Störlichtbogen - Moeller

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- mit möglichst geringem Aufwand – die Auswirkungen des Störlichtbogens nur auf das Innere der Schaltanlage. Die Zerstörung der Schaltanlage wird billigend in Kauf genommen. Isolierung der aktiven Teile: Soll auch die Schaltanlage geschützt werden, reicht die konventionelle Lösung nicht aus. Daher greifen einige Hersteller auf die Isolierung aller standardmäßig nicht isolierten Verbindungen zurück. Dabei kommen unterschiedlichste Materialien zum Einsatz, die häufig die Brandlast der Schaltanlage deutlich erhöhen. Einsatz eines Störlichtbogenerfassungssystems: Mittels geeigneter Lichtsensoren – zumeist Fotodioden – wird der Störlichtbogen detektiert und durch den einspeisenden Leistungsschalter abgeschaltet. Sollen ungewollte Abschaltungen unterbunden werden, dient i.d.R. der Strom als zweite Erfassungsgröße. Erst bei Detektion beider Signale steuert die Auswerteelektronik die Arbeitsstromauslöser der einspeisenden Leistungsschalter an, diese trennen dann die Schaltanlage vom Netz. Einsatz eines Störlichtbogenschutzsystems: Ein Störlichtbogenerfassungssystem reicht nicht aus, wenn ein besonders effektiver Personenschutz verlangt wird. So etwa, wenn Arbeiten an der Schaltanlage ausschließlich unter Spannung stattfinden oder die Schaltanlagenverfügbarkeit besonders hoch sein soll. Die Abschaltzeiten konventioneller Leistungsschalter (> 35 ms) sind schlicht zu lang. Daher wird ein Störlichtbogenerfassungssystem mit einem speziellen Löschgerät kombiniert. Damit lässt sich ein Störlichtbogen innerhalb von nur 2 ms löschen. Die Auswirkungen auf Personen und Schaltanlage bleiben gering, inner- Bild 2. Ein Störlichtbogen kann innerhalb von Sekundenbruchteilen eine komplette Schaltanlage zerstören • Heft 7/2005 Antriebs- & Schalttechnik halb kürzester Zeit lässt sich der Betrieb wieder aufnehmen. Planungsphase eines Störlichtbogenschutzsystems Die Kurzschlussstromberechnung die für jede Niederspannungsschaltanlage erstellt werden muss, sollte die Auswahl eines geeigneten Störlichtbogenschutzes bestimmen. Der Störlichtbogenstrom liegt zwischen 30 % und 70 % des prospektiven Kurzschlussstroms. Generell gilt: Je höher die Ansprüche an den Personenschutz und an die Verfügbarkeit der Schaltanlage, desto effektiver muss der Störlichtbogenschutz ausgeführt sein. Moeller ermittelte im Rahmen einer Forschungskooperation mit der TU Ilmenau bereits vor einigen Jahren Richtwerte für den Personen- und Anlagenschutz [5–7]. Ab einem Energieumsatz von 50 kWs besteht für jeden Arbeiter ein hohes Risiko, ernsthafte und dauerhafte Verletzungen davon zu tragen. Bei einem Energieumsatz über 100 kWs kann die Schaltanlage stark beschädigt werden, außerdem lassen sich die Auswirkungen des Störlichtbogens nicht auf das Feld begrenzen. Sogar bis zum Notbetrieb sind Stillstandszeiten von rund zwei Tagen zu erwarten. Diesen Sachverhalten sollte bei Planungen Rechnung getragen werden. Funktionsweise eines Störlichtbogenschutzsystems Das vom Störlichtbogen emittierte Licht sowie dessen gedämpfter Kurzschlussstrom lassen sich problemlos detektieren. Zur Lichtdetektion kommen Lichtwellenleiter zum Einsatz, die entlang der aktiven Schaltanlageteile geführt sind. Zur Detektion des Überstroms werden die in den Einspeisungen vorhandenen Stromwandler genutzt. Überschreiten beide Detektionsgrößen bestimmte, festgelegte Schwellwerte, dann steuert die Auswerteelektronik das Löschgerät an. Dieses erzeugt im Einspeisebereich, parallel zur Fehlerstelle, einen dreiphasigen metallischen Kurzschluss. Der Strom nimmt den Weg des geringsten Widerstands und der Störlichtbogen erlischt. Innerhalb von 2 ms ist der gesamte Vorgang – Detektion, Auswertung und Löschung – abgeschlossen. Auch die Höhe des Störlichtbogenstroms, ob 6 kA, 65 kA oder 100 kA, ändert daran nichts. Der einspeisende Leistungsschalter trennt zudem nur den störlichtbogenbehafteten Anlagenteil vom Netz, alle nicht betroffene Bereiche bleiben in Betrieb. Als Backup wird der Arbeitstromauslöser des Leistungsschalters angesteuert. Nach Beheben der Ursachen 3
Antriebs- & Schalttechnik und Austausch des Löschgeräts ist die Schaltanlage betriebsbereit. Systemeinschätzung von unabhängigen Stellen Neben Herstellern setzt sich auch der Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) e. V. [8] sowie deren Tochtergesellschaft VdS Schadenverhütung [9] mit dem Thema Störlichtbo- Bild 3. Schaltanlage mit integriertem „Arcon“-Störlichtbogenschutzsystem nach einem aufgetretenen Störlichtbogen. Die Pfeile markieren die Störlichtbogenfußpunkte genschutz auseinander. Sachversicherer haben verständlicherweise ein Interesse daran, derartige Störfälle zu vermeiden und ihre Auswirkungen in Grenzen zu halten. Für den Versicherer ergibt sich folgende Situation: Der Störlichtbogen ist ein Ereignis, das wie ein Explosionsgeschehen eine komplette Schaltanlage zerstören (Sachschaden, wie in Bild 2), die Produktion des kompletten Produktionsbereichs eines Industriebetriebs lahm legen (Betriebsunterbrechungsschaden) und sowohl Menschenleben (Personenschaden) als auch das umgebende Gebäude in Gefahr bringen kann (Sachschaden). Der Störlichtbogen gehört somit zweifellos zu den Ereignissen, von denen jeder hofft, dass sie niemals eintreten werden. Wie erwähnt, ist die Realität eine andere. In der Vergangenheit setzten Versicherer bei derart max. Störfällen lediglich auf Schadenbegrenzung. Der Eintritt des möglichen Schadenfalls wurde hingenommen, seine Auswirkungen mehr oder weniger gut begrenzt. Aus technischer Sicht war kein effizientes System verfügbar. Das „Arcon“-Störlichtbogenschutzsystem Moeller stellte sich vor einigen Jahren mit einer Entwicklung bei den Versicherern vor, die den Störlichtbogen nicht örtlich eingrenzt, sondern ihn nahezu verhindert. Auftretende Störlichtbögen werden, wie beschrieben, in extrem kurzer Zeit registriert und kurzgeschlossen. Das entzieht dem sich entwickelnden Lichtbogen die Energie, bevor er überhaupt derart enorme Temperaturen und explosive Drücke aufbauen kann (Bild 3). Mit dem von Moeller vorgestellten Störlichtbogensystem lautete die neue Devise: Verhindern statt Begrenzen. Der GDV sowie VdS Schadenverhütung haben aufgrund der nachgewiesenen Wirksamkeit von „Arcon“ in den Richtlinien der Feuerversicherungen, VdS 2349 „Störungsarme Elektroinstallation“ einen wirklich funktionierenden Störlichtbogenschutz so definiert, dass beim Auftreten eines Lichtbogens keine zerstörende Energie auftreten kann. Diese Lösung fand auch in der Fachöffentlichkeit großen Anklang und wurde z. B. im Kommentarwerk zur DIN VDE 0100-482 (VDE-Schriftenreihe Bd. 85) als probates Mittel zur Vorbeugung von Schäden vorgestellt [11]. Im März 2004 verfasste VdS Schadenverhütung zusätzlich eine Prüfanweisung für Störlichtbogenschutzsysteme, die über die zunächst recht allgemein formulierten Schutzziele der Richtlinie VdS 2349 hinausgingen. So wurde beispielsweise die max. Zeit bis zur Löschung des Lichtbogens auf 2 ms festgelegt, Anforderungen gegenüber Fehlauslösungen näher beschrieben und Grenzen der Einsetzbarkeit in Bezug auf die zu erwartenden Kurzschlussströme definiert. Ziel war es, eine Produktzertifizierung für Störlichtbogenschutzsysteme in Aussicht zu stellen. Mit diesen Vorgaben wurde das von Moeller vorgestellte Schutzsystem „Arcon“ durch VdS Schadenverhütung eingehend geprüft. Basis der Produktprüfungen waren demnach • die vorgenannte Prüfanweisung, • die Richtlinie VdS 2349 sowie • Normen, die den aktuellen Stand der Technik zu diesem Thema beschreiben wie z. B. DIN EN 60439-1 (VDE 0660- 500), DIN EN 50178 (VDE 0160), DIN EN 61000-6-4 (VDE 0839-6-4), DIN EN 61000-6-2 (VDE 0839-6-2), DIN EN 60068-1 [12–16]. Das von Moeller entwickelte Störlichtbogen-Schutzsystem „Arcon“ hat alle Prüfungen eindrücklich bestanden. Anlässlich der Hannover Messe 2004 überreich- te VdS Schadenverhütung das entsprechende Zertifikat an Moeller. Ausblick Bereits in der Planungsphase sollten sich Betreiber und Hersteller über die Anforderungen hinsichtlich des Störlichtbogenschutzes der Energieverteilung verständigen und in der Ausschreibung berücksichtigen. Ein effektiver Personenund Anlagenschutz lässt sich heute mit vertretbarem Aufwand realisieren und bewahrt im Fall eines Störlichtbogens vor ausgedehnten Produktionsstillständen. Literatur [ 1] Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektrotechnik (BGFE), Köln: www.bgfe.de [2] DIN EN 60439-1 Beiblatt 2 (VDE 0660-500 Beiblatt 2):1997-10 Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen – Teil 1: Typgeprüfte und partiell typgeprüfte Kombinationen – Technischer Bericht: Verfahren für die Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG [3] E DIN EN 60439-1 Beiblatt 2 (VDE 0660-500 Beiblatt 2):2001-03 Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen – Teil 1: Typgeprüfte und partiell typgeprüfte Kombinationen – Technischer Bericht: Verfahren für die Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG [4] IEC/TR 61641:1996-01 Enclosed low-voltage switchgear and controlgear assemblies – Guide for testing under conditions of arcing due to an internal fault. Genf/Schweiz: Bureau Central de la Commission Electrotechnique Internationale (ISBN 2-8318-3673-5) [5] Moeller GmbH, Bonn: www.moeller.net [6] Technische Universität Ilmenau (TU Ilmenau): www.tu-ilmenau.de [7] Könen, P.-L.; Schäfer, H.: Störlichtbogenschutz in der Niederspannungstechnik. etz Elektrotech. + Autom. 118 (1997) H. 23–24, S. 24–29 [8] Gesamtverband der Deutschen Versicherungswirtschaft (GDV) e. V., Berlin: www.gdv.de [9] VdS Schadenverhütung GmbH, Köln: www.vds.de [10] VdS 2349:2000-02 Störungsarme Elektroinstallation, Richtlinien zur Schadenverhütung. Köln: VdS Verlag [11] Hochbaum, A.: Schadenverhütung in elektrischen Anlagen. VDE-Schriftenreiche Bd. 85. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG, 2002 (ISBN 3-8007-2635-1) [12] DIN EN 60439-1 (VDE 0660 Teil 500):2000-08 Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen – Teil 1: Typgeprüfte und partiell typgeprüfte Kombinationen. Berlin·Offenbach: VDE VERLAG [13] DIN EN 50178 (VDE 0160):1998-04 Ausrüstung von Starkstromanlagen mit elektronischen Betriebsmitteln. Berlin·Offenbach: VDE VERLAG [14] DIN EN 61000-6-4 (VDE 0839 Teil 6-4):2002-08 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 6-4: Fachgrundnormen – Störaussendung für Industriebereich. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG [15] DIN EN 61000-6-2 (VDE 0839 Teil 6-2):2002-08 Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) – Teil 6-2: Fachgrundnormen – Störfestigkeit für Industriebereich. Berlin·Offenbach: VDE VERLAG [16] DIN EN 60068-1 Umweltprüfungen – Teil 1: Allgemeines und Leitfaden. Berlin: Beuth ■ 4 Heft 7/2005 •
Seite 1: Antriebs- & Schalttechnik Störlich

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