Kabelbrand

Lose Klemmverbindung

Elektrische Leitungen werden in Elektroinstallationen in einzelnen Abschnitten verlegt, die miteinander verbunden werden. Diese elektrischen Verbindungen sind verschiedenartig ausgeführt. Beispiele sind Klemmen in Klemmdosen, wie sie zum permanenten Anschluss von fest installierten Elektrogeräten oder im Bereich der Unterverteilung verwendet werden. Auch Kontakte in Steckverbindern wie Schuko-Steckdose, Gerätestecker oder Industriestecker nach der Norm IEC 60309 (CEE) sind in vielen Fällen mit der Leitung über eine Klemmung verbunden.

Eine ordnungsgemäße Klemmverbindung muss auf der gesamten Verbindung einen genügenden Leiterquerschnitt und somit eine ausreichend große Kontaktfläche der beiden Leiter aufweisen, um eine unzulässig hohe Stromdichte im Klemmbereich zu vermeiden. Infolge einer unsachgemäßen Installation, Alterungen oder Erschütterungen können sich Klemmverbindungen, vor allem wenn sie mittels einer Schraubklemme ausgeführt sind, im Laufe der Zeit lockern. Dadurch kommt es im Bereich der Klemmschraube zu einer Verringerung der Kontaktfläche und in der Folge zu einer zu hohen Stromdichte in den verbleibenden Kontaktflächen; aufgrund der Reduzierung der der Kontaktfläche bei gleicher Stromstärke vergrößert sich der Übergangswiderstand in einen unzulässigen Bereich. Im Bereich der Klemme kann es auch bei Kontaktunterbrechungen zu Störlichtbogen kommen, welche die Temperatur weiter ansteigen lassen; Temperaturen über 1000 °C sind nicht ungewöhnlich. Durch den damit verbundenen Wärmeeintrag kommt es in der Umgebung der metallischen Klemme wie bei den zur Isolation verwendeten Kunststoffmaterialen zu thermischen Schäden. Je nach Material können sich die Kabel-Isolierungen durch Pyrolyse zersetzen; dabei entstehen durch verschmorende Kunststoffe brennbare Gase und Dämpfe, die sich an der heißen, oft glühenden Klemmstelle oder dem Störlichtbogen entzünden können.

Aus diesem Grund müssen elektrische Klemmstellen so ausgeführt sein, dass die elektrische Verbindung dauerhaft ist und eine Lockerung verhindert wird. Die Umsetzung kann durch konstruktive Maßnahmen im Bereich der Klemme erfolgen, wenn diese beispielsweise als Federkraftklemme statt Schraubklemme ausgeführt ist, oder bei letzterer eine Schraubensicherung (wie ein Spann- oder Federring). Bei Klemmen mit betriebsmäßig hoher Strombelastung, wie im Bereich von Hauptleitungen, werden Schraubklemmverbindungen durch Mehrfachklemmungen gesichert, die einzelnen Schrauben verpflichtend mit einem bestimmten Drehmoment mit Drehmomentschlüssel angezogen und die Verbindung anschließend markiert, sodass eine sich lösende Verbindung erkennbar ist. Kabelseitige Maßnahmen sind die Verwendung von Kabelschuhen bei eindrähtigen Rund- oder Sektorleitern, bei Litzen die Verwendungen von Aderendhülsen. Gelitzte Adern, welche in Schraubklemmen geklemmt werden, dürfen keinesfalls verzinnt werden. Das zum Verzinnen von gelitzten Adern („feindrähtig“) genutzte Lötzinn ist ein Weichlot mit geringer Festigkeit, besitzt daher fließende Eigenschaften hat und kann sich in Schraubverbindung selbst mechanisch entspannt und somit lösen.

Da der elektrische Strom durch eine lose Klemmstelle im Regelfall unterhalb der zulässigen Auslösewerte der Überstromschutzeinrichtung bleibt (im Stromkreis befindet sich zu jeder Zeit der reguläre elektrische Verbraucher), kommt es zu keiner Auslösung bzw. Abschaltung. Der Schwelbrand kann so bei nur kleinen Auswirkungen unter Umständen über längere Zeit unbemerkt bleiben. Teilweise können sich bildende Kabelbrände durch den zusätzlichen Einbau von Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) erkannt und durch automatische Abschaltung der Anlage weitergehende Schäden wie Brände am Gebäude verhindert werden.

Kabelbruch

Ein Kabelbruch entsteht durch mechanische Belastung oder Verschleiß einer elektrischen Leitung, beispielsweise durch Unterschreiten des minimal zulässigen Biegeradius einer Leitung. Ein Kabelbruch ist durch eine lokal begrenzte Reduktion des Leiterquerschnitts gekennzeichnet. In diesem Bereich kommt es zu hohen Stromdichten und in Folge zu Störlichtbögen, mit der damit verbundenen Wärmebelastung. Die thermischen Auswirkungen sind identisch wie bei losen Klemmverbindungen. Als mögliche Abhilfe können auch bei Kabelbruch Fehlerlichtbogen-Schutzeinrichtungen (AFDDs) dienen.

Überlastung

Die thermische Überlastung einer elektrischen Leitung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Leitung im Leiterquerschnitt für die geführte Last grundsätzlich zu klein dimensioniert ist und es über die gesamte Leiterlänge zu einer unzulässig hohen Erwärmung bzw. Verlustwärme kommt. Bei ordnungsgemäß ausgeführten und gewarteten Elektroinstallationen kann diese Ursache ausgeschlossen werden, da bei einer Überlastung die zugeordnete Überstromschutzeinrichtung (Z. B. Leitungsschutzschalter, Schmelzsicherung, Leistungsschalter) strom- und zeitabhängig auslöst und die Stromzufuhr unterbricht. Leiterquerschnitte und deren zulässige Dauerstrombelastung hängen unter anderem von dem verwendeten Leitermaterial, Leiterquerschnitt, Isolationsmaterial, Umgebungstemperatur und der Verlegeart ab und sind in Normenwerken festgelegt.

In speziellen Fällen, wo ein ausreichend dimensionierter Leiterquerschnitt aus technischen Gründen nicht möglich ist, kann durch zusätzliche Kühleinrichtungen an oder in der Leitung die Verlustwärme laufend abtransportiert werden. Beispiele dafür stellen die im Hochspannungsbereich eingesetzten Hochspannungskabel und Ölkabel mit einer zusätzlichen äußeren Wasserkühlung dar oder im Niederspannungsbereich wassergekühlte Leitungen und Steckverbinder beim HPC-Laden von Elektrofahrzeugen.

Als wesentlicher Unterschied zu defekten Klemmverbindungen oder Kabelbrüchen tritt die thermische Überlastung einer Leitung immer verteilt über die gesamte Leitungslänge auf.

Auch äußere Einflüsse können zu einem Kabelbrand führen, beispielsweise durch direkten Blitzschlag, Vandalismus oder durch Installationsfehler in Transformatorenstationen, die eine Überspannung mit Folge von Kabelbränden haben können. In diesen Fällen sind geeignete Maßnahmen wie Blitzschutzeinrichtungen und Überspannungsschutzeinrichtungen nötig.

Unzulässig hohe Erwärmungen in Elektroinstallationen können vor Auftreten von Kabelbränden mittels Thermografie durch Wärmebildkameras ermittelt werden. In der Thermografie sind Bereiche mit hohen Temperaturen leicht erkennbar, so dass vor dem Eintritt eines Schadens eine Fehlerbehebung erfolgen kann. Da Wärmebildkameras berührungslos die Oberflächentemperaturen ermitteln, können an allen elektrischen Anlagen ohne Unterbrechung der Stromversorgung periodische Überwachungsmessungen vorgenommen werden.

Am frühen Morgen des 7. April 2017 kam es an der Ostseite des Hauptbahnhofs Linz zu einem Kabelbrand, der das Stellwerk und damit die wichtigste Bahnverbindung Österreichs sowie drei weitere Strecken für etwa 12 Stunden lahmlegte und Zehntausende Reisende in Zügen stecken bleiben ließ.