicherte Netze ist dann möglich, wenn die elektrischen Kenngrößen (Spannung, Frequenz) mit den Nennbetriebsdaten der Leuchten übereinstimmen. In Zweifelsfällen sollte der Leuchtenhersteller befragt werden.

Schaltungsarten

Sicherheitsbeleuchtung kann in Dauerschaltung oder Bereitschaftsschaltung erfolgen.

Bei Dauerschaltung werden Sicherheitsleuchten aus dem Allgemeinbeleuchtungsnetz und bei dessen Ausfall oder Störung aus der Ersatzstromquelle gespeist. Bei Wiederkehr der allgemeinen Stromversorgung muss selbsttätig auf diese zurückgeschaltet werden. Bei Dauerschaltung sind zwei Betriebsarten zu unterscheiden:

  • Im Umschaltbetrieb sind Sicherheitsleuchten nur bei Netzausfall mit der Ersatzstromquelle verbunden, ansonsten werden sie aus dem allgemeinen Netz gespeist.
  • Im Bereitschaftsparallelbetrieb sind Sicherheitsleuchten ständig an die Ersatzstromquelle angeschlossen.

Bei “’Bereitschaftsschaltung“‘ sind Sicherheitsleuchten im Normalbetrieb nicht eingeschaltet. Erst bei Netzausfall oder -störung erfolgt die Einschaltung. Die Sicherheitsbeleuchtung muss bei Wiederkehr der Spannung selbständig wieder ausschalten. In Räumen, in denen Bereitschaftsschaltung vorgesehen ist, müssen die Leuchten der Allgemeinbeleuchtung auf mindestens zwei Stromkreise aufgeteilt werden. Die Netzüberwachung, mit Ausnahme von Einzelbatteriesystemen, erfolgt bei Dauerschaltung im Hauptverteiler, bei Bereitschaftsschaltung im Unterverteiler.

Prüfung

Sicherheitsbeleuchtungsanlagen müssen regelmäßig geprüft und gewartet werden. Dazu ist eine fachkundige Person zu bestimmen. Werden automatische Prüfeinrichtungen benutzt, so sind die Informationen monatlich aufzuzeichnen. Bei allen anderen Systemen sind die Prüfungen gemäß der Tabelle durchzuführen.

Bei normgerechten, automatischen Prüfeinrichtungen, bei denen die Batterieladung ständig oder in Intervallen < 5 min periodisch überwacht wird, entfallen manuelle Prüfprozeduren. Darüber hinaus werden Umschaltung und Funktion der angeschlossenen Verbraucher bei Einzelbatterien wöchentlich und bei Zentral- und Gruppenbatterien täglich geprüft. Automatische Prüfeinrichtungen müssen Störungen melden und registrieren. Automatische Testeinrichtungen zur Überwachung der Sicherheitsbeleuchtung müssen EN 62034 (VDE 0711-400) entsprechen.

Für einen zuverlässigen Betrieb sind Einzelbatteriesysteme mit wartungsfreien Nickel-Cadmiumbatterien vorteilhaft. Der vom Leuchtenhersteller angegebene Lampenlichtstrom eines Einzelbatterieversorgungssystems muss bis zum Ende der Nennbetriebsdauer (üblicherweise 1 Stunde oder 3 Stunden) gewährleistet werden. Der Nennlichtstrom von Leuchtstofflampen bei 230 V Wechselspannung darf in der Regel nicht für lichttechnische Projektierungen der Sicherheitsbeleuchtung zugrundegelegt werden. Das Verhältnis der Lampenlichtströme im Notlichtbetrieb und im Nennbetrieb ist der vom Leuchtenhersteller anzugebende Lichtstromfaktor.

Leuchten mit elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) können bei Netzausfall über Gruppen- oder Zentralbatterien mit 220 V-Gleichspannung versorgt werden. Bei geringeren Spannungen sind spezielle Geräte erforderlich. Bauartbedingt führt der 220 V-Gleichspannungsbetrieb gegenüber dem 230 V-Wechselspannungsbetrieb bei einigen EVG zu verringerter Leistungsaufnahme und zu geringerem Lichtstrom (Lichtstromfaktor < 1,00).

Komponenten der Elektroanlage

FI-Schalter


Elektroanlagen und Elektrogeräte müssen einen ausreichenden Schutz von Menschen und Tieren gegen elektrischen Schlag (direktes Berühren spannungsführender Teile) aufweisen. Dieser Schutz kann erreicht werden durch

  • Isolierung aktiver (spannungsführender) Teile
  • Abdeckung oder Umhüllung
  • Hindernisse (z.B. Absperrungen) und Abstand
  • zusätzlichen Fehlerstromschutzschalter, z. B. mit einem Nennfehlerstrom von 30 mA.

Durch eine Fehlerstromschutzschaltung (FI-Schaltung, Differenzstromschaltung, RCD Residual current protective device) sollen elektrische Betriebsmittel vom versorgenden Netz getrennt werden, wenn in dem zu schützenden Stromkreis ein zu großer Differenz- bzw. Fehlerstrom fließt.

Das Bild zeigt ein TN-System (Schutzleitungssystem, T steht für Terre, dem geerdeten Gerätekörper; N ist der Neutralleiter, der als Mittelpunkt des Versorgungssystems ebenfalls geerdet ist) mit den Außenleitern L1, L2, L3, dem Neutralleiter N und dem Schutzleiter PE. Ein Verbraucher (Leuchte) ist über einen RCD an L1 und N (230 V) sowie an PE angeschlossen. Der RCD bestimmt den Differenzstrom If = Izu – Iab.

Fließt ein Fehlerstrom über den Schutzleiter infolge Kontakts eines Leiters mit dem Gehäuse und ist dieser größer als der Nennfehlerstrom, schaltet der RCD den Verbraucher vom Netz ab.

Nach der Leuchtenvorschrift EN 60598-1:2004 ist bei ortsfesten Leuchten der Schutzklasse I im Normalbetrieb ein Ableitstrom von maximal 1 mA je Leuchte, unabhängig von der Anzahl der Lampen, zulässig. Ein Vertauschen der Netzanschlussleitungen kann zu erhöhten Ableitströmen führen. Die Angaben an der Netzanschlussklemme sind daher zu beachten.

Die mögliche Anzahl von Leuchten je Fehlerstrom- Schutzschalter (FI-Schalter) wird durch dessen Nennfehlerstrom je Außenleiter, z. B. If ≤ 30 mA, begrenzt. Fehlerstrom-Schutzschalter dürfen gemäß DIN VDE 0664-1 „Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen“ bereits bei Fehlerströmen größer 50% des Nennfehlerstromes auslösen.

Ein 30 mA-FI-Schalter darf also bereits bei einem Fehlerstrom von 15 mA ansprechen. Mehr als 15 Leuchten je Außenleiter, bzw. 45 Leuchten bei einem Dreiphasen-FI-Schalter sollten deshalb in diesem Fall nicht angeschlossen werden.

Beim Ein- und Ausschalten von Beleuchtungsanlagen treten unvermeidbare Stromspitzen auf. Daher wird empfohlen, nur FI-Schalter zu verwenden, die nach EN 61009-1 „Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz (RCBOs) für Haushaltsinstallationen und für ähnliche Anwendungen. Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ bis zu einer Stoßstromfestigkeit von 200 A geprüft sind.

Aufgrund ihrer hohen Leitungskapazitäten können lange Leitungen ebenfalls unzulässig hohe Schaltstromspitzen verursachen. Die Installation sollte daher so ausgeführt werden, dass die Leitungslänge vom FI-Schalter bis zur letzten Leuchte maximal 200 m beträgt. Zusätzliche Funk-Entstörmaßnahmen, die über die serienmäßig vorhandene Entstörung hinausgehen, können ebenfalls die mögliche Leuchtenanzahl je FI-Schalter begrenzen.

Bei Leuchten mit EVG kann der FI-Schalter aufgrund kurzzeitiger hoher Einschaltströme und geringem Dauerstrom der Entstörkondensatoren im EVG unzulässig auslösen. Abhilfe ist möglich durch

  • Aufteilung der Leuchten auf drei Phasen und Verwendung von Dreiphasen-FI-Schalter
  • stromstoßfeste FI-Schalter.

Leitungsschutzschalter

Kabel und Leitungen müssen durch Überstrom-Schutzeinrichtungen gegen zu hohe Erwärmung durch Überlast oder im Kurzschlussfall geschützt werden. Empfohlen werden Leitungsschutzschalter nach EN 60898-1 „Elektrisches Installationsmaterial, Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke, Teil 1: Leitungsschutzschalter für Wechselstrom“, die in beiden Fällen für eine sichere Unterbrechung des Stromkreises sorgen.

Der Nennstrom In des Leitungsschutzschalters (LSSchalters) darf die maximale Strombelastbarkeit der Leitungen gemäß ihrer Verlegeart nicht überschreiten. Die Werte sind der Norm DIN VDE 0298 entnommen. Die angegebenen Werte gelten für eine Umgebungstemperatur von 30°C bei PVC-isolierten Leitungen mit einer zulässigen Betriebstemperatur von 70°C.

Bei höheren Umgebungstemperaturen reduziert sich die zulässige Strombelastbarkeit. Auch bei Häufung von mehradrigen Leitungen ist die zulässige Strombelastbarkeit zu reduzieren.

Leitungsschutzschalter werden nach EN 60898-1 (DIN VDE 0641-11) nach dem Bemessungsstrom IB unterschieden und u.a. nach dem Sofortauslösestrom (Auslösecharakteristiken B, C und D) klassifiziert. Bei der Auswahl von LS-Schaltern ist zu berücksichtigen, dass bei Beleuchtungsanlagen kurzzeitig höhere Einschaltströme auftreten können.

Die bevorzugten Nennströme In von LS-Schaltern sind 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 63, 80, 100 und 125 A.

Wegen des höheren Einschalt-Spitzenwertes wird für Beleuchtungsanlagen die Auslösecharakteristik C mit einem Ansprechstrom von 5 · In bis 10 · In innerhalb von weniger als 0,1 s empfohlen. Nach EN 60898-1 können Leitungsschutzschalter mit der Auslösecharakteristik B, C bzw. D bis zu 1 Stunde das 1,13-fache ihres Bemessungsstromes ohne Auslösen führen.


Die maximale Anzahl Leuchtstofflampen je Leitungsschutzschalter ist von der Auslösecharakteristik, der Leistung der Leuchtstofflampen und deren Schaltung abhängig.

Die angegebenen Werte gelten für Leuchten mit magnetischen Vorschaltgeräten sowie für eine Umgebungstemperatur von 30°C. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss die Belastung
und damit die Anzahl der Lampen um 5% je 10 K reduziert werden, z.B. bei 50°C um 10%.

Bei mehreren, direkt nebeneinander angeordneten LS-Schaltern mit gleichzeitig hoher Strombelastung ist eine zusätzliche Reduzierung der Belastung um bis zu 25% erforderlich.

Leuchtstofflampen in Starterschaltung zünden geringfügig zeitverzögert. Entstehende Einschaltstromspitzen verteilen sich daher auf eine kurze Zeit.

Bei Elektronischen Vorschaltgeräten (EVG) zünden die Lampen gleichzeitig. Beim Einschalten im Netzspannungsscheitel bewirken die Speicherkondensatoren in den elektronischen Betriebssystemen einen hohen kurzzeitigen Stromimpuls. Durch das gleichzeitige Laden dieser Kondensatoren entsteht kurzzeitig ein summierter und daher höherer Einschaltstrom als bei
Lampen in Starterschaltung. Daher ist die Anzahl der Lampen je LS-Schalter mit EVG geringer als bei Lampen in Starterschaltung. Außerdem sind die Einschaltstromspitzen von der Bauform und den elektronischen Bauelementen des EVG abhängig, so dass keine allgemeingültigen Aussagen hinsichtlich der Anzahl von elektronischen Betriebsgeräten an einem LS-Schalter gegeben werden können.

Blindleistungskompensation

Beim Betrieb von Leuchtstofflampen mit induktiven Vorschaltgeräten liegt der Leistungsfaktor (für sinusförmige Größen als cos ƒ bezeichnet) lediglich bei 0,3 bis 0,5. Um eine erhöhte Belastung des Versorgungsnetzes durch den Blindleistungsanteil zu vermeiden, fordern die Errichtungsvorschriften der Energieversorgungsunternehmen eine Kompensation beim Betrieb von Entladungslampen, sofern mehr als 250 W Systemleistung (Leistung der Lampe plus Verlustleistung des Vorschaltgerätes) je Außenleiter angeschlossen sind. Ziel ist ein Leistungsfaktor größer 0,9. Bei der Kompensation von Beleuchtungsanlagen sind folgende Schaltungsarten möglich:

  • Einzelkompensation in Parallelschaltung
  • Gruppenkompensation von gemeinsam geschalteten Leuchten
  • Zentralkompensation aller Verbraucher einer Elektroanlage.

Einzelkompensation

Bei der Einzelkompensation hat sich die Parallelkompensation durchgesetzt, und zwar aus einer Vielzahl ökonomischer und ökologischer Gründe.

  • Die EU-Richtlinie 2000/55/EG schreibt eine deutliche Verringerung der Verlustleistung von Vorschaltgeräten für Entladungslampen vor, wozu auch Kompensations-Kondensatoren gehören. Die bisher verwendete Reihenkompensation und die DUOSchaltung weisen gegenüber der nichtkompensierten Schaltung z.B. bis 14% höhere Verlustwerte und eine bis zu 20% geringere Lampenlebensdauer auf.
  • Der Warenaustausch in Europa fordert eine Vereinheitlichung der Blindleistungs-Kompensationsverfahren für Leuchten. Außerhalb Deutschlands, Österreichs und der Schweiz wird überwiegend Parallelkompensation angewendet.
  • Bisherige Bedenken gegen eine Parallelkompensation ergaben sich aus eventuellen Störungen von Rundsteueranlagen der Energieversorgungsunternehmen zur Steuerung der öffentlichen Beleuchtung. Inzwischen ist eine entsprechende Abstimmung mit dem Energieversorger nur noch dann erforderlich, wenn die Leistung einer Beleuchtungsanlage den Wert von 5 kVA überschreitet und wenn Rundsteueranlagen im Versorgungsnetz eine Frequenz von mehr als 300 Hz aufweisen. Diese Frequenzgrenze wird in Deutschland nur sehr selten überschritten, so dass Parallelkompensation in den meisten Fällen keinen Einschränkungen unterliegt. Auskunft dazu erteilen die zuständigen Energieversorgungsunternehmen.
  • Parallelkondensatoren ersetzen den sonst notwendigen Funkstörschutzkondensator.

Aus diesen Gründen werden die Leuchten für Leuchtstofflampen mit magnetischen Vorschaltgeräten nur noch in induktiver Schaltung oder in Parallelkompensation angeboten. Die Schaltung „induktiv“ ist Lampenleistungen vorbehalten, die nicht kompensiert werden müssen. Sie haben auch keine Kondensatoranschlussklemme für eventuelle bauseitige Nachrüstung.

Erstprüfung

Vor der ersten Inbetriebnahme einer Starkstromanlage muss

  • durch Besichtigen, z. B. hinsichtlich der Abstände,Abdeckungen, Umhüllungen usw. zum Schutz gegen elektrischen Schlag,
  • durch Erproben und Messen, z.B. der Durchgängigkeit des Schutzleiters, des Isolationswiderstandes der elektrischen Anlage, der Spannungspolarität und Spannungsfestigkeit sowie
  • durch Funktionsprüfung sichergestellt sein, dass alle Festlegungen hinsichtlich des Schutzes von Personen, Nutztieren und Sachen erfüllt sind.

Die Erstprüfung erfolgt nach der Norm DIN VDE 0100-610 „Errichten von Niederspannungsanlagen, Teil 6-61 Prüfungen – Erstprüfungen“ (April 2004), der das europäische Harmonisierungsdokument HD 384.6.61 bzw. IEC 60364-6-61 zugrunde liegt.

Zur Erstprüfung gehört auch die Messung des Isolationswiderstandes. Bei Anlagen mit einer Nennspannung bis 500 Volt Wechselspannung wird die Prüfung mit einer Gleichspannung von 500 Volt vorgenommen. Der Isolationswiderstand darf 0,5 Megaohm (MΩ) nicht unterschreiten. Bei über 500 Volt Nennspannung beträgt die Messgleichspannung 1000 V und der Isolationswiderstand mindestens 1,0 MΩ.

Die Messgeräte müssen den Festlegungen der

  • Normenreihe DIN VDE 0413 „Geräte zum Prüfen Messen oder Überwachen von Schutzmaßnahmen“
  • der Normenreihe IEC 61557 bzw.
  • der CENELC-Normenreihe EN 61557 entsprechen.

Die Messung des Isolationswiderstandes ist zwischen Außenleitern und Neutralleiter gegen Erde durchzuführen. Zur Reduzierung des Messaufwandes dürfen Außen- und Neutralleiter miteinander verbunden sein. Bei der Messung mit angeschlossenen elektronischen Betriebsmitteln, z.B. EVG, muss dies sogar der Fall sein.

Angeschlossene Leuchten mit Parallelkondensatoren oder Funkentstörfiltern können zu Fehlmessungen führen. Darüber hinaus besteht die Gefahr, dass elektronische Bauteile der Betriebsmittel durch die Messspannung Schaden nehmen. TRILUX-Leuchten mit VVG oder EVG werden aufgrund ihres Schaltungsaufbaues durch Isolationswiderstandsmessungen nicht beschädigt.

Neutralleiterunterbrechung

In der Praxis wird für die Messung des Isolationswiderstandes des Neutralleiters N gegen den Schutzleiter PE die Neutralleiter-Trennklemme unterbrochen. Vor anschließender Inbetriebnahme muss die Neutralleiter- Trennklemme wieder geschlossen werden. Wird dies unterlassen und liegt eine unterschiedliche Belastung der Außenleiter vor, können erhöhte Betriebsspannungen
bis 400 V an den Verbrauchern auftreten. Diese kann elektrische Betriebsmittel wie elektronische Vorschaltgeräte beschädigen. Warum? Bei angeschlossenem Neutralleiter N oder bei etwa gleicher Belastung der Außenleiter liegt der Sternmittelpunkt im Spannungs-Vektordiagramm etwa in der Mitte und die Spannung an den Verbrauchern beträgt 230 V. Wird N unterbrochen, verschiebt sich der Sternmittelpunkt und die Spannung an den Verbrauchern mit größerer Last kann Werte bis zu 400 V annehmen.

Wiederholungsprüfungen

Ziel der Wiederholungsprüfungen ist es, sicherzustellen, dass die Anlage noch in Übereinstimmung mit den zum Zeitpunkt des Errichtens gültigen Errichtungsvorschriften ist.

Für den Betrieb elektrischer Anlagen, insbesondere im gewerblichen und Energieversorgungsbereich, wird nach DIN VDE 0105-100 „Betrieb von elektrischen Anlagen, Teil 100: Allgemeine Festlegungen“ (Juni 2005) eine regelmäßige Wartung durch Fachkräfte und/oder unterwiesenes Personal gefordert. Hierzu zählt die Überprüfung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen
und Messung von Isolationswiderstand sowie Erdungswiderstand. Auch die Prüfintervalle für unterschiedliche ortsfeste oder nichtstationäre Anlagen sind festgelegt.

Für stationäre Anlagen, also auch Beleuchtungsanlagen, wird eine Überprüfung der ortsfesten Betriebsmittel durch eine Elektrofachkraft alle vier Jahre gefordert. Notwendig ist die Überprüfung von Kriech- und Luftstrecken, des Schutzes gegen indirektes Berühren und gegen Eindringen von Staub oder Feuchte.

Die Prüfung umfasst das Besichtigen, das Messen des Schutzleiterübergangs- und Isolationswiderstandes sowie unter bestimmten Umständen das Messen des Ableitstromes und eine Funktionsprüfung.

BGV A3

Die Zeitintervalle für die laufenden Prüfungen elektrischer Anlagen sind in der (deutschen) Berufsgenossenschaftlichen Vorschrift BGV A3 (früher BGV A2 bzw. VBG 4) „Elektrische Anlagen und Betriebsmittel“ (aktualisierte Fassung 2005) niedergelegt. Diese Vorschrift ist eine Unfallverhütungsvorschrift und damit eine autonome Rechtsverordnung. Sie wurde vom Bundesministerium für Arbeit und Soziales genehmigt und durch Bekanntgabe im Bundesanzeiger rechtsverbindlich. Sie gilt für alle gewerblich genutzten Anlagen und Geräte. Die Anwendung und Durchführung
der Unfallverhütungsvorschriften wird von den Berufsgenossenschaften überwacht, bei Nichtbefolgung drohen Sanktionen. BGV A3 übernimmt Festlegungen aus DIN VDE 0105 Teil 100 „Betrieb von elektrischen Anlagen“ und DIN VDE 0104 „Prüfanlagen; Errichten und Betreiben“ und macht diese damit rechtsverbindlich. Im einzelnen wird unter § 5 Prüfungen folgendes gefordert:

(1) Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel auf ihren ordnungsgemäßen Zustand geprüft werden

  • vor der ersten Inbetriebnahme und nach einer Änderung oder Instandsetzung vor der Wiederinbetriebnahme durch eine Elektrofachkraft oder unter Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft und
  • in bestimmten Zeitabständen.

Die Fristen sind so zu bemessen, dass entstehendeMängel, mit denen gerechnet werden muss, rechtzeitig festgestellt werden.

(2) Bei der Prüfung sind die sich hierauf beziehenden elektrotechnischen Regeln zu beachten.

(3) Auf Verlangen der Berufsgenossenschaft ist ein Prüfbuch mit bestimmten Eintragungen zu führen.

(4) Die Prüfung vor der ersten Inbetriebnahme nach Absatz 1 ist nicht erforderlich, wenn dem Unternehmer vom Hersteller oder Errichter bestätigt wird, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel den Bestimmungen dieser Unfallverhütungsvorschrift entsprechend beschaffen sind.

Licht- und Gebäudemanagement

Die Elektroinstallation moderner Gebäude ist geprägt durch Funktionsvielfalt, Komfortansprüche, Wirtschaftlichkeit, Flexibilität und Sicherheit. Unterschiedliche Komponenten des Energiesystems eines Gebäudes – z. B. Beleuchtung, Jalousien und Heizung – sollen möglichst wirtschaftlich, automatisch und störsicher gesteuert werden. Zusätzlich sind immer häufiger
Überwachungs-, Fernsignalisierungs- und Anzeigefunktionen gefragt.

Zielvorgaben solcher Systeme können sein:

  • Minimierung des Energieeinsatzes, z. B. für Beleuchtung, Heizung und Lüftung, Sonneneinstrahlung sowie Jalousiensteuerung. Dazu gehören insbesondere die Auswirkungen des Tages- und Sonnenlichtes auf das Energiebudget des Gebäudes. Zum Beispiel kann Tageslicht künstliche Beleuchtung teilweise oder gänzlich ersetzen, aber auch die Klimatisierung der Arbeitsräume durch intensive Sonneneinstrahlung negativ beeinflussen.
  • Steigerung der Komfortkriterien der Arbeitsumgebung durch Beeinflussung etwa der Fensterlüftung, der Jalousiensteuerung sowie der Steuerung oder Regelung der künstlichen Beleuchtung nach der jeweiligen Nutzung des Raumes durch spezielle Lichtszenen. Zum Beispiel braucht man in Diskussionsforen eher eine geringe Beleuchtungsstärke, dafür eine stimulierende Lichtstimmung (Lichtkomfort). Dagegen ist bei bevorzugt sehleistungsorientierter Arbeit eher das Kriterium Sehleistung dominant. Mit einer dynamischen künstlichen Beleuchtung –variierbar im Beleuchtungsniveau und in der Lichtfarbe- werden physiologische, mehr noch psychologische Wirkungen beim Menschen aktiviert. Eine Variation der künstlichen Beleuchtung in Bezug auf die Farbtemperatur (Weiß-weiß-Steuerung) kann den Verlauf der Lichtfarbe des Tageslichtes nachbilden und medizinisch (circadian) wirken. Eine Farbsteuerung (RGB-Steuerung) kann psychologische Wirkungen auslösen
  • Dekorative Gestaltung von Räumen und Bauten durch Lichtszenen, die die Architektur auch in der natürlichen Dunkelheit zu einer Attraktion werden lassen.

In diesem Kapitel werden Systeme für die Steuerung und Regelung von Beleuchtungsanlagen beschrieben, die aufgrund ihrer unterschiedlichen Technologien unterschiedliche Komfortniveaus bei unterschiedlichem Installations- und Investitionsaufwand abdecken. In vielen Fällen reichen relativ einfache Komponenten aus, um die Helligkeit manuell zu steuern (dimmen) oder die Beleuchtung automatisch an das unterschiedliche Tageslichtangebot anzupassen. In anderen Fällen ist ein vernetztes und Daten verarbeitendes Gebäudemanagementsystem (BMS – Building Management System) zur Steuerung verschiedener am Energiebudget beteiligter Verbraucher von Vorteil. Sie ermöglichen die Erfassung der Zustände unterschiedlich angeschlossener, elektrischer Verbraucher über eine gemeinsame Leitung (Busleitung). Über standardisierte Systemkomponenten (Aktoren, Sensoren) lassen sich diese gemeinsam schalten, steuern und überwachen. Auf diese Weise kann ein hoher Grad an Integration und Automatisierung der gesamten Gebäudeelektrik realisiert werden.


Das Bild zeigt eine hierarchische Abstufung von Steuerungssystemen unterschiedlicher Komplexität. In der untersten Stufe befinden sich Helligkeitsregel- bzw. -steuersysteme, die meist für einzelne Räume oder Raumzonen mit geringem Aufwand eingesetzt werden. Eine Vernetzung mit übergeordneten Bussystemen ist entweder nicht oder nur mit besonderen Komponenten
möglich. In der nächsten Stufe befinden sich Systeme, die Gebäudeteilen oder mehreren Leuchtengruppen zugeordnet werden, jedoch mit übergeordneten Bussystemen nur eingeschränkt bzw. mit Umsetzern (Gateways) kommunizieren können. In der obersten Stufe befinden sich Hausbussysteme wie EIB (European Installation Bus) oder LON (Local Operating Network), mit denen Verbraucher wie Jalousien, Heizungs-, Klima- und Beleuchtungsanlagen gemeinsam gesteuert, geregelt und überwacht werden können. Zwangsläufig ist der Investitionsaufwand dafür höher.

Tageslichtabhängiges Schalten

Um Energie zu sparen, kann in Räumen mit Fenstern oder Lichtkuppeln die künstliche Beleuchtung mit einem relativ einfachen Lichtwertschalter an das Niveau des einfallenden Tageslichtes angepasst werden.

Ein Lichtmessfühler ist so platziert, dass er ausschließlich das einfallende Tageslicht empfängt. Die Leuchtengruppen A, B und C werden in Abhängigkeit des erfassten Lichtwertes automatisch tageslichtabhängig ein- bzw. ausgeschaltet, wobei die Schalter S1, S2 und S3 eingeschaltet und der Lichtwertschalter auf „Automatikbetrieb“ geschaltet sein müssen. Die Schaltschwellen der
Kanäle, denen die Leuchtengruppen A, B und C zugeordnet sind, können unabhängig voneinander mit Potentiometern eingestellt werden. Die zeitliche Verzögerung der Schaltbefehle kann ebenfalls eingestellt werden, um kurzzeitige Änderungen des Tageslichtes, wie z.B. durch Wolken, zu unterdrücken.

Im „Handbetrieb“ ist der Lichtwertschalter deaktiviert
und die Leuchtengruppen werden über die im Raum
installierten Schalter S1, S2 bzw. S3 geschaltet.

Dimmen mit analoger Schnittstelle

Um den Lichtstrom von Leuchtstofflampen zu variieren, werden spezielle, mit einer Schnittstelle versehene Betriebsmittel (Vorschaltgeräte) eingesetzt. Ein Dimmen durch Phasenan- oder Phasenabschnitt ist im Gegensatz zu Glühlampen auf Grund der Gasentladungsvorgänge in der Lampe nicht möglich.


Weit verbreitet sind dimmbare elektronische Vorschaltgeräte (Dimm-EVG) mit einer gemäß EN 60 929 „Wechselstromversorgte elektronische Vorschaltgeräte“ genormten zweipoligen Schnittstelle mit einer Steuergleichspannung von 1 V…10 V. Diese wird über eine Zweidrahtleitung, die in vielen Fällen in einer gemeinsamen Mantelleitung mit der Netzspannungsversorgung
verlegt werden kann, mit für diese Schnittstelle geeigneten Steuergeräten (Dimmgeräten) verbunden. Die Installationsgeräte-Industrie hat für viele Schalterserien solche Dimmgeräte in ihr Lieferprogramm aufgenommen.

Die Schnittstelle von 1 V…10 V ermöglicht den parallelen Betrieb mehrerer EVG. Die EVG sind in einer solchen Schaltung als Stromquellen anzusehen, deren Spannung über ein Dimmgerät, das als elektronisches Potentiometer wirkt, eingestellt wird. Die maximale Anzahl parallel an einem Dimmer zu betreibenden EVG wird durch den gesamten Steuerstrom und die maximale Strombelastbarkeit des verwendeten Dimmgerätes bestimmt. Bei einer marktüblichen maximalen Strombelastbarkeit von 50 mA an einem Dimmer für Unterputzmontage und einem maximalen Steuerstrom von 1 mA pro EVG können beispielsweise 50 EVG über einen Dimmer gleichzeitig angesteuert werden.

Für die analoge 1 V…10 V-Schnittstelle können neben einfachen Dimmgeräten auch Steuerkomponenten mit erweiterten Funktionen verwendet werden. In Schulungs-, Konferenz-, Besprechungs-, Vorführ- und Ausstellungsräumen können z.B. eine Anwesenheitserfassung und Tastensteuerungen mit wählbaren Helligkeitsniveaus zweckmäßig sein.

Dimmen mit digitaler Schnittstelle

Die digitale Schnittstelle hat gegenüber einer analogen diverse Vorteile. Mit einem digitalen „Telegramm“ lassen sich weit mehr Informationen übertragen als durch eine analoge Spannung. Digitale Signale liegen nur dann vor, wenn die Information auch übertragen wird. Dagegen ist im analogen System, z. B. einer 1 V…10 V-Schnittstelle, die betreffende Steuerleitung
ständig mit der Steuerspannung beaufschlagt. Aufgrund des digitalen Signals haben digitale Steuerleitungen keine Polarität, d.h. entsprechende Steuerleitungen sind verpolungssicher, darüber hinaus auch störungssicher. Die für die Verarbeitung der digitalen Informationen erforderliche „Intelligenz“ ist als digitale Schnittstelle (hard- und softwaremäßig) in den betreffenden EVG vorhanden.

Grundsätzlich sind auch bei digitalen Schnittstellen entsprechende Dimmgeräte bzw. Befehlsgeber nötig.

Im einfachsten Fall kann das ein normaler Installationstaster (Dimm-Taster) gemäß Bild 2.10-5 sein. Das spezielle Dimm-EVG regagiert bei einmaligem Tastendruck mit EIN-/AUS-Schaltung, bei längerem Tastendruck mit Helligkeitsveränderung. Die dazu erforderliche „Intelligenz“ ist im EVG hinterlegt.

Eine typische und zunehmend weiter verbreitete Anwendung digitaler Schnittstellen ist das DALI-System.

 

DALI-System



DALI (Digital Addressable Lighting Interface) ist eine moderne, digitale Beleuchtungs-Schnittstelle für vielfältige Anwendungsbereiche. Die lichttechnische Industrie hat damit einen neuen Standard zur digitalen Kommunikation zwischen den einzelnen Komponenten einer lichttechnischen Anlage definiert (). Hierbei sind insbesondere die Anforderungen für eine sinnvolle Integration in übergeordnete Installations- Bussysteme wie EIB und LON berücksichtigt worden. Aber auch weniger komplexe, dezentrale Systeme sind mit der DALI-Schnittstelle effizient realisierbar.

Neben der Einstellung eines gewünschten Lichtstromes, also dem reinen Dimmen, werden dem EVG mit DALI-Schnittstelle (DALI-EVG) weitere Funktionen zugeordnet. Die wichtigsten sind:

  • DALI-EVG können maximal 64 Einzeladressen (Individualadressen) zugeordnet werden.
  • DALI-EVG können in bis zu 16 Gruppen (Gruppenadressen) zusammengefasst werden und für bis zu 16 speicherbaren Szenen (Szenenlichtwerten) programmiert werden.
  • DALI-EVG können auch durch einen „Broadcasting-Befehl“ (Rundrufbefehl) – unabhängig von der Einzeladressierung – gemeinsam angesteuert werden.
  • DALI-EVG ermöglichen das Schalten der Lampen mittels eines Schaltsignals an der Schnittstelle anstelle eines Netzschalters.
  • DALI-EVG können Statusmeldungen bzgl. Schaltund Dimmzustand sowie Defekt der Lampe oder des Vorschaltgerätes ausgeben.

 

Die „Intelligenz“ für die oben genannten DALI-Funktionen ist im DALI-Vorschaltgerät lokalisiert. Sie werden von dem zu einem DALI-System zugehörigen DALISteuergerät über im DALI-Standard definierte Schnittstellen- Befehle aktiviert bzw. abgerufen.

DALI-Steuergeräte können, je nach vorgesehenem Anwendungsbereich, auf einen Teil oder die Gesamtheit der im Vorschaltgerät befindlichen Funktionen zugreifen. Die Bedienung des Steuergerätes durch den Benutzer ist gerätespezifisch und wird von dessen Hersteller definiert.

DALI-Vorteile

Grundsätzlich gilt für DALI-Systeme:

  • DALI verzichtet auf die maximal mögliche Funktionalität eines komplexen Gebäudemanagement-Systems.
  • DALI ist eine einfache, anwenderfreundliche Schnittstelle für Komponenten der Beleuchtungstechnik mit geringen Kosten.
  • DALI weist eine einfache Kommunikationsstruktur mit sinnvollen Funktionen zur Beleuchtungseinstellung auf.
  • DALI-Systeme können als eigenständige Funktionseinheiten konzipiert sein.
  • DALI-Systeme liegen preislich und funktional unterhalb komplexer Systeme der Gebäudeleittechnik.
  • DALI kann als Subsystem über geeignete Umsetzer (Gateways) in ein übergeordnetes Gebäudemanagementsystem, z. B. EIB oder LON, eingebunden werden.
  • DALI ermöglicht die Austauschbarkeit der Betriebsgeräte von unterschiedlichen Herstellern in einer lichttechnischen Anlage.
  • DALI wird zunehmend die analoge Schnittstelle 1…10 V von elektronischen Vorschaltgeräten ersetzen.
  • Der DALI-Standard ist in der Normenreihe IEC 62386 „Digital Addressable Lighting Interface (DALI)“ definiert. DALI-EVG müssen dieser Norm entsprechen. Für eine Übergangszeit gilt ferner EN 60929.

Mit der digitalen DALI-Schnittstelle liegt ein Standard vor, der die zugesicherten Eigenschaften von DALIBetriebsgeräten sehr detailliert definiert. Die Verlagerung eines Teils der „Intelligenz“ in das Vorschaltgerät ist maßgebliche Voraussetzung für die effiziente Funktion eines Gesamtsystems. Neben elektronischen Vorschaltgeräten für Leuchtstofflampen werden auch DALI-Betriebsgeräte für andere Leuchtmittel, wie z.B. elektronische Transformatoren für Niedervolt-Halogenlampen oder für LEDs verwendet. Diese lassen sich in einer Beleuchtungsanlage beliebig kombinieren.

Die DALI-Schnittstelle funktioniert aufgrund des Charakters digitaler Signalübertragung unabhängig von der Polarität des Anschlusses der entsprechenden Steuerleitungen. Ein in der Praxis
relativ häufig auftretender Verdrahtungsfehler ist damit vermieden.

Die individuelle Adressierbarkeit ermöglicht im Gegensatz zur analogen Schnittstelle 1…10 V die separate Ansteuerung von Leuchten mit einer gemeinsamen Steuerleitung. Hierzu stehen 64 Adressen zur Verfügung, wodurch die maximale Anzahl der Vorschaltgeräte in einem DALI-System festgelegt ist. Die Vorschaltgeräte können in bis zu 16 Gruppen unterteilt werden. Bei einer Farbsteuerung z.B. können alle Lampen der gleichen Farbe zu einer Gruppe zusammengefasst werden. Die Dimmwerte, der Wechsel zwischen den Lichtstromwerten und die Überblendgeschwindigkeiten werden für alle Lampen der gleichen Gruppe einmal festgelegt und laufen dann auch einheitlich ab. Es können auch Statusmeldungen des Vorschaltgerätes, wie z.B. der Schaltzustand, der Dimmzustand und der Defekt einer Lampe, an das Steuergerät zurückgemeldet werden. Bei der analogen Schnittstelle wäre eine solche Steuerung mit vielen Leuchtengruppen sehr aufwändig und eine Statusmeldung nicht möglich.

Die definierte Dimm-Kennlinie gewährleistet, dass gedimmte Leuchten einer DALI-Anlage einen gleichmäßigen visuellen Eindruck hervorrufen. Auch unterschiedliche Leuchtmittel mit Betriebsgeräten unterschiedlicher Hersteller können auf einfache Weise gemeinsam angesteuert werden.

Jeder Gruppe einer Lichtszene können bis zu 16aufrufbare Lichtstrom-Festwerte zugeordnet werden. Auf diese Weise sind bis zu 16 Lichtszenen mit bis zu 16 unterschiedlichen Leuchtengruppen an einer Steuerleitung aufrufbar.


Die EIN-/AUS-Schaltfunktion ermöglicht die Konfiguration von Schaltgruppen ohne Eingriff in die Installation der Versorgungsleitungen. Das ist z. B. bei Aufteilung eines großen Büros in kleine Einzelbüros oder bei Aufteilung der Beleuchtungsanlage eines Raumes in unterschiedlich schaltbare Einzelgruppen gegenüber einer konventionellen Installation von großem Vorteil.

Die Steuerleitungen des DALI-Systems sind üblicherweise mit den Leitungen der Spannungsversorgung der Leuchten in einer gemeinsamen Mantelleitung zusammengefasst. Ihre Länge soll 300 Meter nicht überschreiten. Der Steuereingang ist potentialfrei, so dass an unterschiedlichen Phasen betriebene Vorschaltgeräte an eine Steuerleitung angeschlossen werden können.

Die DALI-Steuereinheit verwaltet automatisch alle Informationen der angeschlossenen DALI-Komponenten, wie die DALI-EVG für Leuchtstofflampen, elektronische DALI-Transformatoren für
Halogenlampen, elektronische DALI-Vorschaltgeräte für Hochdrucklampen und weitere DALI-Komponenten aufgrund der standardisierten Schnittstelle.

Für weitere Bediengeräte (Aktoren) und Sensoren kann die Steuereinheit aufgrund der Daten der Komponenten des betreffenden Herstellers anwendungsspezifisch und individuell programmiert werden.

In der Praxis wird nicht immer auf den vollen Funktionsumfang des DALI-EVG zugegriffen. So verzichten z.B. einige Steuergeräte auf die Möglichkeit der Adressierung und steuern die angeschlossenen Vorschaltgeräte als eine Gruppe im „Broadcast“-Modus an. Zur Bildung mehrerer Gruppen müssen diese dann, wie bei der analogen Schnittstelle 1…10 V, separat verdrahtet werden. Die Adresszuweisung entfällt dabei.


Das Bild zeigt die typische Verdrahtung einer DALI-Lichtsteuerung für den „Broadcast“-Betrieb. An den Controller sind zwei Leuchtengruppen 1 und 2 mit insgesamt maximal 64 DALI-EVG je Gruppe angeschlossen. Die Netzspannungsversorgung der Leuchtengruppen erfolgt über eine Parallelleitung, ebenso die Steuerleitungen der jeweiligen Leuchtengruppen. Ebenso sind Sensoren, wie Lichtempfänger und Bewegungsmelder, sowie Bediengeräte, wie Taster, Schalter, Programmiergeräte usw. am Controller angeschlossen. Im Controller sind die Kenndaten der Sensoren sowie die Programme für die Lichtsteuerung der DALI-EVG hinterlegt. In diesem Fall werden die 2 Leuchtengruppen direkt vom DALISteuergerät angesteuert. Eine Adressenzuweisung, die in manchen Fällen wegen der Programmierarbeit als zu aufwändig angesehen wird, entfällt. Die Art und die Anbindung der Bedienelemente und Sensoren an die DALI-Steuereinheit ist jedoch herstellerspezifisch. Sie sind nicht Bestandteil des DALI-Standards.

Arbeitszonale Lichtsteuerung

Werden Funktionen wie Anwesenheitserfassung (Bewegungsmelder), Konstantregelung auf eine individuell einstellbare Beleuchtungsstärke und manuelles Dimmen in Einzelleuchten kombiniert, spricht man von arbeitszonaler Lichtsteuerung. Alle dazu notwendigen Komponenten sind in einer Leuchte enthalten.

Diese Art der Lichtsteuerung wird bevorzugt bei ortveränderlichen Leuchten und Hängeleuchten angewendet, die einzelnen Arbeitsplätzen bzw. Arbeitsbereichen zugeordnet und durch individuelle Lichtbedürfnisse und Anwesenheitszeiten der Mitarbeiter geprägt sind. Wird der Arbeitsplatz verlassen, schaltet sich das Licht automatisch aus. Dadurch lassen sich ohne Beeinträchtigung der Beleuchtung anderer Arbeitsbereiche Energiekosten einsparen.

Da solche Systeme in sich geschlossene und von der weiteren Umgebung unabhängige Einheiten darstellen, spielt die verwendete Schnittstelle hier eine untergeordnete Rolle.

Dezentrales Lichtmanagement

Aufgabe eines zeitgemäßen Lichtmanagementsystems ist es, neben der Verringerung des Energieverbrauchs von Beleuchtungsanlagen auch die Individualität und den Beleuchtungskomfort zu berücksichtigen.

Dezentrale Systeme, die sich in einzelnen Räumen oder Raumgruppen, in bestehenden oder neuen Anlagen einsetzen lassen, sind wegen ihres im Vergleich zu vernetzten, gebäudebezogenen Systemen geringen Installationsaufwandes weit verbreitet. Sie ermöglichen meist sowohl eine manuelle Lichtsteuerung wie auch eine automatische tageslichtabhängige Regelung und Personenanwesenheitsdetektion.


Das Beispiel zeigt die Anwendung des dezentralen Lichtmanagementsystems LIGHTGATEplus in einem Büroraum. Die Beleuchtungsanlage besteht aus Leuchten mit DALI-Vorschaltgeräten. In einer dieser Leuchten ist zusätzlich ein Controller eingebaut, der das „Herzstück“ des Systems bildet. Eine Sensoreinheit für die tageslichtabhängige Regelung, für die Personenanwesenheitsdetektion und als Empfänger für die Funkfernbedienung kann wahlweise als Deckenanbau, Deckeneinbau oder in einer Leuchte installiert werden. Die Bedienung der Beleuchtungsanlage erfolgt über handelsübliche Installationsschalter und -taster oder mit einer Funkfernbedienung. Der Controller setzt die Signale der angeschlossenen Taster und des Sensors in Schaltund Dimmsignale für die Beleuchtungsanlage um.

Durch die Kombination der tageslichtabhängigen Regelung der Beleuchtung und einer sensiblen Personenanwesenheits- Detektion kann eine Einsparung an Beleuchtungsenergie von mehr als 50% erzielt werden. In diesem Falle wird das künstliche Licht nur dann eingeschaltet, wenn sich eine Person im Raum befindet und nur in der Menge zur Verfügung gestellt, die zur Ergänzung des Tageslichtes erforderlich ist. Dabei können z.B. das fensterseitige und das raumseitige Lichtband getrennt umgesteuert werden. Die Bedienelemente erlauben den manuellen Eingriff in diesen
automatischen Ablauf und die Einstellung des aus Tageslicht und künstlicher Beleuchtung resultierenden, individuell gewünschten Beleuchtungsniveaus.

Die Anwesenheitsdetektion des LIGHTGATEplus-Systems reagiert, wenn innerhalb eines festgelegten Zeitraumes keine Person im Raum erfasst wird. Die Abschaltverzögerungszeit ist in weitem Bereich einstellbar. Anstelle der Abschaltung kann alternativ ein frei wählbares Lichtniveau eingestellt werden, auf das die Beleuchtungsanlage gedimmt wird.

Für unterschiedliche Anwendungen stehen Varianten des -Systems mit spezifischen Voreinstellungen und Funktionen zur Verfügung.

Gebäudemanagementsystem

Bei konventionellen Elektroinstallationen wird für jede einzelne Anlage wie z. B. Beleuchtung, Heizung, Lüftung, Sanitär, Brand- und Einbruchschutz u.a. ein eigenes Versorgungs- und Steuersystem – gelegentlich auch von unterschiedlichen Herstellern und Handwerkern – installiert. Dadurch entsteht oft ein unübersichtliches Leitungsnetz, was zwangsläufig eine hohe Brandlast mit sich bringt. Bei Störungen und Änderungen treten Schwierigkeiten auf, weil die Systeme untereinander meist nicht kompatibel sind. Zum Beispiel müssen mehreren Schaltuhren, die die Absenkzeiten der Heizung, das Außen- oder Schaufensterlicht, die Abtauzeiten in Kühlräumen und vieles mehr steuern, bei Spannungsausfällen und bei Umstellung auf Sommerund
Winterzeit neu eingestellt werden, meist auch von unterschiedlichen Handwerksfirmen, was die Kosten erhöht.

Um dies zu vermeiden und um weitere Vorteile – insbesondere hinsichtlich des Energiebudgets des Gebäudes – zu nutzen, wurden seit den 80er Jahren Installations-Bussysteme entwickelt, die eine digitale Kommunikation zwischen allen beteiligten Komponenten mit dem Gebäudemanagement ermöglichen. Durch das Austauschen von Befehlen zwischen Steuereinheiten und elektrischen Verbrauchern wird in diesen Systemen eine optimale Funktionalität und Flexibilität erreicht.

Bei einem Gebäudemanagement-System (BMS) werden Beleuchtung, Rolladen, Jalousien, Markisen (Beschattung), Heizungs- und Lüftungsaggregate, Überwachungsund Alarmeinrichtungen, Zeitsteuerung, zentrale Anzeigen und Protokollierungen mit einer Busleitung verbunden. Diese übertragen die digitalen Signale zur Steuerung bzw. Regelung der Verbraucher sowie entsprechende Rückmeldungen. Die Busleitung dient sowohl zur Informationsübertragung als auch zur Spannungsversorgung der Busteilnehmer (Kleinspannung SELV). Sensoren liefern die entsprechenden (digitalen) Informationen, Aktoren führen die Befehle zur Steuerung bzw. Regelung aus. Anstelle separater Busleitungen können die Befehlssignale auch als hochfrequente Signale der Netzspannung überlagert sein oder über Radiofrequenzen weitergeleitet werden.

Im Falle der Integration der Beleuchtung in das BMS werden die Leuchten, z.B. über Schaltaktoren, zu Busteilnehmern. Auch ein 1…10 V-Steuereingang dimmbarer EVG kann mit Dimmaktoren an das BMS angebunden werden. Die Schalt- und Dimmaktoren können in die Leuchten integriert werden oder, wenn z. B. statt Einzelleuchten eine Leuchtengruppe geschaltet oder gedimmt werden soll, außerhalb der Leuchten fremdverlegt werden.

Vorteilhaft ist in vielen Fällen jedoch die Verwendung von DALI-EVG, da diese alle für das BMS wichtigen Funktionen, insbesondere die Statusabfrage bezüglich Schalt- und Dimmzustand und der Funktionsfähigkeit der Lampe, selbst bereitstellen. Die Einbindung der Beleuchtung über zusätzliche Aktoren ist somit nicht notwendig. Lediglich ein vom BMS-Hersteller bereitzustellendes
„Gateway“ ermöglicht die vollständige Einbindung der DALI-Leuchten in das BMS. Das „Gateway“ erfüllt in diesem Fall die Funktion der DALI-Steuereinheit, wobei auf die Bedienelemente und Sensoren des BMS zugegriffen wird.


Der Wunsch nach einer europaweiten Standardisierung in der Gebäudesystemtechnik hat zum „European Installation Bus“ (EIB) geführt, der in der Normenreihe EN 50090 „Elektrische Systemtechnik für Heim und Gebäude (ESHG)“ genormt ist. EIB-Systemkomponenten, die Befehle veranlassen bzw. ausführen, sind programmierbar und somit flexibel einsetzbar. Nach
erfolgter Programmierung können sie mehrere Aufgaben wie z.B. Schalten, Steuern, Überwachen und Melden selbständig ausführen und mit anderen Busteilnehmern kommunizieren.

Die Busleitung wird linien-, baum- oder sternförmig verlegt und macht Erweiterungen oder Nutzungsänderungen problemlos – d.h. durch Umprogrammierung – möglich. Flexibilität, Einsparungen an Material sowie verminderte Brandlast durch Vermeidung einer Vielzahl von Leitungen sind Vorteile der Bustechnik.

Um das EIB-System nach der Normenreihe EN 50090 im europäischen Markt erfolgreich anwenden zu können, haben führende Unternehmen der Installationsgeräte- Industrie die Gesellschaft „Société Coopérative“ nach belgischem Recht mit Sitz in Brüssel gegründet. Sie führt den Namen „European Installation Bus Association“ (EIBA), heute Konnex Association (KNX).

Busfähige Fotosensoren, Bewegungsmelder, Infrarotsteuerungen und Tastentableaus, sowie Dimm- und Schaltaktoren für die 1…10 Volt-Schnittstelle und DALIGateways schaffen die Voraussetzungen zum Aufbau komplexer, gesteuerter oder geregelter Beleuchtungsanlagen in EIB-Gebäudesystemtechnik.

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