Blitz- und Überspannungsschutz
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Elektrotechnik
Blitzstromableiter für Hauptstromversorgungssysteme
ep2/2005, 5 Seiten
Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 2 123 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Aufgabe und Installation der Blitzstromableiter Blitzstromableiter haben die Aufgabe, die aktiven Leiter (Außenleiter und Neutralleiter) der Hauptleitungen von Starkstromanlagen in den Blitzschutz-Potentialausgleich einzubeziehen und damit dem inneren Blitzschutz der Gebäude zu dienen. Sie bewirken den Grobschutz. Zum vollständigen Schutz der elektrischen Anlagen und Betriebsmittel gehören auch Überspannungsschutzgeräte Typ 2 (Mittelschutz) und Typ 3 (Feinschutz), die hier nicht behandelt werden. Übrigens bedürfen auch die informationstechnischen Anlagen des Überspannungsschutzes, für den spezielle Geräte erforderlich sind. Für die Auswahl und Installation der Blitzstromableiter (und auch der anderen Überspannungsschutzgeräte) gilt die Vornorm VDE V 0100 Teil 534 [1]. Deren Befolgung soll die Gefahr eines elektrischen Schlags vermeiden und die Wirksamkeit des Überspannungsschutzes gewährleisten. Einzelheiten über die Ausführung des Überspannungs-Grobschutzes sind u. a. in [2] bis [6] enthalten. Die Blitzstromableiter werden zweckmäßigerweise an das Hauptstromversorgungssystem angeschlossen, z. B. entsprechend Bild . In Anlagen, die an ein öffentliches Verteilungsnetz angeschlossen sind, versteht man unter „Hauptstromversorgungssystem“ den vom Verteilungsnetzbetreiber plombierten Anlageteil vor den Zählern. Das in der Anlage angewendete System nach Art der Erdverbindung hat Einfluss auf Auswahl und Installation der Blitzstromableiter. Beim TN-System werden gemäß Bild a) die Außenleiter (L1, L2, L3) über je einen Blitzstromableiter BA mit dem PEN-Leiter verbunden ([6], Abschn. 3.1). Im TT-System muss die so genannte 3+1-Schaltung nach Bild b) ausgeführt werden, bei der die Blitzstromableiter BA zwischen den Außenleitern und dem Neutralleiter (N) liegen sowie zwischen diesem und dem Schutzleiter (PE) ein N-PE-Blitzstromableiter BN eingefügt ist ([1], Abschn. 534.2.2 u. 534.3.2.1; [5]; [6], Abschn. 3.2). Tafeln für Übersicht und Kennwerte Auskunft über die verfügbaren und zugleich geeigneten Erzeugnisse geben: · Tafel für die Blitzstromableiter (außer N-PE-Blitzstromableiter), · Tafel für die N-PE-Blitzstromableiter und · Tafel für komplette 3+1-Schaltungen. Diese Tafeln enthalten nur Blitzstromableiter auf Funkenstreckenbasis, die nach der vom VDN beim VDEW herausgegebenen Einsatzrichtlinie [7] im Hauptstromversorgungssystem verwendet werden dürfen und nach Meinung des Verfassers auch dafür geeignet sind. So sind Geräte nicht aufgeführt, die · im oder in einem Hauptpfad einen Varistor oder eine Abtrenneinrichtung enthalten, · mit einer Kontrolllampe ausgestattet sind · oder Typ 1 und Typ 2 in sich vereinigen. Die Blitzstromableiter müssen nach EN 61 643-11 [8] geprüft sein. Typen mit gemeinsamer Positionsnummer sind bau- und datengleich. In Hinblick darauf, dass die Betriebsspannung zwischen Außenleiter und PEN-Leiter oder Neutralleiter 230 V beträgt, müssen die Geräte eine Bemessungsspannung (höchste Dauerspannung) UC von mindestens 1,1 · 230 V = 253 V aufweisen ([1], Abschn. 534.3.1 u. 534.3.2). Üblich sind 255 V und 260 V. Bei Erzeugnissen mit UC = 440 V (auch für 440/690-V-Netze geeignet) ist die Verwendbarkeit für 230 V nicht beeinträchtigt. Die Tafeln bis beruhen auf den Angaben der jeweiligen Firmen. Sie entsprechen dem Stand vom Januar 2005. Es können jederzeit Änderungen der Kenngrößen eintreten, zusätzliche Typen erscheinen und/oder Lieferprogramme geändert werden. Es empfiehlt sich, nach Auswahl eines Gerätes ausführliche technische Unterlagen (z. B. Datenblatt, Einbauanleitung) anzufordern. Die Namen und Sitze der Firmen enthält die Tafel . Blitzstromableiter für Hauptstromversorgungssysteme E. Hering, Dresden Der Beitrag gibt eine Übersicht über die auf dem Markt befindlichen Blitzstromableiter (Überspannungsschutzgeräte des Typs 1, entsprechend Anforderungsklasse B), die für den Einsatz im Hauptstromversorgungssystem (Anlageteil vor den Zählern) geeignet sind. Zudem werden die für die Auswahl wichtigen Kenngrößen erläutert und angegeben. Autor Dipl.-Ing. (FH) Enno Hering, ist Mitglied des AK „Starkstromanlagen bis 1000 V“ des VDE-Bezirksvereins Dresden. IZZ IZZ IZZ IZZ HAS HAL PAS Erder IG - IZ HAS äußerer Blitzschutz IG - IZ PEN HAS HAL PAS äußerer Blitzschutz IG - IZ PAS Erder IG - IZ IZZ IZZ IZZ IZZ Verzweigung des Blitzstoßstroms beim Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz a) Haus mit Hauptleitung im TN-C-S-System b) Haus mit Starkstromanlage im TT-System IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ über die HAL zu fernen Erdern fließender Zweig-Stoßstrom; IZZ pro Leiter der HAL und pro BA fließender Zweig-Stoßstrom BA Blitzstromableiter; BN N-PE-Blitzstromableiter; HAL Hausanschlussleitung; HAS Hausanschlusssicherung; HL Hauptleitung; PAS Potentialausgleichsschiene; TS Trennschalter für Prüfzwecke Die HAS dient als Vorsicherung für die BA. Die Richtung der Strompfeile entspricht der Fortpflanzungsrichtung der Stoßströme und -spannungen. Kenngrößen 3.1 Polzahl und Verbindungen Die meisten Blitzstromableiter sind einpolig. Bei Drehstrom werden im Allgemeinen drei Geräte BA gemäß Bild miteinander verbunden oder mehrpolige Ableiter mit eingebauten Verbindungen eingesetzt. Der bei der 3+1-Schaltung im TT-System gemäß Bild b) zusätzlich benötigte N-PE-Blitzstromableiter BN kann nicht als vierter Ableiterpol betrachtet werden, denn er ist anders als die Blitzstromableiter BA geschaltet und muss andere Kenngrößen als diese haben. Eine im N-PE-Blitzstromableiter enthaltene vertikale Brücke („integrierte vertikale Durchgangsklemme für den Neutralleiter“) erleichtert das Anschließen. 3.2 Blitzstoßstrom-Tragfähigkeit Die größte Stoßstrombeanspruchung der Blitzstromableiter tritt bei einem Direkteinschlag in den äußeren Blitzschutz des Hauses nach Bild auf. Der gesamte Blitzstoßstrom IG ([9], Abschn. 5 und Tabelle 4) sowie seine Zweigströme IZ und IZZ sind in der Tafel angegeben und im Bild erläutert. Für sie wird die Welle (10/350 µs) angenommen. Die Blitzstoßstrom-Tragfähigkeit (10/350 µs) Iimp wird in der Tafel um der Korrektheit, Eindeutigkeit und Vergleichbarkeit willen immer nur pro Pol angegeben, auch bei mehrpoligen Ableitern. Sie muss mindestens so groß wie der Zweigstoßstrom IZZ in der letzten Zeile von Tafel (für v = 0,5) sein ([1], Abschnitt 534.3.1.1 und Tabelle 534.3.1.1 für das TN-System; Abschn. 534.3.2.1 u. Tabelle 534.3.2.1 für das TT-System). Der beim TT-System zusätzlich erforderliche N-PE-Blitzstromableiter BN wird vom Zweig-Stoßstrom IZ durchflossen und muss dementsprechend stärker bemessen werden. Wenn der Gefährdungspegel (die Blitzschutzklasse) nicht bekannt ist, muss er mit I angenommen werden ([7], Abschn. 3.4). Unabhängig von dieser Forderung wird der Auswahl der Blitzstromableiter meistens der Gefährdungspegel I zugrundegelegt. Das bedeutet: · IG = 200 kA, · IZ = 100 kA, · IZZ = 25 kA beim Vierleiter-Hausanschluss, · IZZ = 50 kA beim Zweileiter-Hausanschluss. Die Tafel enthält darum keine N-PE-Blitzstromableiter mit einem Blitzstoßstrom-Tragvermögen unter 100 kA. 3.3 Ansprechblitzstoßspannung Die Ansprechblitzstoßspannung hat Einfluss auf die Schutzwirkung. Sie war früher einheitlich maximal 4 kV (Scheitelwert). Zunehmend kommen Typen mit kleineren Ansprechblitzstoßspannungen (bis herunter auf 0,9 kV) auf den Markt. Damit wird das Zusammenwirken mit getrennten Überspannungsschutzgeräten Typ 2 (Mittelschutz) verbessert. Wenn diese Verbesserung so weit geht, dass die Entkopplung (z. B. durch Entkopplungsdrosseln oder hinreichend lange Leitung) zwischen den Geräten des Typs 1 und des Typs 2 entfallen kann, spricht man von „mit getrenntem Überspannungsschutzgerät Typ 2 koordiniert“. Je kleiner die Ansprechblitzstoßspannung ist, um so leichter und häufiger spricht der Blitzstromableiter an. Das ist auch nachteilig, weil dieser dadurch mehr der Abnutzung unterliegt. Darum wurden keine Blitzstromableiter mit kleineren Ansprechblitzstoßspannungen als 1,3 kV in die Tafeln bis aufgenommen. Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 2 124 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz Tafel Blitzstromableiter (ohne N-PE-Ableiter) (Ohne Gewähr) Firma, Typ nicht folgestrombegrenzende Ableiter 1 Pröp, P-BM 230 1 35 4 2 160 - 50 - 1 Wer, OVP-Z1/1 Cit, DS 101 SG 2 Pröp, P-BM 3 3 35 4 2 160 - 50 - 4 Wer, OVP-Z1/3 Cit, DS 103 SG 3 Pröp, P-BM 4 4 35 4 2 160 - 50 - 4 Wer, OVP-Z1/4 Cit, DS 104 SG 4 Ph, FLT 35-260 1 35 4 3 125 - 35 - 1 5 1) Ph, FLT 35/3 3 35 4 3 125 - 35 - 3 6 1)2) Moel, SPI-35/440 1 35 1,5 3 125 - 25 - 1 7 1)2)3) Ph, FLT 35 CTRL-1,5 1 35 1,5 3 125 - 35 - 1 8 4)5) D, DEHNbloc 1 1 50 4 3 500 - 50 - 2 ABB, Limitor NB-B GE, VBAB 1 Hag, SP 120 Klei, 1440/50G Sie, 5SD7 311-1 Wago, 792-111 Wie, TAP Block/1 9 4) D, DEHNbloc 3 3 50 4 3 500 - 50 - 4 GE, VBAB 3 Hag, SP 320 Klei, 1443/100G Sie, 5SD7 313-1 Wago, 792-110 Wie, TAP Block/3 10 D, DEHNbloc NH 1 50 4 3 500 - e) e) e) 11 Leu, Power Pro-B-Tr/50 1 50 4 4 250 125 50 50 2 12 4)5)6) D, DEHNport 1 75 3,5 4 500 - 50 - 2 ABB, Limitor M-B Klei, 1440/60 Sie, 5SD7 311-0 Wago, 792-100 folgestrombegrenzende Ableiter 13 D, DEHNbloc H 1 25 4 50 315 125 50 35 2 14 2)3) D, DEHNbloc Maxi 1255 1 25 2,5 25 315 125 50 35 2 15 4)6) D, DEHNport Maxi 1 50 4 50 500 - 50 - 2 Sie, 5SD7 315-0 16 2)3)7) D, DEHNventil TNC 3 25 1,5 50 315 125 50 35 6 17 2)3)7) D, DEHNventil TNS 4 25 1,5 50 315 125 50 35 8 18 1)6)8) Ph, FLT-PLUS 1 50 4 50 250 - 35 - 2 19 1)2) Ph, FLT-PLUS CTRL 2,5 1 50 2,5 50 250 - 35 - 2 3)6)8) 20 1)2) Ph, FLT-PLUS CTRL 1,5 1 50 1,5 50 250 - 35 - 2 3)6)8) Wei, PU1 TSG+50/1,5-400 21 9) OBO, MC 50-B VDE 1 50 2 12,5 500 125 2 x 35 35 2 22 3)9) OBO, MCD 50-B 1 50 1,3 12,5 500 125 2 x 35 35 2 1) UC = 440 V; 2) getriggerte Funkenstrecke; 3) mit getrenntem Überspannungsschutzgerät Typ 2 koordiniert; 4) Auslauftyp; 5) auch für UC = 440 V lieferbar; 6) ausblasend; 7) mit Kontrolllampen und darum nicht mit [7] konform, jedoch auch ohne sie lieferbar; 8) größere vertikale Abmessung; 9) trennbar a) Effektivwert bei 255 V; b) Effektivwerte des prospektiven Kurzschlussstroms über 25 kA können bei manchen Blitzstromableitern kleinere Bemessungsströme der Vorsicherung erfordern; c) Begrenzung im Hinblick auf die Belastbarkeit der Anschlussklemmen; d) mehrdrähtig; e) für NH-Unterteil. Blitzstoßstrom (10/350) imp pro Pol Max. Ansprechblitzstoßspannung Max. Leiterquerschnitt in mm2 d) Wie vor, jedoch bei V-Anschluss Max. Sicherungsbemessungsstrom Folgestrom-Löschvermögen Position Polzahl Stichleitung V-Anschluss Breite TE, 17,5 3.4 Folgestrom-Löschvermögen In den Blitzstromableitern zündet die Stoßspannung einen Lichtbogen, wodurch sie vom isolierenden in den niederohmigen Zustand überführt werden. Darauf beruht ihre Wirkung als Überspannungsschutzgerät. Nach Wegfall der Stoßspannung fließt entsprechend Bild ein von der Netzwechselspannung getriebener Folgestrom If über die Lichtbögen und die vorgeordneten Anlageteile. Wegen des kleinen Widerstands der Lichtbögen wirkt der Folgestrom wie ein Kurzschlussstrom. Der Blitzstromableiter muss im Stande sein, spätestens in einer Halbwelle des Wechselstroms durch Löschen des Lichtbogens den Folgestrom zu unterbrechen und den isolierenden Zustand wieder herzustellen. Damit das gewährleistet ist, muss sein Folgestromlöschvermögen (Effektivwert) If mindestens so groß wie der Effektivwert des prospektiven (unbeeinflussten) Kurzschlussstroms IK an der Einbaustelle sein. Weiteres zum Folgestromlöschverhalten der Blitzstromableiter steht im Abschnitt 4.3. Der N-PE-Blitzstromableiter wird, wie das Bild erkennen lässt, von keinem erheblichen Folgestrom durchflossen. Darum muss er nur Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 2 125 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Tafel N-PE-Blitzstromableiter (Ohne Gewähr) Firma, Typ 1 Pröp, P-N/PE B 100 4 50 - 1 Wer, OVP-Z1/N-PE Cit, DS 100 SG/N/PE 2 Leu, Sum Pro-B-Tr 100 4 50 50 2 3 Ph, FLT 100-260 100 4 35 - 2 4 D, DEHNgap B/n 100 4 50 - 2 ABB, Limitor GN-B GE, VBAB NPE Hag, SP 150, Klei, 1440/100GTT Sie, 5SD7 318-1 Wago, 792-132 Wie, TAP LA B/N 54)6) D, DEHNgap B 100 4 50 - 2 62) Moel, SPI-100/NPE 100 1,5 35 - 2 72)3) Ph, FLT 100 N/PE 100 1,5 35 - 2 Wei, PU1 TSG 100/ 1,5-260 82)9) Ph, FL-CP-N/PE-350 100 1,5 35 35 2 92)3)10) D, DEHNgap Maxi 100 1,5 50 35 2 1010) OBO, MC 125-B/NPE 125 2,5 2 x 35 35 2 113)10) OBO, MCD 125-B/NPE 125 1,3 2 x 35 35 2 10) mit integrierter vertikaler Durchgangsklemme für den Neutralleiter. Weitere Fußnoten s. Tafel . Bei allen Geräten ist das Folgestromlöschvermögen If * 0,1 kA a) Tafel 3+1-Schaltung (3 Pole + N-PE-Ableiter) (Ohne Gewähr) Firma, Typ 1 Pröp, P-BM 3+M 35 4 2 160 50 4 Wer, OVP-Z1/TT Cit, DS 104 SG-TT 2 2)3)7) D, DEHNventil TT 25 1,5 50 315 50 8 125 35 Fußnoten siehe Tafel . Bei allen Geräten hat der N-PE-Ableiter das Blitzstoßstrom-Tragvermögen (10/350) Iimp = 100 kA und das Folgestrom-Löschvermögen If = 0,1 kA a). Bei der Angabe von zwei Werten für den max. Sicherungsbemessungsstrom und den max. Leiterquerschnitt gilt jeweils der obere für die Stichleitung und der untere für den V-Anschluss. Blitzstoßstrom (10/350) imp Max. Ansprechblitzstoßspannung Max. Leiterquerschnitt in mm2 d) Position Stichleitung V-Anschluss Breite TE, 17,5 Blitzstoßstrom (10/350) imp pro Pol Max. Ansprechblitzstoßspannung Max. Leiterquerschnitt Max. Sicherungsbemessungsstrom Folgestrom-Löschvermögen der Pole Position Breite TE, 17,5 Tafel Spezifische Energie und Blitzstoßströme (10/350 µs) in Abhängigkeit vom Gefährdungspegel Gefährdungspegel/ Blitzschutzklasse I II III / IV P = W/R f) 10 000 5 600 2 500 in kJ/1 = kA2s IG in kA f) 200 150 100 IZ in kA v·200 v·150 v·100 IZ in kA g) 100 75 50 für v = 0,5 v·200 v·150 v·100 IZZ in kA m m m IZZ in kA g) 100 75 50 für v = 0,5 m m m P = W/R spez. Energie für IG; IG gesamter Blitzstoßstrom; IZ Zweig-Stoßstrom im Hausanschluss; IZZ Zweig-Stoßstrom pro Leiter des Hausanschlusses; v Verzweigungsfaktor; m Anzahl der an der Stromleitung beteiligten Leiter des Hausanschlusses, z. B. 4 beim Vierleiter-Hausanschluss; f) Werte nach Abschn. 5 und Tabelle 4 von VDE V 0185 Teil 1 [9]; g) Diese auf v = 0,5 beruhenden Werte sollen lt. VDE V 0100 Teil 534 [1] der Bemessung der Blitzstromableiter zu Grunde gelegt werden. Alle Blitzstromwerte sind Scheitelwerte. Die Formelzeichen IZ; IZZ, P und v stammen vom Verfasser. Tafel siehe Seite 126 Anzeige ein Folgestromlöschvermögen (Effektivwert) If von 0,1 kA aufweisen ([1], Abschn. 534.3.2.1). 3.5 Sicherungsbemessungsstrom Der maximale Sicherungsbemessungsstrom des Blitzstromableiters darf nicht vom Bemessungsstrom der Vorsicherung überschritten werden ([1], Abschn. 534.2.5). Diese Forderung darf aber nicht dazu führen, dass der Bemessungsstrom der Vorsicherung in Abhängigkeit von den Blitzstromableitern begrenzt wird. Vielmehr müssen umgekehrt die Blitzstromableiter in Abhängigkeit vom Bemessungsstrom der Vorsicherung ausgewählt werden. Als Vorsicherung muss gemäß den Bildern und die Hausanschlusssicherung HAS dienen ([4], Abschnitte 3 u. 4.1; [6], Abschnitt 5.3). 3.6 Anschlussleiterquerschnitt Blitzstromableiter können keinen Überstrom verursachen, weil sie keine Verbrauchsgeräte sind. Stichleitungen für ihren Anschluss wie in den Bildern und brauchen darum nur für den Kurzschlussschutz bemessen zu werden. Leitungen für den V-Anschluss (siehe [6], Abschnitt 6) führen dagegen Betriebsstrom. Sie müssen deswegen von der Vorsicherung auch vor Überlast geschützt sein und einen entsprechenden Querschnitt aufweisen. Der Querschnitt von Anschlussleitungen, der den in Tafel bis angegebenen max. Anschlussleiterquerschnitt der Blitzstromableiter überschreitet, muss vor diesen reduziert werden. Das kann z. B. an einem Trennschalter oder einer Klemmenleiste geschehen. 3.7 Ausblasende Geräte Ausblasende Blitzstromableiter müssen in ein plombierbares schutzisoliertes Gehäuse mit der Schutzart IP 54, das vom Hersteller dafür bestimmt ist, eingebaut werden. Erwärmung der Vorsicherung 4.1 Ursachen und Auswirkung Der die Vorsicherung durchfließende Strom bewirkt die spez. Energie W/R = 0I2 dt = P, gemessen in kJ/1 = kA2s. Diese führt zur Temperaturerhöhung und beim Überschreiten einer bestimmten Größe zur Abschaltung. Bei einem Blitzeinschlag wirkt zunächst die spez. Energie PZZ durch den Zweig-Stoßstrom IZZ (siehe Bild ) und anschließend die spez. Energie PF durch den Folgestrom If (siehe Bild ). Weil in der kurzen Zeit dieser Vorgänge keine erhebliche Wärmeabführung erfolgen kann, addieren sich die spez. Energien gemäß Gleichung (1): PR = PZZ + PF (1) PR resultierende spez. Energie Im Sinne der Versorgungszuverlässigkeit und Störungsfreiheit ist es erstrebenswert, die Abschaltung nach Möglichkeit zu vermeiden. Bedingung dafür ist, dass die noch nicht zur Abschaltung führende minimale spez. Energie der Vorsicherung PV größer ist als PR. PV > PR (2) Es ist auch zu bedenken, dass die als Vorsicherung dienende Hausanschlusssicherung durch den Betriebsstrom der Verbraucheranlage vorerwärmt sein kann. Bei den NH-Sicherungen kommt hinzu, dass sie u. U. infolge Alterung leichter zum Abschmelzen kommen ([10 ], Abschn. 16.4.1.1). Die der Beanspruchung der Sicherungen durch Blitzstoßströme zugeordnete min. spez. Energie PV ist wegen des Skin-Effekts, der mit einer Widerstandsvergrößerung verbunden ist, erheblich kleiner als die min. spez. Energie bei Kurzschlussströmen, die als „minimaler Durchlass-I2t-Wert“ bezeichnet wird ([4], Abschn. 2.2 und Tafel ). PV beträgt · 5 kA2s bei NH 80 A, · 8 kA2s bei NH 100 A, · 12 kA2s bei NH 125 A, · 22 kA2s bei NH 160 A, · 39 kA2s bei NH 200 A · 69 kA2s bei NH 250 A, Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 2 126 FÜR DIE PRAXIS Blitz- und Überspannungsschutz HAS HAL PAS Erder HAS äußerer Blitzschutz PEN HAS HAL PAS äußerer Blitzschutz PAS Erder Folgestrom If nach dem Ansprechen der Blitzstromableiter BA durch eine Stoßspannung a) Haus mit Hauptleitung im TN-C-S-System b) Haus mit Starkstromanlage im TT-System Die Richtung der Strompfeile bedeutet nicht die Stromrichtung. Abk. Name, Sitz ABB ABB Stotz-Kontakt Gmb H 69123 Heidelberg Cit Citel Electronics Gmb H 40239 Düsseldorf D Dehn + Söhne Gmb H + Co. KG 92318 Neumarkt GE GE Power Controls Gmb H & Co.KG 51105 Köln Hag Hager Elektro Gmb H 66440 Blieskastel Klei H. Kleinhuis Gmb H + Co. KG, 58507 Lüdenscheid Leu Leutron Gmb H 70771 Leinfelden-Echterdingen Moel Moeller Gebädeautomation KG, A - 3943 Schrems OBO OBO Bettermann Gmb H & Co. 58710 Menden Ph Phoenix Contact Gmb H & Co. 32825 Blomberg Pröp J. Pröpster Gmb H 92318 Neumarkt Sie Siemens AG 91050 Erlangen Wago Wago Kontakttechnik Gmb H 32423 Minden Wei Weidmüller Gmb H & Co. KG 33102 Paderborn Wer Werit Kunststoffw. Gmb H & Co. 57610 Altenkirchen Wie Wieland Electric Gmb H 96052 Bamberg Tafel Firmen IK PF IK PF in kA in kA2s in kA in kA2s 0,6 3,6 1,8 32,4 0,8 6,4 2,0 40,0 1,0 10,0 2,5 62,5 1,2 14,4 3,0 90,0 1,4 19,6 3,5 123 1,6 25,6 4,0 160 IK Effektivwert des prospektiven Kurzschlussstroms; PF max. spez. Energie durch Folgestrom bei 230 V nach der Gleichung PF = IK 2·0,01 s. Diese beruht darauf, dass der Folgestrom eine Halbwelle lang fließt und dass sein Effektivwert dem des prospekt. Kurzschlussstroms gleich ist. Der Folgestrom kann jedoch kleiner als IK sein und kürzer als eine Halbwelle fließen. Darum ist PF hier eine Maximalgröße, die je nach Typ mehr oder weniger unterschritten wird. Tafel Spezifische Energie durch Folgestrom in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlussstrom bei nicht folgestrombegrenzenden Blitzstromableitern · 50 kA2s bei SHU 80 A, · 55 kA2s bei SHU 100 A. Mit SHU sind die spannungsunabhängigen selektiven Hauptleitungsschutzschalter nach Entwurf zu VDE 0645 (SHU-Schalter) gemeint. 4.2 Spez. Energie durch Zweig-Stoßstrom Sie steigt mit dem Quadrat des Stroms IZZ und folgt der Gleichung (3) ([4], Abschn. 1.1). PZZ = (IZZ / 100 kA)2 · 2500 kA2s (3) 4.3 Spez. Energie durch Folgestrom Diese ist vom prospektiven (unbeeinflussten) Kurzschlussstrom an der Einbaustelle und vom Typ des Blitzstromableiters abhängig. Sie kann je nach Typ aus der Tafel bzw. entnommen werden. Die folgestrombegrenzenden Blitzstromableiter ab Pos. 13 in der Tafel bewirken viel kleinere spez. Energien PF als die anderen. Sie heben sich von den anderen auch dadurch ab, dass ihr Folgestromlöschvermögen If viel größer als 4 kA ist. 4.4 Rechenbeispiele 1. Rechenbeispiel: IZZ = 14 kA; IK = 3 kA; nicht folgerstrombegrenzende Blitzstromableiter. Lösung: Nach Gl. (3): PZZ = (14 kA/100 kA)2 · 2500 kA2s PZZ = 49 kA2s. Aus Tafel : PF = 90 kA2s. Nach Gl. (1): PR = 49 kA2s + 90 kA2s = 139 kA2s. Diese resultierende spez. Energie wird von keiner der im Abschn. 4.1 aufgeführten Überstrom-Schutzeinrichtung getragen. 2. Rechenbeispiel: Wie 1. Beispiel, jedoch folgestrom-begrenzende Blitzstromableiter nach Pos. 13 von Tafel . Lösung: Aus Tafel : PF = 1,0 kA2s. Nach Gl. (1): PR = 49 kA2s + 1,0 kA2s = 50 kA2s. PV > PR nach Gl. (2) wird erfüllt durch · NH-Sicherungen 250 A und · SHU-Schalter 80 A. 4.5 Konsequenzen Bei folgestrombegrenzenden Blitzstromableitern ist die durch den Folgestrom bewirkte spez. Energie PF klein gegen die durch den Zweig-Stoßstrom bewirkte spez. Energie PZZ. Bei Direkteinschlägen von Blitzen mit einem IG = 200 kA entsprechend dem Gefährdungspegel I ist IZZ und damit PZZ so groß, dass das Abschalten durch die Vorsicherung kaum vermieden werden kann. Wird eine hohe Versorgungszuverlässigkeit benötigt, so ist es zweckmäßig, · folgestrombegrenzende Blitzstromableiter einzusetzen und · den Bemessungsstrom der als Vorsicherung dienenden Hausanschlusssicherung so groß wie möglich zu wählen. Damit wird eine Chance geschaffen, dass wenigstens bei kleineren Zweig-Stoßströmen IZZ, die · bei kleineren Gesamtblitzströmen IG, · bei fernen Blitzeinschlägen und · beim Auftreten von Schaltüberspannungen zu verzeichnen sind, die Abschaltung unterbleibt. Weitere Maßnahmen zur Förderung der Versorgungszuverlässigkeit siehe [4], Abschn. 4, und [6], Abschn. 5.4. Literatur [1] Vornorm DIN V VDE V 0100-534/VDE V 0100 Teil 534:1999-04 Elektrische Anlagen von Gebäuden; Auswahl und Errichtung von Betriebsmitteln; Teil 534: Überspannungs-Schutzeinrichtungen. [2] Raab, V.: Überspannungsschutz in Verbraucheranlagen. 2. Auflage. Berlin: Verlag Technik 2003. [3] Hering, E.: Blitzschutz-Potentialausgleich, Trennfunkenstrecken und Blitzstromableiter. Elektropraktiker, Berlin 53(1999)2, S. 122-126. [4] Hering, E.: Blitzstromableiter und Überstrom-Schutzeinrichtungen. Elektropraktiker, Berlin 53 (1999) 7, S. 630-634. [5] Hering, E.: 3+1-Schaltung und N-PE-Ableiter. Elektropraktiker, Berlin 54(2000)10, S. 834-836. [6] Hering, E.: Modalitäten des Anschließens von Blitzstromableitern. Elektropraktiker, Berlin 58 (2004)11, S. 898-901. [7] Verband der Netzbetreiber (VDN) e. V. beim VDEW, Berlin (Herausgeber): Technische Richtlinie - Einsatz von Überspannungs-Schutzeinrichtungen (ÜSE) Typ 1 (bisher Anforderungsklasse B) in Hauptstromversorgungssystemen. 2. Auflage. 2004. [8] DIN EN 61643-11/VDE 0675 Teil 6-11:2002-12 Überspannungsschutzgeräte für den Einsatz in Niederspannungsanlagen; Anforderungen und Prüfungen. [9] Vornorm DIN V VDE V 0185-1/VDE V 0185 Teil 1:2002-11 Blitzschutz; Teil 1: Allgemeine Grundsätze. [10] Kiefer, G.: VDE 0100 und die Praxis. 11. Auflage. Berlin/Offenbach: VDE-Verlag 2003. Elektropraktiker, Berlin 59 (2005) 2 127 Blitz- und Überspannungsschutz FÜR DIE PRAXIS Tafel Spezifische Energie durch Folgestrom in Abhängigkeit vom prospektiven Kurzschlussstrom bei folgestrombegrenzenden Blitzstromableitern Position in Tafel IK 13...17 h) 18...20 21...22 in kA PF in kA2s 1 0,6 0,1 2 0,9 0,5 3 1,0 1,1 4 1,1 2,0 6 1,2 4,4 8 1,3 7,7 10 1,4 12 12,5 2,7 15 1,5 27 20 1,6 48 30 1,7 i) 40 1,8 i) 50 1,9 i) h) Auch Pos. 2 von Tafel ; i) gilt nicht für Pos. 14 in Tafel IK Effektivwert des prospektiven Kurzschlussstroms; PF spez. Energie durch Folgestrom bei 230 V. Werte für Pos. 13 ... 17 und h) nach Angaben der Fa. Dehn, für Pos. 18 ... 20 der Fa. Phoenix und für Pos. 21 ... 22 der Fa. OBO. Für die leeren Zellen lagen keine Angaben vor.
Autor
- E. Hering
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