Fachinformationen
Was sind Streuströme?
Der elektrische Strom fliesst im Normalfall in einem Stromkreis von der Quelle zur Last und wieder zurück zur Quelle. Solche beabsichtigten Ströme werden als Betriebsströme bezeichnet. Beim Betrieb elektrischer Anlagen ist es möglich, dass Teile des Betriebsstroms unbeabsichtigt einen Weg über leitfähige Gebäude- oder Anlagenteile oder über das Erdreich finden; solche unbeabsichtigten Ströme werden «vagabundierende Ströme» oder auch «Streuströme» genannt.
Streuströme können als Gleichstrom, Wechselstrom oder als Kombination auftreten. Sie können zu Korrosion führen. Grosse Streuströme können beim Fliessen über leitfähige Strukturen Potenzialdifferenzen verursachen. Differenzspannungen können von Lebewesen abgegriffen werden.
Streuströme kommen häufig bei mangelhaften Erdungskonzepten oder bei einer ungünstigen Installation vor. So sind die Potenzialausgleichsleiter (Schutzleiter) davon betroffen, wenn sie an mehreren Stellen mit Anlageteilen verbunden sind. Daher sind TN-C-S-Netzstrukturen besonders anfällig dafür.
In allen Fällen gilt: Ströme, die in Leitern fliessen, stellen an sich kein Problem dar. Sie erzeugen jedoch Spannungsabfälle (Potenzialdifferenzen), die möglicherweise von Lebewesen abgegriffen werden können. Tiere spüren solche Differenzspannungen bereits ab > 1 Volt.
Weitere Informationen finden Sie ebenfalls im Dokument des Eidgenössischen Starkstrominspektorats (ESTI), in diesem Artikel der Grünen oder hier.
Ursachen
Streuströme mit Blick auf Bau- und Elektroinstallation
Fachberichte
Der elektrische Strom fliesst nur in einem geschlossenen Stromkreis. Ein solcher besteht aus einer Stromquelle (wie zum Beispiel einer Batterie) und einem Verbraucher (wie beispielsweise einer Glühlampe), die durch elektrische Leitungen miteinander verbunden sind. Der Strom fliesst vom Pluspol der Batterie zur Glühlampe und zurück zum Minuspol.
Genau gleich viel Strom, wie vom Pluspol wegfliesst, fliesst zum Minuspol zurück. Damit Strom fliesst, ist eine Spannung nötig.
Den elektrischen Stromkreis kann man mit einer Zentralheizung vergleichen. Das warme Wasser fliesst vom Heizkessel über das Heizungssystem und zurück zum Heizkessel. Damit das Wasser zirkuliert, wird eine Umwälzpumpe benötigt.
Weisen zwei Punkte ein unterschiedliches elektrisches Potenzial auf, ist eine Differenzspannung messbar. Werden diese zwei Punkte mit unterschiedlichem elektrischem Potenzial über einen Leiter verbunden, fliesst ein Ausgleichsstrom. Ein Beispiel: Im Melkstand kann zwischen dem Brustrohr und dem Wellenrohr des Melkstandgerüstes ein unterschiedliches elektrisches Potenzial bestehen. Sobald eine Kuh die beiden Teile gleichzeitig berührt, wirkt sie als Leiter. Je nachdem, wie gross der Widerstand des elektrischen Leiters (die Kuh) in der jeweiligen Situation ist, ergibt sich ein mehr oder weniger spürbarer Streustrom. Eine Kuh weist einen Widerstand von rund 500 Ohm auf. Beträgt nun die gemessene Differenzspannung 1 Volt, so fliesst ein Ausgleichsstrom von 2 mA über den Körper. Menschen spüren bei einem Strom dieser Stärke ein leichtes Kribbeln. Kühe hingegen reagieren wesentlich empfindlicher, da diese eine grössere Abnahmespannung haben. So weisen Kühe eine grössere Distanz zwischen den Abnehmern (Vorder- und Hinterbeine, Kopf und Hinterbeine, etc.) auf.
Streustrom verbreitet sich in allen leitenden Teilen und Metallelementen eines Gebäudes. Folgend sind besonders heikle Stellen aufgelistet:
- Böden oder Mauern aus Stahlbeton;
- Dachstuhl und andere Metallstrukturen;
- Rohre:
- Fressgitter
- Liegeplätze
- Metallstrukturen des Melkstandes
- Schranken aus Metall
- Wasserleitungen aus Metall;
- Leitungen aus Inox;
- Erdungen, die defekt sein können;
- Schutzleiter von elektrisch betriebenen Einrichtungen (Heizaggregat, Güllemixer, Entmistungsschieber, Hallenlaufkran, Pumpen);
- Abruffütterung;
- Melkstand (Milchmessung, Pulsator, Melkzeugabnahme, automatische Türen, Identifikationseinrichtung usw.);
- Blitzableiter;
- alle geschlossenen metallischen Schaltkreise;
- der Boden des Melkstandes, des Stalles und im Freien;
- So müssen beispielsweise Vibrationsdämpfer ebenfalls geerdet werden (Beispiel automatisches Melksystem, dieses sollte auf separaten, respektive inneren Betonsockel mit Styroporauskleidung ausgestellt werden)
- Impulssteuerung für Elektrozäune.
Verschiedene Konstellationen, wo Differenzspannungen auftreten können:
- stark belastete Netze im PEN -Leiter;
- Fehler und Ableitströme im Gebäude;
- bessere Erdung des landwirtschaftlichen Gebäudes als der Transformatorenstation des EW;
- nicht symmetrisch belastete Netz Asymmetrie am PEN Leiter;
- nicht zweckmässige Installationen des Schutzpotenzialausgleiches;
- Geräte wie Frequenzumformer Photovoltaik oder Melkanlagen, die eine unzweckmässigen Schutzpotenzialausgleich haben; durch Ableitströme;
- elektrische und magnetische Felder von Hochspannungsleitungen, die je nach Spannung die Induktionsspannungen zur Folge haben können (16 kV bis 380 kV – näher 30-80 m).
Eine funktionsfähige Erdungsanlage – ob im Bestands- oder im Neubau – ist Grundvoraussetzung für den Schutz von Menschen und Tieren vor gefährlichen hohen Spannungen sowie für den sicheren Betrieb von elektrischen Systemen in Gebäuden.
Der Fundamenterder wird als geschlossener Ring in die Fundamente der Aussenwände des Gebäudes eingebaut.
Bei grösseren Gebäuden sind zudem Querverbindungen einzulegen, um eine maximale Maschenweite von 20 x 20 m einzuhalten.
Damit die Berührungsspannungen möglichst klein gehalten werden können und der Erdübergangswiderstand möglichst klein ist, ist eine Maschenweite von 15×15 m einzuhalten. (Eidg. Starkstrominspektorat ESTI)
Laut Weisung des Eidgenössischen Starkstrominspektorats (ESTI) finden sich in der Niederspannungs-Installationsnorm (NIN 7.05.4.1.5) die Massnahmen, welche getroffen werden müssen, um Streustrom zu vermeiden. Gemäss NIN 7.05.4.1.5 gilt: An Orten, die für Nutztiere vorgesehen sind, muss ein zusätzlicher Schutz-Potenzialausgleich alle Körper und fremden leitfähigen Teile, die von den Nutztieren berührt werden können, miteinander verbinden. Beispiele sind u. a. Bewehrungsnetze im Allgemeinen oder die Bewehrung von Jauchegruben unterhalb von Spaltenböden, welche in den zusätzlichen Schutz-Potenzialausgleich mit einbezogen werden müssen.
Potentialausgleichskasten.
Einbau von Trennfunkenstrecken
Die Wechselrichter (WR) der Solaranlagen verursachen Ableitströme, die in den Stall und Melkbereich verschleppt werden können. Grössere PV-Anlagen erzeugen Streuströme von einigen 100 mA. Damit die Ableitströme nicht als Streuströme an sensiblen Orten fliessen können, besteht die Möglichkeit, in den Schutzleiter der Wechselrichterzuleitung eine zertifizierte und vom Eidg. Starkstrominspektorat (ESTI) zugelassene Trennfunkenstrecke einzubauen. Diese unterbricht im fehlerfreien Zustand den Schutzleiter, damit keine Streuströme fliessen können. Sobald ein Fehler auftritt, wird die Trennfunkenstrecke leitend und der Personenschutz ist gewährleistet. Bei den WR ist eine Potenzialausgleich-Schiene anzubringen. Hier wird der Schutz-Potenzialausgleich der WR angeschlossen. Die Potenzialausgleich-Schiene wird ausserhalb des sensiblen Bereichs mit dem Fundamenterder verbunden; der Querschnitt beträgt je nach Grösse der Anlage 16–50 mm2. Die Angaben des ESTI sind zu beachten.
Werden in die Ableiter der Blitzschutzanlage Trennfunkenstrecken eingebaut, ist vorgängig mit der zuständigen Gebäudeversicherung Kontakt aufzunehmen. Trennfunkenstrecken werden auch in Kommunikationsleitungen eingebaut, wie z. B. Swisscom- und TV-Zuleitungen.
Einbau von Isolierstücken (z.B. bei Wasserleitungen)
Metalle leiten den elektrischen Strom sehr gut. Über Rohrleitungen aus Metall – wie etwa Wasser-, Vakuum- oder Milchleitungen – können Streuströme verschleppt werden. Je nach Montageart können leitende Verbindungen zur Eisenarmierung in Betonwänden, Decken, Böden, usw. entstehen. Magnetventile, die in Metall-Leitungen eingebaut sind, und Boiler mit Kalt- und Warmwasser-Leitungen aus Metall sind mit dem Schutzleiter zu verbinden. Dadurch können Schlaufenbildungen entstehen, was zur Verschleppung von Streuströmen führen kann. Mit von aussen eingeführten Metall-Leitungen für Wasser, Fernheizungen, usw. können Streuströme eingeschleppt werden. Mit dem Einbau von Isolierstücken in die Metall-Leitungen kann der Fluss der Streuströme unterbrochen werden.
Separate Unterverteilung für den Milchraum
In den Bereichen Milchraum, Melkstand und Melkroboter wird viel Metall verwendet. Metalle leiten den elektrischen Strom sehr gut, deshalb können im Melkbereich die Streuströme verschleppt werden. Oft werden die Elektroverteilungen für die ganze Scheune in der Nähe des Milchraumes platziert. Dabei besteht die Gefahr, dass im Melkbereich viele Streuströme vorhanden sind. Mit einer separaten Unterverteilung, an die nur Elektrogeräte und Elektroinstallationen angeschlossen werden, die zum Milchraum und Melkstand oder zum Melkroboter gehören, können die Streuströme in diesem Bereich stark reduziert werden.
Zudem ist es sehr wichtig, dass keine leitenden Rohr- und Metall-Verbindungen ausserhalb dieses Bereiches eingeführt werden. Um dies zu verhindern, sind Isolierstücke einzubauen. Der Schutz-Potenzialausgleich ist sternförmig auszuführen.
Die Problematik des Streustroms sollte in die Planung eines neuen Stalles miteinbezogen werden. Dabei sind vor allem folgende Punkte zu beachten:
- Es muss ein Erdungskonzept erstellt werden (Ableitung auf ZEP).
- Um das Risiko von Streustrom zu verringern, muss der Potentialausgleich gewährleistet sein.
- Überspannungsableiter/Blitzableiter
- Isolierhülsen an Wasserleitungen reduzieren deren Leitfähigkeit.
- Verhinderung von Stromschleifen im Melkstand.
- Elektroinstallationen sollten nur von Spezialisten gemacht werden.
Von Fachleuten korrekt installierte Anlangen verursachen keine Streuströme.
Legende:
1. Solarpanels, Solargenerator
2. Generator-Anschlusskasten, Array-Anschlusskasten
3. PA zum Solargenerator
4. Fangeinrichtungen LPS
11. Verbraucher: übrige NS-Installationen im Gebäude
12. Anschlusskasten
13. Wechselrichter
14. Haupterdungsschiene
15. Fundamenterder/ev, Ring- oder Tiefenerder
T1. SPD Typ 1
T2. SPD Typ 2
T1 + T2.- SPD Typ 1+2- alternative können Kombiableiter bei zulässigen Leitungslängen eingesetzt werden.
Anordnung SPD
1. AC erforderlich *
2. AC erforderlich **
3. DC erforderlich **
4. DC erforderlich *
* Idealerweise bei Zonenübergang gut zugänglich angeordnet.
**Anstelle je eines Typ 2 Ableiters an den Stelle 2 und 3 können bei zulässigen Leitungslangen alternativ je ein Kombiableiter SPD Typ 1+2 an den Stelle[1] und [4] eingesetzt werden.
Punkte die im Zusammenhang mit Photovoltaikanlagen bei der Planung, Ausführung und Abnahme beachtet werden müssen finden sie in der folgenden Checkliste.
Voltmeter mit Messadapter
Spezialisten benutzen die folgenden Geräte zum Messen der elektrischen Spannung im Stall:
- Zangenamperemeter zum Messen von elektrischen Strömen;
- Voltmeter zur Messung der Spannung;
- Tellurometer um die Leitfähigkeit des Bodens zu bestimmen;
- Teslameter (Gaussmeter, Magnetometer) zur Messung von elektromagnetischen Feldern;
- Niederohmiges Messgerät zur Messung der elektrischen Berührungsspannung (der Innenwiderstand sollte einen Wert von 500–1000 Ohm aufweisen).
Für die Durchführung von genauen Messungen sollte ein/e Spezialist/in kontaktiert werden.
Streuströme mit Blick auf Symptome am Tier
Fachberichte
