Schutzmaßnahmen
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Elektrotechnik
Anwenden von Kurzschlussbemessungsgrößen (2)
ep2/2009, 5 Seiten
Schaltgeräte als Kurzschlussschutzeinrichtung Schaltgeräte werden neben der Aufgabe den Stromfluss ein- oder auszuschalten, auch oder ausschließlich für den Überstromschutz genutzt. Als Kurzschlussschutzgerät - bezeichnet mit der Abkürzung SCPD - sollen sie nachgeordnete Betriebsmittel, Anlagen sowie Kabel und Leitungen vor den Wirkungen zu hoher Ströme schützen. 4.1 Leistungsschalter Nur die Leistungsschalter sind in der Lage, Kurzschlussströme sicher ein- und auszuschalten. Die für den Nachweis der Kurzschlussfestigkeit relevanten Bemessungswerte für Leistungsschalter - auch die speziellen für das Kurzschlussschaltvermögen - sind nachfolgend definiert und die einzuhaltenden Bedingungen genannt. Bemessungskurzschlusseinschaltvermögen eines Leistungsschalters Icm. Der Spitzenkurzschlussstrom ip darf nicht größer sein als das Bemessungskurzschlusseinschaltvermögen eines Leistungsschalters Icm Icm ip (8) Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen eines Leistungsschalters Icu. Der Leistungsschalter beherrscht unter bestimmten Prüfbedingungen nach dem Ausschalten des Anfangskurzschlussstromes das nochmalige Ein- und Ausschalten des Kurzschlussstromes Icu Ib (9) bei generatorfernem Kurzschluss Icu Ik. Bemessungsbetriebskurzschlussausschaltvermögen eines Leistungsschalters: Ics. Der Leistungsschalter beherrscht unter bestimmten Prüfbedingungen nach dem Ausschalten des Anfangskurzschlussstromes anschließend das zweimalige Ein- und Ausschalten des Kurzschlussstromes (Prüfung O-CO-CO, früher P-2) und erfüllt höhere Anforderungen als das Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen Ics Ib (10) bei generatorfernem Kurzschluss Icu Ik. Bemessungskurzzeitstrom eines Leistungsschalters Icw. Der Bemessungskurzzeitstrom, der auf eine bestimmte Gesamtausschaltzeit bzw. Bemessungskurzzeit Tkr (0,05-0,1-0,25-0,5-1 s) bezogen ist, darf nicht kleiner sein, als der thermisch gleichwertige Kurzschlussstrom. Der Kurzschlussauslöser am Leistungsschalter muss auf die angegebene Zeit eingestellt sein. Icw Ith (11) Für Leistungsschalter bis 2500 A muss der Bemessungskurzzeitstrom das 12-fache des Bemessungsstromes, aber mindestens 5 kA betragen. Durchlassstrom eines Leistungsschalters. Das ist der höchste Spitzenwert, den ein strombegrenzender Leistungsschalter zulässt. Die Hersteller geben Strombegrenzungskennlinien für Leistungsschalter an. Aus ihnen kann abgelesen werden, welcher Spitzenwert als Durchlasswert ID nach dem Schalter auftreten kann. Bild zeigt, wie der Durchlassstrom aus dem Diagramm abgelesen wird. Eingezeichnet ist auch die Kennlinie für den Stoßkurzschlussstrom. Damit kann man die Wirkung der Strombegrenzung einschätzen. Die Kennlinie für den Stoßkurzschlussstrom ist üblicherweise mit dem Parameter cos dargestellt. Dieser Wert stellt die Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom des Kurzschlussstromes dar. Je kleiner cos ist, um so kleiner ist auch das R/X-Verhältnis der Kurzschlussstrombahn (cos = 0,95 bedeutet R/X = 3,25 und cos = 0,25 bedeutet R/X = 1,085). Durchlass-I2T-Wert eines Leistungsschalters. Unter dem Durchlass-I2T-Wert eines Leistungsschalters ist die Energie zu verstehen, die bis zur Unterbrechung vom Schalter durchgelassen wird und die thermische Wirkung auf den Stromkreis ausdrückt. Diese I2T-Werte sind von der Höhe des Kurzschlussstromes abhängig und werden durch Kennlinien dargestellt (Bild ). Bei größeren Kurzschlussströmen ist auch der I2T-Wert größer. 4.2 Leitungsschutzschalter Leitungsschutzschalter für die Anwendung in Hausinstallationen haben inzwischen eine Bemessungsgröße bis 63 A mit einem Bemessungsschaltvermögen Icn 15 kA. Zum Einsatz im Elektroenergieverteilungsnetz stehen Haupt-Leitungsschutzschalter für Bemessungsströme bis 125 A und Icn 50 kA zur Verfügung. Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 146 FÜR DIE PRAXIS Schutzmaßnahmen Anwenden von Kurzschlussbemessungsgrößen (2) K.-H. Kny, Magdeburg Der erste Beitragsteil gab eine Übersicht zu den charakteristischen Kurzschlussströmen. Nachfolgend ist dargelegt, wie die von den Herstellern angegebenen Bemessungswerte zum Nachweis des Kurzschlussschutzes im Niederspannungsbereich angewendet werden. Autor Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kny ist Dozent an der Hochschule Magdeburg-Stendal (FH). I2T Einstellwert des Kurzschlussauslösers Ik Icp logarithmische Teilung logarithmische Teilung I2T-Kennlinie von Leistungsschaltern (qualitativ) ip, ID Ik Ik 0,25 0,95 cos Verringerung des Spitzenwertes Strombegrenzungsdiagramm für einen Leistungsschalter(qualitativ) Der Ausschalt-I2T-Wert ist als oberer Grenzwerte in DIN VDE 0641-11 angegeben. Eine ausgewählte Zusammenfassung für die höchste Energiebegrenzungsklasse 3 stellen die Werte in Tafel dar. Sie gelten für den maximal zulässigen Kurzschlussstrom, dem angegebenen Ausschaltvermögen. Die von den Herstellern bereitgestellten Kennlinien stellen wie für Leistungsschalter die Abhängigkeit des Durchlass-I2T-Wertes von der Höhe des tatsächlich fließenden Kurzschlussstromes dar. 4.3 Schmelzsicherungen Für den Kurzschlussschutz durch Sicherungen sind drei Bemessungswerte zu nennen: das Bemessungsausschaltvermögen, der Durchlassstrom und der Ausschalt-I2t-Wert. Bemessungsausschaltvermögen. Das Bemessungsausschaltvermögen Icn muss nach VDE 0636 mindestens 50 kA betragen. Produkte mit Werten von 80 kA und höher werden durch die Hersteller angeboten. Durchlassstrom. Der Durchlassstrom wird in Form von Strombegrenzungskennlinien den Planern und Errichtern zur Verfügung gestellt. Aus diesen Kennlinien kann der Durchlassstrom ID und der Stoßkurzschlussstrom ip mit Gleichstromglied ( = 1,8) sowie ohne ( = 1) in Abhängigkeit des effektiven Kurzschlussstromes ermittelt werden. In Anlehnung des in Bild dargestellten Strombegrenzungsdiagramms ist das Ablesen der entsprechenden Werte in Bild dargestellt. Bei einem angenommenen effektiven Kurzschlussstrom von 10 kA tritt bei einem Stoßfaktor = 1,8 ein Stoßkurzschlussstrom von ip = 25,5 kA auf. Ohne Gleichstromglied, also = 1,0, beträgt der Stoßkurzschlussstrom 14,4 kA. Liegt der Stoßfaktor zwischen 1,0 und 1,8 nimmt der Stoßkurzschlussstrom entsprechende Werte zwischen 14,4 und 25,5 kA an. Ausschalt-I2Ta-Werte (Joule-Integral). Die in DIN VDE 0636-1 [5] angegebenen Grenzwerte gelten für eine Ausschaltzeit von 10 ms und sind als Höchstwerte zu verstehen. Bei ihrer Anwendung liegt man schutztechnisch auf der sicheren Seite. In Tafel sind auszugsweise einige Werte zusammengestellt. In der gleichen Tabelle der genannten Norm sind auch Schmelz-I2Ts-Werte angegeben. Diese Größen stellen die Wärmeenergie dar, die für das Anschmelzen des Fadens gelten und sind für Selektivitätsuntersuchungen erforderlich. 4.4 Schütze und Starter Kurzschlussfestigkeit für Schütze und Starter ist gegeben, · wenn der Kurzschlussstrom Ik am Einbauort nicht größer ist als der angegebene bedingte Kurzschlussstrom Iq und · die vorgegebene zulässige Bemessungsstromstärke der Vorsicherung einschließlich der Angabe zur Betriebsklasse eingesetzt wird: IQ Ik bei max. Vorsicherung (12) Steuer- und Schutz-Schaltgeräte sind bis zur Angabe des Bemessungskurzschlussschaltvermögen Ics selbstschützend. Besondere Bedingungen und Prüfungen sind in [6] beschrieben. Nachweis der Kurzschlussfestigkeit 5.1 Grundsätzliches Bemessungswerte sind Festigkeitswerte, die einen Belastungsgrenzwert unter bestimmten Bedingungen ausdrücken. Kurzschlussbemessungswerte sind von den Herstellern angegebene Stromgrenzwerte, die im Falle eines Kurzschlusses von den Betriebsmitteln und Anlagen standgehalten werden. Sie sind nicht zu verwechseln mit dem sich zeitlich ändernden Strom, der bezogen auf den Sinusverlauf als Effektiv-und Scheitelwert berechnet oder angegeben wird. Ist der Stromverlauf nicht symmetrisch zur Abszisse, wie kurze Zeit nach dem Kurzschlusseintritt, ist der größte zeitliche Wert der Spitzenwert. Beim Nachweis der Kurzschlussfestigkeit werden der entsprechende Kurzschlussbemessungswert und der jeweilige höchste zu erwartende Kurzschlussstrom miteinander verglichen, wobei der Bemessungswert nicht kleiner sein darf: Es geht somit um die Frage, wie diese Bedingung für Schaltgerätekombinationen und Schaltgeräte sowie Kabel und Leitungen überprüft wird und was im Einzelnen besonders beachtet werden muss. 5.2 Schaltgerätekombinationen Die mechanische Kurzschlussfestigkeit ist nachgewiesen, wenn der Stoßkurzschlussstrom ip nicht größer ist als der angegebene Bemessungsstoßstrom Ipk Ipk ip (13) Wird der Stoßkurzschlussstrom durch eine Schmelzsicherung oder einen strombegrenzenden Leistungsschalter nicht zugelassen und auf den Durchlassstrom begrenzt, wird die Anlage nur durch diesen Spitzenwert Kurzschlussbemessungswert des Herstellers höchster zutreffender Kurzschlussstrom 147 Schutzmaßnahmen FÜR DIE PRAXIS Tafel Maximal zulässige I2T-Durchlasswerte für Leitungsschutzschalter [4, Tabelle ZA.1 und ZA.2, Auszug] B-Charakteristik C-Charakteristik Ir bis 16 A > 16 A bis 32 A Ir bis 16 A > 16 A bis 32 A 6000 A 35000 42000 45000 55000 10000 A 70000 84000 90000 110000 Tafel Ausschalt-I2Ta-Werte von Sicherungseinsätzen, gG und gM [5, Tabelle 7, Auszug] In in A 16 20 25 32 40 50 63 80 100 I2Ta in A2s 1000 1800 3000 5000 9000 16000 27000 46000 86000 I2t ip1,8 = 25,5 kA ip1,0 = 14,4 kA ID = 1,7 kA 20 A 16 A 10 A Insi 10 kA = 1,8 = 1,0 Strombegrenzungsdiagramm als Ablesebeispiel Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 VOR ORT Besuchen Sie uns vom 25. bis 27. März 2009 auf der Fachmesse Eltefa in Stuttgart: Halle 4, Stand F 45 ELEKTRO PRAKTIKER mechanisch beansprucht. Es gilt dann als Nachweis: Ipk ID (14) Da der Durchlassstrom erheblich geringer als der Stoßkurzschlussstrom sein kann, ist der Einsatz von Schmelzsicherungen eine wirkungsvolle Maßnahme zur Begrenzung der Kurzschlussstrombeanspruchung. Die Wirkung der Kurzschlussstrombegrenzung soll anhand der Strombegrenzungskennlinien nach Bild für eine 20-A-Schmelzsicherung verdeutlicht werden. Angenommen wird a) ein Anfangskurzschlusswechselstrom von 1 kA: Ausgehend von 1 kA auf der Abszisse als effektiver Kurzschlussstrom wird ein Durchlassstrom ID = 1 kA abgelesen. Dieser Strom ist der Spitzenwert, der von der Sicherung durchgelassen wird. Ohne diese strombegrenzende Wirkung würde der Spitzenwert als Stoßkurzschlussstrom Werte zwischen 1,4 kA und 2,9 kA annehmen; b) ein Anfangskurzschlusswechselstrom von 50 kA: Bei 50 kA wird der Durchlassstrom ID = 3,5 kA abgelesen. Der ohne Strombegrenzung auftretende Stoßkurzschlussstrom würde von 70 kA bis 127,3 kA (rechnerisch mit = 1,8 ermittelt) liegen. Die thermische Kurzschlussfestigkeit ist gewährleistet, wenn der Bemessungskurzzeitstrom Icw nicht kleiner ist als der thermisch gleichwertige Kurzschlussstrom Ith und dabei die Kurzschlussdauer Tk nicht größer ist als die zugehörige Bemessungskurzzeit Ithr: Icw Ith wenn Tkr Tk (15) Die notwendige Kurzschlussdauer Tk kann durch die Einstellung der Zeitverzögerung an der Schutzeinrichtung angepasst werden. Ist aus Gründen der Selektivität eine höhere Auslösezeit Tk als die Bemessungskurzzeit Tkr erforderlich, wird nach DIN VDE 0103 [8] der zulässige Bemessungskurzzeitstrom auf einen geringeren Wert mit folgender Formel umgerechnet: (16) In Tafel sind beispielsweise die für den Nachweis der mechanischen und thermischen Kurzschlussfestigkeit erforderlichen Bemessungskurzschlussströme für die Haupt- und die Verteilsammelschienen angegeben. Der vom Hersteller angegebene bedingte Bemessungskurzschlussstrom Icc (Effektivwert) ist der Grenzwert des unbeeinflussten Kurzschlussstromes, der von der Schaltanlage beherrscht wird, wenn die vorgeschriebene Kurzschlussschutzeinrichtung (z. B. eine Schmelzsicherung) vor bzw. in der Schaltanlage/-verteiler eingesetzt ist: Icc Ith (17) Ist für einen Schienenverteiler die Bedingung Icw Ith nicht eingehalten, aber Icc Ith erfüllt, dann ist der Schutz gewährleistet, wenn die vorgegebene Kurzschlussschutzeinrichtung eingesetzt wird. 5.3 Kurzschlussschutz von Leitungen und Kabeln Die thermische Kurzschlussfestigkeit von Leitungen ist für eine Kurzschlussdauer bis 5 s gewährleistet, wenn das Produkt aus dem Quadrat des Materialkoeffizienten k und dem Quadrat des Leiterquerschnitts S in mm2 mindestens so groß ist, wie die Durchlass-bzw. Ausschaltenergie I2T des Kurzschlussschutzgerätes SCPD: (I2T)SCPD (k2S2)Leitung (18) Für Ausschaltzeiten kleiner 0,1 s bzw. beim Unterbrechen des Stromes durch strombegrenzende Schaltgeräte ist diese Bedingung (18) anzuwenden. Der Materialkoeffizient k hängt von der Leitfähigkeit und dem Isolierstoff ab. Nachfolgend sind einige Werte von k nach [8] angegeben: · 115 As/mm2 bei PVC-isolierten Kupferleitern · 76 As/mm2 bei PVC-isolierten Aluminiumleitern · 141 As/mm2 bei gummi-isolierten Kupferleitern. In Tafel sind einige berechnete Stromwärmewerte I2T für Kunststoffkabel N(A)YY aufgelistet. Zwei Beispiele sollen das prinzipielle Vorgehen beim Nachweis der thermischen Kurzschlussfestigkeit unter Anwendung von Herstellerangaben für die Ausschalt- und Durchlassenergie von Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschaltern und Leistungsschaltern (Tafel , Bilder und ) zeigen: Beispiel 1: Ein Kunststoffkabel NYY mit einem Leiterquerschnitt S = 1,5 mm2 soll a) durch eine Schmelzsicherung D 16 A und b) durch einen Leitungsschutzschalter B16 mit einem Bemessungsschaltvermögen Icn = 10 kA geschützt werden. Es wird ein Kurzschlussstrom von 10 kA angenommen. Bei der Lösung ist zu beachten, dass der Ausschalt-I2T-Wert der Schutzeinrichtung nach Bedingung (18) nicht größer sein darf als die mit k2S2 ausgedrückte thermische Festigkeit des Kabels. Icw Tkr Ith ; Tkr < Tk Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 148 FÜR DIE PRAXIS Schutzmaßnahmen Tafel Technische Daten von ABB-Niederspannungsschaltanlagen Typ MNS, Auszug Bemessungsströme (Bemessungs-Kurzzeit Tkr = 1s) Bemessungsströme Hauptsammelschienen: Bemessungsstrom Ie bis 6300 A Bemessungsstoßstrom Ipk bis 250 kA Bemessungs-Kurzzeitstrom Icw bis 100 kA Verteilschienen: Bemessungsstrom Ie bis 2000 A Bemessungsstoßstrom Ipk bis 176 kA Bemessungs-Kurzzeitstrom Icw bis 80 kA 105 104 103 102 102 6 8 2 103 104 6 8 2 105 6 8 2 4 2 A Ieff 1 Stoßkurzschlussstrom mit größtem Gleichstromglied 2 Stoßkurzschlussstrom ohne Gleichstromglied 100 A 80 A 63 A 50 A 35 A 32 A 25 A 20 A 16 A 10 A 6 A 4 A 2 A Strombegrenzungs-Diagramm für D-Schmelzeinsätze 2 - 100A gL/gG [7, Seite 3/9] a) (I2T)a/Sich (1152·1,52) A2s = 29756 A2s Mit dem (I2T)a/Sich-Wert aus Tafel für 230 V und 16 A ist: 890 A2s < 29756 A2s. Der Schutz ist nachgewiesen! b) (I2T)a/MCB (1152·1,52) A2s = 29756 A2s Mit der genormten Angabe des maximal zulässigen Ausschalt-I2T-Wertes in Tafel schützt der Leitungsschutzschalter bei 10 kA das Kabel nicht: 70000 A2s > 29756 A2s. Aus den Herstellerangaben in Bild , die niedrigere Werte als die vorgegebenen Normwerte aufweisen, wird bei 10 kA ein Durchlasswert von 45000 A2s ausgewiesen. Dieser ist immer noch zu groß. Aus dem gleichen Bild ist zu erkennen, dass bei einem Kurzschlussstrom Ik 7 kA die zulässige Stromwärme durchgelassen wird: (I2T)a/MCB 29756 A2s. Deshalb gilt bis zu einem Kurzschlussstrom von 7 kA die thermische Kurzschlussfestigkeit als nachgewiesen. Beispiel 2: Es wird für einen größeren Leiterquerschnitt die thermische Kurzschlussfestigkeit überprüft. Ein Kabel NAYY mit einem Leiterquerschnitt S = 16 mm2 soll a) durch eine Schmelzsicherung D 63 A, b) durch einen Haupt-Leitungsschutzschalter B63 mit einem Bemessungsschaltvermögen Icn = 25 kA oder c) durch einen Leistungsschalter 63 A geschützt werden. Es wird ein zu erwartender Kurzschlussstrom von 10 kA angenommen. Überprüfung der Bedingung (18): a) (I2T)a/Sich (762·162) A2s = 1478656 A2s Mit dem (I2T)a/Sich-Wert aus Tafel für 230 V und 63 A ist: 16500 A2s < 1478656 A2s. Der Schutz ist nachgewiesen! b) (I2T)a/MCB 1478656 A2s Aus Bild wird ein (I2T)a/MCB-Wert von ca. 82000 A2s abgelesen. Damit ist die Bedingung (18) erfüllt: 82000 A2s < 1478656 A2s c) (I2T)a/MCCB 1478656 A2s Aus Bild wird ein (I2T)a/MCCB-Wert von ca. 180000 A2s abgelesen und damit die Bedingung (18) erfüllt: Der Einsatz der drei Kurzschlussschutzeinrichtungen ist für diesen Fall möglich. Nachweis mittels des Bemessungskurzzeitstromes Icw. Für Kabel wird von den Herstellern der Strom bezogen auf eine Bemessungs-Kurzzeit Tkr angegeben. Der Bemessungskurzzeitstrom Icw, der ja nur für die Bemessungskurzzeit Tkr gilt, wird mit der tatsächlichen Kurzschlussdauer Tk umgerechnet und dann mit dem thermisch gleichwertigen Kurzschlussstrom Ith verglichen. (19) Beispiel Für ein Kabel wird ein Bemessungskurzzeitstrom Icw = 10 kA bezogen auf eine Bemessungs-Kurzzeit Tkr = 1 s angegeben. Vom vorgeordneten Leistungsschalter ist im Kurzschlussfall eine Gesamtausschaltzeit von Tk = 2s zu erwarten. Rechnerisch wurde ein thermisch gleichwertiger Kurzschlussstrom Ith = 12 kA ermittelt. Nachweis der thermischen Kurzschlussfestigkeit: Die Bedingung ist nicht erfüllt. 15 kA =10,6 kA < 12 kA Icw Tkr Ith ; Tkr < Tk Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 149 Schutzmaßnahmen FÜR DIE PRAXIS 102 kA2s I2t 101 100 10-1 2 8 2 4 6 8 2 4 kA 100 101 102 6 A 50/63 A 25/32/40 A 13/16/20 A 10 A 160 A 125 A 100 A 80 A 40 A...63 A 32 A 20 A...25 A 16 A 1 10 102 103 10-1 10-2 106·A2s I2t Ims Durchlass-I2T-Werte eines Leitungsschutzschalters mit der Charakteristik B [7, Seite 1/54] 14 Spezifische Durchlassenergie von Niederspannungs-Kompaktleistungsschaltern [10, Seite 4/19] Tafel Zulässige k2S2- bzw. I2T-Werte für Kunststoffkabel k2S2 in A2s S in mm2 NYY NAYY 1,5 29756 - 2,5 82656 36100 4 211600 92416 6 476100 207936 10 1322500 577600 16 3385600 1478656 25 8265625 3610000 Tafel Ausschalt-I2Ta-Werte (Joule-Integral) für D-Schmelzeinsätze 2-100 A gL/gG [7, Seite 3/9] I2Tmax in A2s InSich in A AC 230 V AC 500V 2 6,6 10,7 4 22 34 6 66 100 10 240 340 16 890 1090 20 1200 1620 25 2400 3450 32 3450 4850 35 5200 7200 50 9750 14500 63 16500 26500 80 23000 32500 100 44000 65000 Die Formel nach Tk umgestellt und damit die maximal zulässige Zeit berechnet: Wenn der Einstellwert für den Kurzschlussauslöser so gewählt wird, dass die Ausschaltzeit nicht größer ist als 1,56 s, ist die thermische Kurzschlussfestigkeit gewährleistet. 5.4 Back-up-Schutz 5.4.1 Vorsicherung Wenn das doch begrenzte Bemessungs-Ausschaltvermögen von Leitungsschutzschaltern nicht ausreicht, weil der auszuschaltende Kurzschlussstrom höher ist, ist es üblich, den Kurzschlussstrom durch eine Vorsicherung sicher ausschalten zu lassen. Dafür wird die maximal zulässige Bemessungssicherungsstromstärke vorgegeben. Der eigentliche Vorteil der sofortigen Wiedereinschaltbarkeit des Leitungsschutzschalters geht dabei allerdings verloren, weil ja der Schmelzeinsatz gewechselt werden muss. 5.4.2 Vorgeordnete Schalter Back-up-Schutz als Rückschutz wird angewandt, wenn zwei Leistungsschalter oder ein Haupt-Leitungsschutzschalter mit einem Leitungsschutzschalter in Reihe angeordnet sind und das Ausschaltvermögen des nachgeordneten Schalters bei einem Kurzschluss an seiner Einbaustelle nicht ausreicht. Der vorgeordnete Schalter muss dann die Durchlassenergie so begrenzen, damit das Ausschaltvermögen des nachgeordneten Schalters nicht überschritten wird. Nachteilig ist, dass beide Schalter reagieren und damit unselektiv auslösen. In Tafel ist der Ausschnitt einer Koordinationstabelle für den Back-up-Schutz zwischen hintereinander geschalteten Schaltern dargestellt. Es ist der Wert in kA angegeben, für den der Back-up-Schutz bei der angegebenen Schalterkombination geprüft ist. Beispielsweise soll entsprechend Bild auf der Einspeiseseite der Leistungsschalter T1 mit der Auslösecharakteristik C und auf der Lastseite der Leitungsschutzschalter S280 angeordnet sein. Für den vorgeordneten Leistungsschalter T2 wird ein Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen Icu = 25 kA angegeben. Er kann einen Kurzschlussstrom bis 25 kA sicher ausschalten. Der nachgeordnete Schalter S280 hat eine geringeres Schaltvermögen von Icu = 6 kA. Kurzschlussströme größer 6 kA beherrscht dieser Schalter allein nicht. Ein höherer Kurzschlussstrom ist an der Einbaustelle von S280 (Kurzschlussstelle KS1) im Vergleich zur KS2 zu erwarten. In der Tafel ist im Kreuzungsfeld der Schalter T1 und S280 ein bedingter Kurzschlussbemessungswert von 16 kA angegeben. Das bedeutet: Wenn der Anfangskurzschlusswechselstrom an der Einbaustelle von S280 größer wird als 6 kA ist die sichere Ausschaltung durch den vorgeordneten Schalter T1 bis 16 kA sichergestellt. Liegt der Kurzschluss möglicherweise am Ende einer längeren Leitung (Kurzschlussstelle KS2), dann kann der Kurzschlussstrom kleiner als 6 kA sein und der Leitungsschutzschalter S280 unterbricht den Fehlerstrom allein. In Bild sind für diesen Fall die I2T-Auslösekennlinien der Schalter dargestellt. Bis 6 kA schaltet der Leitungsschutzschalter allein und damit selektiv. Ab 6 kA, dem sogenannten Übernahmestrom IB, bis 16 kA schalten beide Schalter gleichzeitig ab. Der Übernahmestrom IB kennzeichnet die Stromgrenze, ab dem die zwei Überstromschutzeinrichtungen auch als eine Einheit betrachtet werden kann. Fazit Der Nachweis der Kurzschlussfestigkeit erfolgt über den Vergleich der von den Herstellern bereitgestellten Kurzschlussbemessungswerte und den entsprechenden Kurzschlussgrößen am Einbauort der Betriebsmittel und elektrischen Anlagen. Beim Vergleich dürfen die Strom-Festigkeitswerte von den Kurzschlussströmen nicht überschritten werden. Wenn der Kurzschlussstrom nach sehr kurzer Zeit (Tk < 0,1 s) durch Sicherungen oder strombegrenzende Leistungsschalter ausgeschaltet wird, ist der Nachweis der thermischen Kurzschlussfestigkeit mit den Ausschalt- bzw. Durchlass-I2T-Werten durchzuführen. Die normative Grundlage für die Anwendung der Kurzschlussbemessungswerte in Niederspannungsanlagen ist die EN 60947-1 (VDE 0660-100) Beiblatt 1 [6]. Literatur [1] DIN VDE 0102:2002-07 Berechnung von Kurzschlußströmen in Drehstromnetzen. [2] Kny, K.-H.: Kurzschluss-Schutz in Gebäuden. 1. Auflage. Berlin: Verlag Technik 1999. [3] Berechnen des Kurzschlussstroms nach neuer VDE 0102. Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 12, S. 1002-1005. [4] DIN EN 60898-1 (VDE 0641-11):2006-03 Elektrisches Leitungsmaterial - Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke - Teil 1 Leitungsschutzschalter für Wechselstrom. [5] DIN EN 60269-1 (VDE 0636-1):2008-03 Niederspannungssicherungen - Teil 1 Allgemeine Anforderungen. [6] DIN EN 60947-1 Beiblatt 1 (VDE 0660-100) Beiblatt 1: 2008-02 Niederspannungsschaltgeräte - Überstrom-Schutzeinrichtungen, Teil 1: Anwendung der Kurzschlussbemessungswerte. [7] Niederspannungs-Schutzschalttechnik BETA. Siemens-Katalog ET B1 2008. [8] DIN EN 60865-1 VDE 0103:1994-11 Kurzschlussströme - Berechnung der Wirkung, Teil 1: Begriffe und Berechnungsverfahren. [9] DIN VDE 0100 Teil 430:1991-11 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V. Schutzmaßnahmen; Schutz bei Kabeln und Leitungen bei Überstrom. [10] ABB-Katalog, NS-Kompaktleistungsschalter bis 1600 A, Tmax. Generation T. [11] Koordinationstabellen ABB. Tk Icw Ith Tkr = 15 kA 12 kA 1 s = 1,56 s Elektropraktiker, Berlin 63 (2009) 2 150 FÜR DIE PRAXIS Schutzmaßnahmen Tafel Ausschnitt aus einer Koordinationstabelle für den Back-up-Schutz [11, Seite 1/7] Einspeiseseite T1 T2 Ausführung B C Lastseite Charakteristik In in A Icu in kA 16 25 S200 B,C,K,Z 0,5...63 10 16 25 S200M B,C,D 0,5...63 15 16 25 S200P B,C, D, K, Z 32...63 15 16 25 S280 B,C 80, 100 6 16 16 S290 C,D 80...125 15 16 25 KS1 KS2 MCCB MCB S280 I2t IB = 6 kA IB = 16 kA I S280 Schaltbild zum Beispiel Back-up-Schutz Durchlass-I2T-Kennlinien zum Beispiel Back-up-Schutz
Autor
- K.-H. Kny
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