Schaltanlagen
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Elektrotechnik
Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern
ep8/2002, 3 Seiten
1 Wachsende Ansprüche Moderne Stromverteilungskonzepte mit ihrer zunehmenden Komplexität bedingen einen modularen, in der Anwendung flexiblen und im Betrieb sicheren Schaltgeräte-Systemaufbau mit höchster Qualität, durchdachter Montage- und Servicefreundlichkeit sowie optimalem Preis-Leistungs-Verhältnis. Ein durchgängiger Kundennutzen für Hersteller (Schaltanlagenbau), Errichter (Installateur) und Betreiber (Endkunde) steht im Vordergrund. Zukunftsweisende Schaltanlagen bedeuten für: · Planer und Hersteller: Modulare Bauform, Flexibilität, Anpassungsfähigkeit. · Errichter: Großzügige Anschlusstechnik, sichere Handhabung bei der Bedienung. · Betreiber: Hohe Qualität, Zuverlässigkeit und übersichtliche Sicht-Kontrolle. Es gilt, die wirtschaftlichste Lösung zur Erfüllung dieser Aufgaben herauszufinden. Die auf dem Markt verfügbaren NH-Schaltgeräte sind innerhalb der Planung und Projektierung wie auch in der Kombination zueinander (Schaltanlage) so auszuwählen bzw. zu kombinieren, dass damit ein Optimum an Schutz und Sicherheit für Personen und Sachwerte gewährleistet ist. Wettbewerbs- und Preisdruck erfordern neue Ideen sowohl bei der Entwicklung und Konstruktion von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern (einschließlich zugehörender Systemkomponenten) als auch für den Schaltanlagenbau hinsichtlich des Einsatzes dieser Schaltgeräte als kostengünstige Lösung für erforderliche Schalt- und Schutzaufgaben. Die Anforderungen für einen Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern im Niederspannungs-Schaltanlagen- und Verteilerbau betreffen: Personensicherheit und Bedienungskomfort. Die Sicherheit für den Bedienenden muss gewahrt sein. Der Betrieb (Schalthandlungen an den Schaltanlagen) erfolgt vermehrt durch Laien oder durch unterwiesene Personen außerhalb abgeschlossener Betriebsstätten, da Elektro-Fachkräfte oft nicht in kürzester Zeit verfügbar sind. Sicherheit, Zuverlässigkeit, Verfügbarkeit. Betriebsunterbrechungen sind große Risiken für den Geschäftserfolg! Hohe Kurzschlussfestigkeit (Lichtbogensicherheit). Die überproportionale Zunahme elektrischer Energie durch Rationalisierung und Automatisierung bedingt höhere Ansprüche an die Schaltgeräte. Zwang zur weiteren Rationalisierung. In der Logistik/Lagerhaltung wird durch Minimierung der Varianten-Vielfalt versucht, Einsparungen zu ermöglichen. Gleiches wird in der Montage durch Vermeidung mechanischer bzw. lohnintensiver „Hand“- Arbeiten (bei Planung, Herstellung, Änderungen und Erweiterungen) angestrebt. 2 Aufgaben Dem Trennen und Schalten von Last und dem Schutz von Personen und Sachwerten kommt eine besondere Bedeutung zu. Die technischen Anforderungen sind festgelegt · VDE 0660 Teil 100 bzw. IEC 60947-1: Allgemeine Festlegungen sowie · VDE 0660 Teil 107 bzw. IEC 60947-3: Festlegungen für NH-Sicherungs-Lasttrennschalter. Für die Aufgaben der Stromverteilung in Schaltanlagen und Steuerungen werden im allgemeinen keine Schaltgeräte mit einer höheren Schalthäufigkeit benötigt. Hier werden Schaltgeräte als Trenn-, Eingangs-, Abgangs- und/oder Kupplungs-Schalter eingesetzt. Diese übernehmen Schalt- und Schutzaufgaben, wie das · Trennen · Schalten/Lastschalten (gelegentlich) · Schützen gegen Überlast und Kurzschluss. Für diese Trenn-, Schalt- und Schutzaufgaben werden NH-Sicherungs-Lasttrennschalter angeboten, welche alle drei Aufgaben gleichzeitig übernehmen. Die Auswahl und der Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern ist von verschiedenen Faktoren abhängig, die vorab bereits im Planungsstadium sorgfältig geprüft werden müssen. Nachstehend werden einige Kriterien aufgezeigt, die eine Entscheidungsfindung erleichtern; sie beziehen sich im Schwerpunkt auf den Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern der Fa. Weber (Abb. ). Es soll exemplarisch die Auswahl unterschiedlicher Geräte-Bauformen, das System-Zubehör sowie die verschiedenen Anwendungs- und Einsatz-Möglichkeiten im Schaltanlagen- und Verteilerbau unter technischen und kommerziellen Gesichtspunkten aufgezeigt werden. 2.1 Trenner-Eigenschaften NH-Sicherungs-Lasttrennschalter zeichnen sich in erster Linie durch die in der Offen-Stellung sichtbare Trennstrecke aus. Diese Schaltgeräte bieten in der Offen-Stellung (Aus-Stellung) - ggf. auch durch Entfernen der NH-Sicherungs-Einsätze - ein Höchstmaß an Personen-Sicherheit und Zuverlässigkeit hinsichtlich der Spannungsfreischaltung einer Anlage und dem Schutz gegen Wiedereinschalten. So verlangt die · UVV - BGV A2 und die · DIN VDE 0105 Teil 100, vor Beginn von Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an elektrischen Anlagen und Betriebsmitteln einen spannungsfreien Zustand herzustellen und für die Dauer der Arbeiten sicher zu gewährleisten. Die Grundanforderungen sind in der · DIN VDE 0106 Teil 101 definiert. Hinsichtlich der Anwendung dieser Schutzmaßnahmen sind zusätzliche Hinweise der Schaltanlagen und -geräte Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 8 658 Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern H.-J. Rübsam, Meerbusch Der ständig steigende Bedarf an elektrischer Energie und die damit verbundene Erhöhung der Kurzschlussenergie bzw. -ströme in den Stromverteilungsnetzen erfordern einen anwendungsoptimierten Einsatz von Schalt- und Schutzgeräten. Daneben sind aber auch die wachsenden Ansprüche an den Schutz und die Sicherheit von Personen und Sachwerten sowie der unaufhaltsame Einfluss von Wettbewerbs- und Preisdruck bei der Auswahl der einzusetzenden Geräte von Bedeutung. Dipl.-Ing. Hans J. Rübsam ist beratender Ingenieur der Firma WEBER Deutschland/WEMAT Gmb H, Laar Autor NH-Sicherungs-Lasttrennschalter Fotos: Weber · DIN VDE 0100 Teil 460: Schutz durch Trennen und Schalten zu entnehmen. 2.2 Lastschalt-Aufgaben NH-Sicherungs-Lasttrennschalter übernehmen das gelegentliche Ein- und Aus-Schalten von Betriebsmitteln und Anlagenteilen in bzw. bei · Niederspannungsanlagen, allgemein · Beleuchtungsanlagen · Elektrowärmegeräten u. a., wenn diese im ungestörten Zustand ihren Betriebsstrom führen. Sie können jedoch auch ein Vielfaches des Bemessungsbetriebsstromes während einer bestimmten Dauer führen oder auch ein- und ausschalten. Ebenso kann auf einen bestehenden Kurzschluss eingeschaltet werden, da diese NH-Schaltgeräte ein sehr hohes Kurzschlusseinschaltvermögen aufweisen. Mit der Schaltaufgabe ist die Schalthäufigkeit verbunden. Je nach Verwendung werden NH-Sicherungs-Lasttrennschalter eher weniger oft geschaltet. Sofern einzelne Anlagenteile für Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten nur gelegentlich vom Netz getrennt werden, empfiehlt sich also der Einsatz dieser Geräte. Es ist wichtig, Schaltgeräte einzusetzen, die für die vorgesehene Schalthäufigkeit geeignet sind und dazu auch eine ausreichende Lebensdauer aufweisen. Die Schalthäufigkeit (Schaltspiele pro Stunde) ist abhängig vom Bemessungsbetriebsstrom und der jeweiligen Gebrauchskategorie, beispielsweise AC-22B. 2.3 Schutz-Aufgaben NH-Sicherungs-Lasttrennschalter übernehmen den Schutz von Kabeln und Leitungen als auch von Anlagen und nachgeschalteten Anlagenteilen gegen Überlast-und Kurzschlussströme. Sie schalten auf kleinstem Raum höchste Kurzschlussströme ( bis 100 kA) zuverlässig aus. Überstromschutzorgane haben nicht nur die Aufgabe, die Schaltanlage vor Schäden durch Überströme und insbesondere durch Kurzschlussströme zu bewahren, sondern sie müssen die Störstelle aus dem Netzgebilde heraustrennen, und das in kürzester Zeit. Sie haben also zusätzlich den selektiven Kurzschlussschutz zu übernehmen, insbesondere bei einer Hintereinanderschaltung (Serieller Einsatz). 3 Vorteile von NH-Sicherungen Während in Stromkreisen mit Nennströmen bis zu 40 A die sicherungslose Bauweise vorherrscht, wird bei der Dimensionierung größerer Schaltanlagen und Verteilersysteme bis 630 A insbesondere aufgrund erforderlicher thermischer und dynamischer Kurzschlussfestigkeit in den meisten Anwendungsfällen der Einsatz von Schaltgeräten in Kombination mit NH-Sicherungen bevorzugt. Neben einem großen Kosteneinsparungspotential ist insbesondere bei zu erwartenden höheren Kurzschlussströmen die schnellere und intensivere Strombegrenzung ein Vorteil der NH-Sicherung gegenüber bemessungsstromgleichen Leistungsschaltern. Der Einsatz von NH-Sicherungen als Überstrom-und Kurzschluss-Schutzorgan in Schaltanlagen zeigt fünf positive Eigenschaften: Selektivität. In Reihe liegende Sicherungen nach DIN VDE 0636 Teil 21 verhalten sich immer selektiv, wenn sich ihre Nennströme um den Faktor 1,6 unterscheiden. Kurzschlussschaltvermögen. Die wichtigste Eigenschaft einer NH-Sicherung ist zweifellos das sehr hohe Schaltvermögen von 100 kA, selbst bei 500 V bzw. 690 V und einem cos = 0,1. Dies steht in Verbindung mit einer stets wirksamen Strombegrenzung und einer konstanten Durchlassenergie (Let-through energy) I2 · t bei sehr hohen Kurzschlussströmen. Eine exakte Kurzschlussberechnung an der Einbaustelle erübrigt sich - die richtige Zuordnung zum Leiterquerschnitt bezüglich der Ausschaltzeit wird vorausgesetzt. Strombegrenzung. Bei sehr hohen Kurzschlussströmen schmilzt die Sicherung durch, bevor der Stromscheitelwert erreicht wird. Die Sicherung begrenzt den Kurzschlussstrom. Die strombegrenzende Wirkung ist um so stärker, je kleiner der Sicherungs-Nennstrom und je größer der zu erwartende Kurzschlussstrom Ik ist. Die gesamte Abschaltzeit ist dabei wesentlich geringer als bei Leistungsschaltern. Bei einer Schalt-Gerätekombination „Sicherung - Schütz - thermisches Überstromrelais“ übernimmt die Sicherung den Kurzschlussschutz. Infolge der wirksamen Strombegrenzung und des damit verbundenen geringen Stromwärme-Ausschaltwertes I2 · t werden die Schützkontakte im Kurzschlussfall erheblich entlastet. Verschweißfreie Kontakte und damit höhere Lebensdauer lassen eine volle Ausnutzung der Schaltschütze bei Nennbetriebsströmen auch bis 630 A zu. Sichtbare Trennstrecke. Bei Herausnahme der Sicherungseinsätze ist eine sichtbare Trennstrecke gegeben; die beidseitige Freischaltung der eingesetzten NH-Sicherungen erlaubt im ausgeschalteten (stromlosen) Zustand den spannungsfreien Wechsel der NH-Sicherungen, auch durch Nicht-Fachpersonal (unterwiesene Personen). Neues Schaltgerät. Nach einem Ausfall der Sicherung und dessen Austausch wird hier ein neues, unverbrauchtes Schalt- und Schutzgerät eingesetzt. 4 Einsatz und Anwendung Betriebssichere, in der Anwendung einfache Basiskomponenten sind bei der Stromverteilung in Schaltanlagen wie in Steuerungen unerlässlich. Dazu sind für die Auswahl außer den Aufgaben „Trennen - Schalten - Schützen“ zusätzliche Anforderungen an Sicherheit, Logistik und Montage von Bedeutung. Bereits im Planungsstadium ermöglicht beispielsweise die genannte Baureihe der NH-Sicherungs-Lasttrennschalter einen den jeweiligen Erfordernissen angepassten Einsatz. Aufgrund der geringen Typen-Vielfalt (zwei Ausführungs-Varianten: Aufbau auf Montageplatte und Sammelschienen-Direktmontage) fällt die Auswahl leicht. Lediglich die variablen Anschluss-Bauteile und teilweise erforderliches System-Zubehör hängen vom möglichen Einsatz bzw. von der unterschiedlichen Anwendung ab. Dazu bietet beispielsweise die erwähnte Baureihe u. a.: · sichere Bedienung/Schalthandlung (Bild ) durch unterwiesene Personen oder Elektro-Fachkräfte (Übergreifschutz) · Schutz gegen direktes Berühren, insbesondere beim Schalten und Trennen; Schutzart IP 20 (integrierter Berührungsschutz der Anschlussräume) · Möglichkeit der Verriegelung in der EIN-Stellung (nur mit einem Werkzeug entriegelbar), zusätzlich kombiniert mit der Möglichkeit einer Plombierung · Überwachungseinheit zur Sicherungs-Schaltanlagen und -geräte Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 8 659 Integrierter Übergreifschutz Überwachungs- und Fernanzeige zur Sicherungsüberwachung überwachung; werksseitig über dem mittleren Schaltdeckel-Fenster montiert bzw. verdrahtet (Bild ); „Ausgelöst“-Meldung über Leuchtdiode oder über potentialfreien Meldeschalter (1S+1Ö) · Ein/Aus-Schaltstellung (des Schaltdeckels) kann über potentialfreien Meldeschalters (1S+1Ö, auch nachträglich einsetzbar) signalisiert werden · Komplette Baureihe von Größe 000 (100A) bis Größe 3 (630A) mit nur wenigen Grund-Typen (deutliche Einschränkung der Typen-Vielfalt) · Einsatz für unterschiedliche Anwendungen als Aufbau- oder Reiter-Gerät, letztere auch in Kombination mit D-Sicherungs-Streifenelementen (Bild ) · Verlustleistungsarmer Aufbau auf Sammelschienen-Systemen · ein Gerätetyp für wahlweise Kabelanschluss oben oder unten und Sammelschienen-Stärken von 5 mm bis 10 mm · Anschlussklemmen sind entsprechend der Gerätegröße dimensioniert und können (auch nachträglich) vor Ort gewechselt werden (Bild ) · innerhalb d. Schaltdeckels eingesetzte Sperrriegel sichern die Sicherungseinsätze gegen Herausfallen; Einhandbetätigung gewährleistet leichtes Auswechseln · Spannungsmessung an Grifflaschen oder Messerkontakten der NH-Sicherungseinsätze im eingebauten Zustand über Prüflöcher in den transparenten Sichtscheiben; bei Nichtgebrauch ist ein selbsttätiges Verschließen und damit eine Schutzart IP 30 sichergestellt · auswechselbares Beschriftungsschild · zweigeteilte innere Berührungsschutz-Abdeckung ermöglicht gefahrlosen Anschluss des Abgangsleiters bei unter Spannung stehender Einspeiseseite · einfache Planung von Verteiler-Baugruppen durch gleiche Einbau-Höhe der zwei Ausführungs-Varianten (Aufbau und Reiter) · Berührungsschutz-Abdeckungen für Anschlussraum (auch anreihbar) gewährleisten vollen Berührungsschutz gemäß UVV - BGV A2 (früher UVV-VBG4) in der Schutzart IP 30; Einführungslamellen sind ausbrechbar · vorkonfektionierte Stromwandler-Baugruppen für unterschiedliche Messaufgaben in den Wandlerklassen 0,5s und 1; an sämtlichen Schaltgeräten eingangs- wie abgangsseitig (auch nachträglich) anbaubar; Schutzart IP 30 wird durch standardisierte Berührungsschutz-Abdeckungen gewährleistet (Bild ) Moderne, zukunftsorientierte Stromverteilsysteme mit mehr als 4 bis 5 Abgängen bieten den Vorteil minimaler Montage- und Errichtungskosten durch einen durchgängig modularen Aufbau. Der Einsatz von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern mit einer Direktkontaktierung auf bohrungslosen Sammelschienensystemen ermöglicht eine hohe Packungsdichte sowie große Anpassungsfähigkeit durch die Möglichkeit gemischter Bestückungen in den Größen 000 bis 3. Die Abgangsleitungen können hierbei wahlweise unten oder oben angeschlossen werden. Zur Kombination mit D-Sicherungs-Streifenelementen der Größen D02/E18, DII/E27 und DIII/E33 werden die NH-Lasttrennschalter Größe 00 auch mit abgesenktem Anschlussraum und integrierten Rahmenklemmen zum Anschluss nichtkonfektionierter Leitungen bis 70 mm2 angeboten. Damit werden bei zentralem Berührungsschutz sämtliche Abgangsleitungen in einer tiefen Ebene herausgeführt, mit einheitlichem Einbauniveau von 32 mm in Schutzart IP 30. Ein sehr kompakter und doch montagefreundlicher und damit rationeller Aufbau bedeutet weniger Klemmstellen, weniger Verdrahtungsaufwand, geringere Verlustleistung (Erwärmung) und damit höhere Sicherheit. 5 Fazit Die sachgemäße Herstellung und Errichtung von Niederspannungs-Schaltanlagen setzt eine sorgfältige Planung und Projektierung hinsichtlich der Auswahl geeigneter Schalt- und Schutzgeräte als auch eine für die Herstellung und Errichtung notwendige Kenntnis der Anforderungen aus der Umgebung voraus. NH-Sicherungs-Schaltgeräte gewinnen durch ihre technischen Vorzüge (schnelle, intensive Strombegrenzung, hohe Kurzschlussfestigkeit und Selektivität) sowie wirtschaftlich durch eine kompakte und geradlinige Gestaltung gerade im Schaltanlagen- und Verteilerbau gegenüber Leistungsschaltern bei den verschiedensten Anwendungen an Bedeutung, und das bei einer hohen Schutzart IP 30 im EIN-geschalteten Zustand. Höherer Wettbewerbsdruck und steigende Anforderungen bilden zukünftig wachsende Einflüsse, denen sich Planer, Hersteller und Errichter stellen müssen, um ihre Wettbewerbsfähigkeit zu erhalten. Bei einer flexiblen Anpassung an die Kundenbedürfnisse, bei gefordertem hohem Qualitäts- und Sicherheitsstandard und einem marktkonformen, preiswerten Angebot kann diese Wettbewerbs- und Leistungsfähigkeit auch in der Niederspannungs-Schaltanlagentechnik durch den Einsatz einer modernen, kompletten Baureihe von NH-Sicherungs-Lasttrennschaltern gerecht werden. Literatur [1] DIN VDE 0100 Teil 460. Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000V; Schutzmaßnahmen: Schutz durch Trennen und Schalten [2] DIN VDE 0105 Teil 100. Betrieb von elektrischen Anlagen [3] DIN VDE 0106 Teil 101. Schutz gegen gefährliche Körperströme. Grundanforderungen für sichere Trennung in elektrischen Betriebsmitteln [4] DIN VDE 0636 Teil 21/ EN 60269-2. Niederspannungssicherungen. NH-System / Teil 21: Kabel- und Leitungsschutz [5] DIN VDE 0660 Teil 100 / IEC 60947-1. Niederspannung-Schaltgeräte. Allgemeine Festlegungen [6] DIN VDE 0660 Teil 107 / IEC 60947-3. Niederspannung-Schaltgeräte. Lastschalter, Trennschalter, Lasttrennschalter, Schalter-Sicherungs-Einheiten [7] DIN 43660 Modulordnung für elektrische Anlagen. Befestigungs-Lochraster e = 25mm [8] DIN 43870 Teil 2. Normfeld-Abmessungen/ Raster B x H = 250 x 150mm [9] DIN EN 50022. Tragschienen 35 x 7,5mm/ 15mm [10] UVV-BGV A2. Unfall-Verhütungs-Vorschriften. Berufsgenossenschaft -Verordnung A2: Elektrische Anlagen und Betriebsmittel (früher VBG 4) [11] Rübsam, Hans J.: Einsatz unterschiedlicher NH-Sicherungs-Schaltgeräte. Elektropraktiker, Berlin 54(2000)10, S. 870-877 [12] VDE - Seminar: Aktuelles Update der Fachinformation über die Niederspannungs-Schaltanlagentechnik für Hersteller und Anwender Schaltanlagen und -geräte Elektropraktiker, Berlin 56 (2002) 8 660 NH-Sicherungslasttrennschalter in Kombination mit D-Sicherungs-Streifenelementen Varianten der Anschlussklemmen Integrierte Stromwandler-Messung
Autor
- H.-J. Rübsam
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