Schutzmaßnahmen
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Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Blitzstoßstromableiter und Überstrom-Schutzeinrichtungen
ep7/1999, 5 Seiten
1 Beanspruchung der Überstrom-Schutzeinrichtungen Überstrom-Schutzeinrichtungen (z. B. NH-Sicherungen), die zwischen der Hausanschlußleitung und den Blitzstromableitern angeordnet sind, werden mindestens wie diese von Strömen durchflossen und beansprucht. Im Beispiel vom Bild betrifft das die Hausanschlußsicherung HAS und - sofern vorhanden - die Vorsicherung BAS [1][2][3]. Das bedeutet jedoch nicht, daß die Beanspruchung der Überstrom-Schutzeinrichtungen durch den Einsatz von Blitzstromableitern erhöht wird. Im Gegenteil. Wenn die Blitzstromableiter fehlen, können in der Anlage unkontrollierte Überschläge erfolgen, deren Fehlerlichtbögen erst durch das Ansprechen der Überstrom- Schutzeinrichtungen gelöscht werden. 1.1 Beanspruchung durch Blitzstoßströme Ein Zweig-Stoßstrom IZ als Anteil des gesamten Blitzstoßstroms IG fließt über die Hausanschlußleitung. Das gilt · sowohl bei einem Blitzeinschlag in das Versorgungsnetz (z. B. in einen Kabelverteiler) oder in eine damit verbundene Anlage (z. B. Blitzschutz- oder Verbraucheranlage) · als auch bei einem Einschlag in den äußeren Blitzschutz des betrachteten Hauses gemäß Bild . Der zuletzt genannte Fall läßt im allgemeinen den größeren Anteil des Zweig-Stoßstroms IZ vom gesamten Blitzstoßstrom IG erwarten und wird somit der kritischere sein ([1], Abschn. 7.1). Er wird darum den weiteren Betrachtungen zugrundegelegt. Blitzstoßströme und ihre Zweigströme werden immer als Scheitelwerte angegeben; sie haben immer die Welle (10/350 µs). Der zu berücksichtigende maximale B1itzstoßstrom IG ergibt sich nach Tafel aus der Blitz-Schutzklasse ([1], Abschn. 3; [3], Abschn. 3.2a). Davon fließt ein Anteil nach Gl. (1) als Zweig-Stoßstrom IZ über den Hausanschluß. IZ = v·IG (1) v = IZ / IG (2) Der Verzweigungsquotient v (Benennung und Formelzeichen vom Verfasser) ergibt sich aus der Verzweigung des Blitzstoßstroms, die ihrerseits hauptsächlich von der Anzahl und den Eigenschaften der dafür vorhandenen Strompfade abhängt. Im Extremfall, wenn wie im Bild als Strompfade nur der Hausanschluß und der eigene Erder des Hauses zur Verfügung stehen, kann v bis zu etwa 0,5 betragen. Zusätzliche Strompfade setzen v herab. Darauf wird im Abschn. 4.4 zurückgekommen. Der Zweig-Stoßstrom IZ seinerseits teilt sich gemäß Gl. (3) und Tafel in die pro Leiter der Hausanschlußleitung fließenden Zweig-Stoßströme IZZ auf. IZZ = IZ / m (3) m = Anzahl der Leiterdes Hausanschlusses. Dieser Zweig-Stoßstrom IZZ belastet die von ihm durchflossenen Leiter, Blitzstromableiter und Überstrom-Schutzeinrichtungen (z. B. NH-Sicherungen), die zwischen dem Hausanschluß und dem Potentialausgleichssystem angeordnet sind. Er ist für die dynamische Beanspruchung direkt maßgebend. Die thermische Beanspruchung erfolgt durch die spezifische Energie W/ R. Das ist die auf den Widerstand bezogene Wärmemenge, die bei einer Durchströmung entsteht, während der wegen der Kurzzeitigkeit keine bedeutende Wärmeabgabe erfolgt. Sie ist gleich dem Stromquadrat-Zeit-Integral i2 dt. Ferner ist sie vergleichbar mit dem I2t-Wert oder Durchlaßwert von Überstrom-Schutzeinrichtungen. Sie ergibt eine annähernd proportionale Temperaturerhöhung der Schutzmaßnahmen Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7 630 Blitzstoßstromableiter und Überstrom-Schutzeinrichtungen E. Hering, Dresden Es wird die Wirkung der Blitzstoßströme und Folgeströme auf Überstrom-Schutzeinrichtungen (z. B. NH-Sicherungen) beschrieben. Die möglicherweise daraus resultierenden Nachteile, Schäden und Gefahren werden erörtert sowie Maßnahmen zu ihrer Vermeidung behandelt. Die damit im Zusammenhang stehenden Berechnungen werden dargelegt. Dafür erforderliche Kennwerte sind in Tafeln zusammengestellt. Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering ist Mitglied des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. Autor HAS HAL IZZ IZZ IZZ IZZ BAS PAS PEN äußerer Blitzschutz Erder IG - IZ ferne Erder Verzweigung des Blitzstoßstroms beim Einschlag in den äußeren Blitzschutz eines Hauses mit Hauptleitung im TN-C- System (Die Richtungen der Strompfeile entsprechen den Ausbreitungsrichtungen der Stoßströme und Stoßspannungen.) BA Blitzstromableiter; BAS Vorsicherung für BA; HAL Hausanschlußleitung; HAS Hausanschlußsicherung; HL Hauptleitung; IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ über die HAL fließender Zweig-Stoßstrom; IZZ pro Leiter der HAL, pro Blitzstromableiter und pro Sicherung fließender Zweig-Stoßstrom; PAS Potentialausgleichsschiene Blitz-Schutzklasse I II III/IV Gesamter Blitz- 200 150 100 stoßstrom IG (Scheitelwert) in kA Spezifische Energie 10.000 5.600 2.500 W/R = P in kA2s Die Werte sind aus VDE V 0185 Teil 100 [4] und VDE 0185 Teil 103 [5] entnommen. Tafel Zweig-Stoßströme in Abhängigkeit von der Blitz-Schutzklasse, der Verzweigung und der Leiterzahl Blitz- I II III/IV Schutzklasse IZ in kA v·200 v·150 v·100 IZZ in kA (v·200)/m (v·150)/m (v·100)/m IZ Zweig-Stoßstrom im Hausanschluß; IZZ Zweig-Stoßstrom pro Leiter der Hausanschlußleitung; v Verzweigungsquotient, siehe Gl. (2) und Abschnitt 4.4.; m Anzahl der an der Stromleitung beteiligten Leiter der Hausanschlußleitung Tafel Blitzstromparameter in Abhängigkeit von der Blitz-Schutzklasse stromdurchflossenen Teile der Betriebsmittel (z. B. Leitungen, Sicherungen, Geräte). Im folgenden wird sie mit dem Formelzeichen P angegeben. P = W / R = i2 dt = I2 t (4) 1 J/ = 1 A2s (5) 1 kJ/ = 103 A2s = 1 kA2s (6) Die spezifische Energie ist dem Quadrat des Blitzstoßstroms proportional. Das gilt auch für die Zweigströme des Blitzstoßstroms. Die pro Leiter und damit auch pro Überstrom-Schutzeinrichtung auftretende spezifische Energie PZZ ergibt sich aus IZZ wie folgt: PZZ = 2500 kA2s (IZZ /100 kA)2 (7) Danach errechnete Werte enthält Tafel . 1.2 Beanspruchung durch Folgeströme In den Blitzstromableitern zündet die Stoßspannung einen Lichtbogen, wodurch sie vom isolierenden in einen niederohmigen Zustand überführt werden und worauf ihre Wirkung als Überspannungs-Schutzeinrichtung beruht. Nach Wegfall der Stoßspannung fließt ein von der Wechselspannung getriebener Folgestrom IF über die Lichtbögen und die vorgeordneten Anlageteile. Wegen des kleinen Widerstands der Lichtbögen wirkt der Folgestrom wie ein Kurzschlußstrom. Durch das Verlöschen des Lichtbogens tritt der isolierende Zustand des Blitzstromableiters wieder ein. Das muß spätestens nach einer Halbwelle des Wechselstroms geschehen. Darauf beruht die Tafel , die für einfache Blitzstromableiter die spezifische Energie PF in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlußstrom (Effektivwert) an der Einbaustelle angibt. Untersuchungen ergaben, daß beim überwiegenden Teil (um 80 %) der Hausanschlüsse der prospektive (unbeeinflußte) Kurzschlußstrom unter 4 kA liegt [8]. Der konkrete Wert muß jedoch von Fall zu Fall vom zuständigen EVU erfragt werden. Bei prospektiven Kurzschlußströmen über 4 kA an der Einbaustelle sind nur folgestrombegrenzende Blitzstromableiter geeignet. Diese haben die wesentlich kleineren Werte der spezifischen Energie PF nach der Tafel , weil sie den Folgestrom sowohl hinsichtlich seiner Größe als auch in seiner Dauer erheblich begrenzen ([1], Abschnitt 7.1). 1.3 Gesamte dynamische Beanspruchung Die Scheitelwerte von Blitzstoßstrom und Folgestrom fallen zeitlich nicht zusammen, so daß die Wirkungen getrennt betrachtet werden können. Der höchste Scheitelwert der beiden Ströme ist für die Beanspruchung entscheidend. Schutzmaßnahmen Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7 631 Tafel Spezifische Energie in Abhängigkeit vom Stoßstrom mit der Welle (10/350 µs) Tafel Spezifische Energie PF durch Folgestrom in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlußstrom bei einfachen Blitzstromableitern Tafel Spezifische Energie PF durch Folgestrom in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlußstrom bei folgestrombegrenzenden Blitzstromableitern Iimp P Iimp P Iimp P 4 4 18 81 40 400 6 9 20 100 50 625 8 16 22 121 60 900 10 25 24 144 70 1225 12 36 26 169 80 1600 14 49 28 196 90 2025 16 64 30 225 100 2500 Iimp Stoßstrom (Scheitelwert) in kA; P spez. Energie in kA2s. Wird IZZ eingesetzt, so ergibt sich PZZ. Die Werte wurden mit der Gl. (7) errechnet. IK bei bei reduziertem IF und PF in IF = IK a) Marke/Typ kA DEHN/ Phoenix/FLASHTRAB DEHN- FLT 25-400, 60-400; port F & G/VFB-1, -2; 255 V OBO/LA 25 B, 60 B Max. Wert von PF in kA2s bei 230 V 0,4 1,6 0 0,5 0,6 3,6 0 1,1 0,8 6,4 0 1,9 1,0 10,0 0 3,6 1,2 14,4 0 4,3 1,4 19,6 0 5,7 1,6 25,6 0 7,5 1,8 32,4 0 9,4 2,0 40,0 13,9 10,0 2,5 62,5 22,3 16,9 3,0 90,0 33,0 22,5 3,5 123 43,7 32,4 4,0 160 65,0 40c) IK prospektiver (unbeeinflußter) Kurzschlußstrom (Effektivwert); IF Folgestrom (Effektivwert); PF spezif. Energie durch Folgestrom; a) PF = IK 2·0,01 s; b) Reduzierung von IF und PF durch Reihenschaltung zweier Lichtbögen in bestimmten Geräten, Werte für PF nach Angaben der Firmen DEHN u. Phoenix; c) Nur für FLT 60-400, VFB-2 und LA 60 B. IK in kA Marke/Typ DEHN/ Phoenix/ DEHNport FLASHTRAB Maxi FLT-PLUS [10] PF in kA2s bei 230 V 0,4 1,0 0,1 0,6 1,4 0,1 1 1,8 0,1 2 2,1 0,5 3 2,3 1,1 4 2,4 2,0 5 2,5 3,0 6 2,6 4,4 8 2,8 7,7 10 3,0 12 15 3,3 27 20 3,5 48 Werte für Maxi nach Diagramm in [9]. Werte für FLT-PLUS nach Angaben der Fa. Phoenix. 1.4 Gesamte thermische Beanspruchung Die Überstrom-Schutzeinrichtungen werden zunächst von der spezifischen Energie PZZ des Zweig-Stoßstroms IZZ und dann von der spezifischen Energie PF des Folgestroms IF erwärmt. Die gesamte Erwärmung entspricht der resultierenden spezifischen Energie PR: PR =PZZ + PF (8) Dabei ist die durch den Betriebsstrom verursachte Vorerwärmung der Überstrom-Schutzeinrichtungen, an die außer den Blitzstromableitern auch die Verbraucheranlagen angeschlossen sind (z. B. HAS im Bild ), noch nicht berücksichtigt. 2 Beanspruchbarkeit der Überstrom-Schutzeinrichtungen Zwischen der Hausanschlußleitung und den Blitzstromableitern werden als Überstrom-Schutzeinrichtungen (z. Z. noch) überwiegend NH-Sicherungen eingesetzt. Alternativ können spannungsunabhängige selektive Haupt-Leitungsschutzschalter nach Entwurf zu VDE 0645 [11] („SHU-Schalter“) verwendet werden. Andere Leitungsschutzschalter sind auf diesem Strompfad nicht geeignet. 2.1 Grenzwerte zur Verhütung von Schäden In der Tafel sind die Grenzwerte des Stoßstroms zur Verhütung von Schäden an den Überstrom-Schutzeinrichtungen angegeben. Bei den NH-Sicherungen spielt die dynamische Beanspruchbarkeit keine Rolle, weil die thermische immer kleiner ist und somit die Grenze bestimmt. Bei den Schaltern liegt der Fall anders, denn sie sind thermisch höher beanspruchbar, und durch das Vorhandensein von Spulen können bedeutende magnetische Kräfte auftreten. 2.2 Grenzwerte zur Vermeidung von Abschaltungen Wenn Abschaltungen vermieden werden sollen, muß die spez. Energie (Durchlaßwert) PS der Überstrom-Schutzeinrichtungen mindestens so groß wie die resultierende spez. Energie PR nach Gl. (8) im Abschn. 1.4 sein. Dabei ist immer die untere Grenze des Streubereichs maßgebend. Diese Grenzwerte sind in Tafel zusammengestelltl). Von NH-Sicherungen und selektiven Haupt-Leitungsschutzschaltern wird eine strombegrenzende Wirkung verlangt, so daß sie das Auftreten des Höchstwerts sehr großer Stoßkurzschlußströme verhindern [15]. Bei NH-Sicherungen geschieht dies durch das schnelle Abschmelzen, was leider eine kleine spezifische Energie PS und eine geringe Belastbarkeit durch Blitzstoßströme bedeutet. SHU-Schalter erfüllen die erwähnte Aufgabe durch das vorläufige Öffnen ihrer Schaltglieder (ohne endgültige Abschaltung). Dadurch weisen sie eine erheblich größere spez. Energie PS auf. 3 Anforderungen Im Hinblick auf das Auftreten von Zweig-Blitzströmen sind an die Überstrom-Schutzeinrichtungen und deren Schaltung sowie an die Gestaltung der übrigen Anlage folgende Anforderungen zu stellen: a)Explosionen von NH-Sicherungen und Zerstörungen von Schaltern müssen verhütet werden, denn sie könnten zu Beschädigungen von Gehäusen, zu Verletzungen von Personen, zu Fehlerlichtbögen mit Brandfolge und zu längeren Versorgungsunterbrechungen führen. b)Blitzstromableiter dürfen nicht dadurch unwirksam werden, daß Überstrom-Schutzeinrichtungen sie von der zu schützenden Anlage trennen. c)Die Stromversorgung soll nach Möglichkeit nicht dadurch unterbrochen werden, daß Überstrom-Schutzeinrichtungen abschalten. Ist das Abschalten durch Überstrom-Schutzeinrichtungen mit tragbarem Aufwand nicht absolut vermeidbar und können die Forderungen nach b) und c) nicht miteinander in Einklang gebracht werden, so muß für b) entschieden werden, denn die Aufrechterhaltung des Überspannungsschutzes hat unbedingten Vorrang vor der Versorgungszuverlässigkeit. Außerdem kann bei Gewitter die Versorgung schon vom Mittel- oder Niederspannungsnetz her ausfallen. Dort, wo keine längeren oder überhaupt keine Unterbrechungen tragbar sind, müssen Notversorgungsanlagen oder USV-Anlagen vorgesehen werden. 4 Maßnahmen Zum Erfüllen der vorstehenden Anforderungen kommen folgende Maßnahmen in Frage. Meist werden mehrere von ihnen zusammen erforderlich sein. 4.1 Schaltung der Überstrom-- Schutzeinrichtungen Für sie - der Kürze wegen nachstehend „Sicherungen“ genannt - sind u. a. die Schaltungen von Bild denkbar. Das Teilbild a) entspricht den Schaltungsbeispielen in Normen und Richtlinien [6][7]. Die Lösung hat u. a. den Nachteil, daß die Hausanschlußsicherung sowohl von den im Abschn. 1.4 genannten spezifischen Energien als auch vom Betriebsstrom beansprucht wird. Darum wurde schon die Schaltung nach Teilbild b) vorgeschlagen [13][14]. Diese Lösung ist jedoch nur dann anwendbar, wenn sich die Hausanschlußsicherung im oder direkt am Haus befindet. Der Hausanschlußkasten muß einen Ab-Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7 632 1) Bei den NH-Sicherungen ist die spezifische Energie (der Durchlaßwert) von der Stromflußdauer abhängig. Eine Verkleinerung der Zeit t ergibt zwar eine Vergrößerung des Stroms I, jedoch nicht in dem Maße, daß das Produkt I2t gleich bleibt. Bei sehr kurzzeitigen Beanspruchungen, insbesondere durch Zweig-Blitzströme, liegt die Ursache dafür hauptsächlich in der Stromverdrängung (im „Skineffekt“). Die Tabelle E im Abschnitt 7.8 von VDE 0636 Teil 201:1997-06 enthält die minimalen I2t-Werte für Rechteckimpulse von 1 ms Dauer. Experten für NH-Sicherungen von der Firma Efen schlagen vor, für Zweig-Blitzströme mit der Welle (l0/350 µs) von diesen Werten jeweils die Hälfte als minimale Durchlaßwerte anzunehmen. Darauf beruhen die Angaben zu den NH-Sicherungen in der Tafel . Nennstrom in A 40 50 63 80 100 125 160 200 250 Grenzwert des Stoßstroms in kA, bis zu dem die NH-Sicherungen nicht explodieren (16) (18) 20 (22) 25 (30) 50 70 75 Grenzwert des Stoßstroms in kA, bis zu dem die SHU-Schalter nicht zerstört werden 17,5 20 20 22,5 22,5 Nicht eingeklammerte Werte für NH-Sicherungen nach [12][13][14], eingeklammerte Werte nach vorsichtiger Schätzung durch den Verfasser. Werte für SHU-Schalter nach Angaben der Fa. ABB Stotz-Kontakt Gmb H. Hinsichtlich der Verhütung von Schäden sind beide Arten von Überstrom-Schutzeinrichtungen mit Nennströmen ab 80 A geeignet, denn es genügen Werte über 20 kA, weil nach [4] (siehe Abschn. 4.4 dieses Beitrags) bei der Blitzschutzklasse I die Größe v für die Verzweigung des Blitzstroms kleiner ist als bei den anderen Blitzschutzklassen. Tafel Grenzwerte des Stoßstroms Iimp (10/350 µs) zur Verhütung von Schäden an Überstrom-Schutzeinrichtungen Nennstrom in A 40 50 63 80 100 125 160 200 250 Grenzwert der spezifischen Energie für das Vermeiden des Abschmelzens von NH-Sicherungen in kA2s 1,3 2,0 3,2 5 8 12 22 39 69 Grenzwert der spezifischen Energie für das Vermeiden des Ausschaltens von SHU-Schaltern in kA2s (33) (38) 50 50 55 Werte für NH-Sicherungen zur Anwendung empfohlen, Ermittlung siehe Text-Fußnote1). Nicht eingeklammerte Werte für SHU-Schalter nach Angabe der Fa. ABB Stotz-Kontakt Gmb H. Eingeklammerte Werte nach vorsichtiger Schätzung durch den Verfasser. Tafel Grenzwerte der spezifischen Energie PS zur Vermeidung von Abschaltungen durch Überstrom-Schutzeinrichtungen zweig an den Eingangsklemmen und eine zusätzliche Leitungseinführung ermöglichen, wobei zu bedenken ist, daß er vom EVU beschafft wird. Die bei a) und b) vorhandene Sicherung BAS muß verworfen werden, denn ihr Abschmelzen macht den Grobschutz und damit den gesamten Überspannungsschutz unwirksam 2). Bei der Lösung nach Teilbild c) wird ihre Aufgabe von der Hausanschlußsicherung HAS übernommen. Hierbei sind Blitzstromableiter zu verwenden, für die die maximale Vorsicherung nicht kleiner als der Nennstrom der HAS angegeben ist. Ferner ist die Leitung für die Blitzstromableiter so zu bemessen, daß ihr Kurzschlußschutz von der HAS gewährleistet wird. Das Ansprechen der HAS führt zwar zu einem unerwünschten Stromausfall, jedoch bleibt dabei der Überspannungsschutz erhalten, weil die Blitzstromableiter nicht von der Anlage getrennt werden. Darum empfiehlt sich diese Lösung. Für die Schaltung nach d) gelten die bereits zu b) genannten Einschränkungen. Sie ist ferner nur anwendbar, wenn folgestrombegrenzende Blitzstromableiter eingesetzt werden und wenn der Kurzschlußschutz ihrer Zuleitung von den Sicherungen im Versorgungsnetz übernommen wird. Die Schaltung ist insofern ideal, als der Strompfad zwischen der Hausanschlußleitung und den Blitzstromableitern frei von Sicherungen ist und die damit verbundenen Probleme entfallen. 4.2 Wahl der Blitz-Schutzklasse Die Blitz-Schutzklasse(siehe Tafelim Abschn. 1.1) hat zumindest rechnerisch großen Einfluß, weil die spezifische Energie dem Quadrat des Stoßstroms proportional ist. Aus dieser Sicht wird man evtl. eine niedrigere Schutzklasse zugrundelegen, wenn man die Nachteile in Kauf nimmt, die bei einer - mit geringer Wahrscheinlichkeit zu erwartenden - Überschreitung eintreten können. 4.3 Leiterzahl der Hausanschlußleitung Auch wenn nur Einphasenwechselstrom benötigt wird (z. B. bei einer Mobilfunkstation), sollte ein Vierleiteranschluß vorgesehen werden, damit sich der Zweig-Stoßstrom IZ auf vier Leiter aufteilen kann, siehe Gl. (3) im Abschn. 1.1. Beim Zweileiteranschluß müßte mit dem doppelten Zweig-Stoßstrom IZZ und der vierfachen spezifischen Energie PZZ gegenüber dem Vierleiteranschluß gerechnet werden. 4.4 Erdseitige Verzweigung des Blitzstoßstroms Der gesamte Blitzstoßstrom IG ist ein eingeprägter Strom, d. h. er läßt sich nicht reduzieren, auch nicht durch die Widerstände der Lichtbögen in gezündeten Blitzstromableitern, geöffneten Schalterkontakten und abgeschmolzenen NH-Sicherungen. Er kann jedoch durch Verzweigung geteilt werden. Die Widerstände der Zweig-Strompfade können dann die Anteile der Zweig-Stoßströme beeinflussen. Die Aufteilung auf möglichst viele Strompfade mit möglichst kleinen Widerständen im Bereich des Erders kann eine sehr wirksame Maßnahme zur Herabsetzung des Zweig-Stoßstromes IZ in der Hausanschlußleitung sein, woraus eine Reduzierung des Zweig-Stoßstroms IZZ in den Blitzstromableitern und Sicherungen resultiert. Solche Strompfade können neben dem eigenen Erder des Hauses (z. B. Blitzschutzerder in Form eines Fundamenterders) auch eingeführte metallene Rohrleitungen (Gas-, Wasser- und Fernheizungsleitungen) und Informationskabel sein. Das Isolierstück in der Gashauptleitung darf allerdings nur mit einer Trennfunkenstrecke ([1], Abschn. 6) überbrückt werden. Bei einer Wasserleitung ist die Überbrückung der Wasseruhr erforderlich (VDE 0100 Teil 540:1991-11, Abschn. 9.1.3). Wenn die genannten Leitungen auch mit den Potentialausgleichssystemen und Erdern der Nachbarhäuser verbunden werden, ergibt sich eine sehr wirksame Verzweigung, d. h. die Größe v in der Gl. (1) vom Abschn. 1.1 dieses Beitrags wird erheblich kleiner als 0,5. Die Verzweigung kann grob näherungsweise ermittelt werden ([4], Abschn. 3.1.3, Anh. C und nationales Vorwort zu Anh. C)3). Sollten diese Leitungen fehlen oder unzuverlässig sein oder zu große Widerstände haben, dann ist es evtl. erforderlich, Potentialausgleichsverbindungen zu den Potentialausgleichssystemen der Nachbarhäuser herzustellen. Es besteht ohnehin die Tendenz, von Gebäude zu Gebäude Potentialausgleichsleiter („Ersatz- oder Entlastungs-Potentialausgleichsleiter“) zu verlegen, um die querschnittsschwachen Schirme der Informationskabel vor zu hohen Stoßströmen zu schützen [16]. Dafür wird zweckmäßigerweise Kabel NYY 1 x 50 mm2 verwendet. Von der Belastung her würde ein Querschnitt von 16 mm2 genügen; aber zur Erzielung eines kleinen Widerstandes sind 50 mm2 besser. Evtl. von den Besitzern der Nachbarhäuser gehegte Bedenken können als unbegründet zerstreut werden, weil die Verbindung ihre Situation nicht verschlechtert, sondern auch bei ihnen die Sicherungen und Blitzstromableiter entlastet sowie eine Herabsetzung der Überspannung bewirkt. Bei einem direkten Einschlag in ihren eigenen äußeren Blitzschutz sind sie die Haupt-Nutznießer dieser Maßnahme. Beim TT-System erhebt sich die Frage, ob direkte Verbindungen der Erder mehrerer Häuser durch die eingeführten Leitungen (z. B. metallene Rohrleitungen, Schirme der Informationskabel) und die vorstehend erwähnten Potentialausgleichskabel zulässig sind. Mit dem TT-System wird im allgemeinen die Vorstellung verbunden, daß Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7 633 HAS HAL BAS PAS 4 4 HAS HAL PAS 4 4 HAS HAL PAS 4 4 HAS HAL BAS PAS 4 4 Schaltungen der den Blitzstromableitern vorgeordneten Sicherungen a) Blitzstromableiter mit eigener Sicherung BAS, Abzweig hinter der HAS; b) Wie a), jedoch Abzweig vor der HAS c) Blitzstromableiter ohne eigene Sicherung, Abzweig hinter der HAS ; d) Wie c), jedoch Abzweig vor der HAS 2) Das trifft schon für den Blitzschlag zu, der das Abschmelzen bewirkt hat [12][13][14]. Der Blitzstrom kann zwar in der abgeschmolzenen Sicherung noch über den Lichtbogen fließen, ruft jedoch an diesem einen sehr großen Spannungsfall hervor, der die Überspannung im Bereich des Grobschutzes untragbar erhöht. 3) Die dafür angegebenen „äquivalenten Erdungswiderstände“ mit der Einheit Ohm können sehr verwirren, denn sie sind in Wirklichkeit keine Widerstände, sondern eher Leitwerte. Außerdem ist jede Einheit überflüssig, weil sie sich herauskürzt. Die Rechnung berücksichtigt nicht die Eigenschaften des Erders und der eingeführten Leitungen. Der Verfasser empfiehlt, Informationskabel nur als halbe Einheiten für n1 zu werten. jedes Haus seinen eigenen Erder hat, der mit den Erdern anderer Häuser nicht verbunden ist. Die einschlägigen Normen VDE 0100 Teil 300 und Teil 410 sagen darüber jedoch nichts aus. Demnach sind direkte Verbindungen zulässig. Der Verfasser rät aber davon ab, denn ein Fehler in einem Haus (z. B. Versagen eines Schutzschalters oder ein Installationsfehler) würde sich in allen Häusern auswirken. Er empfiehlt, beim TT-System alle Verbindungen des Potentialausgleichssystems mit den von außen eingeführten metallen Rohrleitungen, Kabelschirmen und Potentialausgleichsleitern über Trennfunkenstrecken ([1], Abschn. 6) herzustellen. 4.5 Art der Blitzstromableiter Durch günstige Wahl der Blitzstromableiter kann die mit dem Folgestrom einhergehende spezifische Energie PF klein gehalten werden. Wie ein Vergleich der Tafeln und zeigt, gilt das besonders für die folgestrombegrenzenden Blitzstromableiter. Weitere Angaben über Blitzstromableiter enthält der Abschnitt 7 von [1]. 4.6 Überstrom-Schutzeinrichtungen Nicht zuletzt kommt es auf Art und Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtungen an. Den nachstehenden Ausführungen liegt das Bild c) zugrunde, denn a) und b) werden vom Verfasser verworfen, und bei der Schaltung nach d) tritt das hier besprochene Problem nicht auf. Sollte die spezifische Energie PS der vorgesehenen Hausanschlußsicherung kleiner als die spezifische Energie PR nach Gl. (8) im Abschn. 1.3 dieses Beitrags sein, so kann die Vergrößerung ihres Nennstroms einen Ausweg bieten, wenn und soweit die Netzverhältnisse das zulassen4). Der Querschnitt der Hauptleitung muß selbstverständlich an den höheren Sicherungsnennstrom angepaßt, also überdimensioniert werden. Die einmaligen Herstellungskosten, die das EVU vom Anschlußnehmer für die Leistungsbereitstellung fordert und die vom Nennstrom der Hausanschlußsicherung abhängen, werden höher ausfallen. Eine weitere Möglichkeit der Steigerung von PS besteht darin, SHU-Schalter (s. Abschnitte 2 und 2.2 dieses Beitrags) anstelle von NH-Sicherungen zu wählen. Man vergleiche die Werte innerhalb der Tafel . Bei der Entscheidung für SHU-Schalter ist zu beachten, daß der Hausanschlußkasten vom EVU beschafft wird. Dieses wird sicherlich dem Anschlußnehmer den Mehrpreis in Rechnung stellen. SHU-Schalter haben außer der größeren spezifischen Energie PS (Durchlaßwert) den Vorteil, daß sie ein schnelleres und gefahrloseres Wiedereinschalten ermöglichen. Das vorläufige Öffnen der Schaltglieder (ohne endgültiges Abschalten) hilft dem Blitzstromableiter beim Löschen des Lichtbogens. Das Bild zeigt einen Hausanschlußkasten mit SHU-Schaltern und einer verschließbaren Bedienungsklappe. Die Entwicklung eines SHU-Schalters mit 125 A Nennstrom und den gleichen Abmessungen wie die Ausführungen bis 100 A ist beabsichtigt. Hinsichtlich der spezifischen Energie wird er voraussichtlich der NH-Sicherung 250 A mindestens gleichwertig sein. 5 Berechnungsbeispiel Durch die Anlage vorgegebene Kennwerte: · Blitz-Schutzklasse III; · v = 0,4 (siehe Abschnitt 4.4); · m = 4; · IK = 2 kA; · Verwendung einfacher Blitzstromableiter mit Folgestromreduzierung des Typs FLASHTRAB FLT 25-400; · vorgesehene HAS: NH-Sicherungen mit Nennstrom 100 A. Ermitteln der Werte: Aus Tafel : IG = 100 kA Nach Gl. (1): IZ = 40 kA Nach Gl. (3): IZZ = 10 kA Nach Gl. (7): PZZ = 25 kA2s Aus Tafel : PF = 10 kA2s Nach Gl. (8): PR = 35 kA2s Aus Tafel : PS = 8 kA2s Auswertung: Die NH-Sicherungen mit Nennstrom 100 A und PS = 8 kA2s sind zu klein. Verwendbar sind NH-Sicherungen mit einem Nennstrom von 200 A, denn lt. Tafel haben sie PS = 39 kA2s. Bei der Verwendung von SHU-Schaltern genügt der vorgesehene Nennstrom von 100 A. Literatur: [1] Hering, E.: Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)2, S. 122-126. [2] Hering, E.: Magnetische Kräfte an den von Blitzstoßströmen durchflossenen Leitern. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)3, S. 217-218. [3] Hering, E.: Blitzstromableiter und Einsatzrichtlinie. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)4, S. 302-305. [4] Vornorm DIN V ENV 61024-1/VDE V 0185 Teil 100:1996-08 Blitzschutz baulicher Anlagen; Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 1024-1: 1990, modifiziert). [5] DIN VDE 0185-103/VDE 0185 Teil 103:1997-09 Schutz gegen elektromagnetischen Blitzimpuls; Teil 1: Allgemeine Grundsätze (IEC 1312-1: 1995; modifiziert). [6] Vornorm DIN V VDE V 0100-534/VDE V 0100 Teil534:1999-08Elektrische Anlagenvon Gebäuden; Auswahl und Errichtung von Betriebsmitteln; Überspannungs-Schutzeineinrichtungen. [7] VDEW (Herausgeber): Überspannungs-Schutzeinrichtungen der Anforderungsklasse B - Richtlinie für den Einsatz in Hauptstromversorgungssystemen. 1. Auflage. Frankfurt am Main: Verlags- und Wirtschaftsgesellschaft der Elektrizitätswerke mb H (VWEW) 1998. [8] Noack, F.; Pospiech, J.: Kurzschluß-Kenngrößen von Niederspannungsnetzen. etz, Offenbach 116(1995)5, S. 38-42. [9] Raab, V.; Zahlmann, P.: Kurzschlußschutz von Blitzstromableitern. Elektropraktiker, Berlin 52(1998)5, S. 454-457; und 6, S. 552-555. [10] Schimanski, J.; Scheibe, K.: Einsatz von Blitzstromableitern mit hohem Netzfolgestrom-Löschvermögen. Aus dem VDE-Fachbericht 52 - Neue Blitzschutznormen in der Praxis. Berlin/Offenbach: VDE-Verlag 1997. [11] Entwurf DIN VDE 0645/VDE 0645:1996-05 Selektiver Haupt-Leitungsschutzschalter, spannungsunabhängig (SHU-Schalter). [12] Noack, F.; Schönau, J.; Schmidt, F.: Störfestigkeit von Überstrom-Schutzeinrichtungen in Niederspannungsnetzen gegenüber Blitzeinwirkung. Elektrie, Berlin 51(l997)09/10, S. 347-351. [13] Noack, F.; Schönau, J.; Brocke, R.: Einfluß der Blitzstromtragfähigkeit von Überstrom-Schutzeinrichtungen. etz, Offenbach 119(1998)3-4, S. 38-43. [14] Noack, F.; Schönau, J.; Brocke, R.: Einfluß der Blitzstromtragfähigkeit von Überstrom-Schutzeinrichtungen auf den Blitzschutz in Niederspannungsnetzen. Aus dem VDE-Fachbericht 52 - Neue Blitzschutznormen in der Praxis. Berlin/Offenbach: VDE-Verlag 1997. [15] Kiefer, G.: VDE 0100 und die Praxis. 8. Auflage. Berlin/Offenbach: VDEVerlag 1997. [16] Entwurf DIN VDE 0800-2/A2/VDE 0800-Teil 2/A2:1998-10 Informationstechnik; Potentialausgleich und Erdung; Ersatz- oder Entlastungs-Potentialausgleichsleiter. Schutzmaßnahmen Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7 634 Beispiel eines Hausanschlußkastens mit SHU-Schaltern 4) Die erforderliche Nennstromabstufung gegenüber der vorgeordneten Sicherung im Versorgungsnetz ist einzuhalten. Am Ende der Hauptleitung muß der einpolige Kurzschlußstrom so groß (die Schleifenimpedanz so klein) sein, daß die vergrößerte Hausanschlußsicherung im Fehlerfall rechtzeitig abschaltet.
Autor
- E. Hering
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