Zusätzliche Anforderungen gemäß VDE 0100-710

Ersatzstromversorgung: Zusätzliche Anforderungen gemäß DIN VDE 0100-710: 2012-10

In diesem Kapitel werden die Anforderung zusammengefasst, die zu beachten sind, wenn Aggregate für die Sicherheitsstromversorgung von medizinisch genutzten Bereichen eingesetzt werden sollen, die nach Angaben der Ausgabe von 2012-10 der DIN VDE 0100-710 errichtet werden/wurden.

Wenn die Spannung am Messpunkt des Hauptverteilers in einem oder mehreren Außenleitern um mehr als 10 % der Nennspannung abfällt, muss eine Sicherheitsstromversorgung den Weiterbetrieb automatisch übernehmen. Die Versorgungsübernahme sollte verzögert sein, bis die automatische Wiedereinschaltung der Leistungsschalter der ankommenden Versorgung anspricht (Kurzzeit-Unterbrechung). Wobei nicht mehr zwingend eine sofortige Umschaltung gefordert wird.

Im Wesentlichen entspricht diese Anforderung dem Anwendungsbereich 1 der DIN 6280-13. Ergänzend zu den Anforderungen der DIN 6280-13 müssen die Betriebs- und Störmeldungen nicht nur an eine geeignete Stelle, sondern an eine während des Betriebs der baulichen Anlage ständig besetzte Stelle weitergemeldet werden.

Die Versorgung von anderen Anlagenteilen außer von Sicherheitseinrichtungen ist zulässig, solange dadurch die Verfügbarkeit und Versorgungsdauer des Aggregates nichteingeschränkt wird. Die in DIN 6280-13 vorgeschriebenen Mindestversorgungsdauer von 24 h kann auf minimal 3 h (bzw. alle möglichen dazwischen liegenden Werte) reduziert werden, wenn innerhalb dieser Zeit die medizinisch notwendigen Behandlungen sicher beendet werden können und der betroffene Bereich evakuiert werden können.

Die Lastübernahme der notwendigen Sicherheitseinrichtungen und von betrieblich erforderlich Anlagen darf in mehreren Stufen erfolgen. Innerhalb von 15 s müssen die notwendigen Sicherheitseinrichtungen, elektrische Anlagen in medizinisch genutzten Bereichen der Gruppen 1 und 2 usw. wiederversorgt werden. Umschaltzeiten grösser als 15 s sind zulässig für Anlagenteile, die zwar für den Betrieb erforderlich, jedoch nicht unmittelbar lebensnotwendig sind. Dazu zählen z. B. Kühlanlagen, Lüftungsanlagen, Ladegerät für Akkumulatoren usw.

Während der Wartung der Sicherheitsstromquelle muss auf andere Weise (z. B. durch ein mobiles Aggregat) die Sicherheitsstromversorgung sichergestellt werden können.

Zusätzliche Anforderungen gemäß DIN VDE 0100-710: 2012-10

In diesem Kapitel werden die Anforderungen zusammengefast, die zu beachten sind, wenn Aggregate für die Sicherheitsstromversorgung von medizinisch genutzten Bereichen eingesetzt werden sollen, die nach der Ausgabe von 2012 der DIN VDE 0100-710 (2012-10) errichtet werden/wurden.

Wenn die Spannung am Messpunkt des Hauptverteilers in einem oder mehreren Außenleitern für mehr als 0,5 s um mehr als10 % der Nennspannung abfällt, muss eine Sicherheitsstromversorgung den Weiterbetrieb automatisch übernehmen. Die Versorgungsübernahme sollte verzögert sein, bis die automatische Wiedereinschaltung der Leistungsschalter der ankommenden Versorgung anspricht (Kurzzeitunterbrechung). Das Timingdiagramm sollte für Anlagen nach DIN VDE 0107 entsprechen, wobei nicht mehr zwingend eine sofortige Umschaltung gefordert wird.

Im Wesentlichen entspricht diese Anforderung dem Anwendungsbereich 1 der DIN 6280-13.

In der DIN VDE 0100-710:2012-10 ist jedoch ein Widerspruch enthalten: In Abschnitt 710.560 ist beschrieben, dass die Übernahme dann erfolgen muss, wenn die Spannung eines oder mehrerer aktiver Leiter am Hauptverteiler des Gebäudes der allgemeinen Stromversorgung über mehr als 0,5 s lang auf weniger als 90 % der Nennspannung abfällt. In Abschnitt 710.560.6.104.2 ist beschrieben, dass die Übernahme dann erfolgen muss, wenn die Spannung über mehr als 3 s lang abfällt. Aus unserer Sicht sollte hier die Zeitspanne von 0,5 s angewendet werden, weil in einer baulichen Anlage mit medizinisch genutzten Bereichen in der Regel auch Sicherheitseinrichtungen vorhanden sind, die in den Anwendungsbereich der DIN VDE 0100-718 bzw. DIN VDE 0100-560 fallen.

Die Versorgung von anderen Anlagenteilen außer von Sicherheitseinrichtungen ist zulässig, solange dadurch die Verfügbarkeit und Versorgungsdauer des Aggregats nicht eingeschränkt wird. Die in DIN 6280-13 vorgeschriebene Mindestversorgungsdauer von 24 h kann auf minimal 3 h (bzw. alle möglichen dazwischen liegenden Werte) reduziert, wenn innerhalb dieser Zeit die medizinisch notwendigen Behandlungen sicher beendet werden können und der betroffene Bereich evakuiert werden kann.

Die Lastübernahme der notwendigen Sicherheitseinrichtungen und von betrieblichen erforderlichen Anlagen darf in mehreren Stufen erfolgen. Innerhalb von 15 s müssen die notwendigen Sicherheitseinrichtungen, elektrische Anlagen in medizinisch genutzten Bereichen der Gruppen 1 und 2 usw. wiederversorgt werden. Umschaltzeiten größer als 15 s sind zulässig für Anlagenteile, die zwar für den Betrieb erforderlich, nicht jedoch unmittelbar lebensnotwendig sind. Dazu zählen z. B. Kühlanlagen, Lüftungsanlagen, Ladegeräte für Akkumulatoren usw.

Während der Wartung der Sicherheitsstromquelle muss auf andere Weise (z. B. durch ein mobiles Aggregat) die Sicherheitsstromversorgung sichergestellt werden können .

Zusammenfassung der Anforderungen

In den vorangegangenen Kapiteln wurde eine Vielzahl unterschiedlicher und zusätzlicher Anforderungen beschrieben. Damit die einzelnen Funktionen und Anforderungen nicht mühsam zusammengesucht werden müssen, wird hier eine Steuerung „zusammengestellt“, die im einen oder anderen Fall zwar mehr kann, als es eigentlich erforderlich wäre. Dafür enthält sie aber mindestens alle Funktionen, die für jeden Anwendungsfall erforderlich bzw. aus betrieblichen Gründen wünschenswert sind und kann somit standardmäßig eingesetzt werden. Zwischen Hersteller und Betreiber kann natürlich jederzeit ein an die jeweiligen Erfordernisse angepasster Funktionsumfang vereinbart werden.

Funktionsumfang:

Funktionsart „Hand“

• Start
• Stopp
• Netzschalter Ein/Aus
• Generatorschalter Ein/Aus

Funktionsart „Automatik“

• allpolige Netzüberwachung
• Startvorgang mit Startwiederholung
• Umschaltung von Netz- auf Generatorbetrieb
• Generatorspannungsüberwachung
• Steuerung von Hilfseinrichtungen
• Betriebsüberwachung
• verzögerte Umschaltung von Generator- auf Netzbetrieb bei Netzwiederkehr
• Nachkühlung
• Unmittelbare Lastübernahme bei einer Netzstörung während des Nachkühlvorgangs

Funktionsart „Probe“

Überprüfung aller automatischen Vorgänge mit oder ohne Leistungsübernahme;

Not-Halt | Aus | Lampentest

Zu beachten ist, dass nicht nur bei Unterschreiten der Netzspannung eine Umschaltung vom Netz auf die Sicherheitsstromquelle erfolgen sollte, sondern auch beim Überschreiten! Aufgrund der mittlerweile relativ weit gesteckten Grenzen der Netzfrequenz sollte auch bei Über- oder Unterschreiten der Frequenz eine Umschaltung erfolgen. Als Grenze wird hier +/- 1 Hz empfohlen. Dies ist in den Normen so zwar nicht enthalten, aber dennoch sinnvoll.

Betriebs- und Störmeldungen

Anlauf gestört:

• Batterie Unterspannung
• Batterieladekreis gestört
• Ausfall Primärsicherung Ladegerät
• Anlassluftdruck unterschritten (soweit zutreffend)
• Warnung Motortemperatur zu hoch
• Gefahr Motortemperatur zu hoch
• Warnung Kühlwasserniveau zu niedrig
• Gefahr Kühlwasserniveau zu niedrig
• Anzeige Schmieröldruck
• Schmieröldruck zu tief
• Überdrehzahl
• Kraftstoffvorrat unter 3 h
• Generator-Überlast
• Generator-Kurzschluss

Der Unterschied zwischen „Warnung“ und „Gefahr“ ist, dass Gefahrmeldungen zum Abstellen des Aggregates führen.

Anzeigen:

• Spannungsanzeige Netz
• Spannungsanzeige Generator
• Frequenzanzeige Generator
• Strommessgerät je Außenleiter mit Momentan- und Höchstwertanzeige
• Wirkleistung
• Leistungsfaktor cos phi
• Betriebsstunden
• Netz Ein
• Generator Ein

Bei Netzparallelbetrieb sind noch folgende Funktionen/Meldungen empfehlenswert:

• Netzparallelbetrieb Ein/Aus
• Drehzahl höher/tiefer
• Synchronisierung gestört
• Synchronoskop

Folgende Meldungen sollten einzeln als potentialfreie Kontakte zur Verfügung gestellt werden:

• Sammelstörmeldung
• Aggregat betriebsbereit (Schalterstellung Automatik)
• Aggregat in Betrieb – Verbraucher werden vom Aggregat versorgt
• Aggregat in Betrieb – Verbraucher werden vom Netz versorgt
• Synchronisierung gestört
• Kraftstoffmangel
• Störung Anlasseinrichtung (Batterie oder Luftdruck)

Das Ladegerät der Batterie(n) sollte so ausgelegt werden, dass 80% der tatsächlichen Batteriekapazität innerhalb von 6 h nachgeladen werden können (Anforderungen aus ISO 8528-12; zwar noch nicht gültig, aber wer weiß, was kommt…).

Auslegung des Servicebehälters für mindestens 3,5 h (um die Kraftstoffmangelmeldung einfach und in der Nähe des Aggregates zu generieren).

Die Auslegung der Betriebsgrenzwerte ist zwischen Hersteller und Betreiber abzustimmen. Als Empfehlung kann gelten, dass die Anlagen mindestens der Ausführungsklasse G3 der DIN ISO 8528 entsprechen sollten.

Einbindung eines mobilen Aggregates (z.B. im Falle einer Wartung)

Die Sicherheitsstromversorgung muss im Normalfall zu jeder Tages- und Nachtzeit automatisch zur Verfügung stehen, mindestens aber während der Benutzungszeit. Bei Krankenhäusern ist die Nutzungszeit 24 h an 365 Tagen. Wenn in einer baulichen Anlage nur ein Aggregat für die Sicherheitsstromversorgung vorhanden ist – so wie dies in den meisten Gebäuden der Fall sein dürfte – muss für die Zeiten, in denen das stationäre Aggregat nicht zur Verfügung steht (z. B. bei Wartungsarbeiten oder Reparaturen), eine Reserveeinspeisung zur Verfügung stehen, sofern das Gebäude nicht geräumt werden kann. Diese Einspeisung wird mindestens für den Anschluss mobiler Aggregate genutzt.

Auch ein mobiles Aggregat muss bei einem Netzausfall – genau wie das stationäre – automatisch von Netz- auf Generatorbetrieb umschalten. Das bedeutet, dass das mobile Aggregat bei Netzausfall automatisch gestartet werden muss und der Netzkuppelschalter in der Schaltanlage automatisch ausgeschaltet werden muss. Bei Netzwiederkehr muss der ganze Vorgang auch wieder automatisch umgekehrt ablaufen. Dazu ist eine zusätzliche Steuerung und im Idealfall ein zusätzlicher Generatorschalter erforderlich. Es geht zwar auch ohne, aber die Steuerung wird etwas komplizierter und die Verriegelung Netz – Generator ist nicht so sicher.

Diese Steuerung soll so einfach wie möglich sein, sodass jedes beliebige mobile Aggregat angeschlossen werden kann, das über einen Fernstarteingang verfügt. Wenn die stationäre Schaltanlage über keinen zusätzlichen Generatorschalter verfügt, ist in dem mobilen Aggregat ein eigener Generatorschalter erforderlich, der selbst zuschaltet.

Die Steuerung für das mobile Aggregat muss vollständig unabhängig von der Steuerung des stationären Aggregates sein. Das heißt, es dürfen keine Mess- oder Steuerspannungen aus dem Schaltschrank des stationären Aggregates verwendet werden. Außerdem darf die Steuerung nicht auf ein bestimmtes mobiles Aggregat zugeschnitten sein, also auch hier darf keine Mess- oder Steuerspannung vom mobilen Aggregat verwendet werden, um z. B. den Netzkuppelschalter anzusteuern. Die Steuerung für das mobile Aggregat und den Netzkuppelschalter muss auch dann funktionieren können, wenn das stationäre Aggregat einschließlich Steuerung und Schaltschrank quasi nicht mehr vorhanden ist. Das kann z. B. passieren, wenn am stationären Aggregat der Anlasser ausgebaut wird und dazu die Start- und Steuerbatterie abgeklemmt wird.

Eine mögliche Steuerungsvariante ist Folgende:

Mit einem Schlüsselschalter wird die Ansteuerung vom stationären auf das mobile Aggregat umgeschaltet. Der Schlüsselschalter muss die Befehle „Ein“ und „Aus“ sowie die Rückmeldungen „Ein“ und „Aus“ des Netzkuppelschalters von der stationären Steuerung auf die Zusatzsteuerung umschalten, und zwar allpolig. Dies ist notwendig, um Rückwirkungen in jeder Richtung auszuschließen.

Ansteuerung des Kuppelschalters:

Der Kuppelschalter muss bei einem vollständigen Netzausfall sicher ausgeschaltet werden können. Wenn kein zusätzlicher Generatorschalter vorhanden ist, kann die Generatorspannung dazu nicht verwendet werden. Somit ist es entweder erforderlich, eine eigene unabhängige und batteriegepufferte Steuerspannung zu schaffen oder auf eine bestehende Steuerspannung zurückzugreifen (z. B. 60 V oder ZSV-Spannung).

Die Spannung ist natürlich auf die Spannung des Auslösers im Kuppelschalter zu wandeln. Wenn ein zusätzlicher Generatorschalter zur Verfügung steht, kann die Generatorspannung verwendet werden. Die Spannung ist auch hier ggf. auf die Spannung des Auslösers im Kuppelschalter zu wandeln.

Die Spannung für den Motorantrieb des Netzkuppelschalters kann von der Normalnetzschiene kommen, wie dies normalerweise ohnehin der Fall ist.

Funktionsbeschreibung Steuerung

Variante mit zusätzlichem Generatorschalter:

Bei Netzausfall vor dem Netzkuppelschalter wird der Netzkuppelschalter abgeschaltet. Wenn der Netzkuppelschalter „Aus“ und die SV-Schiene spannungslos sind, wird der Fernstartbefehl an das mobile Aggregat gegeben. Es sollten Verzögerungen eingebaut werden, damit ein Netzwischer nicht zu ungewollten Schaltungen liefert, wenn dieser eingeschaltet.

Bei Netzwiederkehr vor dem Netzkuppelschalter wird nach einer Netzberuhigungszeit der zusätzliche Generatorschalter ausgeschaltet und der Fernstartbefehl wieder abgeschaltet. Wenn das mobile Aggregat abgeschaltet hat (SV-Schiene ist spannungsfrei), wird der Kuppelschalter wieder eingeschaltet.

Variante ohne zusätzlichen Generatorschalter:

Bei Netzausfall vor dem Netzkuppelschalter wird der Netzkuppelschalter abgeschaltet. Wenn der Netzkuppelschalter „Aus“ und die SV-Schiene spannungslos sind, wird der Fernstartbefehl an das mobile Aggregat gegeben. Es sollten Verzögerungen eingebaut werden, damit ein Netzwischer nicht zu ungewollten Schaltungen führt.

Die Steuerung kann einfach mit ein paar Schützen, Zeitrelais und Spannungswächtern aufgebaut werden. Natürlich sollten noch einige Schutzverriegelungen drin sein, das z. B. der „Ein“-Befehl des Netzkuppelschalters verriegelt ist, solange auf der SV-Schiene Spannung ist oder der Fernstart ist blockiert, solange der Netzkuppelschalter eingeschaltet ist usw..

Eine Synchronisierung des Netzkuppelschalters sollte nicht vorgesehen werden, weil dies die Steuerung zu komplex und zu abhängig vom mobilen Aggregat macht. Außerdem ist die Wahrscheinlichkeit eines Netzausfalls während des Betriebs am mobilen Aggregat relativ gering, sodass im Fall eines Falles die zweite Unterbrechung der SV-Schiene bei Netzwiederkehr durchaus hingenommen werden kann.