totally integrated - Siemens

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Applikationshandbuch –

Band 2: Entwurfsplanung

Durchgängige Lösungen

für die elektrische Energieverteilung

in Zweck- und Industriebauten

power

totally integrated


Inhalt

1 Planen mit Totally Integrated Power

1.1 Einleitung 1/2

1.2 Entwurfsplanung (System- und Integrationsplanung) 1/3

2 Gesamtnetz

2.1 Übersicht Gesamtnetz 2/2

2.2 Dimensionierung von Energieverteilungen 2/10

2.3 Netzschutz und Schutzkoordination 2/14

2.4 Schutzgeräte für Niederspannungsnetze 2/20

2.5 Selektivität in Niederspannungsnetzen 2/41

2.6 Schutz von Kondensatoren 2/52

2.7 Schutz von Verteiltransformatoren 2/53

2.8 Schutz der technischen Gebäudeausrüstung –

Blitz- und Überspannungsschutz 2/62

6.3 Anforderungen an die Schutzgeräte

in den drei Stromkreisarten 6/11

6.4 Containerlösungen 6/14

7 Schienenverteiler, Kabel und Leitungen

7.1 Schienenverteilersysteme 7/2

7.2 Kabel und Leitungen 7/10

8 Unterverteilungen

8.1 Allgemeines 8/2

8.2 Projektierung 8/2

8.3 Selektivität und Backup-Schutz 8/3

8.4 Kleinverteiler und Installationsverteiler 8/6

8.5 Schalt- und Kontrollgeräte 8/9

3 Mittelspannung

3.1 Einleitung 3/2

3.2 Grundlagen Schaltgeräte 3/3

3.3 Anforderungen an Mittelspannungs-Schaltanlagen 3/7

3.4 Siemens-Mittelspannungs-Schaltanlagen 3/9

3.5 Von der Mittelspannungs-Schaltanlage

bis zur Komplettlösung 3/25

3.6 Schutz von Mittelspannungs-Schaltanlagen 3/28

4 Transformatoren

4.1 Verteiltransformatoren 4/2

4.2 Steuer- und Trenntransformatoren 4/6

5 Energieerzeugung

5.1 Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen 5/2

5.2 Basis für den USV-Einsatz 5/5

9 Endgeräte

9.1 Starten, Schalten und Schützen von Motoren 9/2

9.2 Beleuchtung 9/8

9.3 Aufzugsanlagen 9/19

10 Komfort, Sicherheit und Leittechnik

10.1 Power-Management mit SIMATIC powercontrol 10/2

10.2 Gebäudesystemtechnik 10/7

10.3 Energieautomatisierung für die Industrie 10/14

10.4 Sicherheitsbeleuchtungsanlagen 10/20

10.5 Robustes Fernwirkgerät für extreme Umgebungsbedingungen

(SIPLUS RIC) 10/27

10.6 Integrierte Gebäudeautomation und Gebäudesicherheit 10/29

11 Anhang

6 Niederspannung

6.1 Niederspannungs-Schaltanlagen 6/2

6.2 Niederspannungs-Schutz- und -Schaltgeräte 6/9


Umrechnungsfaktoren und -tabellen

Leiterquerschnitt in metrischen

und US-Größen

Temperatur

Metrischer

Querschnitt

gemäß IEC

Leiterquerschnitt

[mm 2 ]

0,75

1,50

2,50

4,00

6,00

10,00

16,00

25,00

35,00

50,00

70,00

95,00

120,00

150,00

185,00

240,00

300,00

400,00

500,00

625,00

American Wire Gauge (AWG)

Entsprechende

CSA-Metrik

[mm 2 ]

0,653

0,832

1,040

1,310

1,650

2,080

2,620

3,310

4,170

5,260

6,630

8,370

10,550

13,300

16,770

21,150

26,670

33,630

42,410

53,480

67,430

85,030

107,200

126,640

152,000

202,710

253,350

304,000

354,710

405,350

506,710

AWG oder

MCM

19 AWG

18

17

16

15

14

13

12

11

10

9

8

7

6

5

4

3

2

1

1/0

2/0

3/0

4/0

250 MCM

300

400

500

600

700

800

1000

°C

160°

150°

140°

130°

120°

110°

100°

90°

80°

70°

60°

50°

40°

30°

20°

10°


–10°

–20°

–30°

–40°

°F

320°

305°

290°

275°

260°

245°

230°

212°

200°

185°

170°

155°

140°

125°

110°

95°

80°

65°

50°

32°

20°


–10°

–25°

–40°

M 1 : 20

1 m 2 m 3 m

M 1 : 50

1 m 2 m 3 m 4 m 5 m 6 m 7 m 8 m

M 1 : 100

1 m 3 m 5 m 7 m 9 m 11 m 13 m 15 m


Umrechnungsfaktoren und -tabellen

Elektrische Leistung

SI-Einheit

1 kW

1 W

Nichtmetrische

Einheit

1 hp

1 ft lbf/s

1 kcal/h

1 Btu/h

Nichtmetrische

Einheit

1,341 hp =

101,972 kgf m/s

(= 1,36 PS)

0,738 ft lbf/s = 0,86 kcal/h =

3,412 Btu

(= 0,102 kgf m/s)

SI-Einheit

0,746 kW = 745,70 W =

76,040 kgf m/s

(= 1,014 PS)

1,356 W (= 0,138 kgf in/s)

1,163 W

0,293 W

Beispiele für dezimale Vielfache und

Bruchteile von metrischen Einheiten

1 km = 1000 m

1 m = 100 cm = 1000 mm

1 km 2 = 1000 000 m 2

1 m 2 = 10 000 cm 2

1 cm 2 = 100 mm 2

1 m 3 = 1000 000 cm 3

1 cm 3 = 1000 mm 3

1 t = 1000 kg; 1 kg = 1000 g

1 kW = 1000 W

Längenmaß

SI-Einheit

1 mm

1 cm

1 m

1 km

Nichtmetrische

Einheit

1 mil

1 in

1 ft

1 yd

1 mile

Nichtmetrische

Einheit

39,37 mil

0,394 in

3,281 ft = 39,370 in

= 1,094 yd

0,621 mile = 1,094 yd

SI-Einheit

0,0254 mm

2,54 cm = 25,4 mm

30,48 cm = 0,305 m

0,914 m

1,609 km = 1609 m

Spezifischer Dampfverbrauch

SI-Einheit

1 kg/kWh 1,644 lb/hp h

Nichtmetrische

Einheit

1 lb/hp h 0,608 kg/kWh

Temperatur

SI-Einheit

°C °F

K °F

Nichtmetrische

Einheit

°F °C 5 (ϑF – 32) = ϑC

9

°F K 5 ϑF + 255,37 = T

9

Hinweis:

Größe Symbol Einheit

Temperatur in

Fahrenheit

Temperatur in

Grad Celsius

ϑ F *

ϑ C *

°F

°C

Thermodynamische

Temperatur

Nichtmetrische

Einheit

Nichtmetrische

Einheit

5 ϑC + 32 = ϑF

9

5 ϑ T – 459,67 = ϑF

9

T

SI-Einheit

SI-Einheit

K

(Kelvin)

Btu = British thermal unit

Btu/h = British thermal unit/hour

lbf = pound force

tonf = ton force

* für J kann auch der Buchstabe „t“ stehen

Flächenmaß

SI-Einheit

Nichtmetrische

Einheit

1 mm 2 0,00155 in 2

1 cm 2 0,155 in 2

1 m 2 10,76 ft 2 = 1550 in 2

= 1,196 yd 2

1 km 2 0,366 mile 2

Nichtmetrische

Einheit

SI-Einheit

1 in 2 6,452 cm 2 = 654,16 mm 2

1 ft 2 0,093 m 2 = 929 cm 2

1 yd 2 0,836 m 2

1 acre 4046,9 m 2

1 mile 2 2,59 km 2


Umrechnungsfaktoren und -tabellen

Volumen

SI-Einheit

Nichtmetrische

Einheit

1 cm 3 0,061 in 3 = 0,034 fl. oz.

1 dm 3 61,024 in 3 =

= 1 l 0,035 ft 3 = 1,057 Quart =

1 m 3 2,114 Pint = 0,264 Gallone

0,629 Barrel

Nichtmetrische

Einheit

1 in 3

1 ft 3

1 yd 3

1 fl. oz.

1 Quart

1 Pint

1 Gallone

1 Barrel

Geschwindigkeit

SI-Einheit

1 m/s

1 km/h

Nichtmetrische

Einheit

1 ft/s

1 mile/h

Masse, Gewicht

SI-Einheit

16,387 cm 3

28,317 dm 3 = 0,028 m 3

0,765 m 3

29,574 cm 3

SI-Einheit

0,946 dm 3 = 0,946 l

0,473 dm 3 = 0,473 l

3,785 dm 3 = 3,785 l

158.987 dm 3 = 1,589 m 3

= 159 l

1 g

0,035 oz.

1 kg 2,205 lb = 35,27 oz.

1 t

1,102 sh ton = 2205 lb

Nichtmetrische

SI-Einheit

Einheit

1 oz.

1 lb

1 sh ton

Nichtmetrische

Einheit

3,281 ft/s = 2,237 mile/h

0,911 ft/s = 0,621 mile/h

28,35 g

0,454 kg = 453,6 g

0,907 t = 907,2 kg

SI-Einheit

0,305 m/s = 1,097 km/h

0,447 m/s = 1,609 km/h

Nichtmetrische

Einheit

Volumendurchfluss

SI-Einheit

1 l/s

1 l/h

1 m 3 /h

Nichtmetrische

Einheit

1 Gallone/s

1 Gallone/min

1 ft 3 /s

1 ft 3 /min

Kraft

SI-Einheit

1 N

1 kN

Nichtmetrische

Einheit

1 lbf

1 kgf

1 tonf

Nichtmetrische

Einheit

0,264 Gallone/s

0,0044 Gallone/min

4,405 Gallone/min =

0,589 ft 3 /min = 0,0098 ft 3 /s

SI-Einheit

3,785 l/s

0,227 m 3 /h = 227 l/h

101,941 m 3 /h

1,699 m 3 /h

Drehmoment, Kraftmoment

SI-Einheit

1 Nm 8,851 lbf in = 0,738 lbf ft

(= 0,102 kgf m)

Nichtmetrische

Einheit

SI-Einheit

1 lbf in

1 lbf ft

Trägheitsmoment J

GD

Numerische Gleichung: J = 2

= Wr 2

4

SI-Einheit

Nichtmetrische

Einheit

1 kg m 2

Nichtmetrische

Einheit

0,225 lbf = 0,102 kgf

0,100 tonf

4,448 N

9,807 N

9,964 kN

Nichtmetrische

Einheit

0,113 Nm = 0,012 kgf m

1,356 Nm = 0,138 kgf m

23,73 lb ft 2

SI-Einheit

Nichtmetrische

Einheit

SI-Einheit

1 lbf ft 2 0,04214 kg m 2

Druck

SI-Einheit

1 bar

= 10 5 pa

= 10 2 kpa

Nichtmetrische

Einheit

Energie, Arbeit, Wärme

SI-Einheit

1 kWh

1 J

1 kgf m

Nichtmetrische

Einheit

1 hp h

1 ft lbf

1 Btu

Nichtmetrische

Einheit

29,53 in Hg =

14,504 psi =

2088,54 lbf/ft 2 =

14,504 lbf/in 2 =

0,932 tonf/ft 2 =

6,457 x 10 -3 tonf/in 2

(= 1,02 kgf/cm 2 )

SI-Einheit

1 in HG 0,034 bar

1 psi 0,069 bar

1 lbf/ft 2 4,788 x 10 -4 bar =

1 lbf/in 2 4,882 x 10 -4 kgf/cm 2

1 tonf/ft 2 0,069 bar = 0,070 kgf/cm 2

1 tonf/in 2 1,072 bar = 1,093 kgf/cm 2

154,443 bar =

157,488 kgf/cm 2

Nichtmetrische

Einheit

1,341 hp h = 2,655 kgf m

= 3,6 x 10 5 J

3,725 x 10 -7 hp h =

0,738 ft lbf =

9,478 x 10 -4 Btu

(= 2,388 x 10 -4 kcal)

3,653 x 10- 6 hp h =

7,233 ft lbf

SI-Einheit

0,746 kWh = 2,684 x 10 6 J

= 2,737 x 10 5 kgf m

0,138 kgf m

1,055 kJ = 1055,06 J

(= 0,252 kcal)


Planen mit Totally Integrated Power

kapitel 1

1.1 Einleitung

1.2 Entwurfsplanung

(System- und Integrationsplanung)


1 Planen mit Totally Integrated Power

1.1 Einleitung

Bei der Planung von Energieversorgungen

für den Zweck- und Industriebau

stehen heute die Investitionskosten

im Vordergrund. Andererseits

dürfen auch die Betriebs- und Energiekosten

nicht vernachlässigt werden,

denn sie können die Gesamtkostenbilanz

über die Nutzungszeit nachhaltig

beeinflussen.

* siehe auch Kapitel 11, A1, Normen,

Vorschriften und Richtlinien

Untersuchungen des WBGU (Wissenschaftlicher

Beirat der Bundesregierung

Globale Umweltveränderungen,

2003) zufolge wird sich der weltweite

Energieverbrauch von Primärenergie

bis zum Jahre 2050 verdoppeln

(Annahme: Anwachsen der Weltbevölkerung

auf 9 bis 10 Milliarden

Menschen). Dies hätte unter anderem

zur Folge, dass Energie deutlich teurer

würde. Wird bereits in der Planungsphase

an ein nachhaltiges Gebäudemanagement

und eine optimale

Ressourcennutzung gedacht, ist ein

wichtiger Schritt dafür getan, die

Betriebskosten eines Gebäudes zu

minimieren und damit dessen langfristigen

Wert zu erhöhen.

Den Elektroplanern wächst damit die

verantwortungsvolle Aufgabe zu,

Energieversorgungssysteme unter den

Gesichtspunkten der Betriebssicherheit

und der Energieeffizienz zu entwerfen.

Die dabei erbrachte Leistung

muss den allgemein anerkannten

Regeln der Technik entsprechen. Das

bedeutet, dass die Durchführungsverordnungen,

die Verwaltungsvorschriften,

die entsprechenden IEC-, europäischen

(EN) und DIN-Normen und die

allgemeinen baurechtlichen Prüfzeugnisse

und die allgemeinen baurechtlichen

Zulassungen bei der Planung*

auch gewerkeübergreifend zu berücksichtigen

sind. Unterstützung für die

immer komplexeren Aufgaben bei der

Planung bieten heute Lösungsansätze

wie Totally Integrated Power (TIP), die

mit durchgängigen Lösungen für die

Energieverteilung und mit effizienten

Engineeringtools die Planungsaufgaben

erleichtern.

Totally Integrated Power bietet mit

seinen abgestimmten Komponenten

und optimierten Schnittstellen alles,

was man für die Planung einer zukunftsorientierten

Energieverteilung erwarten

kann. Eine sehr gute Unterstützung

bei der Planung bietet das

vom TÜV geprüfte und zertifizierte

Dimensionierungstool SIMARIS design.

SIMARIS design dimensioniert die

elektrische Energieverteilung für

Zweck- und Industriebauten einfach,

schnell und sicher.

Weiterführende Informationen zu

Totally Integrated Power

SIMARIS design

im Internet unter

www.siemens.de/tip

Bild 1.1/1: Sicherheit, Umweltverträglichkeit und Wirtschaftlichkeit der Energieversorgung und -verteilung stellen hohe Anforderungen

an die Planung moderner Gebäude und Infrastrukturprojekte

1/2

Totally Integrated Power by Siemens


Planen mit Totally Integrated Power

1.2 Entwurfsplanung

(Systemund

Integrationsplanung)

Aufbauend auf dem in der Leistungsphase

2 „Vorplanung“ erstellten

Konzept muss in der Leistungsphase 3

„Entwurfsplanung“ die Energieverteilung

im Detail geplant werden. Das

Applikationshandbuch „Totally

Integrated Power – Entwurfsplanung“

gibt dazu Hilfestellungen und Informationen

für die Komponenten der

technischen Gebäudeausrüstung mit

dem Schwerpunkt „Elektrische

Energieversorgung“.

Welche Leistungen im Einzelnen zur

„Entwurfsplanung“ gehören, wird in

Deutschland in der „Honorarordnung

für Architekten und Ingenieure (HOAI)“

geregelt. Eine Aufstellung der einzelnen

Kostengruppen in der HOAI und

deren Inhalt finden Sie in Kapitel 11,

A2, Kostengruppen nach DIN 276.

Die Entwurfsplanung stellt, aufbauend

auf der Vorplanung, das fertige Planungskonzept

mit allen festgelegten

Komponenten dar. Bei Projekten, die

eine Genehmigung voraussetzen,

bildet die Entwurfsplanung die Grundlage

für die anschließende Genehmigungsplanung.

Tabelle 1.2/1: Die wesentlichsten Aufgaben des

Planers in den ersten beiden

Leistungsphasen nach HOAI im

Überblick (Auszug HOAI)

Grundleistungen

Bearbeiten des Planungskonzepts

(stufenweise Erarbeitung einer

zeichnerischen Lösung) unter

Berücksichtigung städtebaulicher,

gestalterischer, funktionaler,

technischer, bauphysikalischer,

wirtschaftlicher, energiewirtschaftlicher

(z. B. hinsichtlich

rationeller Energieverwendung

und der Verwendung erneuerbarer

Energien) und landschaftsökologischer

Anforderungen

unter Verwendung der Beiträge

anderer an der Planung fachlich

Beteiligter bis zum vollständigen

Entwurf

Integrieren der Leistungen

anderer an der Planung fachlich

Beteiligter

Objektbeschreibung mit Erläuterung

von Ausgleichs- und Ersatzmaßnahmen

nach Maßgabe der

naturschutzrechtlichen Eingriffsregelung

Besondere Leistungen

Zeichnerische Darstellung des

Gesamtentwurfs, z. B. durchgearbeitete,

vollständige Vorentwurfs-

und/oder Entwurfszeichnungen

(Maßstab nach Art und

Größe des Bauvorhabens; bei

Freianlagen im Maßstab 1:500

bis 1:100, insbesondere mit

Angaben zur Verbesserung der

Biotopfunktion, zu Vermeidungs-,

Schutz-, Pflege- und Entwicklungsmaßnahmen

sowie zur

differenzierten Bepflanzung; bei

raumbildenden Ausbauten: im

Maßstab 1:50 bis 1:20, insbesondere

mit Einzelheiten der Wandabwicklungen,

Farb-, Licht- und

Materialgestaltung), gegebenenfalls

auch Detailpläne mehrfach

wiederkehrender Raumgruppen;

Verhandlungen mit Behörden

und anderen an der Planung

fachlich Beteiligten über die

Genehmigungsfähigkeit

Kostenberechnung nach DIN 276

oder nach dem wohnungsrechtlichen

Berechnungsrecht

Zusammenfassen aller Entwurfsunterlagen

Kostenkontrolle durch Vergleich

der Kostenberechnung mit der

Kostenschätzung

Analyse der Alternativen/Varianten

und deren Wertung mit

Kostenuntersuchung (Optimierung)

Wirtschaftlichkeitsberechnung

Kostenberechnung durch Aufstellen

von Mengengerüsten

oder Bauelementkatalog

Ausarbeitung besonderer Maßnahmen

zu Gebäude- und Bauteiloptimierungen,

die über das

übliche Maß der Planungsleistungen

hinausgehen, zur Verringerung

des Energieverbrauchs

sowie der Schadstoff- und CO 2 -

Emissionen und zur Nutzung

erneuerbarer Energien in Abstimmung

mit anderen an der Planung

fachlich Beteiligten. Das

übliche Maß ist für Maßnahmen

zur Energieeinsparung durch die

Erfüllung der Anforderungen

gegeben, die sich aus Rechtsvorschriften

und den allgemein

anerkannten Regeln der Technik

ergeben.

1/3

1


1/4

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

kapitel 2

2.1 Übersicht Gesamtnetz

2.2 Dimensionierung von Energieverteilungen

2.3 Netzschutz und Schutzkoordination

2.4 Schutzgeräte für Niederspannungsnetze

2.5 Selektivität in Niederspannungsnetzen

2.6 Schutz von Kondensatoren

2.7 Schutz von Verteiltransformatoren

2.8 Schutz der TGA – Blitz- und

Überspannungsschutz


2 Gesamtnetz

2.1 Übersicht

Gesamtnetz

2.1.1 Netzformen

Tabelle 2.1/1 zeigt die technischen

Aspekte und Einflussfaktoren, die bei

der Konzipierung von elektrischen

Energieversorgungsanlagen sowie der

späteren Dimensionierung der Netzkomponenten

berücksichtigt werden

sollten.

Einfaches Strahlennetz

(Stichleitungsnetz)

Die Energieversorgung sämtlicher

Verbraucher erfolgt zentral, ausgehend

von einer Einspeisequelle. Für

jede Verbindungsleitung gibt es eine

eindeutig definierbare Energieflussrichtung.

Strahlennetz mit

Umschaltreserve – Teillast:

Die Energieversorgung sämtlicher

Verbraucher erfolgt zentral, ausgehend

von zwei bis n Einspeisequellen.

Diese sind so bemessen, dass jede für

sich in der Lage ist, die direkt an ihrer

Hauptverteilung angeschlossenen

Verbraucher zu versorgen (Inselbetrieb

mit offenen Kuppelverbindungen).

Bei Ausfall einer Einspeisequelle

können die verbleibenden Einspeisequellen

zusätzlich noch einen Teil der

Verbraucher der anderen Einspeisequelle

mitversorgen. Die übrigen

Verbraucher müssen in diesem Fall

abgeschaltet werden (Lastabwurf).

Strahlennetz mit

Umschaltreserve – Volllast:

Die Energieversorgung sämtlicher

Verbraucher erfolgt zentral, ausgehend

von zwei bis n Einspeisequellen

(Inselbetrieb mit offenen Kuppelverbindungen).

Diese sind so bemessen,

dass bei Ausfall einer Einspeisequelle

die verbleibenden Einspeisequellen in

der Lage sind, zusätzlich noch alle

Verbraucher der anderen Einspeisequelle

mitzuversorgen. Kein Verbraucher

muss abgeschaltet werden. In

diesem Fall spricht man von der

Auslegung der Einspeisequellen nach

dem (n-1)-Prinzip. Ab einer Anzahl

von drei parallelen Einspeisequellen

wäre auch die Anwendung anderer

Prinzipien denkbar, z. B. des (n-2)-

Prinzips. In diesem Fall werden die

Einspeisequellen so bemessen, dass

zwei von drei Transformatoren ausfallen

können, ohne dass dies die

Weiterversorung aller angeschlossenen

Verbraucher beeinträchtigt.

Strahlennetz im Netzverband

Einzelne Strahlennetze, in denen die

Versorgung der angeschlossenen

Verbraucher zentral von einer Einspeisequelle

aus erfolgt, sind zusätzlich

über Kuppelverbindungen mit anderen

Strahlennetzen elektrisch verbunden.

Sämtliche Kuppelverbindungen

sind im Normalbetrieb geschlossen.

Niederspannungsseitige Netzformen

Gütekriterien

Einfaches

Strahlennetz

Strahlennetz mit Umschaltreserve

Teillast

Volllast

Strahlennetz im

Netzverband

Strahlennetz mit

Stromschienen

1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5 1 2 3 4 5

geringe Investitionskosten • • • • •

geringe Netzverluste • • • • •

hohe Versorgungszuverlässigkeit • • • • •

große Spannungsstabilität • • • • •

einfache Betriebsführung

einfacher und übersichtlicher

Netzschutz

• • • • •

• • • • •

hohe Adaptionsfähigkeit • • • • •

geringe Brandlast • • • • •

Bewertung: sehr gute (1) bis schlechte Erfüllung (5) eines Gütekriteriums

Tabelle 2.1/1: Beispielhafte Bewertung abhängig von den Netzformen

2/2

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Je nach Auslegung der Einspeisequellen

im Verhältnis zur angeschlossenen

Gesamtlast, (n-1)-Prinzip, (n-2)-Prinzip

usw., kann bei einem Versorgungsausfall

die störungsfreie Weiterversorgung

aller Verbraucher über die

zusätzlichen Verbindungsstrecken

gewährleistet werden.

Die Energieflussrichtung über die

Kuppelverbindungen kann je nach

Versorgungsweg wechseln, was bei

der Auslegung der Schalt-/Schutzgeräte

und vor allem der späteren

Schutzeinstellung zu beachten ist.

Strahlennetz mit

Stromschienenverteilungen

Bei dieser speziellen Form von Strahlennetzen,

die im Netzverband betrieben

werden, kommen anstelle der

Kabelverbindungen Stromschienensysteme

zum Einsatz.

In den Kuppelverbindungen dienen

diese Stromschienensysteme dem

Energietransport (von Strahlennetz A

zu Strahlennetz B usw.) oder der

Energieverteilung zu den jeweiligen

Verbrauchern.

2.1.2 Netzsysteme

nach Art der

Erdverbindung

TN-C-, TN-C/S-, TN-S-, IT-, TT-Netze

Der Einsatz von IT-Netzen kann nach

Normen gefordert sein

für Anlagenteile, an die besonders

hohe Anforderungen an die Personen-

und die Betriebssicherheit

gestellt werden (z. B. in medizinisch

genutzten Räumen wie OP-Saal,

Intensivstation, Aufwachraum),

für Anlagen, die im Außenbereich

aufgestellt und betrieben werden

(z. B. im Bergbau, an Krananlagen,

auf Müllumladestationen, in der

Chemieindustrie).

Merkmale

TN-C TN-C/S TN-S IT-Netz TT-Netz

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

geringe Investitionskosten • • • • •

geringer Erweiterungsaufwand • • • • •

beliebige Schalt-/Schutztechnik einsetzbar • • • • •

Erdfehlererfassung einsetzbar • • • • •

Kalkulierbarkeit von Fehlerströmen

und Impedanzverhältnissen im Netz

• • • • •

Stabilität des Erdungssystems • • • • •

hohes Niveau an Betriebssicherheit • • • • •

hohes Schutzniveau • • • • •

hohes Niveau an Berührungssicherheit • • • • •

hohes Niveau an Brandsicherheit • • • • •

automatische Schutzabschaltung realisierbar • • • • •

EMV-freundlich • • • • •

Funktionserhalt der Betriebsmittel bei

Auftreten eines 1. Erd- oder Gehäusefehlers

Fehlerlokalisation

während des Anlagenbetriebes

Verkürzung der Anlagenausfallzeit

durch kontrollierte Abschaltung

• • • • •

• • • • •

• • • • •

1 = zutreffend 2 = bedingt zutreffend 3 = nicht zutreffend

Tabelle 2.1/2: Beispielhafte Bewertung abhängig vom Netzsystem nach Art der Erdverbindung

Je nach Netzsystem und Netznennspannung

gelten unterschiedliche

Anforderungen in Bezug auf die

einzuhaltenden Abschaltzeiten

(Personenschutz gegen indirektes

Berühren durch automatische

Abschaltung).

Netze, in denen die elektromagnetische

Beeinflussung eine wichtige

Rolle spielt, sollten vorzugsweise

direkt ab der Einspeisung als TN-S-

Netz aufgebaut werden. Vorhandene

TN-C- oder TN-C/S-Netze

lassen sich nachträglich nur mit

verhältnismäßig hohem Aufwand

EMV-gerecht gestalten.

Stand der Technik für TN-Netze ist die

EMV-gerechte Auslegung als TN-S-Netz.

Weiterführende Informationen

Netzplanung:

Siemens AG (Hrsg.): TIP-Applikationshandbuch,

Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006,

Kap. 4.1 und 7

EMV:

Siemens AG (Hrsg.): TIP-Applikationshandbuch,

Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006,

Kap. 7

Auslegung der Niederspannungshauptverteilung

Siemens AG (Hrsg.): TIP-Applikationshandbuch,

Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006,

Kap. 5.8

Motoren

siehe Kap. 9

2/3

2


Checkliste

Wichtige elektrische Kenngrößen des vorgeordneten Mittelspannungsnetzes

örtlicher Versorgungsnetzbetreiber (VNB) ........................................................................

Übergabestelle: Verantwortungsbereich VNB / Kunde ........................................................................

Sternpunktbehandlung des Netzes niederohmig geerdet



kompensiert

isoliert

maximaler Kurzschlussstrom I k " max

alternativ maximale Netzkurzschlussleistung S k " max

minimaler Kurzschlussstrom I k " min

alternativ minimale Netzkurzschlussleistung S k " min

........................ kA

........................ MVA

........................ kA

........................ MVA

Daten des vorgeordneten Mittelspannungsschutzes

Stromwandler I prim

I sek

........................ A

........................ A

Art des eingesetzten Schutzrelais:

thermischer Überlastschutz vorhanden? ja nein

Kennlinientype: stromabhängig stromunabhängig

Einstellstufe I th

Einstellstufe I >

Einstellstufe I >>

........................ A / Zeitkonstante ........................ min

........................ A / t > ........................ s

........................ A / t >> ........................ s

Hinweis:

Für die Ausarbeitung eines durchgängigen Schutzkonzeptes sind die exakten Daten des vorgeordneten

Mittelspannungsschutzes erforderlich, damit in Anlehnung an diese Schutzeinstellung eine Anpassung des

nachgeordneten Niederspannungsschutzes erfolgen kann.

Weiterführende Informationen zu Mittelspannungs-Schaltanlagen:

Siemens AG (Hrsg.) TIP-Applikationshandbuch Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006, Kap. 5.1

2/4

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Checkliste

Wichtige elektrische Kenngrößen der Transformatoren

U prim / U sek

Nennleistung

........................ kV

........................ kVA

Bemessungskurzschlussspannung u kr ........................ %

Wicklungsverluste P k

Leerlaufverluste P 0

........................ kW

........................ kW

Grad der Überlastbarkeit

(belüftete / unbelüftete Transformatoren) ........................ %

Leistungsreserve ........................ %

Hinweis:

Die Bemessungskurzschlussspannung u kr ist ein Maß dafür, wie viel Spannung auf der Primärseite angelegt werden

muss, um bei kurzgeschlossener Sekundärwicklung den Nennstrom zu erreichen.

u kr ist ein Maß für die Kurzschlussleistung des Transformators. Es gilt: Je höher u kr , desto geringer die Kurzschlussleistung.

Transformatoren mit hoher Güte (z. B. GEAFOL) zeichnen sich durch reduzierte Wicklungs- und Leerlaufverluste aus,

was in eine Wirtschaftlichkeitsbetrachtung einbezogen werden sollte.

Bei Einsatz von Transformatoren mit Querstromlüftern ist der Grad der Überlastbarkeit bei der Auslegung der Zuleitung,

der Schaltgeräte sowie deren Schutzeinstellung zu berücksichtigen.

Kurzschlussstromermittlung: Die Höhe des Kurzschlussstroms, welchen ein Transformator liefern kann, ist unabhängig

von der Ausführung mit oder ohne Querstrombelüftung. Die Höhe des Kurzschlussstroms wird ausschließlich von der

Bemessungskurzschlussspannung u kr bestimmt.

Technische Aspekte für den Anschluss motorischer Verbraucher: Für die Ermittlung der motorischen Rückspeisung im

Kurzschlussfall ist eine Abschätzung der Summe aller installierten motorischen Verbraucher erforderlich.

Weiterführende Informationen zu Verteiltransformatoren:

Siemens AG (Hrsg.), TIP-Applikationshandbuch, Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006, Kap. 5.2

2/5

2


Checkliste

Wichtige elektrische Kenngrößen der Generatoren

Einsatzschwerpunkt:

Sofortbereitschaftsaggregat* ja nein

Schnellbereitschaftsaggregat* ja nein

Sicherheitsstromversorgung* ja nein

Nennspannung

Nennleistung

........................ V

........................ kVA

Subtransiente Reaktanz x d " ........................ %

Anfangskurzschlusswechselstrom I k "

1-poliger Dauerkurzschlussstrom I k1D

verfügbar für Zeit t

3-poliger Dauerkurzschlussstrom I k3D

verfügbar für Zeit t

........................ kA

........................ A

........................ s

........................ A

........................ s

R/X-Verhältnis ........................

* Sicherheitsstromversorgung nach IEC 60364-7-710, DIN VDE 0100-710 und -718;

Auslegung Sofortbereitschaftsaggregat nach Anforderungen des Betreibers

Hinweis:

Generatoren können den Anfangskurzschlusswechselstrom I k " üblicherweise nur für einen Zeitraum

von wenigen Millisekunden liefern.

Für die Schutzeinstellung von Geräten mit zeitverzögertem Kurzschlussauslöser sind daher die

Dauerkurzschlussströme maßgeblich, die das Aggregat über einen längeren Zeitraum führen kann.

Die obigen Daten müssen beim Aggregatehersteller in Erfahrung gebracht werden.

Auslegung von Schalt-/Schutzgeräten bei Generatorbetrieb: Mit selektivem Verhalten

der eingesetzten Schalt-/Schutzgeräte kann gerechnet werden, wenn die Leistung des größten angeschlossenen

Verbrauchers < 1/3 der Generatorleistung ist.

Wichtig für die Sicherheitsbeleuchtung ist die durchgängige Normenerfüllung von der Einspeisung bis zum Verbraucher

(siehe auch Kap. 10.4 „Sicherheitsbeleuchtungsanlagen”).

Weiterführende Informationen zu Generatoren:

Siemens AG (Hrsg.): TIP-Applikationshandbuch, Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006, Kap. 5.7

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Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Checkliste

Wichtige elektrische Kenngrößen eines Blockheizkraftwerks (BHKWs)

Einsatzschwerpunkt:

Sicherheitsstromversorgung* ja nein

Netzersatzstromversorgung ja nein

Nennspannung

Nennleistung

........................ V

........................ kVA

Subtransiente Reaktanz x d " ........................ %

Anfangskurzschlusswechselstrom I k "

1-poliger Dauerkurzschlussstrom I k1D

verfügbar für Zeit t

3-poliger Dauerkurzschlussstrom I k3D

verfügbar für Zeit t

........................ kA

........................ A

........................ s

........................ A

........................ s

R/X-Verhältnis ........................

* Sicherheitsstromversorgung nach IEC 60364-7-710, DIN VDE 0100-710 und -718;

Auslegung Sofortbereitschaftsaggregat nach Anforderungen des Betreibers

Hinweis:

BHKWs sind üblicherweise modular aufgebaut und stellen elektrischen Strom und Wärme bereit. Sie setzen das Prinzip

der Kraft-Wärme-Kopplung ein. Üblicherweise wird die Leistung einer BHKW-Anlage so ausgelegt, dass bei Volllastbetrieb

nur ein Teil des maximalen Heizenergiebedarfs der angeschlossenen Abnehmer abgedeckt wird. Diese BHKWs

werden wärmegeführt geregelt.

Wichtig für die Sicherheitsbeleuchtung ist die durchgängige Normenerfüllung von der Einspeisung bis zum Verbraucher

(siehe auch Kap. 10.4 „Sicherheitsbeleuchtungsanlagen”).

2/7

2


Checkliste

Wichtige elektrische Kenngrößen der unterbrechungsfreien Stromversorgungen (USV)

Nennspannung

Nennleistung

........................ V

........................ kVA

Last-Powerfaktor ........................

USV-Faktor ........................

statische oder dynamische Anlage ........................

zeitlicher Verlauf der Kurzschlussströme

(1-polig, 2-polig, 3-polig) ........................

Verschaltung der Primärstromkreise ........................

Verfügbarkeit interner Schutzorgane

in den Primärstromkreisen ........................

Schalt-/Schutzverhalten der internen Schutzorgane ........................

internes Betriebsverhalten bei Auftreten

eines Kurzschlusses ........................

Hinweis:

USV-Anlagen für Energieversorgungsanlagen sind ab einer Leistung von etwa 5 kW bis hin zu mehreren 100 kW

erhältlich. Die Leistung ist im Wesentlichen von der Belastbarkeit der Stromrichter abhängig. Ein weiteres wesentliches

Merkmal einer USV ist die maximale Überbrückungszeit, die von der Kapazität der Akkumulatoren abhängt. Sie kann je

nach Anforderung wenige Sekunden oder mehrere Stunden betragen. Bei großem Bedarf an Leistung und

Überbrückungszeit kommen auch Stromerzeugungsaggregate, sogenannte dynamische Anlagen, zum Einsatz.

Die obigen Daten müssen beim Hersteller in Erfahrung gebracht werden.

Weiterführende Informationen zu USV:

Siemens AG (Hrsg.): TIP-Applikationshandbuch, Grundlagenermittlung und Vorplanung, 2006, Kap. 5.6

und in diesem Handbuch Kap. 3.7

2/8

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Checkliste

Zusammenstellung der vorgesehenen Netzbetriebsarten im Bereich der Einspeisung

Welche Netzbetriebsarten sind für die vorliegende Anlage vorgesehen?

Netzbetriebsart 1: ...................................................................................................................................

Netzbetriebsart 2: ...................................................................................................................................

Netzbetriebsart 3: ...................................................................................................................................

weitere: ...................................................................................................................................

Beispiele:

Netzbetriebsart 1: Normalnetzversorgung

3 von 3 Transformatoren zugeschaltet

Generator außer Betrieb

Kupplung 1 geschlossen

Kupplung 2 geschlossen

Netzbetriebsart 2: Trafo T1 in Wartung

2 von 3 Transformatoren zugeschaltet (Trafo 1 außer Betrieb)

Generator außer Betrieb

Kupplung 1 geschlossen

Kupplung 2 geschlossen

Netzbetriebsart 3: Notstrombetrieb

Transformatoren außer Betrieb

Generator zugeschaltet

Kupplung 1 offen

Kupplung 2 offen

Hinweis:

Alternative Netzbetriebsarten aus unterschiedlichen Versorgungsquellen sind für die Ermittlung der minimalen und

maximalen Kurzschlussströme sowie für die spätere Schutzeinstellung der Geräte auch dann von Bedeutung, wenn es

sich lediglich um die Erweiterung einer bestehenden Anlage handelt.

2/9

2


2.2 Dimensionierung

von Energieverteilungen

Wenn das grundlegende Versorgungskonzept

für eine elektrische Stromversorgungsanlage

feststeht, ist eine

Dimensionierung des elektrischen

Netzes erforderlich.

Unter Dimensionierung ist die Auslegung

aller Betriebsmittel und Komponenten

zu verstehen, die innerhalb

des elektrischen Netzes zum Einsatz

kommen sollen.

Ziel der Dimensionierung ist es, für

jeden einzelnen Stromkreis des elektrischen

Netzes eine technisch zulässige

Kombination aus Schalt-/Schutzgeräten

und Verbindungsstrecke zu

erhalten.

Grundregeln

Für die Stromkreisdimensionierung

gelten prinzipiell die in Grafik 2.2/1

aufgeführten Grundregeln/Normen.

Details dazu sind nachfolgend unter

2.2.1 Stromkreisarten erläutert.

Stromkreisübergreifende

Dimensionierung

Stimmt man die ausgewählten Netzkomponenten

und Systeme aufeinander

ab, lässt sich in Summe eine

wirtschaftliche Gesamtanlage konzipieren.

Diese stromkreisübergreifende

Abstimmung der Netzkomponenten

aufeinander ist jedoch beliebig komplex,

da nachträgliche Veränderungen

an einer einzelnen Komponente, z. B.

Schutz gegen Überlast

IEC 60364-4-43

DIN VDE 0100

Teil 430

Schutz gegen Kurzschluss

IEC 60364-4-43 /

IEC 60364-5-54

DIN VDE 0100

Teil 430 / Teil 540

Schutz gegen elektrischen Schlag

IEC 60364-4-41

DIN VDE 0100

Teil 410

Spannungsfall statisch / dynamisch

IEC 60364-5-520

IEC 60038

DIN VDE 0100

Teil 520

DIN VDE 0175

Selektivität statisch / dynamisch

IEC 60364-7-710

IEC 60947-2

IEC 60898-1

DIN VDE 0100

Teil 710 und 718

VDE 0660-101

VDE 0641 Teil 11

Grafik 2.2/1: Normen zur Dimensionierung von Stromkreisen

2/10

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Einspeisung

Verbindung

zwischen Verteilern

Grafik 2.2/2: Darstellung der verschiedenen Stromkreisarten

einem Schalt-/Schutzgerät, Auswirkungen

auf benachbarte, übergeordnete

oder sämtliche nachgeordnete Netzabschnitte

zur Folge haben können

(hoher Prüfaufwand, hohes Planungsrisiko).

Prinzipielle Vorgehensweise

bei der Dimensionierung

Je Stromkreis umfasst der Dimensionierungsvorgang

die Auswahl von ein

oder mehreren Schalt-/Schutzorganen,

die am Anfang und/oder am Ende der

Verbindungsstrecke zum Einsatz

kommen sollen, sowie die Auswahl

der Verbindungsstrecke (Kabel/Leitungen

oder Stromschienenverbindung)

in Anlehnung an die technischen

Fähigkeiten der zugehörigen Schalt-/

Schutzgeräte. Speziell bei Einspeisestromkreisen

kommt noch die Auslegung

der Einspeisequellen hinzu.

Je nach Stromkreisart ergeben sich

verschiedene Dimensionierungsschwerpunkte.

Das Schutzziel Überlast-

und Kurzschlussschutz kann in

Abhängigkeit vom Einbauort der

Schutzeinrichtung erreicht werden.

Geräte, die am Ende einer Verbindungsstrecke

zum Einsatz kommen, können

allenfalls den Überlastschutz für diese

Verbraucherabzweige

Endstromkreise

Last

Ausgangsknoten

Übertragungsmittel

Zielknoten

Strecke übernehmen, nicht jedoch

den Kurzschlussschutz.

2.2.1 Stromkreisarten

Generell gelten die in Grafik 2.2/1

genannten Grundregeln/Normen zur

Dimensionierung für alle Stromkreisarten.

Darüber hinaus haben die

jeweiligen Stromkreisarten spezielle

Anforderungen, die im Folgenden

näher erläutert werden.

Einspeisestromkreise

An die Dimensionierung von Einspeisestromkreisen

werden besonders hohe

Anforderungen gestellt. Dies beginnt

bereits mit der Auslegung der Einspeisequellen.

Die Auslegung der

Einspeisequellen richtet sich nach den

zu erwartenden maximalen Belastungsströmen

für das Gesamtnetz, der gewünschten

Reserveleistung sowie dem

geforderten Grad an Versorgungssicherheit

für den Störungsfall (Überlastung/Kurzschluss).

Die Bestimmung der Lastverhältnisse

im Gesamtnetz erfolgt über die

Energiebilanzierung. Reserveleistung

und Betriebssicherheit im Bereich der

Einspeisung werden üblicherweise

durch Aufbau entsprechender Redundanzen

realisiert, z. B. durch

Vorhaltung von zusätzlichen Einspeisequellen

(Transformator,

Generator, USV-Anlage),

Auslegung der Einspeisequellen

nach dem Ausfallprinzip, n- oder

(n-1)-Prinzip: Beim (n-1)-Prinzip sind

zwei von drei Versorgungseinheiten

prinzipiell in der Lage, bei Ausfall

der kleinsten Stromversorgungsquellen

die Gesamtlast des Netzes

störungsfrei weiterzuversorgen,

Auslegung der Einspeisequellen, die

temporär im Überlastbereich gefahren

werden können (z. B. Verwendung

von belüfteten Transformatoren).

Die Dimensionierung aller weiteren

Komponenten eines Einspeisestromkreises

orientiert sich unabhängig von

den ermittelten Belastungsströmen an

den Nenndaten der Versorgungsquellen,

den konzipierten Netzbetriebsarten

sowie den damit verbundenen

Schaltzuständen im Bereich

der Einspeisung.

Die Schalt-/Schutzgeräte und Verbindungsstrecken

müssen grundsätzlich

so gewählt werden, dass das geplante

Leistungsmaximum übertragbar ist.

Des Weiteren müssen je nach Schaltzuständen

die unterschiedlichen

min./max. Kurzschlussstromverhältnisse

im Bereich der Einspeisung

bestimmt werden.

Bei der Auslegung der Verbindungsstrecken

(Kabel oder Schiene) sind je

nach Anzahl der parallel verlegten

Systeme und der Verlegeart entsprechende

Reduktionsfaktoren zu

berücksichtigen.

Bei der Auslegung der Geräte ist

besonderes Augenmerk auf das

Bemessungs-Kurzschlussauschaltvermögen

zu richten. Ebenso ist auf die

Wahl einer hochwertigen, flexibel

einstellbaren Auslöseeinheit (Tripping

Unit) zu achten, da dies eine wichtige

2/11

2


Grundlage zur Erlangung bestmöglicher

Selektivität zu allen vor- und

nachgeordneten Geräten ist.

Verteilerstromkreis

Die Dimensionierung der Kabelstrecken

und der Geräte richtet sich nach den

zu erwartenden maximalen Belastungsströmen,

die über diese Verteilebene

fließen können.

In der Regel gilt:

I b max = ∑ installierte Verbraucherleistung

x Gleichzeitigkeitsfaktor

Schalt-/Schutzgerät und Verbindungsstrecke

sind in Bezug auf Überlastund

Kurzschlussschutz aufeinander

abzustimmen.

Für die Gewährleistung des Überlastschutzes

ist unter anderem auf die

normierten Prüfströme des eingesetzten

Gerätes zu achten. Eine Überprüfung

allein auf Basis des Gerätenennstroms

oder des Einstellwertes I r ist

nicht ausreichend.

Grundregeln zur Gewährleistung

des Überlastschutzes:

Bemessungsstromregel

nicht einstellbare

Schutzeinrichtungen

I b ≤ I n ≤ I z

Der Nennstrom I n des gewählten

Gerätes muss sich zwischen dem

ermittelten max. Belastungsstrom I b

und dem max. zulässigen Belastungsstrom

I z des gewählten Übertragungsmediums

(Kabel oder Schiene)

bewegen.

einstellbare Schutzeinrichtungen

I b ≤ I r ≤ I z

Der Einstellwert des Überlastauslösers

I r des gewählten Gerätes muss sich

zwischen dem ermittelten max. Belastungsstrom

I b und dem max. zulässigen

Belastungsstrom I z des gewählten

Übertragungsmediums (Kabel oder

Stromschiene) bewegen.

Auslösestromregel

I 2 ≤ 1,45 x I z

Der max. zulässige Belastungsstrom I z

des gewählten Übertragungsmediums

(Kabel oder Stromschiene) muss sich

oberhalb des Prüfstroms I 2 /1,45 des

gewählten Gerätes bewegen.

Der Prüfwert I 2 ist normiert und variiert

je nach Typ und Charakteristik der

verwendeten Schutzeinrichtung.

Grundregeln zur Gewährleistung

des Kurzschlussschutzes:

Kurzschlussenergie

K 2 S 2 ≥ I 2 t

(K = Materialbeiwert; S = Querschnitt)

Die Energie, die bei Auftreten eines

Kurzschlusses bis zur automatischen

Abschaltung frei wird, muss zu jedem

Zeitpunkt kleiner sein als die Energie,

die das Übertragungsmedium maximal

führen kann, bevor es zu irreparablen

Schäden kommt. Laut Norm gilt

diese Grundregel im Zeitbereich bis

max. 5 s.

Unter 100 ms Kurzschlussabschaltzeit

muss die Durchlassenergie des Schutzgerätes

(lt. Angaben des Geräteherstellers)

berücksichtigt werden.

Bei Einsatz von Geräten mit Auslöseeinheit

ist die Einhaltung dieser

Grundregel über den gesamten Gerätekennlinienverlauf

zu überprüfen.

Eine alleinige Überprüfung im Bereich

des maximalen Kurzschlussstroms

(I k max ) ist vor allem bei Verwendung

von zeitverzögerten Auslösern nicht

immer ausreichend.

Kurzschlusszeit

t a (I kmin ) ≤ 5 s

Die resultierende Abschaltzeit der gewählten

Schutzeinrichtung muss den

berechneten kleinsten Kurzschlussstrom

I kmin am Ende der Übertragungsbzw.

Schutzstrecke in spätestens 5 s

automatisch abschalten können.

Überlast- und Kurzschlussschutz

müssen dabei nicht zwangsläufig von

ein und demselben Gerät wahrgenommen

werden. Die beiden Schutzziele

können bei Bedarf auch von

einer Gerätekombination übernommen

werden. Ebenso ist auch der

Einsatz von separaten Schalt-/Schutzgeräten

denkbar, die jeweils am

Anfang und am Ende einer Kabelstrecke

zum Einsatz kommen. Geräte, die

am Ende einer Kabelstrecke eingesetzt

werden, können für diese Verbindungsstrecke

generell nur den Überlastschutz

übernehmen.

Endstromkreise

Das Verfahren zur Koordination von

Überlast- und Kurzschlussschutz ist für

Verteiler- und Endstromkreise prinzipiell

identisch. Neben dem Überlastund

dem Kurzschlussschutz ist des

Weiteren auch die Einhaltung des

Personenschutzes für alle Stromkreise

von Bedeutung.

Schutz gegen elektrischen Schlag

t a (I k1 min ) ≤ t a zul

Bei Auftreten eines 1-poligen Fehlers

gegen Erde (I k1 min ) muss die resultierende

Abschaltzeit t a der gewählten

Schutzeinrichtung kleiner sein als die

maximal zulässige Abschaltzeit t a zul ,

die laut Norm IEC 60364-4-41 /

DIN VDE 0100-410 zur Einhaltung des

Personenschutzes für diesen Stromkreis

gefordert wird.

Da die geforderte maximale Abschaltzeit

je nach Nennspannung des Netzes

und nach Art der angeschlossenen

Verbraucher variiert (ortsfeste und orts-

2/12

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

veränderliche Verbraucher), können

sich die Schutzanforderungen bzgl.

Mindestabschaltzeit t a zul von einem

Verbraucherstromkreis auf andere

Stromkreise übertragen. Alternativ

kann dieses Schutzziel auch durch

Einhaltung einer maximalen Berührungsspannung

erreicht werden.

Da Endstromkreise häufig von langen

Zuleitungswegen geprägt sind, wird

ihre Dimensionierung häufig durch

den maximal zulässigen Spannungsfall

beeinflusst.

In Bezug auf die einzusetzenden

Schalt-/Schutzgeräte ist darauf zu

achten, dass lange Verbindungsstrecken

hohe Impedanzen und damit

eine starke Dämpfung der berechneten

Kurzschlussströme mit sich bringen.

Je nach Netzbetriebsfahrweise (Kupplung

offen, Kupplung zu) und Einspeisemedium

(Transformator oder Generator)

müssen die Schutzeinrichtungen

und deren Schutzeinstellung für

den schlechtesten Fall in Bezug auf

die Kurzschlussströme ausgerichtet

werden.

Im Gegensatz zu Einspeise- oder

Verteilerstromkreisen, wo auf die

Wahl einer hochwertigen Auslöseeinheit

großer Wert gelegt wird, werden

an die Schutzeinrichtungen in Endstromkreisen

keine besonderen Ansprüche

in Bezug auf die angestrebte

Selektivität gestellt. Hier genügt

prinzipiell der Einsatz einer Auslöseeinheit

mit LI-Charakteristik.

Systeme, die einerseits in verschiedenen

Normen und Vorschriften und

andererseits in verschiedenen Produktkatalogen

zu finden sind.

Ein wesentlicher Aspekt ist die stromkreisübergreifende

Beeinflussung der

dimensionierten Komponenten aufgrund

ihrer technischen Daten, beispielsweise

die erwähnte Vererbung

von Mindestabschaltzeiten eines

ortsveränderlichen Verbraucherstromkreises

auf ortsfeste Verbraucherstromkreise

oder Verteilerstromkreise.

Ein weiterer Aspekt liegt in der wechselseitigen

Beeinflussung von Dimensionierung

Netzberechnung (Kurzschluss),

z. B. bei Einsatz von Geräten,

die den Kurzschlussstrom begrenzen.

Die Komplexität steigt zudem, wenn

länderabhängig verschiedene Normen

und Errichtergewohnheiten bei der

Dimensionierung berücksichtigt

werden sollen.

Aus Gründen der Risikominimierung

und der Zeitersparnis verwenden

etliche Planungs- und Ingenieurbüros

zur Durchführung von Dimensionierungs-

und Überprüfungsvorgängen

in elektrischen Netzen generell technisch

hochwertige Berechnungsprogramme

wie SIMARIS design.

2.2.3 Zusammenfassung

Der Dimensionierungsvorgang an und

für sich ist leicht verständlich und mit

einfachen Mitteln durchführbar.

Die Komplexität liegt in der Beschaffung

der erforderlichen technischen

Daten der eingesetzten Produkte und

2/13

2


2.3 Netzschutz und

Schutzkoordination

Dieses Kapitel umfasst im Wesentlichen

die Errichtung von elektrischen

Energieverteilungsanlagen im Niederspannungsnetz.

Es wird deshalb auch

bei der Betrachtung des Netzschutzes

das Hauptgewicht auf die Niederspannungsseite

gelegt. Spezielle Anforderungen

des Netzschutzes der Mittelspannung

sind in Kapitel 3.6, „Schutz

von Mittelspannungs-Schaltanlagen“,

beschrieben.

Netzform

Während in Gebäude- und Industrienetzen

die Mittelspannung meist als

Ringnetz aufgebaut ist, werden

niederspannungsseitig eher radiale

Netzformen (Strahlennetze, Doppelstichnetze)

gewählt. Zur Aufteilung

der Leistung von der Einspeisung bis

zum Verbraucher ist eine Anzahl von

Schaltanlagen und Verteilern notwendig,

deren Schutzgeräte dann in Reihe

geschaltet sind.

Aufgaben des Netzschutzes

Der Netzschutz hat die Aufgabe,

Fehler zu erfassen und gestörte Netzteile

selektiv aus dem Netz herauszutrennen.

Er soll dabei durch kurze

Abschaltzeiten die Fehlerenergie

begrenzen und die Auswirkung von

Störlichtbögen klein halten.

Hohe Leistungsdichte, große Einzelleistungen

und relativ kurze Entfernungen

in Industrie- und Gebäudenetzen

bedingen eine enge Verknüpfung

von Nieder- und Mittelspannungsnetzen.

Vorgänge im Niederspannungsnetz

(Kurzschluss, Anlaufstrom)

wirken sich auch im Mittelspannungsnetz

aus. Umgekehrt hat der Schaltzustand

des Mittelspannungsnetzes

Einfluss auf die Selektivitätskriterien

im unterlagerten Netz. Netz- und

Schutzgestaltung sind deshalb im

gesamten Verteilungssystem abzustimmen

und die Schutzfunktionen zu

koordinieren.

2.3.1 Begriffe

Der Schutz elektrischer Anlagen in

einem Netz erfolgt entweder durch

die den Anlagenteilen zugeordneten

Schutzgeräte oder durch Kombinationen

derselben.

Reserveschutz

Bei Versagen eines Schutzgerätes

muss das übergeordnete Gerät den

Schutz übernehmen.

Backup-Schutz

Tritt an einer Stelle des Netzes eine

Kurzschlussstrombelastung auf, die

höher als das Bemessungsein- bzw.

ausschaltvermögen des eingesetzten

Schutzgerätes sowie die Kurzschlussfestigkeit

aller nachgeordneten Anlagenteile

ist, so muss der Backup-

Schutz durch ein vorgeordnetes

strombegrenzendes Schutzgerät

sichergestellt werden.

Bemessungs-

Kurzschlussausschaltvermögen

Das Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

ist der Maximalwert

des Kurzschlussstroms, welchen das

Schutzgerät in der Lage ist, vorschriftsmäßig

abzuschalten. Bis zu diesem

Wert darf das Schutzgerät auch in

einem Netz eingesetzt werden.

Selektivität

Das Thema Selektivität wird besonders

in den letzten Jahren immer mehr

diskutiert und zum Teil pauschal in

Ausschreibungen gefordert. Durch die

Komplexität dieses Themas sind oft

nur ungenügende Informationen zur

Auswahl und Anwendung zu finden.

Sowohl die Anforderungen in Bezug

auf Voll- oder Teilselektivität als auch

die Auswirkungen in den Energieverteilungsnetzen

sollten je nach Norm,

Branche, Land, Netzform bzw. Netzstruktur

mit den jeweiligen Netzplanern,

-errichtern und -betreibern

vorher geklärt werden. Zu beachten

ist auch die Gesamtvernetzung mit den

fünf Regeln der Stromkreisdimensionierung.

Nachfolgend werden einige

Begriffe und Definitionen zum besseren

Verständnis beschrieben. Sollten

Sie noch weitere und detailliertere

Anwendungen wünschen, wenden Sie

sich bitte an Ihren Siemens-Ansprechpartner.

Hinweis:

Nachweis der Selektivität ist gefordert

in IEC 60364-7-710 bzw. DIN VDE 100-

710 und -718.

Vollselektivität

Zur Wahrung der Versorgungssicherheit

von Energieverteilungen wird

immer mehr volle Selektivität gefordert.

Als vollselektiv wird ein Netz

bezeichnet, wenn in Energieflussrichtung

gesehen (von der Einspeisung

zum Verbraucher) nur das der Fehlerstelle

vorgeordnete Schutzgerät

abschaltet.

Hinweis:

Volle Selektivität bezieht sich immer

auf den maximalen an der Einbaustelle

auftretenden Kurzschlussstrom

I kmax .

Teilselektivität

Die betreffende Gerätekombination

(vor- und nachgeordnet) ist nicht bis

zum satten, 3-phasigen und damit

maximalen Kurzschlussstrom I k max

selektiv.

Unter gewissen Umständen reicht

auch eine Teilselektivität bis zu einem

bestimmten Kurzschlussstrom. Für

ungünstige Fehlerfälle sind dann

Wahrscheinlichkeit des Eintretens und

Folgewirkungen für den Verbraucher

gegeneinander abzuwägen.

2/14

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

t

stromabhängig

t

stromabhängig

verzögert

2 t = konstant

4 t = konstant

Kurzschlussauslösung

stromunabhängig

stromunabhängig

verzögert

2 t = konstant

HH-Sicherung

Mittelspannungsleistungsschalter

mit Überstromzeitschutz

NH-Sicherung

unverzögert

Niederspannungsleistungsschalter

mit Auslösern

Veränderbare Kennlinienbzw.

Einstellbereiche

Veränderbare Kennlinienbzw.

Einstellbereiche

Grafik 2.3/1: Schutzkennlinie von HH-Sicherung und mittelspannungsseitigem

Überstromzeitschutz

Grafik 2.3/2: Schutzkennlinie von NH-Sicherung und

Niederspannungsleistungsschalter mit Auslösern

2.3.2 Schutzeinrichtungen

Mittelspannungsseitige

Schutzgeräte

HH-Sicherungen

(IEC 60282/VDE 0670-4)

HH-Sicherungen können nur als

Kurzschlussschutz eingesetzt werden.

Sie haben keine Überlastschutzfunktion.

Es ist deshalb ein Mindestkurzschlussstrom

für einwandfreies Auslösen

erforderlich. HH-Sicherungen

begrenzen den Stoßkurzschlussstrom.

Die Schutzkennlinie ist durch die

Auswahl des Bemessungsstroms

gegeben (Grafik 2.3/1).

Mittelspannungsleistungsschalter

(IEC 62271-100/VDE 0671-100)

Leistungsschalter erhalten eine

Schutzfunktion durch Schutzeinrichtungen

wie Überstromzeitschutz

(stromunabhängig oder stromabhängig),

Überstromzeitschutz mit zusätzlicher

Richtungsfunktion oder Differenzialschutz.

Distanzschutz wird in

den Netzen der Infrastruktur und

Industrie aufgrund der geringen

Netzausdehnung kaum eingesetzt.

Schutzkennlinien

Für Schutzeinrichtungen im Mittelspannungsnetz

werden Sekundärrelais

verwendet, deren Schutzkennlinie

auch durch die Stromwandlerübersetzung

bestimmt wird. In

zunehmendem Maße werden statische,

digitale Schutzeinrichtungen

bevorzugt.

Niederspannungsseitige

Schutzgeräte*

NH-Sicherungen

(IEC 60269-2/VDE 0636-2x)

NH-Sicherungen haben ein hohes

Kurzschlussausschaltvermögen und

begrenzen durch ihr schnelles

Abschmelzen den Kurzschlussstrom

sehr stark. Die Schutzkennlinie ist

durch die Auswahl der Betriebsklasse

der NH-Sicherung – z. B. Ganzbereichssicherung

als Überlast- und Kurzschlussschutz

oder Teilbereichssicherung

nur als Kurzschlussschutz – und

des Bemessungsstroms gegeben

(Grafik 2.3/2).

Niederspannungsleistungsschalter

(IEC 60947-2 / VDE 660-101)

Leistungsschalter für Energieverteilungsanlagen

unterscheiden sich im

Wesentlichen

in der Bauart (offene oder kompakte

Bauform),

der Einbauart (Festeinbau, steckbar,

Einschub),

dem Bemessungsstrom

(max. Nennstrom des Schalters),

der Strombegrenzung; strombegrenzend

(MCCB; Molded Case

Circuit Breaker) oder nicht strombegrenzend

(ACB; Air Circuit

Breaker),

den Schutzfunktionen (siehe Auslöser)

der Kommunikationsfähigkeit

(Fähigkeit der Datenübertragung

aus und in den Schalter),

der Gebrauchskategorie

(A oder B, siehe IEC 60947-2).

* Beschreibung und Arbeitsweise von Nieder

spannungs-Schalt- und -Schutzgeräten,

Begriffe und Definitionen siehe auch:

Siemens AG (Hrsg.): Schalten, Schützen,

Verteilen in Niederspannungsnetzen, 4. Aufl.,

Publicis, Erlangen, 1997.

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2


Auslöser / Schutzfunktion

Die Schutzfunktion des Leistungsschalters

im Energieverteilungsnetz

wird durch die Wahl des entsprechenden

Auslösers bestimmt. Die Auslöser

werden unterschieden in thermomagnetische

Auslöser (früher auch als

elektromechanische Auslöser bezeichnet)

und elektronische Auslöser (ETU).

Überlastschutz

Bezeichnung: L (Long Time Delay);

auch a

Stromabhängig verzögerte Überlastauslöser

werden je nach Auslösertyp

mit optionalen Kennlinien

angeboten.

Neutralleiterschutz

Bezeichnung N (neutral)

Stromabhängig verzögerte Überlastauslöser

für den Neutralleiter werden

mit der Abhängigkeit 50 % und

100 % des Überlastauslösers angeboten.

Kurzschlussschutz, unverzögert

Bezeichnung: I (Instantaneous);

früher auch n

Beispiel: Magnetauslöser. Je nach

Applikation werden I-Auslöser

sowohl mit fester, einstellbarer als

auch mit Off-Funktion angeboten.

Kurzschlussschutz, verzögert

Bezeichnung: S (Short Time Delay);

früher auch z

Für eine zeitliche Anpassung von

Schutzfunktionen in Reihe.

Neben den Standardkennlinien und

Einstellungen werden auch optionale

Funktionen für bestimmte Applikationen

angeboten:

– Stromunabhängige Überstromauslöser

Bei dieser „Standard-S-Funktion“

wird die gewünschte Verzögerungszeit

(t sd ) ab einem eingestellten

Stromwert (Schwellwert

I sd ) definiert eingestellt (definierte

Zeit; definite time; ähnlich

der UMZ-Funktion in der Mittelspannung)

– Stromabhängiger Überstromauslöser

Bei dieser optionalen S-Funktion

ist das Produkt I 2 t immer konstant.

Diese Funktion wird im

Allgemeinen zur Sicherstellung

einer besseren Selektivität eingesetzt

(Inverse Time; ähnlich

der AMZ-Funktion in der Mittelspannung).

Erdschlussschutz

Bezeichnung: G (Ground Fault);

früher auch g

Neben der Standardfunktion (stromunabhängig)

wird auch hier eine

optionale Funktion (I 2 t = stromabhängige

Verzögerung) angeboten.

Fehlerstromschutz

Bezeichnung: RCD (Residual Current

Device); früher auch DI

Zur Erfassung von Differenzfehlerströmen

bis 3 A, ähnlich der FI-

Funktion zum Personenschutz (bis

500 mA).

Elektronische Auslöser bieten darüber

hinaus neuartige Auslösekriterien,

welche mit elektromechanischen

Auslösern nicht realisierbar sind.

Schutzkennlinien

Die Schutzkennlinie ist durch den

Schalterbemessungsstrom sowie die

Einstell- und Ansprechwerte der

Auslöser gegeben.

Niederspannungs-Leitungsschutzschalter

(MCB – Miniature Circuit

Breaker) IEC 60898-1/VDE 0641-11

Leitungsschutzschalter können nach

ihrer Arbeitsweise unterschieden

werden in

stark strombegrenzend

schwach strombegrenzend

Die Schutzfunktionen werden durch

elektromechanische Auslöser

bestimmt:

Überlastschutz durch stromabhängig

verzögerte Überlastauslöser,

z. B. Bimetallauslöser

Kurzschlussschutz durch unverzögerte

Überstromauslöser, z. B.

Magnetauslöser

2.3.3 Niederspannungs-

Schutzgerätekombination

In Energierichtung können bei den

nacheinander geschalteten Verteilern

folgende Schutzgeräte in Reihe liegen:

Sicherung mit nachgeordneter

Sicherung

Leistungsschalter mit nachgeordnetem

Leitungsschutzschalter

Leistungsschalter mit nachgeordneter

Sicherung

Sicherung mit nachgeordnetem

Leistungsschalter

Sicherung mit nachgeordnetem

Leitungsschutzschalter

mehrere parallele Einspeisungen

(mit oder ohne Kupplungen) mit

nachgeordnetem Leistungsschalter

oder nachgeordneter Sicherung

Bei vermaschten Niederspannungsnetzen

ist die Stromselektivität zu

überprüfen.

Bei den in das Niederspannungsnetz

einspeisenden Transformatoren sind

der ober- und unterspannungsseitige

Schutz aufeinander und auf den

weiteren Schutz des unterlagerten

Netzes abzustimmen. Die Auswirkungen

auf das überlagerte Mittelspannungsnetz

müssen überprüft werden.

Im Mittelspannungsnetz sind HH-

Sicherungen in der Regel nur vor den

Transformatoren der Niederspannungseinspeisung

vorhanden. Bei den

vorgeordneten Leistungsschaltern

liegen meist nur Überstromzeitschutzeinrichtungen

mit unterschiedlicher

2/16

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Charakteristik in Reihe. Differenzialschutz

beeinflusst nicht oder nur

gering die Staffelung der weiteren

Schutzeinrichtungen.

2.3.4 Selektivitätskriterien

Neben den primären Einsatzkriterien

eines Schutzgerätes – Bemessungsstrom

und Bemessungsschaltvermögen

– ist für eine optimale Versorgungssicherheit

die Selektivität ein

wesentliches Kriterium. Für die selektive

Arbeitsweise der in Reihe liegenden

Schutzgeräte sind folgende

Kriterien anwendbar:

nur der Zeitunterschied der

Abschaltung (Zeitstaffelung)

nur der Stromunterschied der

Ansprechwerte (Stromstaffelung)

die Kombination aus Zeit- und

Stromstaffelung (stromabhängige

Zeitstaffelung)

Darüber hinaus werden Leistungsrichtung

(Richtungsschutz), Impedanz

(Distanzschutz) und Stromdifferenz

(Differenzialschutz) eingesetzt.

Voraussetzungen für selektives

Verhalten der Schutzgeräte

Selektivität lässt sich nur erreichen,

wenn bei der Projektierung sowohl die

höchsten (I k max ) als auch die niedrigsten

(I kmin ) Kurzschlussströme für die

markanten Netzpunkte bekannt sind.

Daraus ergibt sich:

Der höchste auftretende

Kurzschlussstrom entscheidet über

das erforderliche Bemessungs-

Kurzschlussschaltvermögen des

Leistungsschalters.

Kriterium: I cu bzw. I cs > I k max

Der niedrigste auftretende Kurzschlussstrom

ist für die Einstellung

des Kurzschlussauslösers wichtig;

der Ansprechwert dieses Auslösers

muss niedriger sein als der kleinste

auftretende Kurzschlussstrom am

Ende der zu schützenden Strecke.

Denn nur bei dieser Einstellung von

I sd bzw. I i kann gewährleistet werden,

dass der Überstromauslöser

seine Personen- und Anlagenschutzfunktion

erfüllen kann.

Achtung:

Bei diesen Einstellungen sind die

zulässigen Einstell-Toleranzen von

± 20 % bzw. die Toleranzangaben der

Hersteller zu beachten!

Kriterium i. A.: I sd bzw. I i ≤ I k min –20%

Die Forderung nach Einhaltung der

Auslösebedingungen bestimmt die

maximalen Leitungslängen oder

-querschnitte.

Selektive Stromstaffelung lässt sich

nur mit Kenntnis der Kurzschlussströme

erreichen.

Eine Teilselektivität über die Stromstaffelung

hinaus lässt sich auch

durch aufeinander abgestimmte

Schutzgerätekombinationen erreichen.

Grundsätzlich kann der höchste

auftretende Kurzschlussstrom

sowohl der 3-polige als auch der

1-polige sein.

Im Bereich der Einspeisung ins

Niederspannungsnetz wird der

1-polige Fehlerstrom größer als der

3-polige, wenn Transformatoren mit

der Schaltgruppe Dy im Einsatz sind.

Der 1-polige Kurzschlussstrom wird

dann zum kleinsten auftretenden

Fehlerstrom, wenn die dämpfende

Nullimpedanz der Niederspannungskabel

wirksam wird.

Für größere Anlagen ist es empfehlenswert,

alle Kurzschlussströme über

eine Software zu ermitteln. Hierfür

bietet die Dimensionierungs- und

Berechnungssoftware SIMARIS design

optimale Voraussetzungen.

Staffeln der Ansprechströme bei

Anwendung der Zeitstaffelung

Bei Anwendung der Zeitstaffelung

wird auch die Staffelung der Ansprechströme

mit einbezogen, d. h.,

der Ansprechwert des Überstromauslösers

des vorgeordneten Leistungsschalters

muss im Allgemeinen mindestens

um den Faktor 1,5 höher

eingestellt werden als der des nachgeordneten.

Hierdurch wird die Toleranz

der Ansprechströme von unabhängig

verzögerten Überstromauslösern S

(± 20 %) ausgeglichen. Bei Herstellerangaben

von kleineren Toleranzen

verringert sich entsprechend der

Faktor.

Zur Überprüfung und visuellen Darstellung

der Selektivität empfiehlt es

sich, die Auslösekennlinie der gestaffelten

Schutzgeräte mit ihren Toleranzbändern

einschließlich der Schaltereigenzeiten

in ein Strom-Zeit-

Diagramm einzutragen.

2.3.5 Anfertigen von

Strom-Zeit-Diagrammen

(Staffeldiagrammen)

Beim Eintragen der Auslösekennlinien

in ein Doppel-Logarithmenpapier ist

zu beachten:

Die Auslösekennlinien dürfen sich

weder überschneiden noch berühren,

um Selektivität zu erzielen.

Bei elektronischen stromabhängig

(lang)verzögerten Überstromauslösern

gibt es nur eine Auslösekennlinie,

denn sie wird vom Vorbelastungszustand

nicht beeinflusst. Die

gewählte Kennlinie muss daher für

den betriebswarmen Motor oder

Transformator geeignet sein.

Bei mechanischen stromabhängig

(thermisch) verzögerten Überlastauslösern

(L) gelten die in den Herstellerkatalogen

dargestellten Kennlinien

für den kalten Zustand. Bei

2/17

2


etriebswarmem Zustand verringern

sich die Öffnungszeiten bis auf 25 %.

Toleranzen der Auslösekennlinien

Die in den Herstellerkatalogen

enthaltenen Auslösekennlinien der

Leistungsschalter stellen meist nur

Mittelwerte dar und sind um die

Toleranzen zu ergänzen.

Bei Überstromauslösern – unverzögerte

Auslöser (I) und verzögerte

Auslöser (S) – darf die Toleranz der

Streubereiche ± 20 % betragen (nach

IEC 60947-2/VDE 0660-101).

Maßgebende Auslösezeiten

Übersichtshalber wird für Leistungsschalter

mit stromunabhängig

verzögerten Überstromauslösern (S)

nur die Verzögerungszeit t sd und mit

unverzögerten Überstromauslösern (I)

die Öffnungszeit t ö eingetragen.

Wie staffeln?

Verzögerungszeiten und Ansprechströme

werden entgegen der Energierichtung

gestaffelt, beginnend beim

Endstromkreis:

ohne Sicherungen beim Verbraucherschalter

mit dem größten

Einstellstrom des Überstromauslösers

mit Sicherungen beim Sicherungsabzweig

an der Sammelschiene mit

dem größten Bemessungsstrom des

Sicherungseinsatzes

Wenn sich bei Sicherungseinsätzen

großer Bemessungsströme keine

Selektivität zum stromunabhängig

verzögerten Überstromauslöser (S)

des Transformator-Einspeiseschalters

oder sich diese nur bei sehr langen

Verzögerungszeiten ergibt (t sd = 400

bis 500 ms), dann werden anstelle der

Sicherungen Leistungsschalter eingesetzt.

Darüber hinaus werden Leistungsschalter

eingesetzt, wenn eine

hohe Anlagenverfügbarkeit gewünscht

wird, da Störungen schneller zu

beheben sind und die Auslöser von

120

100

40

t 20

min 10

4

2

1

20

10

s

4

2

1

ms

400

200

100

40

20

10

Q1

Grafik 2.3/3: Beispiel eines Staffeldiagramms mit Auslösekennlinien von zwei Schaltern Q1 und Q2

Leistungsschaltern keiner Alterung

unterliegen – insbesondere bei

Abnehmern mit besonders langen

Einspeisedistanzen.

Vorgehen bei zwei oder mehreren

Spannungsebenen

Bei Betrachtung der Selektivitätsverhältnisse

über zwei oder mehrere

Spannungsebenen (Grafik 2.7/2 ff.)

werden alle Ströme und Auslösekennlinien

der Oberspannungsseite unter

Berücksichtigung des Transformator-

Übersetzungsverhältnisses auf die

Niederspannungsseite umgerechnet

und übertragen.

Arbeitshilfen zur Anfertigung von

Staffeldiagrammen

Vordrucke mit Stromwertepaaren

bei gebräuchlichen Spannungen,

z. B. für 20 / 0,4 kV, 10 / 0,4 kV,

13,8 / 0,4 kV und andere

Schablonen zur Darstellung der

Auslösekennlinien

Q2

L (kalt)

S

tst

2

101 2 3 4 6 10 2 2 3 4 6 10 3 2 3 4 6 10 4 2 3 4 6 105

Strom (Effektivwert)

k1

k2

150 ms tsd

180 ms

Grafik 2.3/3 zeigt ein von Hand angefertigtes

Staffeldiagramm mit Auslösekennlinien

von zwei in Reihe geschalteten

Leistungsschaltern mit Berücksichtigung

von Toleranzen. Das

Anfertigen der Staffeldiagramme von

Hand ist nicht mehr notwendig bei

Verwendung der Planungssoftware

SIMARIS design.

Mittelspannungsseitige

Zeitstaffelung

t i < 30 ms

Kommando- und Staffelzeit

Mittelspannungsseitig ist beim Bestimmen

der Staffelzeit t st zu beachten:

Nach Anregung des Schutzgerätes

(Grafik 2.3/4) läuft die eingestellte

Zeit ab, bevor dieses den Auslösebefehl

an den Arbeits- oder Ruhestromauslöser

des Leistungsschalters gibt

(Kommandozeit t k ).

Der Auslöser leitet die Unterbrechung

der Leistungsschalter ein. Der Kurz-

2/18

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

schlussstrom ist nach Erlöschen des

Lichtbogens unterbrochen. Erst dann

kehrt der Schutz in die Ruhe- bzw.

Ausgangslage zurück (Rückfallzeit).

Die Staffelzeit t st zwischen aufeinanderfolgenden

Schutzgeräten muss

größer sein als die Summe aus der

Gesamtausschaltzeit t g des Schalters

und der Rückfallzeit des Schutzes.

Da bei den Schutzgeräten (auch Leistungsschaltern)

mit einer von mehreren

Faktoren abhängigen Zeittoleranz

zu rechnen ist, wird in die Staffelzeit

eine Sicherheitszeit einbezogen.

Während bei Schutzgeräten mit

mechanischen Auslösern keine kürzeren

Staffelzeiten t st als 400 bis 300 ms

erreicht werden, lassen elektronische

Auslöser 300 ms und digitale Auslöser

bei Verwendung von modernen

Vakuumleistungsschaltern Staffelzeiten

von nur 250 bis 200 ms zu.

Niederspannungsseitige

Zeitstaffelung

Staffel- und Verzögerungszeiten

Bei der Zeitstaffelung mehrerer in

Reihe geschalteter Leistungsschalter

oder in Verbindung mit NH-Sicherungen

sind praktisch nur noch die Begriffe

Staffelzeit t st und Verzögerungszeit

t sd von Bedeutung.

Bewährte Staffelzeiten t st

Leistungsschalter in Reihe: Die sogenannten

„bewährten Staffelzeiten“

gelten als Richtwerte bzw. Faustformel.

Exakte Angaben sind bei den jeweiligen

Geräteherstellern zu erfragen.

Der zeitliche Abstand zwischen zwei

Leistungsschaltern mit elektronischen

Auslösern sollte ca. 70 bis

80 ms betragen.

Der zeitliche Abstand zwischen

Leistungsschaltern mit unterschiedlichen

Auslösern (ETU und TM)

sollte ca. 100 ms betragen.

Strom I

Kurzschlussstrom

Ansprechstrom

Laststrom

Bei Leistungsschaltern mit zeitverkürzter

Selektivitätssteuerung (ZSS)

ist die Verzögerungszeit des nicht

blockierten Auslösers mit 50 ms

vorgegeben. Bei blockiertem Auslöser

löst der Schalter mit der eingestellten

t sd -Zeit aus.

Unabhängig von der Ausführung des

S-Auslösers – mechanisch oder elektronisch

– ist zwischen einem Leistungsschalter

und einer nachgeordneten

NH-Sicherung eine Staffelzeit von

70 bis 100 ms erforderlich.

Backup-Schutz

Zeiteinstellung des überlagerten Schutzes

Zeiteinstellung

des Schutzes

Staffelzeit t st

Kommandozeit t k

Gesamtausschaltzeit t g

des Leistungsschalters

Leitungsschutzschalter müssen

gemäß den technischen Anschlussbedingungen

(TAB) der Versorgungsnetzbetreiber

(VNB) zum Schutz

gegen Beschädigung durch Kurzschlussströme

Vorsicherungen mit

höchstens 100 A Bemessungsstrom

erhalten.

Die Normen IEC und DIN VDE erlauben

auch den Schutz eines Schaltgerätes

durch eines der vorgeordneten

Streuzeit

des Schutzes

Grafik 2.3/4: Zeitstaffelung in Mittelspannungsanlagen

Streuzeit

des Leistungsschalters

des

Streuzeit

Schutzes

Ausschaltzeit

des

Leistungsschalters

Rückfallzeit

Sicherheitszeit

Schutzgeräte mit dem entsprechenden

Bemessungs-Kurzschlussschaltvermögen,

wenn dadurch sowohl der

Abzweig als auch das nachgeordnete

Schutzgerät geschützt wird.

Weiterführende Informationen

zu Niederspannungs-Schalt- und -Schutzgeräten:

Siemens AG (Hrsg.): Schalten, Schützen,

Verteilen in Niederspannungsnetzen, 4. Aufl.

Publicis, Erlangen, 1997

Seip, Günther G. (Hrsg.):

Elektrische Installationstechnik,

4. Aufl. Publicis, Erlangen, 2000

t

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2


2.4 Schutzgeräte

für Niederspannungsnetze

Leitungen und Kabel müssen mit

Überstromschutzgeräten gegen zu

hohe Erwärmung geschützt werden,

die sowohl durch betriebsmäßige

Überlastung als auch durch vollkommenen

Kurzschluss auftreten kann.*

Die hier aufgeführten Schutzschaltgeräte

und Sicherungssysteme sind in

Kapitel 5 weitergehend beschrieben.

Die nachfolgenden Tabellen 2.4/1 und

2.4/2 geben einen Überblick über die

behandelten Schutzgeräte in Niederspannungsnetzen,

wobei in Tabelle

2.4/2 auch die Schutzgeräte im Mittelspannungsnetz

der Transformatorabzweige

aufgeführt sind.

* Siehe Seip, Günther G. (Hrsg.):

Elektrische Installationstechnik,

4. Aufl., Publicis, Erlangen, 2000, Kap. 1.7.

2.4.1 Leistungsschalter

mit Schutzfunktionen

Schutzaufgaben der Niederspannungsleistungsschalter

Leistungsschalter dienen vor allem

dem Überlast- und Kurzschlussschutz.

Zur weiteren Erhöhung der Schutzwirkung

können sie auch mit zusätzlichem

Auslöser, z. B. für Abschaltung

bei Unterspannung, oder mit Zusatzbausteinen

zur Erfassung von Fehler-/

Differenzströmen ausgerüstet werden

(siehe auch Kap. 6).

Nach der Schutzaufgabe werden

unterschieden:

Leistungsschalter für den Anlagenschutz

nach IEC 60947-2/

DIN VDE 0660-101

Leistungsschalter für den Motorschutz

nach IEC 60947-2/

DIN VDE 0660-101

Leistungsschalter bei Verwendung

im Motorstarter nach IEC 60947-4-2/

DIN VDE 0660-102

Leitungsschutzschalter für Kabelund

Leitungsschutz nach

IEC 60898/DIN VDE 0641-11

Nullpunktlöscher/Strombegrenzer

Entsprechend ihrer Arbeitsweise

können Leistungsschalter ausgeführt

sein als

Nullpunktlöscher

Strombegrenzer (sicherungsähnlich

strombegrenzend)

Zum Aufbau selektiver Verteiler eignen

sich Nullpunktlöscher eher als vorgeordnete

Schutzgeräte, Strombegrenzer

mehr als nachgeordnete.

Überlast- und Überstromschutz

Die Tabelle 2.4/3 gibt einen Überblick

über Auslöser der Niederspannungsleistungsschalter.

Überstromauslöser

Die elektromagnetisch unverzögerten

Überstromauslöser sind entweder fest

Überstromschutzgeräte Standard Überlast- Kurzschlussschutz

schutz

Leitungsschutzsicherungen gL IEC 60269/DIN VDE 0636 × ×

Leitungsschutzschalter IEC 60898/DIN VDE 0641-11 × ×

Leistungsschalter mit Über- IEC 60947-2/DIN VDE 0660-101 × ×

last- und Überstromauslöser

Schaltgeräteschutz- IEC 60269/DIN VDE 0636 – ×

sicherungen aM

Schaltgerätekombination aus

Vorschaltsicherung der IEC 60269/DIN VDE 0636 – ×

Betriebsklasse gL oder aM

und Schütz mit Überlastrelais IEC 60947-4-1/DIN VDE 0660-102 × –

oder

Starterschutzschalter IEC 60947-2/DIN VDE 0660-101 – ×

und Schütz mit Überlastrelais IEC 60947-4-1/DIN VDE 0660-102 × –

× Schutz gegeben – Schutz nicht gegeben

Tabelle 2.4/1: Übersicht über Überstromschutzgeräte für Leitungen und Kabel und deren Schutzbereich

2/20

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Eingesetzte Schutzgeräte MS Lasttrennschalter, Leistungsschalter

HH-Sicherungen

Wandler, Überstromzeitschutz

NS Leistungsschalter oder Kuppel- Leistungsschalter

NH-Sicherungen

schalter

Aufwand gering zweckmäßig hoch

Mittelspannungsseite

Transformatoren mit

Wärmewächter oder

Temperaturvollschutz

Niederspannungsseite mit

Reihenschaltungen verschiedener

Schutzgeräte

in Strahlennetzen sowie

Parallelschaltungen von

NH-Sicherungen im

Netzverband

Einzelund

Parallelbetrieb

üblich

HH

MS

NS

wahlweise

≤ 630 A

NH

I I> >

I I>>

Einzelund

Parallelbetrieb

üblich

MS

NS

≤ 50 A, ≤ 100 A

HH- bzw. NH-Sicherung

Leistungsschalter

>

>>

Unabhängiger Überstromzeitschutz,

zweistufig > und >>, an Stromwandler

Blindleistungs-Regeleinheit

Ausfahrbarer Leistungsschalter

(mit Trennstelle)

Lasttrennschalter

Schütz

Überlastrelais

Tabelle 2.4/2: Übersicht über die Staffelung von Schutzgeräten in Transformator- und Niederspannungsabzweigen

eingestellt oder einstellbar, während

die elektronischen Überstromauslöser

bei Siemens-Leistungsschaltern

grundsätzlich einstellbar sind.

Bausteine

Die Überstromauslöser können entweder

im Leistungsschalter eingebaut

oder auch als Bausteine gesondert für

späteren Einbau oder Austausch

geliefert werden. Mögliche Ausnahmen

sind den Herstellerangaben zu

entnehmen.

Überlastauslöser

In Netzen mit hohem Oberwellenanteil

sind stromabhängig (thermisch)

verzögerte, mechanische Überlastauslöser

(L-Auslöser) nur bedingt geeignet.

In diesem Fall sind Leistungsschalter

mit elektronischen Überlastauslösern

einzusetzen.

Kurzschlussschutz mit S-Auslösern

Bei Leistungsschaltern mit stromunabhängig

(kurz) verzögerten Überstromauslösern

(S) für den zeitselektiven

Kurzschlussschutz ist zu beachten,

dass die Leistungsschalter für eine

bestimmte maximal zulässige thermische

und dynamische Belastung

ausgelegt sind. Wird durch die Zeitverzögerung

diese Belastungsgrenze im

Kurzschlussfall überschritten, so muss

zusätzlich ein I-Auslöser verwendet

werden, um bei sehr hohen Kurzschlussströmen

den Leistungsschalter

unverzögert auszuschalten. Für die

Auswahl sind die Herstellerangaben

zu beachten.

2/21

2


Wiedereinschaltsperre nach einer

Kurzschlussauslösung

Einige Leistungsschalter können mit

einer mechanischen und/oder elektrischen

Wiedereinschaltsperre versehen

werden. Sie verhindert, dass nach

einer Kurzschlussauslösung eine

Wiedereinschaltung auf den Kurzschluss

erfolgt. Erst nach Fehlerbeseitigung

und Entriegelung der Sperre

von Hand kann der Leistungsschalter

wieder eingeschaltet werden.

Fehlerstrom-/Differenzstromschutz

Fehlerstromschutzeinrichtungen

haben wegen der hohen Schutzwirkung

(Schutz von Menschenleben und

Sachwerten) und des erweiterten

Schutzumfangs (wechsel-, pulsstromsensitiv)

weltweit in der Schutztechnik

eine hohe Bedeutung erlangt.

Neben Fehlerstromschutzschaltern

werden in Gewerbe und Industrie in

zunehmendem Maße auch Schutzschaltgerätekombinationen

wie

beispielsweise Leitungsschutzschalter

mit Fehlerstromauslösung eingesetzt.

Leitungsschutz (LS)-Schalter mit

Fehlerstromauslösung

Diese Schutzschaltgerätekombinationen

stehen als fabrikfertige Kompaktgeräte

zur Verfügung oder können

aus einem Leitungsschutzschalter als

Basisgerät und einem anbaubaren

Zusatzbaustein zu der erforderlichen

Kombination zusammengesetzt

werden.

Leistungsschalter mit Fehlerstrom-/

Differenzstromauslösung

Für Leistungsschalter mit Bemessungsströmen

I n bis 400 A und Fehlerstrom-/Differenzstromauslösung

hat

sich die Kombination aus Leistungsschalter

und anbaubarem Zusatzbaustein

durchgesetzt.

Technische Merkmale

Der anbaubare Zusatzbaustein zur

Differenzstromauslösung für den

Schutzfunktion Kurz- Verzögerungsart Schaltzeichen nach

zeichen des Auslösers EN 60617 / DIN 40713

Überlastschutz L Stromabhängig

verzögert

Selektiver S 1) Stromunabhängig

Kurzschluss-

verzögert durch

schutz

Zeitglied

(verzögert)

oder

I 2 -abhängig

verzögert

Fehlerstrom-/ G 1) Stromunabhängig

Differenzstrom-/

verzögert

Erdschluss-

oder

schutz (RCD)

I 2 -abhängig

verzögert

Kurzschluss- I Unverzögert

schutz

(unverzögert)

Anlagenschutz verfügt z. B. über

folgende technische Merkmale:

Bemessungsdifferenzstrom I ∆n in

mehreren Stufen einstellbar,

z. B.: 30 mA/100 mA/300 mA/

1000 mA/3000 mA

Auslösezeit t a in mehreren Stufen

einstellbar, z. B.: unverzögert/

60 ms/100 ms/250 ms/500 ms/

1000 ms

Funktion abhängig von der Netzspannung

Sensitivität: Auslösung bei wechselund

pulsierenden Gleichfehlerströmen

( )

Schalt-

zeichen

Schaltkurzzeichen

oder

1) Bei SENTRON 3WL- und SENTRON 3VL-Schaltern auch mit

„Zeitverkürzter Selektivitäts-Steuerung“ (ZSS)

In der weiteren Folge werden Auslöserkombinationen nur noch in der Kurzform als

L-, S- und I-Auslöser usw. bezeichnet.

Tabelle 2.4/3: Schaltzeichen für Auslöser nach Schutzfunktionen

Reset-Taste „R“ für Rückstellung

nach einer Differenzstromauslösung

Prüftaste „T“ zum Test der Schutzschaltgerätekombination

Zustandsanzeige des aktuellen

Ableit-/Differenzstromes I ∆ im

nachgeschalteten Stromkreis, z. B.

mittels farbiger Leuchtdioden (LED):

– grün: I ∆ ≤ 0,25 I ∆n

– gelb: 0,25 I ∆n < I ∆ ≤ 0,5 I ∆n

– rot: I A > I ∆ > 0,5 I ∆n

I A = Auslösestrom des

Differenzstrom-

Zusatzbausteins

I

I >>

I>

2/22

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Abtrennung des Überspannungsschutzes

der Elektronik vor Isolationsmessung

in der Anlage

„Fernauslösung (FA)“

„Hilfsstromschalter (HS)“

Schnittstelle zu Bussystemen

Zum Zwecke der Informationsübertragung

und des Zusammenwirkens mit

anderen Komponenten der elektrischen

Anlage können die Schutzschaltgerätekombinationen

mit entsprechenden

Schnittstellen zu Bussystemen

ausgerüstet werden.

Allstromsensitive

Schutzschaltgerätekombinationen

Für elektrische Industrieanlagen, in

denen im Fehlerfall glatte Gleichfehlerströme

oder solche mit geringer

Restwelligkeit auftreten, sind allstromsensitive

Schutzschaltgerätekombinationen

für Industrieanwendung

erforderlich.

Normen

Für Leistungsschalter mit anbaubarem

Fehlerstrom- oder Differenzstrom-

Zusatzbaustein gelten die Normen

IEC 60947-2/DIN VDE 0660-101.

Auswahlkriterien für

Leistungsschalter

Bei der Auswahl der Leistungsschalter

hinsichtlich Netzschutz sind folgende

Merkmale zu beachten:

Art der Leistungsschalter und ihrer

Auslöser nach Schutzfunktionen

und -aufgaben

Bemessungsspannungen

Kurzschlussfestigkeit I cu /I cs sowie

Bemessungs-Kurzschlusseinschalt-

(I cm ) und Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

(I cn )

Bemessungs- und maximale Lastströme

Die Netzspannung und Netzfrequenz

sind maßgebend für die Auswahl der

Schalter nach der

Bemessungsisolationsspannung U i

und der

Bemessungsbetriebsspannung U e

Bemessungsisolationsspannung U i

Die Bemessungsisolationsspannung U i

ist der genormte Wert der Spannung,

für den die Isolation der Leistungsschalter

und ihrer Zubehörteile nach

HD 625/IEC 60664/DIN VDE 0110,

Isolationsgruppe C, bemessen ist.

Bemessungsbetriebsspannung U e

Die Bemessungsbetriebsspannung U e

eines Leistungsschalters ist der Wert

der Spannung, auf den sich das Bemessungs-Kurzschlusseinschalt-

und

Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

sowie die Kurzschlussleistungskategorie

beziehen.

Kurzschlussstrom

Der maximale Kurzschlussstrom an

der Einbaustelle ist maßgebend für die

Auswahl der Leistungsschalter nach

der Kurzschlussfestigkeit I cu /I cs sowie

dem Bemessungs-Kurzschlusseinschaltvermögen

I cm und dem

Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn

Dynamische Kurzschlussfestigkeit

Die zulässige dynamische Kurzschlussfestigkeit

wird als Stoßkurzschlussstrom

angegeben. Es ist der größte

Augenblickswert des unbeeinflussten

Kurzschlussstroms in der höchstbeanspruchten

Strombahn.

Thermische Kurzschlussfestigkeit

(1-s-Strom)

Die zulässige thermische Kurzschlussfestigkeit

wird als Bemessungskurzzeitstrom

I cw bezeichnet. Es ist der

zulässige Strom, den der Leistungsschalter

eine bestimmte Zeit lang

führen kann, ohne Schaden zu

nehmen. Normalerweise wird der

I cw -Strom immer auf 1 s bezogen.

Zeitwerte größer 1 s können mit

I cw = konstant umgerechnet werden.

Bemessungsschaltvermögen

Das Bemessungsschaltvermögen der

Leistungsschalter wird als Bemessungs-Kurzschlusseinschaltvermögen

I cm und Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn angegeben.

Bemessungs-

Kurzschlusseinschaltvermögen I cm

Das Bemessungs-Kurzschlusseinschaltvermögen

I cm ist der Kurzschlussstrom,

den der Leistungsschalter

bei Bemessungsbetriebsspannung

+10 %, Bemessungsfrequenz und festgelegtem

Leistungsfaktor einschalten

kann. Es wird durch den maximalen

Scheitelwert des unbeeinflussten

Kurzschlussstroms ausgedrückt und

ist mindestens gleich dem Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn multipliziert mit dem Faktor n nach

Tabelle 2.4/4.

Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn

Das Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn ist der Kurzschlussstrom,

den der Leistungsschalter bei Bemessungsbetriebsspannung

+10 %, Bemessungsfrequenz

und festgelegtem

Leistungsfaktor cos ϕ ausschalten

kann. Es wird durch den Effektivwert

der Wechselstromkomponente ausgedrückt.

Schaltleistungskategorie

In IEC 60947/DIN VDE 0660 und nach

IEC 157-1 sind für Leistungsschalter

Schaltleistungskategorien festgelegt,

die angeben, wie oft ein Leistungsschalter

seinen Bemessungsstrom

schalten kann und in welchem

Zustand sich der Schalter nach dem

angegebenen Schaltzyklus befinden

muss (Tabelle 2.4/5). Hiernach wird

dem angegebenen Bemessungs-

Kurzschlussausschaltvermögen I cn die

Prüffolge O-t-CO-t-CO zugrunde

gelegt. Zusätzlich kann noch das

Bemessungs-Betriebsgrenzkurzschluss-Ausschaltvermögen

I cs nach

2/23

2


Kurzschlussausschalt- Leistungsfaktor Mindestwert n

vermögen I cn

cos ϕ

n= Kurzschlusseinschaltvermögen

(Effektivwert) [kA]

Kurzschlussausschaltvermögen

4,5 < I ≤ 6 0,7 1,5

6 < I ≤ 10 0,5 1,7

10 < I ≤ 20 0,3 2,0

20 < I ≤ 50 0,25 2,1

50 < I 0,2 2,2

Tabelle 2.4/4:

Verhältnis n zwischen Kurzschlussein- und -ausschaltvermögen und

zugehörigem Leistungsfaktor (bei Wechselspannungsleistungsschaltern)

Das Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen wird in zwei Werten angegeben:

Schaltvermögen I cu I cs

Bemessungs-

Bemessungs-

Grenzkurzschluss-

Betriebskurzschlussausschaltvermögen

ausschaltvermögen

der höchste Einstellstrom der Bemessungsdauerstrom

I u .

Bemessungsbetriebsstrom

Der Bemessungsbetriebsstrom I e ist

der Strom, der bestimmt wird durch

die Einsatzbedingungen des Schaltgerätes,

die Bemessungsbetriebsspannung,

die Bemessungsfrequenz,

das Bemessungsschaltvermögen,

die Bemessungsbetriebsart,

die Gebrauchskategorie*,

die Schaltstücklebensdauer,

die Schutzart.

Prüffolge O-t-CO O-t-CO-t-CO

Prüfung von • Grenzkurzschluss- • Betriebskurzschlussausschaltvermögen

ausschaltvermögen

Nachweis der

Nachweis der

• Überlastauslösung • Überlastauslösung

• Isolationsfestigkeit • Isolationsfestigkeit

• Erwärmung

• Erwärmung

O Ausschaltung (O = Open); CO Ein- und Ausschaltung (C = Close); t Pause (t = time)

Tabelle 2.4/5: Schaltungsleistungskategorien nach IEC 60947/DIN VDE 0660 und IEC 157-1

der verkürzten Schaltfolge O-t-CO

angegeben werden (Erklärung von O,

t und C siehe Tabelle 2.4/5).

Bemessungsströme von

Leistungsschaltern

Die Bemessungsbetriebsart wie Dauerbetrieb,

Aussetzbetrieb oder Kurzzeitbetrieb

ist maßgebend für die Auswahl

der Schaltgeräte nach deren

Bemessungsströmen.

Nach dem thermischen Verhalten

werden folgende Bemessungsströme

unterschieden:

Konventioneller thermischer

Bemessungsstrom I th

Bemessungsdauerstrom I u

Bemessungsbetriebsstrom I e

Konventioneller thermischer

Bemessungsstrom I th und

Bemessungsdauerstrom I u

Der konventionelle thermische Bemessungsstrom

I th oder I the für Motorstarter

im Gehäuse ist als 8-h-Strom

entsprechend IEC 60947-1, -4-1, -3/

DIN VDE 0660-100, -102, -107

definiert.

Er ist der maximale Strom, der in

dieser Zeit geführt werden kann, ohne

dass die Grenztemperatur überschritten

wird. Der Bemessungsdauerstrom

I u kann entsprechend unbegrenzt

geführt werden.

Bei einstellbaren, stromabhängig

verzögerten Auslösern und Relais ist

* Die Gebrauchskategorie kennzeichnet

Verwendungszweck und Beanspruchung der

Schaltgeräte; siehe Gerätenormen

IEC 60947 / DIN VDE 0660.

2/24

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Anwendungsbeispiele und Auslösekennlinien für Leistungsschalter mit Schutz

Schaltertyp Bemessungsstrom Anwendungsbeispiel Auslösekennlinie

Offener

Für den Schutz von Verteileranlagen,

Leistungsschalter (ACB) 630 A bis 6300 A Motoren, Transformatoren und Generatoren

SENTRON 3WL

– Hoher Bemessungskurzzeitstrom für Zeitselektivität

– Zwei Reihen, SENTRON 3WL1 und SENTRON 3WL6, mit

hohem und mittlerem Bemessungsschaltvermögen

– Elektronische, fremdspannungsunabhängige

Überstromauslöser auf Mikroprozessorbasis

– Zeitverkürzte Selektivitätssteuerung (ZSS) mit 50 ms

Gesamtverzögerungszeit

G

L

S

Strombegrenzender

Gebaut und geprüft nach

Leistungsschalter IEC 60947/ DIN VDE 0660

(MCCB)

und einsetzbar:

SENTRON 3VL

L

S

TM-Auslöser:

von 16 A bis 630 A

ETU-Auslöser:

von 63 A bis 1600 A

Für den Anlagenschutz bis 1600 A

Wahlweise einstellbare Überlastund

Überstromauslöser:

genaue Anpassung an die Schutzanforderungen

L

ETU-Auslöser:

von 63 A bis 500 A

Für den Motorschutz bis 500 A

Elektronische Überlastauslöser mit einstellbarer

Trägheitsklasse:

wirksamer Schutz bei voller Auslastung des Motors

L

M-Auslöser:

von 63 A bis 500 A

Für Starterkombinationen bis 500 A

Unempfindlich gegen Einschaltspitzenströme:

kein Auslösen beim Direkteinschalten von Motoren

M-Auslöser:

von 100 A bis 1600 A

Als Leistungstrennschalter bis 1600 A

mit eingebauten Überstromauslösern,

keine Vorsicherung erforderlich

Leistungsschalter

3RV1-Leistungsschalter für Motorschutz

3RV1 0,16 A bis 100 A mit Überlast- und Überstromschutz

L

L Überlastauslösung S Kurzverzögerte Überstromauslösung I Unverzögerte Überstromauslösung G Erdschlussauslösung

Tabelle 2.4/6: Anwendungsbeispiele für Siemens-Leistungsschalter und die hierfür charakteristischen Auslösekennlinien

2/25

2


2.4.2 Schaltkombinationen

Schaltkombinationen sind Reihenschaltungen

verschiedener Schaltund

Schutzgeräte mit Aufgabenteilung

für den Schutz einer Netzkomponente,

wobei das erste Gerät, in

Energierichtung gesehen, den Kurzschlussschutz

übernimmt.

Schaltkombinationen

mit Sicherungen

Sicherung und Kompakt-

Leistungsschalter

Ist an der Einbaustelle des Leistungsschalters

ein Kurzschlussstrom I k zu

erwarten, der das Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn des

Schalters übersteigt, müssen dem

Schalter Sicherungen vorgeschaltet

werden (Grafik 2.4/1).

Schutz und Wirkungsbereich

Jedem Gerät der Schaltkombination

ist ein bestimmter Schutz- und Wirkungsbereich

zugeordnet. Überlastströme

überwacht der L-Auslöser,

Kurzschlussströme bis etwa zum

Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

des Schalters erfasst der

I-Auslöser.

Der Leistungsschalter übernimmt den

Schutz gegen alle Überströme bis zu

seinem Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

I cn und gewährleistet

allpoliges Ausschalten und Wiedereinschaltbereitschaft.

Erst bei höheren Kurzschlussströmen

I k übernehmen die Sicherungen die

Kurzschlussausschaltung. Dabei

schaltet der Leistungsschalter nahezu

gleichzeitig, ausgelöst durch den

Durchlassstrom I D der Sicherung, über

seinen I-Auslöser ebenfalls allpolig

aus. Die Sicherung muss daher so

gewählt werden, dass ihr Durchlassstrom

I D kleiner als das Bemessungs-

L

Es spricht an

Es schaltet

aus

Leistungsschalter

Leistungsschalter

Kurzschlussausschaltvermögen I cn des

Leistungsschalters ist.

Sicherung, Schütz und thermisch

stromabhängig verzögertes

Überlastrelais

Die Schaltkombination Schütz und

Überlastrelais wird Motorstarter

genannt, bei Direktanlauf eines Drehstrommotors

auch Direktstarter. Das

Schütz wird zum Ein- und Ausschalten

des Motors verwendet. Den Schutz

gegen Überlastung des Motors, der

Motorzuleitung und des Schützes

übernimmt das Überlastrelais, den

Kurzschlussschutz die dem Schütz und

Überlastrelais vorgeschaltete Sicherung.

Hierbei müssen die Schutzbereiche

und Eigenschaften aller Komponenten

(Grafik 2.4/2) sorgfältig aufeinander

abgestimmt sein.

Bestimmungen für Schütze und

Motorstarter

Für Schütze und Motorstarter bis

1000 V zum direkten Einschalten

(unter voller Spannung) gelten die

Normen IEC 60947-4-1/

DIN VDE 0660-102.

L

Sicherung

A

A

L-Auslöser -Auslöser

Leistungsschalter

cn

k

Sicherung

Sicherung

+ Schalter

Sicherung

Grafik 2.4/1: Schaltkombination aus Sicherung und Leistungsschalter

k

L

I

Stromabhängig

verzögerter

Überlastauslöser

Unverzögerter

elektromagnetischer

Überstromauslöser

I k

A

I cn Bemessungslkurzschlussausschaltvermögen

Dauerkurzschlussstrom

an der Einbaustelle

Kennlinienabstände

Bei der Zuordnung von Kurzschlussstrom-Schutzeinrichtungen

für Schaltkombinationen

werden je nach zugelassenem

Schädigungsgrad nach

IEC 60947-4-1/DIN VDE 0660-102

verschiedene Arten des Schutzes

unterschieden:

Zuordnungsart 1: Die Zerstörung

des Schützes und des Überlastrelais

ist zulässig. Das Schütz und/oder

Überlastrelais ist, falls erforderlich,

zu ersetzen.

Zuordnungsart 2: Am Überlastrelais

dürfen keine Beschädigungen

auftreten. Kontaktverschweißungen

am Schütz sind jedoch zulässig,

wenn sie leicht getrennt werden

können oder wenn das Schütz leicht

ersetzt werden kann.

Schutz- und Wirkungsbereiche

der Geräte

Staffeldiagramm für einen

Motorstarter

Im Staffeldiagramm Grafik 2.4/2 sind

die Schutzbereiche und die hierfür

wichtigen Eigenschaften der Geräte

einer Schaltkombination als Motorstarter

eingetragen.

2/26

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

t

1 min

1 ms

1

B

2

3

A

Baugruppe mit

NH-Sicherung,

Schütz und

thermischem

Überlastrelais

(Motorstarter)

4 (abhängig von

Strombegrenzung

durch Sicherung)

5

C

6

1 Auslösekennlinie des

stromabhängig verzögerten

(thermischen)

Überlastrelais

2 Zerstörungskennlinie des

thermischen

Überlastrelais

3 Bemessungsausschaltvermögen

des

Schützes

4 Kennlinie des Schützes

für leicht aufbrechbares

Verschweißen der

Schaltstücke

5 Schmelzzeit-Strom-

Kennlinie der Sicherung,

Betriebsklasse aM

6 Gesamtausschaltzeit-

Kennlinie der Sicherung

aM

Schmelzzeit-Strom-Kennlinie der

Sicherung ab dem Stromwert, der

dem Ausschaltvermögen des Schützes

(3) entspricht, im Abstand B unterhalb

der Auslösekennlinie des Überlastrelais

(1) verlaufen.

Zum Schutz des Schützes vor Schaltstückverschweißen

lassen sich für

jedes Schütz Zeit-Strom-Kennlinien

angeben, bis zu denen Belastungsströme

anstehen können, die entweder

zu

keinem Verschweißen

oder

leicht aufbrechbarem Verschweißen

(Kennlinie 4 in Grafik 2.4/2) führen.

Grafik 2.4/2: Schaltkombination bestehend aus Sicherung, Schütz und

thermisch stromabhängig verzögertem Überlastrelais

In dieser Schaltkombination müssen

die Sicherungen mehrere Bedingungen

erfüllen:

Die Zeit-Strom-Kennlinien von

Sicherungen und Überlastrelais

müssen das Hochlaufen des Motors

ermöglichen.

Die Sicherungen müssen das

Überlastrelais vor Zerstörung durch

Ströme schützen, die etwa den

10-fachen Bemessungsstrom des

Relais übersteigen.

Die Sicherungen müssen das Ausschalten

von Überströmen übernehmen,

die das Schütz nicht mehr

beherrschen kann (Ströme über

dem etwa 10-fachen Bemessungsbetriebsstrom

I e des Schützes).

Die Sicherungen müssen das Schütz

im Kurzschlussfall so schützen, dass

keine Zerstörung über die vorgenannten

Schädigungsgrade hinaus

auftreten kann. Schütze müssen je

nach Bemessungsbetriebsstrom I e

A, B, C Sicherungsabstände

bei einwandfreiem

Kurzschlussschutz

Motor-Einschaltströme in Höhe des

8- bis12-Fachen des Bemessungsbetriebsstroms

I e ohne Verschweißen

der Schaltstücke aushalten können.

Zur Erfüllung dieser Bedingungen

müssen im Staffeldiagramm Sicherheitsabstände

(A, B und C) zwischen

bestimmten Kennlinien der Geräte

eingehalten werden:

Schutz des Überlastrelais

Zum Schutz des Überlastrelais muss

die Schmelzzeit-Strom-Kennlinie der

Sicherung (in diesem Beispiel wurde

eine NH-Schaltgeräteschutzsicherung

der Betriebsklasse aM eingesetzt;

siehe nächsten Abschnitt „Auswahl

der Sicherungen“) im Abstand A

unterhalb des Schnittpunktes der

Auslösekennlinie des Überlastrelais

(1) mit dessen Zerstörungskennlinie

(2) verlaufen.

Schutz des Schützes

Zum Schutz des Schützes vor zu

hohem Ausschaltstrom muss die

Die Sicherung muss daher in beiden

Fällen rechtzeitig ausschalten. Die

Gesamtausschaltzeit-Kennlinie der

Sicherung (6) muss im Abstand C

unterhalb der Kennlinie des Schützes

für leicht aufbrechbares Verschweißen

der Schaltstücke (4) verlaufen

(Gesamtausschaltzeit = Summe aus

Schmelz- und Löschzeit).

Auswahl der Sicherungen

NH-Schaltgeräteschutzsicherungen

Sicherungen für Motorstarter werden

nach vorgenannten Kriterien ausgewählt.

NH-Schaltgeräteschutzsicherungen

der Betriebsklasse aM bieten gegenüber

NH-Sicherungen der Betriebsklasse

gL für den Kabel- und Leitungsschutz

den Vorteil des verschweißfreien

Kurzschlussschutzes bei voller

Nutzung der von den Schützen schaltbaren

Motorleistung.

Durch ihre im Verhältnis zu den

Leitungsschutzsicherungen wirkungsvollere

Strombegrenzung entlasten

sie sehr stark Schütze von hohen

Stoßkurzschlussströmen i p , denn sie

sind im oberen Kurzschlussbereich

flinker, wie der Vergleich in Grafik

2.4/3 zeigt.

2/27

2


Funktionsklasse

Betriebsklasse

Bezeichnung Bemessungs- Bemessungs- Bezeichnung Schutz von

dauerstrom bis ausschaltstrom

Gesamtbereichssicherungen

Teilbereichssicherungen

Schmelzzeit [s]

4

10

t 3

s 10

2

10

1

10

0

10

-1

10

Betriebsklasse

gL

aM

a I n ≥ 4 I n aM Schaltgeräten

≥ 2,7 I n aR Halbleitern

I a min kleinster Bemessungsausschaltstrom

-2

10

8

-3

10

4

2

10

3

10

4

10 5

[A]

Tabelle 2.4/7: Klassifikation der NH-Sicherungen nach Funktionsmerkmalen

gemäß IEC 60269-1/DIN VDE 0636-10

Grafik 2.4/3: Vergleich der Schmelzzeit-Strom-

Kennlinien von NH-Sicherungen der

Betriebsklasse gL und aM,

Bemessungsstrom 200 A

Bei höheren Betriebsströmen mit

entsprechend geringer Dämpfung der

Kurzschlussströme werden daher bei

Relais-Einstellwerten > 80 A Schaltgeräteschutzsicherungen

gegenüber

Leitungsschutzsicherungen bevorzugt

eingesetzt.

Die Klassifikation der Sicherungen

nach Funktionsmerkmalen ist in

Tabelle 2.4/7 enthalten.

Klassifikation der NH-Sicherungen

mit Kennlinienvergleich zwischen

den Betriebsklassen gL und aM

NH-Sicherungen werden entsprechend

ihrer Bauart nach Funktionsund

Betriebsklassen unterschieden.

Sie können Ströme bis zu ihrem

Bemessungsstrom dauernd führen.

Funktionsklasse g

(Ganzbereichssicherungen)

Die Funktionsklasse g kennzeichnet

Ganzbereichssicherungen, die Ströme

vom kleinsten Schmelzstrom bis zum

Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom

ausschalten können.

Betriebsklasse gL

Hierunter fallen die Sicherungen der

Betriebsklasse gL für den Kabel- und

Leitungsschutz.

Funktionsklasse a

(Teilbereichssicherungen)

Die Funktionsklasse a kennzeichnet

Teilbereichssicherungen, die Ströme

oberhalb eines bestimmten Vielfachen

ihres Bemessungsstroms bis zum

Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom

ausschalten können.

Betriebsklasse aM

Der Betriebsklasse aM sind die Schaltgeräteschutzsicherungen

zuzuordnen,

deren kleinster Ausschaltstrom beim

etwa 4-Fachen des Bemessungsstroms

liegt und die daher allein dem Kurzschlussschutz

dienen. Sicherungen

der Funktionsklasse a dürfen deshalb

nicht über ihrem Bemessungsstrom

betrieben werden. Ein Überlastschutz,

z. B. ein thermisch verzögertes

Überlastrelais, ist daher immer erforderlich.

Die Schmelzzeit-Strom-Kennlinien der

NH-Sicherungen der Betriebsklasse gL

und aM für 200 A sind in Grafik 2.4/3

zum Vergleich dargestellt.

Schaltkombinationen ohne

Sicherungen (sicherungslose

Bauweise)

Backup-Schutz (Leistungsschalter in

Kaskadenschaltung)

Liegen in einer Strombahn zwei

Leistungsschalter mit I-Auslösern

gleicher Bauart in Reihe, dann

schalten diese beim Fehler K nahe

dem Verteiler gleichzeitig aus

(Grafik 2.4/4, 2.4/5).

Der Kurzschlussstrom wird somit von

zwei hintereinanderliegenden

Löscheinrichtungen erfasst und wirkungsvoll

gelöscht. Ist der vorgeordnete

Leistungsschalter dabei strombegrenzend,

so kann der nachgeordnete

Schalter mit einem niedrigeren

Bemessungsschaltvermögen als dem

möglichen maximalen Kurzschlussstrom

an der Einbaustelle eingesetzt

werden (siehe Abschnitt 2.3.1 Backup-Schutz).

Schutz- und Wirkungsbereich der

Schalter

Grafik 2.4/4 zeigt den Übersichtsplan

und Grafik 2.4/5 das Prinzip einer

Kaskadenschaltung. Der Bemessungsstrom

des vorgeordneten Leistungsschalters

Q2 wird entsprechend

seinem Bemessungsbetriebsstrom

ausgewählt.

Q2

Q1

K

g I n ≥ I a min gL/gG Kabeln und

Leitungen

gR

Halbleitern

gB

Bergbauanlagen

Leistungsschalter

mit

I-Auslöser

und

Leistungsschalter

mit

LI-Auslösern

Grafik 2.4/4: Übersichtsplan einer Backup-

Schutz-Schaltung (Kaskadenschaltung)

in einem Unterverteiler

2/28

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Der Leistungsschalter Q2 wird beispielsweise

als Hauptschalter oder als

Gruppenschalter für mehrere

Abzweige in Unterverteilern eingesetzt.

Der Ansprechstrom seines

I-Auslösers wird sehr hoch, wenn

möglich bis zum Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

(I cn ) der

nachgeordneten Schalter eingestellt.

Der Abzweigschalter Q1 übernimmt

den Überlastschutz und schaltet auch

kleinere Kurzschlussströme allein ab,

die bei Körperschluss, Isolationsfehlern

oder Kurzschlüssen am Ende

längerer Leitungen und Kabel auftreten.

Nur bei hohen Kurzschlussströmen,

die bei einem satten Kurzschluss

in der Nähe des Abzweigschalters Q1

zu erwarten sind, schaltet der vorgeordnete

Schalter Q2 mit ab (eingeschränkte

Selektivität).

Leistungsschalter mit L- und

I-Auslösern sowie Schütz

Schutz- und Wirkungsbereich

Der Leistungsschalter übernimmt den

Überlast- und Kurzschlussschutz auch

des Schützes, das Schütz die Schaltaufgaben

(Grafik 2.4/6). Es gelten

auch hier die Bedingungen für den

Leistungsschalter, die im Rahmen der

Schaltkombination „Sicherung, Schütz

und Überlastrelais“ an die Sicherung

zu stellen sind (siehe Grafik 2.4/2).

Starterschutzschalter mit

I-Auslöser, Schütz und Überlastrelais

Wiedereinschaltbereitschaft

Den Überlastschutz übernimmt das

Überlastrelais in Verbindung mit dem

Schütz, den Kurzschlussschutz der

Starterschutzschalter. Der Ansprechstrom

seines I-Auslösers wird so

niedrig eingestellt, wie es der Einschaltvorgang

zulässt, um auch kleine

Kurzschlussströme in die schnelle

Ausschaltung mit einzubeziehen

(Grafik 2.4/7). Diese Schaltkombination

bietet den Vorteil, dass festgestellt

werden kann, ob Überlast oder

Kurzschluss vorlag, je nachdem, ob

das Schütz durch das Überlastrelais

oder der Starterschutzschalter ausgeschaltet

hat. Der Starterschutzschalter

bietet darüber hinaus nach einer

Kurzschlussauslösung den Vorteil des

3-poligen Trennens und der Wiedereinschaltbereitschaft.

Die Schaltkombination mit dem Starterschutzschalter

gewinnt im Rahmen

sicherungsloser Steuerungen an

Bedeutung.

Schaltkombinationen mit

Thermistor-Motorschutzgeräten

Die Grenzen des Überlastschutzes

durch Überlastrelais oder -auslöser

liegen dort, wo aus dem Motorstrom

nicht mehr auf die Wicklungstemperatur

geschlossen werden kann. Das ist

der Fall bei

hoher Schalthäufigkeit,

unregelmäßigem Aussetzbetrieb,

behinderter Kühlung,

erhöhter Umgebungstemperatur.

In diesen Fällen werden Schaltkombinationen

mit Thermistor-Motorschutzgeräten

eingesetzt. Je nach Anlagenkonzept

werden die Schaltkombinationen

mit oder ohne Sicherungen

aufgebaut. Der erreichbare Schutzumfang

ist davon abhängig, ob der zu

schützende Motor „ständerkritisch“

oder „läuferkritisch“ ist. Ansprechtemperatur,

Koppelzeitkonstante und

Lage der Temperaturfühler in der

Motorwicklung spielen dabei ebenfalls

eine wesentliche Rolle. Diese werden

in der Regel vom Motorhersteller

festgelegt.

i p

i

u

i D1

i D(1+2)

u e

u B(1+2)

u B1

u e

u B(1+2)

t

t

i p

u B1

i D1

i D(1+2)

Stoßkurzschlussstrom

(Scheitelwert)

Durchlassstrom des

Abzweigschalters Q1

Tatsächlich auftretender

Durchlassstrom

(kleiner als i D1 )

Treibende Spannung

(Betriebsspannung)

Summe der Lichtbogenspannungen

des

vorgeordneten Schalters Q2

und des Abzweigschalters Q1

Lichtbogenspannung des

Abzweigschalters Q1

Grafik 2.4/5: Prinzip einer Backup-Schutz-

Schaltung (Kaskadenschaltung)

2/29

2


t

L

1 2

Leistungsschalter

mit

L -Auslösern

Schütz

t

L

Leistungsschalter

mit -Auslöser

für Starterkombinationen

Schütz

Stromabhängig

verzögertes

Überlastrelais

mit L-Auslöser

Einstellbereich

cn

3 cn

Es löst aus

L-Auslöser

-Auslöser

Es schaltet

aus

Schütz

Leistungsschalter

1 Bemessungsausschaltvermögen

des Schützes

2 Bemessungseinschaltvermögen

des Schützes

3 Kennlinie des Schützes für

leicht aufbrechbares

Verschweißen der

Schaltstücke

L Kennlinie des stromabhängig

verzögerten

Überlastauslösers

I Kennlinie des unverzögerten

elektromagnetischen

Überstromauslösers

I cn Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen

des

Leistungsschalters

L

Kennlinie des stromabhängig

verzögerten

(thermischen) Überlastrelais

I Kennlinie des einstellbaren

unverzögerten

Überstromauslösers

Grafik 2.4/6: Schaltkombination aus Leistungsschalter und Schütz

Grafik 2.4/7: Schaltkombination aus Leistungsschalter mit einstellbarem

Überstromauslöser, Schütz und Überlastrelais

a) b) c) d)

Sicherung

Sicherung

Leistungsschalter

mit L- und I-Auslösern

Leistungsschalter

mit L- und I-Auslösern

Leistungsschalter

mit I-Auslösern

Schütz

Schütz

Schütz

Überlastrelais

Überlastrelais

Thermistor-

Motorschutz

Thermistor-

Motorschutz

Thermistor-

Motorschutz

Thermistor-

Motorschutz

M

M

M

M

+

+

+

+

Grafik 2.4/8: Schaltkombination mit Thermistor-Motorschutzgerät und mit zusätzlichem Überlastrelais oder -auslöser (Prinzipschaltplan)

„Ständerkritische“ Motoren

„Ständerkritische“ Motoren können

mit Thermistor-Motorschutzgeräten

und Überlastrelais ausreichend gegen

Überlastung und Übertemperatur

geschützt werden. Der Kurzschlussund

Überlastschutz der Zuleitungen

ist entweder durch Sicherungen und

Leistungsschalter (Grafik 2.4/8a) oder

durch Sicherungen alleine (Grafik

2.4/8b) sicherzustellen.

„Läuferkritische“ Motoren

„Läuferkritische“ Motoren können nur

mit einem zusätzlichen Überlastrelais

oder -auslöser auch bei Zuschalten

mit festgebremstem Läufer ausreichend

geschützt werden. Das Überlastrelais

bzw. der -auslöser übernimmt

dabei auch den Überlastschutz

der Leitungen (Grafik 2.4/8a, c und d).

Hinweis:

Für Motoren ist der Einsatz eines

elektronischen Motorschutzsystems

wie z.B. SIMOCODE (mit und ohne

Thermistorschutz) zu empfehlen.

Vorteile: breites Leistungsspektrum,

umfangreiche Steuerfunktionen, bustechnische

Anbindung (PROFIBUS DP),

etc.

2/30

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

[kA] 10A

cos 2,25

2h

i , i

p

D

13

10

8

cos 0,7

cos 0,5

cos 0,3

i

D

i

D

i

p

63 A i D

100 A

63 A

t

10 s

a, a´

b

10 ms

B

1 2

3

A

a


b

cn

i D

i p

1

1 10 22 100

Kurzschlussstrom k [kA]

Durchlassströme

Stoßkurzschlussstrom

z.B. ist bei I k = 10 kA:

i D Sicherung (100 A) 7,5 kA

Leistungsschalter 8 kA

i D

1 Grenzstrombereich

2 Überlastbereich

3 Kurzschlussstrombereich

A Prüfbereich für

Sicherungsströme

1 1, 3 1,6 r,( e)

kmin kmax 100

1,05 1,2 [kA]

B Prüfbereich für

Grenzauslöseströme des

Leistungsschalters

I cn Bemessungs-

Kurzschlussauschaltvermögen

Grafik 2.4/9: Strombegrenzung von Leistungsschalter (63 A) und

NH-Sicherungen (63 A bzw. 100 A)

Grafik 2.4/10: Kennlinien und Bemessungsschaltvermögen von

Sicherung (a) und Leistungsschalter (b) mit LI-Auslösern

2.4.3 Auswahl der

Schutzgeräte

Kurzschlussschutz der Abzweige

Abzweige in Verteilern und Steuerungen

können zum Kurzschlussschutz

mit Sicherungen oder sicherungslos

mit Leistungsschaltern ausgerüstet

werden. Bei der Auswahl der Schutzgeräte

kann die Höhe der zu erwartenden

Strombegrenzung, die bei

Sicherungen kleiner Bemessungsströme

größer ist als bei bemessungsstromgleichen,

strombegrenzenden

Leistungsschaltern, mitentscheidend

für die eine oder andere Lösung sein.

Vergleich der Schutzeigenschaften

von Sicherungen und strombegrenzenden

Leistungsschaltern

Beim Vergleich der Schutzeigenschaften

von Sicherungen und Leistungsschaltern

ist zu beachten:

das Bemessungs-Kurzschlussausschaltvermögen,

das sehr unterschiedlich

sein kann

die Höhe der Strombegrenzung, die

bei Sicherungen bis 400 A stets

größer ist als bei bemessungsstromgleichen,

strombegrenzenden

Leistungsschaltern

der Verlauf der Schmelzzeit-Strom-

Kennlinien bei Sicherungen und der

Auslösekennlinien bei Schaltern

die Abschaltbedingungen nach IEC

60364-4-41/DIN VDE 0100-410,

Abschnitt 6.1.3 „Schutzmaßnahmen

im TN-System“*

Vergleich der Strombegrenzung

von NH-Sicherungen und

Leistungsschaltern

Grafik 2.4/9 zeigt die strombegrenzende

Wirkung eines Leistungsschalters,

Bemessungsdauerstrom 63 A, bei

400 V, 50 Hz im Vergleich mit den NH-

Sicherungen, Typ 3NA, Betriebsklasse

gL, Bemessungsströme 63 A und

100 A. Wegen der hohen Motoranlaufströme

muss der Bemessungsstrom

der Sicherung jedoch höher liegen als

der Bemessungsbetriebsstrom des

Motors, d. h., für einen 30-kW-Motor

ist mindestens ein 63-A-Leistungsschalter

oder eine 100-A-Sicherung

vorzusehen.

Vergleich der Auslösekennlinien

zwischen Sicherungen und

bemessungsstromgleichen

Leistungsschaltern

Im Zeit-Strom-Diagramm, Grafik

2.4/10, sind die Schmelzzeit-Strom-

Kennlinie a des Sicherungseinsatzes

63 A, Betriebsklasse gL und die LI-

Auslösekennlinie b eines Leistungsschalters

eingetragen. Der Einstellstrom

des stromabhängig verzögerten

Überlastauslösers des Leistungsschalters

entspricht dem Bemessungsstrom

des Sicherungseinsatzes.

Grenzstrombereich (1)

Der Prüfbereich für Sicherungsströme

(A) liegt z. B. zwischen dem 1,3- und

1,6-fachen Bemessungsstrom, der

Prüfbereich für Grenzauslöseströme

des Überlastauslösers (B) dagegen

zwischen dem 1,05- und 1,2-fachen

Einstellstrom. Mit dem einstellbaren

Überlastauslöser kann sein Einstellstrom

und damit der Grenzauslösestrom

der Dauerbelastbarkeit des

Schutzobjekts besser angepasst werden

als mit einer Sicherung, deren

Bemessungsstromabstufung demgegenüber

nur eine grobe Anpassung

ermöglicht. Der Grenzstrom der

Sicherung reicht für den Überlastschutz

von Kabeln und Leitungen aus,

nicht jedoch für den Anlaufstrom von

Motoren. Hierfür müsste eine Sicherungskennlinie

a’ betrachtet werden.

Überlastbereich (2)

Im Überlastbereich verläuft die

Schmelzzeit-Strom-Kennlinie der

Sicherung steiler als die Auslösekennlinie

des Überlastauslösers. Dies ist für

den Überlastschutz von Kabeln und

* Siehe auch Seip, Günther G. (Hrsg.):

Elektrische Installationstechnik, 4. Aufl.,

Erlangen, 2000, Kap. 2.

2/31

2


Leitungen erwünscht; für den Überlastschutz

von Motoren jedoch ist die

träge Auslösekennlinie b erforderlich.

Kurzschlussstrombereich (3)

Im Kurzschlussstrombereich erfasst

der unverzögerte Auslöser des Leistungsschalters

Kurzschlussströme ab

seinem Ansprechwert rascher als die

Sicherung. Höhere Ströme schaltet die

Sicherung schneller ab. Dementsprechend

begrenzt sie den Kurzschlussstrom

stärker als ein Schalter.

Daraus ergibt sich für Sicherungen das

extrem hohe Bemessungsausschaltvermögen

von über 100 kA bei 690 V

Betriebswechselspannung. Demgegenüber

ist das Bemessungs-Kurzschlussauschaltvermögen

I cn von

Leistungsschaltern von einer Anzahl

von Faktoren abhängig, z. B. von der

Bemessungsbetriebsspannung U e und

der Bauart.

Ein Vergleich der Schutzeigenschaften

von Sicherungen und Leistungsschaltern

sowie deren Schaltkombination

ist in den Tabellen 2.4/8 und

2.4/9 zusammengestellt.

Auswahl von Leistungsschaltern

für Stromkreise mit und ohne

Sicherungen

Stromkreise und Steuerungen kann

man mit Sicherungen oder ohne

Sicherungen bauen.

Stromkreise mit Sicherungen

(sicherungsbehaftete Bauweise)

In der klassischen Bauweise mit Sicherungen

werden für den Anlagenschutz

Sicherungslasttrennschalter, Lasttrennschalter

mit Sicherungen und

Sicherungen mit Sockel eingesetzt

(Tabelle 2.4/10).

Der Einspeiseschalter übernimmt den

Überlast- und den selektiven Kurzschlussschutz

des Transformators und

Verteilers. Hierfür ist der Siemens-

Leistungsschalter SENTRON 3WL

Eigenschaft Sicherung Leistungsschalter

Bemessungsschaltvermögen bei > 100 kA, 690 V f (I r U e Bauart 1) )

Wechselspannung

Strombegrenzung f (I r I k ) f (I r I k U e Bauart 1) )

Zusätzlicher Lichtbogenraum keiner f (I r I k U e Bauart 1) )

Äußerlich erkennbare Aussage der ja nein

Funktionsfähigkeit

Betriebssicheres Betätigen mit Aufwand 2) ja

Fernschalten nein ja

Selbsttätiges allpoliges Ausschalten mit Aufwand 3) ja

Meldemöglichkeit mit Aufwand 4) ja

Verriegelungsmöglichkeit nein ja

Wiedereinschaltbereitschaft nach

Überlastausschaltung nein ja

Kurzschlussausschaltung nein f (Zustand)

Betriebsunterbrechung ja f (Zustand)

Wartungsaufwand nein f (Schaltzahl und Zustand)

Selektivität ohne Aufwand mit Aufwand

Austauschbarkeit ja 5) bei gleichem Fabrikat

Kurzschlussschutz

Leitung sehr gut gut

Motor sehr gut gut

Überlastschutz

Leitung ausreichend gut

Motor nicht möglich gut

1) Bauart kann sein: Löschprinzip,

Kurzschlussfestigkeit durch Eigenwiderstand,

konstruktive Gestaltung

2) z.B. mithilfe von berührungssicheren

Sicherungslasttrennschaltern mit

Schnelleinschaltung

Tabelle 2.4/8: Vergleich der Schutzeigenschaften von Sicherung und Leistungsschalter

geeignet. Für Transformatoren kleiner

Bemessungsleistung und/oder

wenn keine Selektivität gefordert

wird, kann auch ein Kompaktleistungsschalter

SENTRON 3VL

eingesetzt werden. Die Sicherung für

den Anlagenschutz übernimmt den

3) Mithilfe der Sicherungsüberwachung

und des zugeordneten

Leistungsschalters

4) Mithilfe der Sicherungsüberwachung

5) Da genormt

Überlast- und Kurzschlussschutz der

Leitung sowohl zum Unterverteiler als

auch zum nicht motorischen Endverbraucher.

Die Schaltkombinationen

aus Sicherung und Schalter für den

Motorschutz sowie Sicherungen,

Schütz und Überlastrelais überneh-

2/32

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Schutzeinrichtungen mit Sicherungen

Sicherung

Leistungsschalter

Schütz

Überlastschutz

Schutzobjekte

und Schalthäufigkeit

Thermistor-

Motorschutz

M

3~

M

3~

M

M

M

M

+

+

+

+

Überlastschutz

– Leitung ++ ++ + + ++ ++

– Motor (ständerkritisch) ++ 1) ++ ++ ++ ++ ++

– Motor (läuferkritisch) ++ 1) ++ + + ++ ++

Kurzschlussschutz

– Leitung ++ ++ ++ ++ ++ ++

– Motor ++ ++ ++ ++ ++ ++

Schalthäufigkeit – ++ – ++ – ++

Schutzobjekte

und Schalthäufigkeit

Schutzeinrichtungen ohne Sicherungen


Leistungsschalter

Schütz

Überlastschutz

Thermistor-/

SIMOCODE-

Motorschutz

M

3~

M

3~

M

M

M

3~

M

+

+


Überlastschutz

– Leitung ++ ++ ++ ++ ++ +

– Motor (ständerkritisch) ++ 1) ++ ++ ++ ++ 1) ++

– Motor (läuferkritisch) ++ 1) ++ ++ ++ ++ 1) ++

Kurzschlussschutz

– Leitung ++ ++ ++ ++ ++ ++

– Motor ++ ++ ++ ++ ++ ++

Schalthäufigkeit + + + + – –

1) Schutz mit geringer Einschränkung bei Ausfall eines Außenleiters

++ Sehr gut + Gut – Gering

Tabelle 2.4/9: Vergleich der Schutzeigenschaften von Schaltkombinationen (Prinzipschaltpläne)

2/33

2


Nr. Art der Typ Bemessungs- Typ des Auslösers bzw. Relais Sicherung Auslöse-

Leistungs- Kurzschluss- L S I kennlinie

schalter ausschalt- Ein- Fest Ein- Fest Einvermögen

stell- einge- stell- einge- stell- I cn Auslöser

I cn bar stellt bar stellt bar > 100 kA ↔ einstellbar


Einspeiseschalter

1

1 Leistungs- 3WL ≥ I k1 × – × – × –

schalter für

den Anlagenschutz

mit

Forderung nach

Selektivität

t

k1

cn

k1

Verteilerschalter

2

2 Sicherung 3NA ≥ I k2 – – – – – ×

für den

Anlagenschutz

t

k2

cn

k2

k2

Verbraucherschalter

3

k2

5

4

k3

3 Sicherung 3NA ≥ I k3 – – – – – ×

und 3RV1 ≤ I k3 × – – × – –

Leistungsschalter

für

den Motorschutz

t

cn

k3

M

3~

k3

M

3~

k3

V

4 Sicherung 3NA ≥ I k3 – – – – – ×

und 3RB × – – – – –

Direktstarter 3RT – – – – – –

für den Motorschutz

t

cn

k3

5 Sicherung 3NA ≥ I k3 – – – – – ×

für den Endverbraucher

t

cn

k3

Tabelle 2.4/10: Verteiler mit Sicherungen und Leistungsschaltern

men den Überlast- und Kurzschlussschutz

der Motorzuleitung und des

Motors.

Stromkreise ohne Sicherungen

(sicherungslose Bauweise)

Bei Verteilern ohne Sicherungen

(Tabelle 2.4/11) werden zum Kurzschlussschutz

Leistungsschalter für

den Anlagenschutz und als Verbraucherschalter,

Leistungsschalter für

den Motorschutz alleine oder für

2/34

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Nr. Art der Typ Bemessungs- Typ des Auslösers bzw. Relais Auslöse-

Leistungs- Kurzschluss- L S I kennlinie

schalter ausschalt- Ein- Fest Ein- Fest Einvermögen

stell- einge- stell- einge- stell- Auslöser

I cn bar stellt bar stellt bar ↔ einstellbar


Einspeiseschalter

1

k1

1 Leistungs- 3WL ≥ I k1 × – × – ×

schalter für

den Anlagenschutz

mit

Forderung nach

Selektivität

t

k1

cn

Verteilerschalter

3

k2

2

k2

2* Leistungs- 3VL ≥ I k2 – × – × –

schalter für × – – × –

den Anlagen- × – – – ×

schutz ohne

Forderung nach

Selektivität

t

k2

cn

* 3 Varianten möglich,

Variante 3 bildlich dargestellt

4

5

3 Leistungs- 3WL ≥ I k2 × – × – ×

schalter für 3VL

den Anlagenschutz

mit

Forderung nach

Selektivität

t

k2

cn

Verbraucherschalter

M

3~

k3

M

3~

k3

4 Leistungs- 3RV1 ≥ I k3 × – – × –

schalter für

den Motorschutz

5 Leistungs- 3RA ≥ I k3 × – – × −

schalter und

Direktstarter

für den Motorschutz

t

t

cn

k3

cn

k3

Tabelle 2.4/11: Energieverteilung mit Leistungsschalter ohne Sicherungen

Starterkombinationen zusammen mit

dem Schütz vorgesehen. Die Schutzbereiche

der Schaltkombinationen aus

Leistungsschalter, Schütz und Überlastrelais

wurden in diesem Kapitel

bereits beschrieben. Weitere technische

Angaben sind den Herstellerunterlagen

zu entnehmen.

2/35

2


2.4.4 Leitungsschutzschalter

Aufgabe

Leitungsschutzschalter (LS-Schalter)

dienen in erster Linie dem Schutz von

Kabeln und Leitungen gegen Überlast

und Kurzschluss. Damit übernehmen

sie den Schutz elektrischer Betriebsmittel

gegen zu hohe Erwärmung

nach den relevanten Normen, z. B.

IEC 60364-4-43 / DIN VDE 0100-430.

Unter bestimmten Voraussetzungen

gewährleisten LS-Schalter im TN-

System auch den Schutz gegen

elektrischen Schlag bei zu hoher

Berührungsspannung durch Isolationsfehler,

z. B. nach IEC 364-4-41 /

DIN VDE 0100-410.

Einsatz

LS-Schalter werden in allen Verteilungsnetzen

sowohl im Zweckbau als

auch in der Industrie eingesetzt. Den

vielfältigen Anforderungen der unterschiedlichen

Anwendungsgebiete und

-fälle werden sie durch verschiedene

Ausführungen und mithilfe von umfassendem

Zubehör gerecht, z. B.

Hilfsstrom- und Fehlersignalschaltern,

Arbeitsstromauslösern usw.

Auslösecharakteristik

Je nach Anwendungsfall, bezogen auf

das im zu schützenden Stromkreis

angeschlossene Betriebsmittel, stehen

vier Auslösecharakteristiken (A, B, C

und D) zur Verfügung.

1. Bedingung 2. Bedingung

b ≤ n ≤ z

b

Zeit t

2 ≤ 1,45· z

z

n 2 1,45· z

1

Auslösecharakteristik A eignet sich

besonders für den Schutz von

Wandlern in Messkreisen, für Stromkreise

mit elektronischer Regelung

sowie bei der Forderung nach

Abschalten innerhalb 0,4 s nach

IEC 60364-4-41 / DIN VDE 0100-410.

Auslösecharakteristik B ist die

Standardcharakteristik für Steckdosenstromkreise

im Wohn- und

Zweckbau.

Auslösecharakteristik C ist von Vorteil

beim Einsatz von Betriebsmitteln

mit höheren Einschaltströmen,

wie z. B. Lampen und Motoren.

Auslösecharakteristik D ist angepasst

an stark impulserzeugende

Betriebsmittel wie Transformatoren,

Magnetventile oder Kondensatoren.

2

3

3

4 5

Grafik 2.4/11: Prinzipdarstellung der Bezugswerte von Leitungen und Schutzeinrichtung

I b

I z

1,45·I z

I n

I 1

I 2

I 3

I 4

I 5

Wirkungsweise

Zu erwartender

Betriebsstrom, d.h. durch

den Verbraucher bestimmter

Strom bei ungestörtem

Betrieb

Zulässiger Dauerbelastungsstrom

für einen Leiter,

bei dem die Dauergrenztemperatur

der Isolierung

nicht überschritten wird

Maximal zulässiger, zeitlich

begrenzter Überlaststrom,

bei dem das kurzzeitig

auftretende Überschreiten

der Dauergrenztemperatur

noch nicht zur sicherheitsrelevanten

Reduzierung der

Isolationseigenschaft führt

Bemessungsstrom, d.h.

der Strom, für den der

Leitungsschutzschalter

bemessen ist und auf den

sich andere Bemessungsgrößen

beziehen

(Einstellwert)

Kleiner Prüfstrom, d.h. der

Strom, der unter definierten

Bedingungen nicht zur

Abschaltung führt

Großer Prüfstrom, d.h. der

Strom, der unter definierten

Bedingungen innerhalb

einer Stunde (I n ≤ 63 A)

abgeschaltet wird

Toleranzeingrenzung

Haltestrom des

unverzögerten

elektromagnetischen Überstromauslösers

(Kurzschlussauslöser)

Auslösestrom des unverzögerten

elektromagnetischen

Überstromauslösers (Kurzschlussauslöser)

Leitungsschutzschalter sind Schutzschalter

für Handbetätigung mit

Überstrom-Fernauslösung (thermischer

Überstrom-Schnellauslöser).

Mehrpolige Geräte sind außen

mechanisch über die Griffe und

gleichzeitig innen über die Auslöser

gekoppelt.

2/36

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Normen

Internationale Basis-Norm ist IEC

60898. Darauf beruht die nationale

Norm DIN VDE 0641-11. Die Baugrößen

sind in DIN 43880 beschrieben.

Für den Personenschutz sind die relevanten

Normen, z. B. für die Abschaltbedingungen

nach IEC 60364-4-41 /

DIN VDE 0100-410, einzuhalten.

Ausführungen

LS-Schalter gibt es in den verschiedensten

Ausführungen: 1-polig, 2-polig, 3-

polig und 4-polig sowie mit geschaltetem

Neutralleiter 1-polig+N und

3-polig+N. Gemäß der Vorzugsreihe

nach IEC 60898 und nach DIN 43880

sind den LS-Schaltern folgende

Bemessungsströme zugeordnet:

Geräte mit Bautiefe 55 mm

0,3 A bis 63 A

Geräte mit Bautiefe 70 mm

0,3 A bis 125 A

Nachträglich anbaubar sind je nach

Gerätebauart Hilfsstromschalter (HS),

Fehlersignalschalter (FS), Arbeitsstromauslöser

(AA), Unterspannungsauslöser

(UA) und Fehlerstrom-

Schutzeinrichtungsblock (FI-Block).

Durch den Anbau eines FI-Blocks an

den LS-Schalter erhält man eine FI/LS-

Kombination, die als komplettes

System sowohl Leitungsschutz als

auch Schutz gegen elektrisch

gezündete Brände sowie Personenschutz

beim indirekten und direkten

Berühren bietet.

Hilfsstromschalter melden den Schaltzustand

des LS-Schalters und geben

Auskunft darüber, ob eine Hand- oder

automatische Ausschaltung vorgenommen

wurde. Fehlersignalschalter

zeigen die Ausschaltung des LS-

Schalters durch Überlast oder Kurzschluss

an. Arbeitsstromauslöser sind

zur Fernschaltung von LS-Schaltern

geeignet. Unterspannungsauslöser

schützen im Stromkreis liegende

Verbraucher gegen die Auswirkungen

einer zu niedrigen Versorgungsspannung.

Durch Anschluss des Hilfsstromschalters

und Fehlersignalschalters an

einen instabus KNX/EIB-Binäreingang

können die Signale auch in ein

instabus KNX/EIB-System (z. B.

GAMMA instabus) eingelesen werden.

Mittels instabus KNX/EIB-Binärausgang

kann über den Arbeitsstromauslöser

der LS-Schalter auch über

instabus KNX/EIB fernausgelöst

werden.

Je nach Bauart haben Siemens-LS-

Schalter folgende weitere Merkmale:

sehr gute Strombegrenzung und

Selektivität

beidseitig identische Klemmen zum

wahlweisen Einspeisen oben oder

unten

werkzeuglose Montage und Demontage

schnelles und einfaches Lösen aus

dem Verbund möglich

Finger- und Handrückensicherheit

der Klemmen nach VDE 0106-100

Kombiklemmen zum gleichzeitigen

Anschließen von Sammelschienen

und Zuleitungen

Hauptschaltereigenschaften nach

IEC 60204 / VDE 0113

separate Schaltstellungsanzeige

LS-Schalter in Wechselstromausführung

sind für alle Wechsel- und Drehstromnetze

bis zu einer Spannung

240/415 V und alle Gleichstromnetze

bis 60 V (1-polig) und 120 V (2-polig)

geeignet.

Die Bemessungsspannung der

LS-Schalter beträgt AC 230/400 V.

LS-Schalter in Allstromausführung

sind auch für DC 220 V (1-polig) und

DC 440 V (2-polig) einsetzbar.

Damit im Fehlerfall die Leiterisolierungen

nicht beschädigt werden, dürfen

die Temperaturen bestimmte Werte

nicht überschreiten. Dies sind für PVC-

Isolierungen dauernd 70 °C bzw.

160 °C für maximal 5 s (Kurzschlussfall).

Für den Überstromschutz der Leitungen

haben die LS-Schalter üblicherweise

zwei unabhängige Auslöser. Im

Überlastfall schaltet ein Bimetall

entsprechend der Stromstärke zeitverzögert

ab. Ist jedoch ein bestimmter

Schwellwert im Kurzschlussfall überschritten,

schaltet ein elektromagnetischer

Überstromauslöser sofort ohne

Verzögerung ab. Der Auslösebereich

(Zeit-Strom-Grenzband) der LS-Schalter

nach IEC 60898 / DIN VDE 0641-11

wird über Kenngrößen I 1 bis I 5 (Grafik

2.4/12) festgelegt. Die Kenngrößen I b ,

I z der Leitung (siehe Grafik 2.4/11)

stehen dazu in Beziehung.

Mit dem Erscheinen der Norm

IEC 60898 sind international neue

Charakteristiken B, C und D festgelegt

worden. Diese wurden auch von

DIN VDE 0641-11 übernommen.

Die neuen Auslösebedingungen der

LS-Schalter erleichtern die Zuordnung

zu den Leiterquerschnitten. In den

relevanten Normen, beispielsweise

IEC 60364-4-43 / DIN VDE 0100-430,

sind folgende Bedingungen aufgeführt:

Bemessungsstromregel

I b ≤ I n ≤ I z

Auslösestromregel

I 2 ≤ 1,45 x I z

Da bei den neuen Kennlinien die

zweite Bedingung durch die Kennlinienfestlegung

automatisch erfüllt ist

(I z = I n gesetzt), braucht der LS-Schalter

nur noch nach der vereinfachten

Beziehung I n ≤ I z ausgewählt zu

werden.

2/37

2


Bemessungs- Bemessungsstrom I n des I z (Leitung)

querschnitt q n LS-Schalters bei Schutz von Zulässiger Dauerbelastungsstrom bei

2 belasteten Leitern 3 belasteten Leitern 2 belasteten Leitern 3 belasteten Leitern

mm 2 A A A A

1,5 16 16 19,5 17,5

2,5 25 20 27 24

4 32 32 36 32

6 40 40 46 41

10 63 50 63 57

16 80 63 85 76

25 100 80 112 96

35 125 100 138 119

Tabelle 2.4/12: Zuordnung von Leitungsschutzschaltern zu Leiterquerschnitten

Beispiel: Stegleitung, mehradrige Leitung auf bzw. in der Wand, Verlegeart C* ) bei + 30 ºC Umgebungstemperatur

* Verlegeart C nach IEC 60364-5-52 / DIN VDE 0298-4: Die Leitungen sind dabei so befestigt,

dass der Abstand zwischen ihnen und der Wandoberfläche kleiner als der 0,3-fache Außendurchmesser der Leitungen ist.

Daraus folgend kann eine neue Zuordnung

zwischen Bemessungsströmen

von LS-Schaltern und Leiterquerschnitten

(Grafik 2.4/12) angegeben

werden, bezogen auf eine Umgebungstemperatur

von + 30 °C, wie sie

nach IEC 60364-4-43 / DIN VDE 0100-

430 gilt, und in Abhängigkeit der

Verlegart und -häufung.

Siemens-LS-Schalter stehen dem

Anwender mit den Auslösecharakteristiken

B, C und D unter anderem mit

dem VDE-Zeichen auf Basis des CCA-

Verfahrens (CENELEC-Certification-

Agreement) zur Verfügung.

In Grafik 2.4/12 sind alle Auslösecharakteristiken

dargestellt. Aufgrund der

Lage der Auslösebänder nimmt von

Kennlinie A nach D

die Strompulsfestigkeit zu,

die zulässige Leitungslänge für den

Personenschutz ab.

Temperatureinfluss

Die Auslösekennlinien sind nach den

Normen bei einer Umgebungstemperatur

von +30 °C definiert. Bei höheren

Temperaturen verschiebt sich die

thermische Auslösekennlinie in Grafik

2.4/12 nach links, bei tieferen Tempe-

Zeit t

Minuten

Sekunden

300

60

10

1

10

5

1

0,4

0,1

1

2

4

LS-Schalter

Auslösecharakteristiken B, C, D nach

IEC 60898 / DIN VDE 0641-11

1)

1)

A B C D Erfüllt die Anforderungen

1.13 x n1.13 x n 1.13 x n 1.13 x

von IEC 60364-4-41 /

1 (t > 1h)

n

DIN VDE 0100-410

2 (t < 1h) 1.45 x n 1.45 x n 1.45 x n 1.45 x n

4 (t > 0,1s)

3

3

2 x n

5 (t < 0,1s) 3 x n

A B C D

5 5 5 5

4 4 4

3 x n

5 x n

5 x n

10 x n

0,01

1 2 3 4 6 8 10 20 30 40 60 80 100

x Bemessungsstrom n

Grafik 2.4/12: Zeit-Strom-Grenzbereiche von LS-Schaltern

10 x n

20 x n

Abschaltbedingung nach

IEC 60364-4-41

DIN VDE 0100-410

2/38

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

raturen nach rechts. Das bedeutet,

dass die Auslösung schon bei niedrigeren

Strömen (höhere Temperatur)

oder erst bei höheren Strömen (niedrigere

Temperatur) wirksam wird.

Dies ist besonders zu beachten in

heißen Räumen bei Einbau in gekapselte

Verteiler, in denen sich durch die

Stromwärmeverluste der eingebauten

Geräte höhere Temperaturen ergeben

können, und bei im Freien stehenden

Verteilern. LS-Schalter können bei

Temperaturen von –25 °C bis +55 °C

eingesetzt werden. Die relative Luftfeuchtigkeit

darf 95 % betragen.

Klimabeständigkeit

Siemens-LS-Schalter sind gemäß der

Norm IEC 68-2-30 klimabeständig. Sie

wurden mit sechs Klimazyklen erfolgreich

geprüft.

Schutzart

Da LS-Schalter vorwiegend in Verteiler

eingebaut werden, muss ihre Schutzart

den Anforderungen der jeweiligen

Raumart entsprechen. LS-Schalter

außerhalb einer Kapselung erreichen

mit entsprechenden Klemmenabdeckungen

die Schutzart IP30 nach

IEC 60529 / DIN VDE 0470-1.

Alle LS-Schalter sind mit einer Schnappbefestigung

für die schnelle Montage

Normen

IEC 60898/

DIN VDE 0641-11

auf 45 mm breiten Hutschienen nach

DIN EN 50022 ausgerüstet. Einige

Ausführungen lassen zusätzlich das

Aufschrauben auf Montageplatten zu.

Montage

Bei einigen Reihen steht ein werkzeuglos

von Hand zu betätigendes

Schnellmontage- und -lösesystem zur

Verfügung, welches sogar das Lösen

von einzelnen LS-Schaltern aus dem

verschienten Verbund ermöglicht.

Bemessungsschaltvermögen

Ein wesentliches Leistungsmerkmal

der LS-Schalter ist neben der Kennlinientreue

das Bemessungsschaltvermögen.

Die Einteilung erfolgt nach

IEC 60898 / DIN VDE 0641-11 in Schaltvermögensklassen

und gibt Auskunft

darüber, bis zu welcher Höhe Kurzschlussströme

abgeschaltet werden

können (Tabelle 2.4/13). Siemens-LS-

Schalter bieten je nach Ausführung

Bemessungsschaltvermögenswerte bis

zu 25.000 A mit VDE-Approbation.

Energiebegrenzungsklassen

Als Aussage über die Selektivität zu

vorgeschalteten Sicherungen werden

LS-Schalter der Charakteristiken B und

C bis 40 A entsprechend dem Grad

ihrer Strombegrenzung in drei Energiebegrenzungsklassen

eingeteilt.

Bemessungsschaltvermögensklassen

1500 A

3000 A

4500 A

6000 A

10000 A

15000 A

20000 A

25000 A

Tabelle 2.4/13: Bemessungsschaltvermögensklassen bei Leitungsschutzschaltern

Die zulässigen Durchlass-I 2 t-Werte

sind den Normen IEC 60898 /

DIN VDE 0641-11 zu entnehmen.

Laut den technischen Anschlussbedingungen

(TAB) der deutschen Versorgungsnetzbetreiber

(VNB) werden in

Haushalts- und Zweckbauverteilern

nach dem Zähler nur LS-Schalter mit

einem Bemessungsschaltvermögen

von mindestens 6000 A und der

Energiebegrenzungsklasse 3 eingesetzt,

da die Hausanschlusssicherung

pro Wohneinheit immer ≤ 63 A ist und

damit den Backup-Schutz gewährleistet.

Die Geräte müssen die Aufschrift

tragen:

Selektivität

Selektivität bedeutet, dass im Fehlerfall

nur das Schutzorgan abschaltet,

welches dem Fehlerort im Verlauf des

Strompfades am nächsten liegt. Damit

kann in parallel liegenden Stromkreisen

der Energiefluss aufrechterhalten

werden. In Grafik 2.4/13 ist der Stromverlauf

einer Abschaltung in Bezug

auf die Energiebegrenzungsklassen

schematisch dargestellt. Der Siemens-

LS-Schalter B 16 begrenzt die Energie

auf wesentlich niedrigere Werte als

für die Energiebegrenzungsklasse 3

vorgeschrieben.

Grafik 2.4/13 zeigt die Selektivitätsgrenzen

von LS-Schaltern mit verschiedenen

Energiebegrenzungsklassen

durch den Schnittpunkt der

LS-Abschaltkennlinie mit der Schmelzkennlinie

der Sicherung. Auch wirkt

sich die sehr wirksame Energiebegrenzung

des LS-Schalters auf die bessere

Selektivität zur vorgeschalteten Sicherung

aus.

Kurve B 16 gilt für Siemens-LS-Schalter

16 A, Auslösecharakteristik B.

2/39

2


Transformator

Zulässiger Wert

2 2

t der Leitung 1,5 mm

Sicherung

LS-Schalter

[A 2 s]

2 t

10 4

DIAZED 50 A

1

2

3

B 16

[A]

i

k

i

eff

B 16

3 2 1

Sinus-Halbwelle

0 5

t

10

[ms]

10 3

10 -1 3 6

0

10

3

k

6

1

10

[kA]

1 2 3

Grafik 2.4/13: Selektivität von LS-Schaltern der Energiebegrenzungsklassen und zu Vorsicherungen.

Kurve B16 gilt für Siemens-Schalter 16 A, Auslösecharakteristik B.

Backup-Schutz

Übersteigt der Kurzschlussstrom an

der Einbaustelle des LS-Schalters

dessen Bemessungsschaltvermögen,

muss ihm ein weiteres Kurzschlussschutzorgan

vorgeschaltet werden.

Ohne die Funktionsfähigkeit des LS-

Schalters in solchen Fällen zu beeinträchtigen,

wird das Schaltvermögen

der Kombination bis zu 50 kA erhöht.

In einigen Ländern werden zunehmend

anstelle von NH-Sicherungen

Leistungsschalter vorgeschaltet,

wobei je nach Typ das gemeinsame

Schaltvermögen stark reduziert wird.

Obwohl Leistungsschalter hohes

eigenes Bemessungsausschaltvermögen

besitzen, schalten sie im

Bereich des Grenzschaltvermögens

der LS-Schalter (6 kA / 10 kA) noch

nicht genügend strombegrenzend,

sodass sie wenig Unterstützung bieten

können. So sind die Leitungsschutzschalter

der Bemessungsströme 6 A

bis 32 A durch vorgeschaltete Leistungsschalter

nur bis zum definierten

Bemessungsschaltvermögen des LS-

Schalters geschützt (Backup-Schutz).

Weitere Informationen über BETA

LS-Schalter; Katalog ET B1:

„BETA Niederspannungs-Schutzschalttechnik“,

Bestell-Nr. E86060-K8220-A101-A8

2/40

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

2.5 Selektivität in

Niederspannungsnetzen

Nachweis der Selektivität ist gefordert

in IEC 60364-7-710 bzw. DIN VDE

100-710 und -718.

Bei zwei in Reihe geschalteten Schutzgeräten

besteht volle Selektivität,

wenn im Fehlerfall nur das unmittelbar

vor dem Fehlerfall befindliche

Schutzgerät abschaltet.

Zwei Arten von Selektivität werden

unterschieden:

Teilselektivität lt. IEC 60947-2, VDE

660-101: Überstromselektivität von

zwei Überstromschutzeinrichtungen

in Reihe, wobei bis zu einem gegebenen

Überstromwert die Schutzeinrichtung

auf der Lastseite den

Schutz übernimmt, ohne dass die

andere Schutzeinrichtung wirksam

wird.

Volle Selektivität lt. IEC 60947-2,

VDE 660-101: Überstromselektivität

von zwei Überstromschutzeinrichtungen

in Reihe, wobei die Schutzeinrichtung

auf der Lastseite den

Schutz übernimmt, ohne dass die

andere Schutzeinrichtung wirksam

wird.

Selektivitätsarten

Stromselektivität

Selektives Abschalten durch Staffelung

der unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser

I i -Leistungsschalter

mit I i -Charakteristik.

Zeitselektivität

Staffelung der einstellbaren Auslösezeiten

(t sd im S-Teil) der Kurzschlussauslöser.

Dies gilt für Standard-

als auch für optionale Kennlinien.

Leistungsschalter mit

LSI-Charakteristik. Einsatz häufig in

Hauptverteilungen und Übergängen

mit Geräten unterschiedlicher

Hersteller notwendig.

Dynamische / Energie-Selektivität:

Selektivität basierend auf der

Betrachtung der Durchlassenergie des

nachgeordneten Gerätes und der

Auslöseenergie des vorgeordneten

Schutzorgans.

Selektivitätsbestimmung

Nach IEC 60947-2, Anhang A und VDE

660-101 ist die Bestimmung bzw. der

Nachweis der gewünschten Selektivitätsart

in zwei Zeitbereiche aufgeteilt.

Zeitbereich ≥ 100 ms:

Der Zeitbereich ≥ 100 ms kann durch

Kennlinienvergleich im L- bzw-

S-Bereich erfolgen. Unter Beachtung

der Toleranzen, erforderlichen Schutzeinstellungen,

Darstellung im gleichen

Maßstab etc.

Zeitbereich < 100 ms:

In der Norm ist die Selektivität in

diesem Bereich durch Prüfung nachzuweisen.

Da der Zeit- und Kostenaufwand

sehr hoch ist, wenn unterschiedliche

Geräte in Energieverteilungen

eingesetzt werden, sind die

Selektivitätsgrenzwerte meist nur von

namhaften Geräteherstellern verfügbar.

Daher werden in der Praxis häufig

die jeweiligen Durchlassströme mit

den Ansprechströmen bzw. die Durchlassenergien

der Schutzgeräte verglichen.

Dies setzt natürlich voraus,

dass die Werte der Gerätehersteller

vorliegen und entsprechend exakt

betrachtet werden.

Kennlinienvergleich

Für den Kennlinienvergleich stehen

drei Diagrammarten zur Verfügung:

Zeit-Strom-Diagramm

Durchlasstrom-Diagramm

Durchlassenergie-Diagramm

Traditionell werden wegen der

Betrachtung über mehrere Größenordnungen

hinweg die Kennlinien und

deren Vergleich üblicherweise auf

doppelt logarithmischem Papier

durchgeführt.

Alle Kennlinien – wenn nicht bereits

vom Hersteller vorgegeben – müssen

für eine sichere Selektivitätsbestimmung

mit einem Toleranzband versehen

werden. Bei Schaltgeräten sind

nach IEC 60947-2 / VDE 0660-101 für

den unverzögerten Überstromauslöser

± 20 % Toleranz zu berücksichtigen.

Für den elektromechanischen

Überlastauslöser sind die teilweise

erheblich reduzierten Ansprechzeiten

bei betriebswarmem Zustand in

Rechnung zu stellen.

Selektivitätsgrenzwertbestimmung

Grundsätzlich können alle Selektivitätsgrenzwerte

zwischen zwei Schutzgeräten

durch Messungen bzw. Tests

ermittelt werden. Insbesondere bei

der Beurteilung im Kurzschlussfall

sind solche Messungen aufgrund der

schnellen Schaltvorgänge bei der

Verwendung strombegrenzender

Schutzgeräte nahezu unumgänglich.

Diese Messungen können jedoch

einen beträchtlichen Aufwand verursachen,

weshalb viele Hersteller

entsprechende Selektivitätstabellen

ihrer Schaltgeräte veröffentlichen.

Bei Benutzung von SIMARIS design

werden alle Kriterien für Siemens-

Produkte automatisch berücksichtigt.

2.5.1 Selektivität in

Strahlennetzen

Selektivität in Reihe liegender

Sicherungen

Die Einspeiseleitung und die von der

Sammelschiene eines Verteilers abgehenden

Abzweige führen unterschiedliche

Betriebsströme und haben

daher auch verschiedene Querschnitte.

Sie werden somit üblicherweise

mit Sicherungen unterschied-

2/41

2


licher Bemessungsströme geschützt,

welche aufgrund ihres unterschiedlichen

Ansprechverhaltens eine Selektivität

ermöglichen.

Selektivität in Reihe liegender

Sicherungen gleicher

Betriebsklasse

Die Selektivität bei Verwendung von

Sicherungen gleicher Betriebsklasse –

z. B. gL bzw. gG – ist grundsätzlich

über den gesamten Überstrombereich

bis zum Bemessungsschaltvermögen

gewährleistet (volle Selektivität),

wenn sich die Bemessungsströme um

den Faktor 1,6 oder mehr unterscheiden

(Grafik 2.5/1). Bei hohen Kurzschlussströmen

sollten die Stromwärmewerte

(I 2 t-Werte) verglichen werden.

Im dargestellten Beispiel wäre auch

eine 160-A-NH-Sicherung zu einer

100-A-NH-Sicherung voll selektiv.

Selektivität in Reihe liegender

Leistungsschalter

Eine Selektivität kann durch Staffelung

der Ansprechströme der unverzögerten

Überstromauslöser (I-Auslöser)

erreicht werden (Grafik 2.5/2). Voraussetzung

hierfür ist:

Stromstaffelung bei verschieden

hohen Kurzschlussströmen

Die Kurzschlussströme sind bei einem

Kurzschluss an den jeweiligen Einbaustellen

der Leistungsschalter ausreichend

unterschiedlich.

Stromstaffelung bei unterschiedlich

eingestellten I-Auslösern

Die Bemessungsströme und damit die

I-Auslöser-Werte des vor- und nachgeordneten

Leistungsschalters unterscheiden

sich entsprechend.

5-Sekunden-Abschalt- und

-Leitungsschutzbedingungen

Unter Berücksichtigung der 5-Sekunden-Abschaltbedingung

nach IEC

200 A

(160)

k =1300 A

50 A 50 A 100 A

K1

a) Selektives Heraustrennen

der Kurzschlussstelle K1

k = 1300 A

60364-4-41/DIN VDE 0100-410 oder

der 5-Sekunden-Leitungsschutzbedingung

nach IEC 60364-4-43/DIN VDE

0100-430 (wenn der Leitungsschutz

nicht anders sichergestellt werden

kann) ist es im Allgemeinen erforderlich,

die I-Auslöser-Einstellung kleiner

I kmin –20 % zu wählen, um beim

kleinsten Kurzschluss an den Eingangsklemmen

des nachgeordneten

Leistungsschalters Q1 eine Abschaltung

innerhalb der geforderten Zeit

sicherzustellen.

Über den Kennlinienvergleich bei der

Stromstaffelung lässt sich nur eine

Teilselektivität nachweisen, da die zu

Recht oft gestrichelte Kennliniendarstellung

im Bereich < 100 ms aufgrund

der komplizierten dynamischen

Schalt- und Auslösevorgänge eine

Selektivitätsaussage nicht zulässt.

[s]

t s

1,4

0,03

100 A

Gr.00

200 A

Gr.1

1,37 s

10 1 10 2 10 3 10 4

1,3

[A]

b) Schmelzzeiten bei k = 1300 A

Grafik 2.5/1: Selektivität in Reihe liegender NH-Sicherungen gleicher Betriebsklasse (Beispiel)

Selektivität durch Leistungsschalterkoordination

(dynamische Selektivität)

Bei schnellen Vorgängen, z. B. im

Kurzschlussfall, haben beim Zusammenwirken

von in Reihe geschalteten

Schutzgeräten, insbesondere bei

Verwendung vom Strombegrenzern,

die dynamischen Vorgänge im Stromkreis

und in den elektromechanischen

Auslösern einen wesentlichen Einfluss

auf das Selektivitätsverhalten.

Schaltet das nachgeordnete strombegrenzende

Schutzgerät so schnell

ab, dass der Durchlassstrom zwar den

Ansprechwert des vorgeordneten

Schutzgerätes kurzzeitig überschreitet,

diese Zeit aber nicht ausreicht, um

den „mechanisch trägen“ Auslöser zu

entklinken, so besteht ebenfalls

Selektivität. Der Durchlassstrom ist

abhängig vom Stoßkurzschlussstrom

und den Strombegrenzungseigenschaften.

Selektivitätsgrenzen von zwei in

Reihe liegenden Leistungsschaltern

Für jede Schalterkombination lässt

sich ein maximaler Kurzschlusswert –

die Selektivitätsgrenze – ermitteln, bis

zu dem der nachgeordnete Leistungs-

2/42

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

S r = 400 kVA

bei 400 V,

50 Hz

u kr = 4%

r = 577 A

k = 15 kA

= 10 kA

k

Q2

e = 600 A

(L-Auslöser)

e = 4000 A

(I-Auslöser)

[s]

Öffnungszeit t

10 4

10 2

min.

10 3

101

10 2

10 0

10 1

L

L

I

II

II

5,0 kA Q1

I

e = 60 A

(L-Auslöser)

e = 720 A

(I-Auslöser)

10 0

10 -1

2,1 kA

M

3~

a) Übersichtsschaltplan

Q1 Leistungsschalter für den Motorschutz

(strombegrenzend)

Q2 Leistungsschalter (Nullpunktlöscher)

10 -2

4

5 10 2 2 5 10 3 2 5 10 4 2 5

Strom [A]

b) Auslösekennlinien

L Stromabhängig verzögerter Überlastauslöser

I Unverzögerter elektromagnetischer Überstromauslöser

Grafik 2.5/2: Stromselektivität von zwei in Reihe liegenden Leistungsschaltern bei verschieden hohen Kurzschlussströmen (Beispiel)

schalter schneller und alleine – selektiv

– abschaltet.

Die Selektivitätsgrenze kann weit über

dem Ansprechwert des unverzögerten

Überstromauslösers im vorgeordneten

Leistungsschalter liegen (siehe Grafik

2.5/3).

Unabhängig davon sind die Selektivität

im Überlastfall durch den Kennlinienvergleich

und die Auslösezeiten

nach den einschlägigen Vorschriften

zu überprüfen.

Mit der dynamischen Selektivität im

Kurzschluss ist im Allgemeinen nur

eine Teilselektivität erreichbar. Diese

kann ausreichend sein (volle Selektivität),

wenn der maximale Kurzschlussstrom

an der Stelle des nachgeordneten

Schutzgerätes kleiner ist

als die ermittelte Selektivitätsgrenze.

Die Berücksichtigung der dynamischen

Selektivität ist eine gute Möglichkeit,

bei Teilselektivität, wie sie bei

der Stromstaffelung aufgrund der

Abschaltbedingung meist entsteht,

volle Selektivität nachzuweisen, ohne

Schaltgeräte mit kurzverzögerten

Überstromauslösern einsetzen zu

müssen (siehe Grafik 2.5/2).

Selektivität durch kurzverzögerte

Überstromauslöser

(Zeitstaffelung)

Ist eine Stromstaffelung nicht möglich

und lässt sich diese auch durch eine

Schaltgeräteauswahl nach Selektivitätstabellen

(dynamische Selektivität)

nicht erreichen, so kann Selektivität

durch Zeitstaffelung von kurzverzögerten

Überstromauslösern ermöglicht

werden. Hierzu werden sowohl

die Auslöseverzögerungen als auch

die entsprechenden Ansprechströme

gestaffelt.

Zeitstaffelung bei annähernd

gleich hohen Kurzschlussströmen

Der vorgeordnete Leistungsschalter

erhält kurzverzögerte Überstromauslöser

(S), damit im Fehlerfall nur der

nachgeordnete Leistungsschalter den

vom Fehler betroffenen Anlagenteil

vom Netz trennt. Zur Sicherstellung

der Selektivität bei annähernd gleich

2/43

2


Schalter Netz Verzögerungszeit

des S-Auslösers

3WL1

3WL1

3VL

3VL

3VL

3RV

M

300 ms

200 ms

100 ms

unverzögert

Grafik 2.5/3: Einzustellende Verzögerungszeit

des elektromagnetischen

kurzverzögerten S-Auslösers für

selektiven Kurzschlussschutz

hohen Kurzschlussströmen an den

Einbaustellen kann die Zeitstaffelung

eingesetzt werden. Hierzu werden

sowohl die Auslöseverzögerungen als

auch die Ansprechströme der Überstromauslöser

gestaffelt.

Im Beispiel Grafik 2.5/3 ist neben dem

Übersichtsplan mit vier in Reihe liegenden

Leistungsschaltern das dazugehörige

Staffeldiagramm dargestellt.

Die notwendige Staffelzeit, bei der

alle Toleranzen berücksichtigt werden,

hängt vom Arbeitsprinzip des

Auslösers und von der Bauart des

Leistungsschalters ab.

Elektronische S-Auslöser

Bei elektronischen kurzverzögerten

Überstromauslösern (S-Auslösern) ist

eine Staffelzeit von etwa 70 bis 100 ms

von Leistungsschalter zu Leistungsschalter

ausreichend, um auch alle

Toleranzen zu berücksichtigen.

t v

Ansprechstrom

Der Ansprechstrom des kurzverzögerten

Überstromauslösers sollte mindestens

auf das 1,45-Fache (2-mal je

20 % Toleranz, wenn vom Hersteller

nicht anders angegeben) des Wertes

des nachgeordneten Leistungsschalters

eingestellt werden.

I-Auslöser zusätzlich

Um die Kurzschlussbeanspruchung bei

sattem Kurzschluss am Leistungsschalter

herabzusetzen, kann man die

vorgeordneten Leistungsschalter

neben den kurzverzögerten zusätzlich

mit unverzögerten elektromagnetischen

Überstromauslösern versehen

(Grafik 2.5/4). Deren Ansprechstrom

muss so hoch gewählt werden, dass

die Auslöser nur bei unmittelbarem,

sattem Kurzschluss ansprechen und

im Normalfall nicht die selektive

Staffelung stören.

Zeitverkürzte Selektivitäts-

Steuerung

Um bei der Reihenschaltung mehrerer

Leistungsschalter unerwünscht lange

Auslösezeiten zu vermeiden, ist für

Leistungsschalter eine mikroprozessorgeführte

„zeitverkürzte Selektivitäts-Steuerung“

(ZSS) entwickelt

worden. Diese Steuerung ermöglicht

eine Reduzierung der Auslöseverzögerung

auf max. 50 ms für die der

Kurzschlussstelle vorgeordneten

Leistungsschalter.

In Grafik 2.5/5 ist das Prinzip und die

Funktionsweise der „ZSS“ dargestellt.

Ein Kurzschluss am Punkt K1 wird von

Q1, Q3 und Q5 erfasst. Bei aktivierter

„ZSS“ werden durch entsprechende

Kommunikationsleitungen Q3 durch

Q1 und Q5 durch Q3 vorübergehend

gesperrt. Da Q1 kein Sperrsignal

erhält, löst er bereits nach 10 ms aus.

Ein Kurzschluss am Punkt K2 wird nur

von Q5 erfasst; da er kein Sperrsignal

erhält, löst er bereits nach 50 ms aus.

Ohne „ZSS“ würde die Auslösung erst

nach 100 ms erfolgen.

Selektivität zwischen

Leistungsschalter und Sicherung

Bei Selektivitätsbetrachtungen mit

Sicherungen ist in den Zeit-Strom-

Kennlinien eine zulässige Toleranz

von ± 10 % in Stromrichtung zu

berücksichtigen.

Leistungsschalter mit nachgeordneter

Sicherung

Selektivitätsverhältnisse bei LI-Auslösern

und Sicherungen mit sehr

niedrigem Bemessungsstrom

Im Überlastbereich bis zum Ansprechstrom

I i des unverzögerten Überstromauslösers

ist Teilselektivität gegeben,

wenn die Sicherungskennlinie mit

ihrem oberen Toleranzband die Auslösekennlinie

des voll vorbelasteten,

thermisch verzögerten Überlastauslösers

(L) nicht berührt (Grafik 2.5/6).

Dabei ist – wenn vom Hersteller nicht

anders angegeben – für den betriebswarmen

Zustand eine Verringerung

der Auslösezeit bis auf 25 % zu berücksichtigen.

Volle Selektivität bei Verwendung von

Leistungsschaltern ohne kurzverzögerte

Überstromauslöser ist gegeben,

wenn der Durchlassstrom der

Sicherung I D nicht den Ansprechstrom

des unverzögerten Überstromauslösers

erreicht.* Dies ist allerdings nur

bei einer Sicherung zu erwarten,

deren Bemessungsstrom im Vergleich

zum Bemessungsdauerstrom des

Leistungsschalters sehr niedrig ist.

* Siehe Strombegrenzungsdiagramm

für NH-Sicherungen in

Seip, Günther G. (Hrsg.):

Elektrische Installationstechnik, 4. Aufl.,

Erlangen, 2000, Kap. 4, Abschnitt 4.1.1.

2/44

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

S n = 1000 kVA

bei 400 V,

50 Hz

[s]

Öffnungszeit t

u kr = 6%

n = 1445 A

k = 24,1 kA

10 3

Q3

t sd3 = 200 ms

i (20 kA)

10 4 L

10 2

Q1

L

Q2

L

Q3

Hauptverteiler

10 1

Unterverteiler

Q2

Q1

= 100 ms

t sd2

k = 17 kA

10 0

10 -1

S

t sd2 =

100 ms

S

t sd3 =

200 ms

M

~

k = 10 kA

10 -2

10 2 2 5 10 3 2 5 10 4 2 5

Strom

10 5

[A]

Grafik 2.5/4: Selektivität von drei in Reihe liegenden Leistungsschaltern mit Begrenzung der Kurzschlussbeanspruchung

durch einen zusätzlichen I-Auslöser im Leistungsschalter Q3

Q5

K2

A

E

t sd = 100 ms

t zss = 50 ms

[s]

Öffnungszeit t

10 4

10 3

Q1/Q2/Q4

Q3

Q5

10 2

Q3

A

E

t sd = 100 ms

t zss = 50 ms

Q4

A

E

t sd = 10 ms

t zss = t sd

10 1

10 0

t sd = 100 ms

Q1

A

E

K1

Q2

t sd = 10 ms

t zss = t sd

A

E

10 -1

10 -2

t zss

cn

t sd =

10 ms

Kommunikationsleitung

10 2

10 3

10 4 10 5

Strom [A]

Grafik 2.5/5: Prinzipdarstellung der „zeitverkürzten Selektivitäts-Steuerung“ (ZSS) von in Reihe oder parallel liegenden Leistungsschaltern

2/45

2


L

L

S

Q1

F1

Q1

F1

k

t

F1

Q1

Überstromgrenze

t

F1

Q1

Selektivitätsverhältnisse bei LS-

Auslösern und Sicherungen

größerer Bemessungsströme

Aufgrund der dynamischen Vorgänge

in elektromagnetischen Auslösern ist

auch absolute Selektivität mit Sicherungen

erreichbar, deren I D kurzzeitig

den Ansprechstrom übersteigen. Eine

sichere Selektivitätsaussage ist hier

jedoch wiederum nur durch Messungen

bei I möglich. Absolute Selektivität

erreicht man beim Einsatz von

Leistungsschaltern mit kurzverzögerten

Überstromauslösern (S-Auslöser),

L

L

sd

S

i

I

t A > 100 ms

t s

t sd

F1 Sicherung

Q1 Leistungsschalter

L Stromabhängig verzögerter

Überstromauslöser

I Unverzögerter elektromagnetischer

Überstromauslöser

i Ansprechstrom des I-Auslösers

Die Zeit-Strom-Kennlinien (Streubänder)

berühren sich nicht

Grafik 2.5/6: Selektivität zwischen Leistungsschalter und nachgeordneter Sicherung im Überlastbereich

L Überlastauslöser

S Kurzverzögerter Überstromauslöser

t A Sicherheitsabstand

sd Ansprechstrom des S-Auslösers

t s Schmelzzeit der Sicherung

t sd Verzögerungszeit des S-Auslösers

Grafik 2.5/7: Selektivität zwischen Leistungsschalter mit LS-Auslöser und nachgeordneter Sicherung;

Kurzschlussstrombereich

wenn die Kennlinien einschließlich

ihrer Toleranzen sich nicht berühren.

Im Allgemeinen reicht in der Praxis ein

Sicherheitsabstand von 100 ms der

Soll-Kennlinien (Grafik 2.5/7).

Selektivität zwischen Sicherung

und nachgeordnetem

Leistungsschalter

Selektivitätsverhältnisse im

Überlastbereich

Für Selektivität im Überlastbereich ist

zwischen dem unteren Toleranzband

der Sicherung und der Kennlinie des

stromabhängig verzögerten Überlastauslösers

ein Sicherheitsabstand von

t A ≥ 1 s erforderlich (Grafik 2.5/8).

Für den Kurzschlussfall muss berücksichtigt

werden, dass nach dem

Ansprechen der Auslöser im Leistungsschalter

auch noch während der

Lichtbogenzeit beim Ausschalten die

Sicherung weiter aufgeheizt wird.

Näherungsweise liegt die Selektivitätsgrenze

dort, wo ein Sicherheitsabstand

zwischen dem unteren Toleranzband

der Sicherung und der

Ansprechzeit des unverzögerten

Überstromauslösers bzw. der Verzögerungszeit

des kurzverzögerten

Überstromauslösers von 70 ms unterschritten

wird.

Selektivitätsverhältnisse im

Kurzschlussbereich

Eine sichere und meist auch höhere

Selektivitätsgrenze für den Kurzschlussbereich

lässt sich im I 2 t-Diagramm

ermitteln. Verglichen wird in

diesem der Maximalwert des Durchlass-I

2 t-Wertes des Leistungsschalters

mit dem Minimalwert des Schmelz-I 2 t-

Wertes der Sicherung (Grafik 2.5/9). Da

es sich um Maximal- und Minimalwerte

handelt, entfallen die Toleranzen.

Selektivität bei parallelen

Einspeisungen

Verbesserung der Selektivität bei

parallelen Einspeisungen

Bei parallelen Einspeisungen auf eine

Sammelschiene ergibt sich im fehlerbehafteten

Abzweig der Summenkurzschlussstrom

I k∑ , der sich aus den

Teilkurzschlussströmen I k Teil in den

einzelnen Einspeisungen zusammensetzt

und die Strombasis im Staffeldiagramm

(Grafik 2.5/10) bildet. Dies

gilt bei allen Fehlerarten.

Zwei gleiche Einspeisungen

Tritt im Abzweig nach dem Leistungsschalter

Q1 ein Kurzschluss auf, fließt

2/46

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

darüber der Summenkurzschlussstrom

I k∑ von beispielsweise ≤ 20 kA,

während die Einspeiseschalter Q2 und

Q3 bei mittig an der Sammelschiene

angeordnetem Abzweig und gleich

langen Einspeiseleitungen jeweils nur

die Hälfte davon, nämlich ≤ 10 kA,

führen.

Zusätzliche Stromselektivität bei

Transformator-Parallelbetrieb

Im Staffeldiagramm ist daher die Auslösekennlinie

der Leistungsschalter Q2

und Q3 auf die Strombasis des Leistungsschalters

Q1 zu beziehen.

Da sich der Summenkurzschlussstrom

im Idealfall (ohne Berücksichtigung

der Lastströme in den anderen Abzweigen)

bei Anordnung des Abzweigs

in der Sammelschienenmitte gleichmäßig

auf jede Einspeisung aufteilt,

kann die Auslösekennlinie der Leistungsschalter

Q2 bzw. Q3 optimal um

den Kennlinien-Verschiebungsfaktor 2

im Strommaßstab nach rechts bis zur

Linie I k∑ , der Basis für diesen Fehlerfall,

verlegt werden. Dadurch ergibt

sich neben der Zeitselektivität zusätzlich

auch Stromselektivität.

L

I

Leitungsschutzschalter

F1

Q1

t

F1

Q1

Q1

L

F1

Überlastgrenze

k

2 t

F1

Q1

Selektivitätsgrenze

I

t A ≥ 1 s

Sel

F1

Q1

L

I

t A

i

Sicherung

Leistungsschalter

Stromabhängig verzögerter

Überlastauslöser

Unverzögerter elektromagnetischer

Überstromauslöser

Sicherheitsabstand

Ansprechstrom des n-Auslösers

Die Zeit-Strom-Kennlinien (Streubänder)

berühren sich nicht

Grafik 2.5/8: Selektivität zwischen Sicherung und nachgeordnetem Leistungsschalter; Überlastbereich

Q1

F1

Sel

Leistungsschalter

(max. Durchlasswert)

Sicherung (min. Schmelzwert)

Selektivitätsgrenze

Grafik 2.5/9: Selektivität zwischen Sicherung und nachgeordnetem Leistungsschalter; Kurzschlussfall

T1

L

Q2

S

I

gleiche Leistung

r = 600 A

sd = 3000 A

i = 12000 A

k < 10 kA

kTeil

Q1

L

I

Q3 L S

I

r = 200 A

i = 2400 A

T2

k < 10 kA

[s]

t

10 4

10 3

10 2

10 1

10 0

10 -1

einzeln parallel

Q1 Q2 Q2+Q3

L L L

i

S

Basis

kTeil

k

t sd = 100 ms

(> 70 ms)

M ~

k

10 2 2

4

10 2 4 6 103

2 4 10 2 4

3 6

[A]

Grafik 2.5/10: Selektivität bei zwei gleichzeitig einspeisenden Transformatoren gleicher Leistung, Beispiel mit Abzweig in Sammelschienenmitte

2/47

2


T 2 T 3

fehlerbehaftete Transformatorabzweig

hoch- und niederspannungsseitig

abgeschaltet. Die Leistungsschalter

in den „gesunden“ Einspeisungen

bleiben in Betrieb.

T 1

Q2 Q3

Q1 L S

k S k k

< 30 kA < 15 kA < 15 kA

15 kA

15 kA

Grafik 2.5/11: Selektivität bei drei gleichzeitig

einspeisenden Transformatoren

Wird nicht mit der verschobenen

Kennlinie, sondern mit der des einzelnen

Schalters gearbeitet, muss

der exakte Kurzschlussstrom (Aufteilung)

berücksichtigt werden, der

über den Schalter fließt.

Bei nichtsymmetrischer Ausführung

und Anordnung der Einspeisungen

und Abzweige an den Sammelschienen

ist die Kurzschlussstromaufteilung

je nach Impedanzverhältnis der

Einspeiseleitungen unterschiedlich.

Dies ist für Sicherungsabzweige

besonders mit hoher Absicherung,

z. B. von 630 A bis 1000 A, von besonderer

Bedeutung. Es ist dabei darauf

zu achten, dass der Sicherheitsabstand

von ≥ 100 ms zwischen der

Auslösekennlinie des S-Auslösers und

der Schmelzzeit-Strom-Kennlinie der

NH-Sicherung nicht nur bei Parallelbetrieb,

sondern auch bei Einzelbetrieb

der Transformatoren gegeben ist.

Soll auch bei Betrieb mit einem Transformator

und bei allen Kurzschlussströmen

(1- bis 3-polig) Selektivität

erreicht werden, ist die Einstellung

der Auslöser von Leistungsschalter

Q1, Q2 und Q3 zu beachten.

Q1

k Teil 1

k ∑

Q3

k Teil 2

Aus Kostengründen sollte auch bei

kleineren und mittleren Sicherungs-

Bemessungsströmen nicht auf

S-Auslöser bei den Einspeise-Leistungsschaltern

verzichtet werden.

Drei gleiche Einspeisungen

Q2

Grafik 2.5/12: Kurzschlussaufteilung über den

Kuppelschalter Q3 bei zwei

Einspeisungen Q1 und Q2

Die Selektivitätsverhältnisse werden

bei Parallelbetrieb von drei Transformatoren

grundsätzlich durch die

zusätzlich gewonnene Stromselektivität

günstiger als bei zwei Einheiten,

denn der Kennlinien-Verschiebungsfaktor

liegt zwischen 2 und 3. Auch

hierbei werden zur Erzielung eindeutiger

Selektivitätsverhältnisse für den

Leistungsschalter in den Einspeisungen

LS-Auslöser benötigt.

Darüber hinaus sind zusätzlich noch

I-Auslöser zur Erfassung eines Fehlers

zwischen Transformator und Einspeiseschalter

gemäß Grafik 2.5/11 erforderlich.

Hierfür müssen die S-Auslöser

der Leistungsschalter Q1 bis Q3 auf

einen Wert < I k und die I-Auslöser > I k ,

aber < I k∑ eingestellt werden. Hierbei

sind die größten und kleinsten auftretenden

Fehlerströme zu beachten.

Durch die I-Auslöser wird dann nur der

Über Kuppelschalter parallel

geschaltete Einspeisungen

Kuppelschalter sollen folgende

Schutzaufgaben im Fehlerfall lösen:

Unverzögerte Auslösung bei Fehlern

im Bereich der Sammelschiene und

Entlastung der Abzweige von den

Wirkungen hoher Summen-Kurzschlussströme

Auswahl der Leistungsschalter

Die Auswahl der Schaltgeräte der

Abzweige sowie die Selektivitätsverhältnisse

werden wesentlich davon

bestimmt, ob als Kuppelschalter

Leistungsschalter mit Nullpunktlöschung,

also ohne Strombegrenzung,

oder mit Strombegrenzung

eingesetzt werden.

Strombegrenzende, schnell abschaltende

Kuppelschalter entlasten die

abgehenden Stromkreise von den

Wirkungen hoher unbegrenzter

Summen-Stoßkurzschlussströme I p

und lassen damit die Verwendung

leichter gebauter und kostengünstigerer

Leistungsschalter zu.

Einstellung der Überstromauslöser

in Kuppelschaltern

Um eindeutige Selektivitätsaussagen

bei relativ kleinen Kurzschlussströmen,

z. B. in den Abzweigen der

Unterverteiler, zu erhalten, sollten die

Überstromauslöser in Kuppelschaltern

möglichst hoch eingestellt werden.

Bei zwei Einspeisungen

Bei zwei Einspeisungen fließt über den

Kuppelschalter Q3 je nach Fehlerort

(linker oder rechter Sammelschienenabschnitt

oder -abzweig) jeweils nur

2/48

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Gesamtnetz

a) Fehler im Abzweig des mittleren b) Fehler im Abzweig des äußeren

Schienenabschnitts

Schienenabschnitts

Grafik 2.5/14 zeigt die Spannungsverhältnisse

in einer kurzschlussbehafteten

Niederspannungs-Schaltanlage bei

sattem Kurzschluss.

Q1

k Teil 1 k Teil 2 k Teil k Teil

Q2 Q3 Q1 Q2

Q3

Q4

Q5

Q4

Q5

3

2

k

k Teil

k ∑

k ∑

Bei einem Kurzschluss an der Stelle K1

(Grafik 2.5/14a) sinkt die Bemessungsbetriebsspannung

U e an der Sammelschiene

des Unterverteilers auf 0,13 x

U e , an der Sammelschiene des Hauptverteilers

auf 0,5 x U e . Den Fehler

schaltet der unmittelbar davor liegende

Leistungsschalter Q1 aus. Seine

Gesamtausschaltzeit beansprucht je

nach Schaltergröße und -typ bis 30 ms

bei Nullpunktlöschern, bei strombegrenzenden

Leistungsschaltern höchstens

10 ms.

Grafik 2.5/13: Aufteilung der Kurzschlussströme für die Einstellung des Überstromauslösers

– in den Kuppelschaltern Q4 und Q5 bei drei Einspeisungen und Fehlern a und b

– in den Abzweigen verschiedener Schienenabschnitte

der zugehörige Teilkurzschlussstrom

(z. B. I k Teil 2 ) wie in Grafik 2.5/12

dargestellt.

Bei drei Einspeisungen mit Fehler

Bei drei Einspeisungen sind die Verhältnisse

unterschiedlich, je nachdem,

welcher der beiden in Grafik 2.5/13a

und b dargestellten Abzweige fehlerbehaftet

ist.

Im mittleren Schienenabschnitt

Bei einem Fehler im Abzweig des

mittleren Schienenabschnitts (Grafik

2.5/13a) fließen über die Kuppelschalter

Q4 und Q5 etwa gleich große

Teilkurzschlussströme.

Im äußeren Schienenabschnitt

Bei einem Fehler im Abzweig des

äußeren Schienenabschnittes (Grafik

2.5/13b) fließen über den Kuppelschalter

Q4 zwei Teilkurzschlussströme.

Rechnergestützte Selektivitätsuntersuchung

Genaue Werte der Kurzschlussströme,

die über die Kuppelschalter fließen,

sind eine Voraussetzung für die optimale

Einstellung der Überstromauslöser.

Sie geben Aufschluss über

das selektive Verhalten bei einer

Vielzahl unterschiedlich hoher Fehlerströme

und werden über ein Rechnerprogramm

ermittelt und entsprechend

ausgewertet.

Selektivität und

Unterspannungsschutz

Tritt ein Kurzschluss auf, dann bricht

an der Kurzschlussstelle die Netzspannung

auf eine Restspannung zusammen,

die vom Fehlerwiderstand

abhängt. Bei sattem Kurzschluss wird

der Fehlerwiderstand und damit auch

die Spannung an der Kurzschlussstelle

praktisch zu null. Im Allgemeinen

treten aber bei Kurzschlüssen Lichtbögen

auf, die erfahrungsgemäß Bogenspannungen

von etwa 30 V bis 70 V

besitzen. Diese Spannung, ausgehend

vom Fehlerort, steigt in Richtung

Energiequelle im Verhältnis der dazwischen

liegenden Impedanzen an.

Bei einem Kurzschluss an der Stelle K2

(Grafik 2.5/14b) schaltet der

Leistungsschalter Q2 aus. Er ist mit

einem kurzverzögerten Überstromauslöser

(S) versehen. Die Verzögerungszeit

beträgt mindestens 100 ms.

Während dieser Zeit ist die

Bemessungsbetriebsspannung an der

Sammelschiene des Hauptverteilers

auf 0,13 x U e abgesunken.

Sinkt die Bemessungsbetriebsspannung

auf den 0,7- bis 0,35-fachen

Wert und dauert die Spannungsverminderung

länger als etwa 20 ms, so

schalten alle Leistungsschalter ab, die

mit einem Unterspannungsauslöser

versehen sind. Ebenso fallen alle

Schütze ab, wenn die Bemessungs-

Steuerspeisespannung länger als 5 ms

bis 30 ms unter 75 % ihres Bemessungswertes

zusammenbricht.

Ausschaltverzögerung für Schütze

und Unterspannungsauslöser

Damit der selektive Überstromschutz

nicht vorzeitig unterbrochen wird,

sind Unterspannungsauslöser und

Schütze mit Ausschaltverzögerung

erforderlich. Bei Leistungsschaltern

mit Strombegrenzung, deren Gesamtausschaltzeit

höchstens 10 ms beträgt,

kann darauf verzichtet werden.

2/49

2


a) Kurzschluss am Unterverteiler b) Kurzschluss am Hauptverteiler

Q3

Q3

0,13. Ue

Hauptverteiler

Q2

t v >

100 ms

Q2

0,13. Ue

0,5. Ue

80 m

3 x 95 mm 2 Cu

K2

Unterverteiler

Q1

K1

Q1

t v = 0

U e

t v

Bemessungsbetriebsspannung

Verzögerungszeit

Grafik 2.5/14: Spannungsverhältnisse einer kurzschlussbehafteten Niederspannungs-Schaltanlage mit Haupt- und Unterverteiler

k1

F1

a

F2

k2

k3 = k1+ k2

F3

K1

k3 +

k4

k

k4

b

k

k

Grafik 2.5/15: Kurzschlussbehaftetes Kabel

mit seinen zwei Einspeiseknotenpunkten

a und b

Grafik 2.5/16: Beispiel für ein vermaschtes Netz mit Mehrstrangeinspeisung

2/50

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

2.5.2 Selektivität in

Maschennetzen

In einem Maschennetz bestehen zwei

Selektivitätsaufgaben:

Es darf nur das kurzschlussbehaftete

Kabel aus dem Netz getrennt werden.

Bei einem Kurzschluss an den

Klemmen eines Einspeisetransformators

darf nur die Fehlerstelle aus

dem Netz herausgetrennt werden.

Knotenpunktsicherungen

In einem Niederspannungsmaschennetz

werden normalerweise Kabel

gleichen Querschnitts und damit

NH-Sicherungen der Betriebsklasse gL

c

a

b

K1

K2

K3

a HH-Sicherungen

b NS-Leistungsschalter

mit I²t-Kennlinie

im S-Auslöser

Knotenpunktsicherungen

Grafik 2.5/17: Prinzipschaltbild der Einspeisung

einer Maschennetz-Station

c

gleichen Typs und Bemessungsstroms

in den Knotenpunkten des Netzes

verwendet (Grafik 2.5/15).

Bei einem Kurzschluss (K1) auf dem

Maschennetzkabel fließen die Kurzschlussströme

I k3 und I k4 zur Fehlerstelle.

Der Kurzschlussstrom I k3 aus

dem Knotenpunkt a setzt sich aus den

Teilströmen I k1 und I k2 zusammen, die

je nach den Impedanzverhältnissen

sehr unterschiedlich sein können.

Zulässiges Stromwerteverhältnis

Selektivität der Sicherungen im Knotenpunkt

a ist gegeben, wenn die vom

Summenstrom I k3 durchflossene

Sicherung F3 durchschmilzt und die

vom Teilkurzschlussstrom I k1 oder I k2

durchflossene Sicherung F1 oder F2

betriebsbereit bleibt. Bei Siemens-NH-

Sicherungen (400 V, bis 400 A) liegt

das für hohe Kurzschlussströme

zulässige Stromverhältnis I k1 /(I k1 +I k2 )

bei 0,8.

Leistungstransformatoren im

Maschennetz

Einspeiseschalter

In einem vermaschten Netz im Mehrstrangbetrieb,

Grafik 2.5/16, d. h. mit

Speisung über mehrere Mittelspannungsleitungen

und Transformatoren,

soll bei einem Fehler in einer

Umspannstation oder in einer Mittelspannungsleitung

die Rückspeisung

vom Niederspannungsnetz zur Störstelle

verhindert werden. Dazu wurde

früher ein Maschennetzrelais (Rückleistungsrelais)

auf der Niederspannungsseite

der Transformatoren eingesetzt.

Heutzutage verwendet man

für diese Aufgabe Niederspannungsleistungsschalter

mit elektronischen

Auslösern, die z. B. einen S-Auslöser

mit einer I 2 t-Kennlinie besitzen.

Tritt an der Oberspannungsseite des

Transformators (Stelle K1) oder zwischen

Transformator und Maschennetzschalter

(Stelle K2) oder auf dem

Kabel (Stelle K3) ein Kurzschluss auf

(Grafik 2.5/17), dann spricht auf der

Oberspannungsseite die HH-Sicherung

an; auf der Unterspannungsseite fließt

zur Fehlerstelle – über den Niederspannungsleistungsschalter

mit I 2 t-

Kennlinie im S-Auslöser – eine Rückleistung.

Da über diesen Leistungsschalter

die Summe der Kurzschlussstromanteile

aller anderen Transformatoren

fließt, löst dieser Schalter

aufgrund der I 2 t-Kennlinie ausreichend

schnell und somit selektiv aus.

2/51

2


2.6 Schutz von

Kondensatoren

Kondensatoreinheiten müssen nach

IEC 60358/VDE 00560-4 dauernd für

den Betrieb mit einem Strom geeignet

sein, dessen Effektivwert das 1,3-

Fache des Stroms nicht übersteigt, der

bei sinusförmiger Bemessungsspannung

und Bemessungsfrequenz fließt.

Aufgrund dieser Dimensionierung

wird bei Kondensatoreinheiten in den

überwiegenden Anwendungsfällen

auf einen Überlastschutz verzichtet.

Kondensatoren in oberschwingungsbehafteten

Netzen

Nur in Netzen mit großen Oberwellenerzeugern

(z. B. Generatoren und

stromrichtergespeiste Antriebe)

können die Kondensatoren überlastet

werden. Die Kondensatoren bilden

mit der Reihenschaltung aus Transformator-

und Kurzschlussreaktanz des

übergeordneten Netzes einen Parallelschwingkreis.

Es kommt zu Resonanzerscheinungen,

wenn die Eigenfrequenz

dieses Schwingkreises mit der

Frequenz eines vom Stromrichter

erzeugten Oberschwingstroms übereinstimmt

oder in dessen Nähe liegt.

Verdrosselte Kondensatoren

Zum Vermeiden von Resonanzen

müssen die Kondensatoren „verdrosselt“

werden.* An die Stelle des reinen

Kondensators tritt ein LC-Schwingkreis,

dessen Resonanzfreqenz unterhalb

der im Laststrom vorhandenen

Oberschwingung mit der niedrigsten

Ordnungszahl (250 Hz) liegt. Hierdurch

wird die Kondensatoreinheit für

alle im Laststrom auftretenden Oberschwingungsströme

induktiv und

kann so mit der Netzreaktanz keinen

Resonanzkreis mehr bilden.

Einstellwerte des Überlastrelais

Werden zum Schutz gegen Überströme

thermisch verzögerte Überlastrelais

eingesetzt, kann der Auslösewert

auf das 1,3- bis 1,43-Fache des Kondensator-Bemessungsstroms

eingestellt

werden, da unter Berücksichtigung

der zulässigen Kapazitätsabweichung

der Kondensatorstrom das

1,1 x 1,3 = 1,43-Fache des Kondensator-Bemessungsstroms

betragen kann.

Bei wandlerbeheizten Überlastrelais

oder -auslösern wird wegen des veränderten

Übersetzungsverhältnisses

der Wandler durch die Oberschwingungen

ein höherer Sekundärstrom

fließen. Dadurch können Frühauslösungen

auftreten.

Absaugen der Oberschwingungen

durch Filterkreise

Eine andere Möglichkeit besteht

darin, das übergeordnete Netz weitgehend

durch Filterkreise von Oberschwingungen

zu befreien.** Die

Filterkreise sind ebenfalls Reihenresonanzkreise,

die jedoch im Gegensatz

zu den verdrosselten Kondensatoren

genau auf die Frequenzen der abzusaugenden

Oberschwingungsströme

abgestimmt sind. Die Impedanz wird

dadurch annähernd null.

Kurzschlussschutz

Zum Kurzschlussschutz werden in

Kondensatoreinheiten am häufigsten

NH-Sicherungen der Betriebsklasse gL

eingesetzt.

Um ein Ansprechen der Sicherungen

im Überlastbereich und beim Schalten

der Kondensatoren zu verhindern,

wählt man einen Sicherungs-Bemessungsstrom

vom 1,6- bis 1,7-fachen

Wert des Bemessungsstroms der

gleichzeitig geschalteten Kondensatorstufen.

Hinweis:

Sicherungen, Sicherungslasttrennschalter,

Kondensatoren und Schütze

sind bei der Planung aufeinander abzustimmen.

Empfehlenswert dabei ist,

geprüfte Komplettbausätze zu

verwenden (siehe Applikationshandbuch

– Grundlagenermittlung

und Vorplanung Kap. 5.8).

* Seip, Günther G. (Hrsg.): Elektrische

Installationstechnik, 4. Aufl., Erlangen, 2000,

Kap. 1, Abschnitt 1.6

** Seip, Günther G. (Hrsg.): Elektrische

Installationstechnik, 4. Aufl., Erlangen, 2000,

Kap. 1, Abschnitt 1.6.3, 1.6.4

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Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

2.7 Schutz von

Verteiltransformatoren

Als Schutzgeräte werden in Mittelspannungsnetzen

verwendet:

HH-Sicherungen

Mittelspannungs-Hochleistungs-(HH)-

Sicherungen meist in Verbindung mit

Lasttrennschalter zum Kurzschlussschutz

von Stichleitungen und Transformatoren.

Leistungsschalter mit Schutz

Schutzrelais

Mit Schutzrelais, die an Stromwandler

(Schutzkern) angeschlossen werden,

können alle Schutzaufgaben erfüllt

werden, unabhängig von der Höhe

der Kurzschlussströme und der

Bemessungsbetriebsströme der erforderlichen

Leistungsschalter.

Digitaler Schutz

Heutige Schutzgeräte werden durch

einen Mikroprozessor geführt (digitaler

Schutz) und enthalten alle erforderlichen

Schutzfunktionen für einen

Mittelspannungsabzweig.

Schutz als Komponente der

Energieautomatisierung

Der digitale Schutz bietet zusätzlich

die Möglichkeit der Erfassung und

Speicherung von Betriebs- und Störfalldaten,

die über serielle Datenschnittstellen

abgerufen werden

können. Damit kann der digitale

Schutz als autarke Komponente in die

Leittechnik einbezogen werden.

Stromwandler-Auslegung für

Schutzzwecke

Für Stromwandler gelten die Bestimmungen

IEC 185 und IEC 186 sowie

DIN VDE 0414-1 bis -3. Für den

Anschluss von Schutzgeräten sind

Stromwandler mit Kernen der Klasse

5P oder 10P einzusetzen.

Die erforderliche Bemessungsleistung

und Überstromziffer ist jeweils nach

den Angaben in den Schutzrelais-

Beschreibungen festzulegen.

Überstromschutz

Überstromschutz für Stromwandleranschluss

zum Schutz von Kabeln und

Transformatorabzweigen kann jeweils

2- oder 3-phasig ausgelegt werden. Dabei

ist die Sternpunktbehandlung des

Mittelspannungsnetzes zu beachten.

Relais-Ansprechströme bei

Netzersatzbetrieb

Bei Netzersatzbetrieb mit Generatoren

verhältnismäßig kleiner Bemessungsleistungen

ist zu überprüfen, ob in

Fehlerfällen auch die Ansprechströme

der für den Netzbetrieb ausgelegten

Schutzrelais erreicht werden.

3-phasiger Überstromzeitschutz

Im Interesse unbedingter Zukunftssicherheit

empfiehlt es sich, den

Überstromzeitschutz 3-phasig vorzusehen,

unabhängig von der Sternpunktbehandlung.

Hinweis:

Schutz gegen innere Fehler

(Übertemperatur etc.)

siehe Kap. 2.7.2

2/53

2


t

2.7.1 Schutz mit

übergreifender

Selektivität

1000

3GD 50 A

10 kV

Transformatorabzweige werden

vorzugsweise geschützt durch:

HH-Sicherungen

Mittelspannungs-Hochleistungs-(HH)-

Sicherungen werden in Verbindung

mit Lasttrennschaltern bei Transformatoren

eingesetzt, wenn nur wenig

geschaltet werden muss.

s min

100

10

Basis

k < 10,5 kA

3GD

50 A

400 kVA

ukr

6%

k < 10,5 kA

0,4 kV

Leistungsschalter mit Schutz

Leistungsschalter mit Schutz ab etwa

800 kVA und wenn häufig geschaltet

werden muss; außerdem, wenn

niederspannungsseitig mehrere

Leistungsschalter mit S-Auslösern in

Reihe angeordnet sind und zu übergeordneten

HH-Sicherungen keine

Selektivität erreicht wird.

1

a min

25% Sicherheitsabstand

Vor der Auswahl und Festlegung des

Schutzes sind daher die zu erwartenden

Selektivitätsverhältnisse zu überprüfen.

ms

0,1

Rush

20% Sicherheitsabstand

Schutz durch HH-Sicherungen

ohne Schaltgerät

Dimensionierung der

HH-Sicherungen

Für die Dimensionierung der HH-

Sicherungen wird von den Herstellern

zu jeder Transformator-Bemessungsleistung

der Bemessungsstrom der

HH-Sicherungen angegeben. Dabei

wird nach IEC 60787 / DIN VDE 0670-

402 berücksichtigt:

Einschaltstrom des Transformators

Der kleinste Bemessungsstrom ist nach

den Rush-Strömen beim Einschalten

der Transformatoren dimensioniert

und liegt beim 1,5- bis 2-fachen

Transformator-Bemessungsstrom.

In der Praxis ist es im Allgemeinen

ausreichend, wenn der maximale

Einschaltstrom des Transformators

0,01

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 1 0 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s

Schmelzzeit bei Sicherungen

Kleinster Ausschaltstrom a min der HH-Sicherung

Grafik 2.7/1: Beispiel einer Dimensionierung der HH-Sicherung nach Mindestausschaltstrom

der HH-Sicherung und Einschaltstrom des Transformators

einen selektiven Abstand von 20 % zur

Sicherungskennlinie bei 0,1 s hat.

Kleinster Ausschaltstrom I a min

Für die Festlegung des größten Bemessungsstroms

gilt, dass bei Kurzschlüssen

auf der Sekundärseite eines Transformators

bis in den Sammelschienenbereich

der Anlage der kleinste

Ausschaltstrom der Sicherung I a min

überschritten werden muss. In der

Praxis hat es sich bewährt, dass zwischen

dem errechneten maximalen

Strom bei einem Kurzschluss im

Bereich der Sammelschiene auf der

Niederspannungsseite (umgerechnet

auf die Mittelspannungsseite) und dem

kleinsten Ausschaltstrom I amin (Kreis in

der Schmelzzeit-Strom-Kennlinie) ein

Mindestsicherheitsabstand von 25 %

von I amin zum Kurzschlussstrom I k des

Transformators besteht.

2/54

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Zwischen den genannten Grenzwerten

kann der Sicherungseinsatz nach der

Selektivität zunächst ausgewählt

werden (siehe Grafik 2.7/1).

Schutz mit Lasttrennschaltern

und HH-Sicherungen

Da bei der Verwendung von HH-

Sicherungen zum Schutz von Transformatoren

in der Regel ein Lastschalter

eingesetzt wird, muss dessen begrenztes

Ausschaltvermögen berücksichtigt

werden. Nach IEC 62271-105/

VDE 0671-105 sind unter anderem

folgende zwei Bedingungen zu erfüllen:

Der Übergangsstrom der Kombination

HH-Sicherung/Lasttrennschalter

muss kleiner sein als das Ausschaltvermögen

des Lastschalters.

Ein sekundärseitiger Transformatorkurzschluss

soll durch die HH-Sicherung

abgeschaltet werden, um den

Lastschalter von hohen Einschwingspannungen

zu entlasten.

Wegen des sehr komplexen Zusammenspiels

der Kombination und der

dafür benötigten Daten, wie Verlauf

der Strom-Zeit-Kennlinie der HH-

Sicherung, Eigenzeit und Bemessungs-Übergangsstrom

des Lastschalters,

sind vom Hersteller der Mittelspannungs-Schaltanlage

die beim

spezifizierten Transformator einsetzbaren

HH-Sicherungen (Typ und

Nennstrom) anzugeben.

In der Praxis kann es unter schwierigen

Randbedingungen dazu kommen,

dass die gleichzeitige Erfüllung der

beiden Normen IEC 60787/DIN VDE

0670-402 und IEC 62271-105/

VDE 0671-105 nicht möglich ist. In

diesen Fällen sollte der Hersteller der

Mittelspannungs-Schaltanlage angesprochen

werden oder es ist zum

Schutz der Transformatoren ein

Leistungsschalter einzusetzen.

Reserveschutz mit Reichweite

HH-Sicherungen müssen bei eventuellem

Versagen des nachgeordneten

Schutzorgans ausreichenden Reserveschutz

bieten. Die erforderliche Reichweite

ist für drei Schaltungsbeispiele

aus Grafik 2.7/2 ersichtlich. Die Reichweite

des Reserveschutzes ist umso

größer, je kleiner der Sicherungs-

Bemessungsstrom ist.

Weitere Angaben über Sicherheitsabstände,

z. B. bei Staffelungen nach

Grafik 2.7/2, Fall b und c, sind in den

folgenden Ausführungen enthalten.

Staffelung von HH- mit

NH-Sicherungen in der Einspeisung

Die Staffelung von HH- mit NH-Sicherungen

wird hauptsächlich eingesetzt

bei Transformatoren mit Bemessungsleistungen

bis 400 kVA unter Verwendung

von NH-Sicherungslasttrennern

oder -motortrennern (größter Bemessungsstrom

630 A) (Beispiel: Grafik

2.7/3); ab 500 kVA werden vorwiegend

Leistungsschalter mit Überstromauslösern

auf der Niederspannungsseite

verwendet.

Erforderliche

Reichweiten

des Reserveschutzes

a

HH

NH

NH

b

3WL

Ein Tangieren oder Überschneiden der

Schmelzzeit-Strom-Kennlinien F2 (NH)

und F3 (HH) – bezogen auf 0,4 kV –

und eine eventuelle Auslösung des

Lasttrennschalters auf der Mittelspannungsseite

durch die vorgeschaltete

HH-Sicherung kann in Kauf genommen

werden, weil beide Sicherungen

das gleiche Netzelement schützen

und eine Unterbrechung in jedem Fall

erfolgt (eingeschränkte Selektivität).

HH-Sicherungen größeren Bemessungsstroms

(z. B. 80 A wie in Grafik

2.7/3) wären hier nicht geeignet,

denn deren kleinster Ausschaltstrom

I amin besitzt keinen Sicherheitsabstand

von mindestens 25 % unterhalb des

Kurzschlussstroms I k , den der Transformator

durchlässt (max. 10,5 kA).

Ein unselektives Verhalten wie im

Beispiel der HH-Sicherung 50 A zur

Niederspannungs-Sicherung 630 A

(Grafik 2.7/3) kann jedoch bei Fehlern

auf der Niederspannungssammelschiene

zu einer Vorschädigung der

nicht ausgelösten Sicherungseinsätze

führen, sodass die Auslösecharakteristik

geändert wird und die Sicherung

undefiniert zu jeder Zeit bei jeder

HH

NH

S

S

c

HH

3WL

NH

400 V

Maschennetzrelais 7RM

Grafik 2.7/2: Erforderliche Reichweiten des Reserveschutzes von HH-Sicherungen bei Einsatz

verschiedener Schutzgeräte auf der Niederspannungsseite

2/55

2


t

s min

t

1000

100

10

F2

3NA 630 A

F1

3NA 400 A

F3

3GD 50 A

3GD 80 A

Basis k < 10,5 kA

F3

F2

3GD

50 A

(80 A)

10 kV

400 kVA

ukr

6%

3NA

630 A

0,4 kV

s min

1000

100

10

Q1

3WL 1000 A

F1

3NA 315 A

2 t -Charakteristik

F2

3GD 80 A

Basis

F2

k< 16,4 kA

Q1

3GD

80 A

10 kV

630 kVA

ukr

6%

3WL

1000 A

tsd

300 ms

0,4 kV

F1

3NA

400 A

F1

3NA

315 A

k < 16,4 kA

1

a min

< 10,5 kA

k

1

25% Sicherheitsabstand

wird nicht eingehalten!

t sd

ms

0,1

ms

0,1

0,01

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s

Schmelzzeit bei Sicherungen

Kleinster Ausschaltstrom a min der HH-Sicherung

0,01

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

tsd Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

Grafik 2.7/3: Beispiel einer Staffelung von HH-Sicherungen –

NH-Sicherungen im Abzweig bei einem 400-kVA-Transformator

Grafik 2.7/4: Beispiel einer Staffelung von HH-Sicherungen F2 mit Leistungs

schalter Q1 und nachgeordneter NH-Sicherung F1 im Abzweig

Belastung – auch unter dem Bemessungsstrom

– auslösen kann. Bei einer

Schutzauslösung durch die HH-Sicherung

oder durch die Niederspannungs-

Sicherung sollten somit immer beide

Sicherungseinsätze komplett ausgetauscht

werden. Dies gilt für alle nachfolgenden

Darstellungen und Beispiele

mit HH-Sicherungen und einem nicht

selektiven Schutz auf der Niederspannungsseite

der Transformatoren

(Grafik 2.7/4 bis Grafik 2.7/6).

Staffelung von HH-Sicherungen,

NS-Leistungsschalter und

nachgeordneten NH-Sicherungen

Voraussetzungen

Zwischen den Schutzgeräten der

Abzweige und denen in der Einspei-

Staffelung zwischen HH-Sicherungen

und L-/S-Auslösern

Nachdem die Schutzgeräte der Einspeisung

eine Funktionseinheit bilden,

wird bei Fehlern im Sammelsung,

die eine Funktionseinheit bilden,

ist Selektivität herzustellen, wobei die

Toleranzbänder der eingesetzten

Schutzgeräte mit zu berücksichtigen

sind (Grafik 2.7/4 und Grafik 2.7/5).

Staffelung zwischen NH-Sicherungen

und L-/S-Auslösern

Bei dem im Beispiel gewählten NH-

Sicherungseinsatz 315 A ist Selektivität

gegeben (Grafik 2.7/4). Beim

L- und S-Auslöser, müssen die Anregewerte

I R und I sd sowie die Verzögerungszeiten

t R und t sd auf die Transformatorleistung

und die nachgeordnete

NH-Sicherung angepasst werden.

Wird ein Niederspannungsleistungsschalter

mit einer zusätzlichen, optionalen

Kennlinie I 4 t im L-Auslöser

verwendet, so können aufgrund

dessen Charakteristika höhere NH-

Sicherungen in den Abzweigen unter

Beibehaltung der Selektivität eingesetzt

werden (Grafik 2.7/5).

Bei Einsatz von Leistungsschaltern,

wie z. B. SENTRON 3WL anstelle von

NH-Sicherungen, können unter Beibehaltung

der Selektivität Abzweige mit

höheren Strömen realisiert werden

(Grafik 2.7/6), da die S-Auslöser in

den Anregeströmen I sd und Verzögerungszeiten

t sd entsprechend angepasst

werden können.

2/56

Totally Integrated Power by Siemens


t

t

Gesamtnetz

1000

10 kV

1000

10 kV

s min

100

10

Q1

3WL 1000 A

4 t -Charakteristik

F1

3NA 400 A

F2

3GD 80 A

Basis

k < 16,4 kA

F2

Q1

F1

3GD

80 A

630 kVA

ukr

6%

3WL 1000 A

sd 4000 A

tsd

300 ms

3NA

315 A

0,4 kV

s min

100

10

Q1

3WL 630 A

2 t -Charakteristik

Q2

3WL 1000 A

2 t -Charakteristik

F2

3GD 80 A

Basis

F2

k < 16,4 kA

Q2

Q1

3GD

80 A

630 kVA

ukr

6%

3WL 1000 A

sd 4000 A

tsd

300 ms

0,4 kV

3WL 630 A

sd 2520 A

tsd

200 ms

k < 16,4 kA

k < 16,4 kA

1

1

t sd

t sd2

t sd1

ms

0,1

ms

0,1

0,01

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

0,01

1.000 10.000 / A bei 0,4 kV 100.000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

tsd Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 1 0 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

tsd1 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

tsd2 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q2)

Grafik 2.7/5: Beispiel einer Staffelung von HH-Sicherungen F2 mit Leistungs

schalter Q1 (mit optionaler I 4 t-Charakteristik des L-Auslösers)

und nachgeordneter NH-Sicherung F1 im Abzweig

Grafik 2.7/6: Beispiel einer Staffelung von HH-Sicherungen F2 mit Leistungs

schalter Q2 und nachgeordnetem Leistungsschalter Q1 mit

LSI-Auslöser im Abzweig

schienenbereich eine Einschränkung

der Selektivität im oberen Kurzschlussstrombereich,

wie sie bei der HH-

Sicherung 80 A in Grafik 2.7/4 bis

Grafik 2.7/6 (Kreis) gegeben ist, heute

in Kauf genommen, da Fehler innerhalb

der Schaltanlage in diesem

Kurzschlussbereich bei modernen

Siemens-Niederspannungs-Schaltanlagen

SIVACON praktisch ausgeschlossen

werden können.

Auch die Teilselektivität des Niederspannungsleistungsschalters

im

Abzweig mit der HH-Sicherung (siehe

Grafik 2.7/6) im oberen Kurzschlussstrombereich

kann oftmals akzeptiert

werden, da satte 3-polige Kurzschlussströme

in der Praxis auszuschließen

sind und Fehler schon wenige Meter

nach dem Schutzgerät unterhalb des

Selektivitätswertes (hier Schnittpunkt

der HH-Sicherungskennlinie mit dem

S-Auslöser) liegen. In diesen Fällen

steht die kostengünstigere Variante

der HH-Sicherung gegenüber dem

Mittelspannungsleistungsschalter im

Vordergrund und nicht die Erfüllung

der 100%igen Selektivität.

Achtung:

Kuppelschalter zu Sicherheitsstromversorgungsnetzen

(SV-Netzen)

müssen nach IEC 60364-7-710/

VDE 0100-710 und VDE 0100-718

voll selektiv zu vorgeordneten

HH-Sicherungen sein!

Die Forderung nach Vollselektivität

unter Verwendung von HH-Sicherungen

kann in vielen Fällen mit dem

Einsatz der ZSS bei Niederspannungsleistungsschaltern

erfüllt werden. Alle

nachgeordneten Verteilungen und

Schutzgeräte sowie die an den Fehlerorten

auftretenden Kurzschlussströme

müssen dabei berücksichtigt

und einbezogen werden.

Toleranzen von HH-Sicherungen

Nach EN 60282-1 / DIN VDE 0670-4

darf die Toleranz von HH-Sicherungseinsätzen

± 20 % betragen. Siemens-

Sicherungseinsätze haben eine Toleranz

von ± 10 %.

2/57

2


t

1000

Q3

10 kV

Schutz durch Leistungsschalter

mit unabhängigem

Überstromzeitschutz (UMZ)

Voraussetzungen

Die beiden Einspeiseschalter (in Grafik

2.7/7, 2.7/8 und Grafik 2.7/9, 2.7/10)

bilden eine Funktionseinheit und sind

gegen die niederspannungsseitigen

Schutzgeräte selektiv zu staffeln.

UMZ-Schutz

Als UMZ-Schutz werden heute in der

Regel nur noch digitale Geräte eingesetzt.

Diese haben größere Einstellbereiche,

die Wahlmöglichkeit zwischen

unabhängigem (UMZ) oder abhängigem

(AMZ) Überstromzeitschutz,

Überlastschutz, höhere und gleich

bleibende Messgenauigkeit und sie

überwachen sich selbst.

2-stufiger UMZ-Schutz

Bei Einsatz eines UMZ-Schutzes,

dessen Schutzfunktionen nur aus den

beiden Kurzschlussstufen I> (ANSI-

Code 51) und I>> (ANSI-Code 50)

besteht und für den Transformatorschutz

keine weiteren Maßnahmen

ergriffen werden, wird in der Regel

die I>-Stufe als Reserveschutz für die

Niederspannungsseite verwendet,

d. h., die I>-Stufe wird auf den 1,5- bis

2,0-fachen Wert des Transformator-

Nennstroms eingestellt. Dies führt

dazu, dass die Größe der Abzweige in

der Hauptverteilung der Niederspannung

beschränkt sind, um dort Selektivität

zu gewährleisten. Am Beispiel

eines 630-kVA-Transformators bedeutet

dies:

s min

ms

100

10

1

0,1

0,01

Q3

> / t>

F1

3NA 160 A

In der Hauptverteilung kann eine

maximale Sicherung von 160 A

eingesetzt werden (Grafik 2.7/7).

Dies entspricht in der Praxis ca. 20 %

des Transformator-Nennstroms.

Bei Verwendung von Leistungsschaltern

hängt die maximale Größe

von den Einstellbereichen der

Auslöser der Leistungsschalter und

deren Toleranzen sowie den eingesetzten

Schutzgeräten in den

Abzweigen des nachfolgenden

Unterverteilers ab. Eine selektive

Staffelung mit SENTRON 3WL 630 A

oder gar 800 A ist möglich (Grafik

2.7/8). Im Allgemeinen lassen sich

Leistungsschalter mit einem Nennstrom

von 50 % bis 80 % des Transformator-Nennstroms

einsetzen.

Das Schneiden der Kennlinien Q2 und

Q3 im mittleren Kurzschlussbereich

kann zugelassen werden, weil

der Niederspannungs- und Mittelspannungsleistungsschalter

eine

Funktionseinheit bilden;

Basis

Q2

3WL 1000 A

2 t -Charakteristik

60/1 A

630 kVA

u 6% kr

3WL 1000 A

sd 4000 A

t sd 300 ms

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

t sd1 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

t sd2 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q2)

t > / t >> Verzögerungszeit der Kurzschlussauslösestufen

< 16,4 kA

k

F1

Q2

3NA

160 A

< 16,4 kA

k

66 A/500 ms

780 A/50 ms

0,4 kV

3WL 630 A

sd 1260 A

t sd 200 ms

< 16,4 kA

k

der Schutz des Transformators vor

Überlastung, die praktisch nur im

Bereich des 1- bis 1,3-fachen Transformator-Bemessungsstroms

auftritt,

durch den L-Auslöser des

Niederspannungsleistungsschalters

Q2 gegeben ist;

ein Sicherheitsabstand von 50 bis

100 ms zwischen dem Ansprechwert

der I>-Auslösung des UMZ-

Schutzes (unteres Toleranzband)

und den oberen Toleranzbändern

der NH-Sicherungskennlinie F1

sowie des S-Auslösers des Leistungsschalters

Q1 in den Abzweigen

vorhanden ist und damit Selektivität

vorliegt.

Q1

Q3

>> / t >>

> / >> des UMZ-Schutzes (Q3)

Grafik 2.7/7: Beispiel einer Staffelung von Leistungsschalter mit UMZ-Schutz (Q3), Leistungsschalter

3WL, 1000 A mit LSI-Auslöser (Q2) und nachgeordneten Abzweigen, z. B. NH-Sicherung

160 A (F1), in einem Transformatorabzweig 630 kVA

t sd2

>

>>

2/58

Totally Integrated Power by Siemens


t

Gesamtnetz

1000

Q3

10 kV

s min

100

10

Q1

3WL 630 A

2 t-Charakteristik

Basis

Q2

3WL 1000 A

2 t-Charakteristik

< 16,4 kA

k

F1

60/1 A

Q2

3NA

160 A

630 kVA

u 6% kr

3WL 1000 A

sd 4000 A

t sd 300 ms

Q1

>

>>

66 A/500 ms

780 A/50 ms

0,4 kV

3WL 630 A

sd 1260 A

t sd 200 ms

oder gar 800 A ist möglich (Grafik

2.7/10). Im Allgemeinen lassen sich

Leistungsschalter mit einem Nennstrom

von 50 % bis 80 % des Transformator-Nennstroms

einsetzen.

ms

1

0,1

0,01

Q3

> / t>

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

t sd1 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

t sd2 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q2)

t > / t >> Verzögerungszeit der Kurzschlussauslösestufen

2-stufiger UMZ-Schutz mit

Überlastschutz

Bei Einsatz von höherwertigen UMZ-

Schutzgeräten, die neben den beiden

Standard-Kurzschlussstufen I>/I>>

einen zusätzlichen Überlastschutz I th

(ANSI-Code 49) besitzen, kann die

I>-Stufe als „richtige“ Kurzschlussstufe

und der Überlastschutz als Transformatorschutz

und Reserveschutz für

die Niederspannung verwendet

werden. Dies ermöglicht vor allem

größere Sicherungen in den Abzweigen

der Niederspannung. Beim Überlastschutz

ist darauf zu achten, dass

für die Selektivitätsbetrachtung auch

die Vorbelastung mit berücksichtigt

k < 16,4 kA

Q3

>> / t >>

k < 16,4 kA

> / >> des UMZ-Schutzes (Q3)

Grafik 2.7/8: Beispiel einer Staffelung von Leistungsschalter mit UMZ-Schutz und Überlastschutz (Q3),

Leistungsschalter 3WL, 1000 A mit LSI-Auslöser (Q2) und nachgeordneten Abzweigen, z. B.

NH-Sicherung 160 A (F1), in einem Transformatorabzweig 630 kV

t sd2

t sd1

wird. Am Beispiel des 630-kVA-Transformators

bedeutet dies:

In der Hauptverteilung kann eine

maximale Sicherung von 315 A

eingesetzt werden (Grafik 2.7/9).

Dies entspricht in der Praxis ca. 35 %

des Transformator-Nennstroms.

Bei Verwendung von Leistungsschaltern

hängt die maximale Größe

von den Einstellbereichen der

Auslöser der Leistungsschalter und

deren Toleranzen sowie den eingesetzten

Schutzgeräten in den

Abzweigen des nachfolgenden

Unterverteilers ab. Eine selektive

Staffelung mit SENTRON 3WL 630 A

Auslegung der Stromwandler

für UMZ-Schutz

Die Dimensionierung eines Stromwandlers

ist von vielen Parametern

abhängig, wenn eine korrekte Funktion

der Relais garantiert werden soll.

Dazu gehören

maximal auftretende Kurzschlussströme,

Anforderungen der Schutzgeräte

an die Stromwandler,

sekundärseitiger Wandlernennstrom,

Bürden der Anschlusskabel

und weiterer angeschlossener

Schutzgeräte,

Leistung und Eigenbürde

der Wandler,

Nennüberstromziffer des Wandlers.

Gesicherte Aussagen zur genauen

Auslegung des Stromwandlers bei den

eingesetzten Schutzrelais unter den

gegebenen Randbedingungen können

die Fachabteilungen der Hersteller

dieser Geräte machen.

In der Praxis können die Nennströme

der Stromwandler für UMZ-Geräte wie

folgt bestimmt werden:

Genereller Einsatz von 1-A-Wandlern

(Sekundärseite) bei Verwendung

von digitaler Schutztechnologie.

Damit werden in der Regel

mögliche Probleme hinsichtlich

sättigungsfreiem Übertragen der

Kurzschlussströme und der Bebürdung

der Wandler für den UMZ-

Schutz schon im Vorfeld nahezu

ausgeschlossen.

Der Primärnennstrom des Wandlers

sollte beim 1,2- bis 2-Fachen des

Transformator-Nennstroms liegen.

2/59

2


t

1000

Damit wird der Wandler vor Beschädigung

durch Überlast geschützt, da

heutzutage, wenn nichts Abweichendes

gefordert wird, aus Kostengründen

Wandler ohne Überlastfähigkeit

eingesetzt werden.

Der Primärnennstrom des Wandlers

sollte den 4-fachen Transformator-

Nennstrom nicht überschreiten, um

zu verhindern, dass die Toleranzen

des Wandlers sich nicht signifikant

auf die Messung und Auswertung

der Ströme auswirken.

s min

100

10

1

Q3

th

Q2

3WL 1000 A

2 t-Charakteristik

0% Vorlast

100% Vorlast

F1

3NA 315 A

Basis

Q3

> / t>

t sd2

< 16,4 kA

k

F1

Q3

60/1 A

Q2

3NA

315 A

< 16,4 kA

k

th

>

>>

10 kV

630 kVA

u 6% kr

3WL 1000 A

sd 4000 A

t sd 300 ms

Q1

42 A

210 A/500 ms

780 A/50 ms

0,4 kV

3WL 630 A

sd 2560 A

t sd 200 ms

< 16,4 kA

k

Für das Beispiel ergibt sich somit:

Transformator-Nennstrom 36,4 A

(630 kVA, 10 kV) –> Wandlernennstrom

primär [1,2 x I nTr ... 2 x I nTr ] =

[43,7 A ... 72, 8 A] –> gewählt wird

60/1-A-Wandler

Einstellen der Kurzschlussstufen I >,

I>> und Zeitverzögerungen t >, t >>

Kurzschlussstufe I >: Grafik 2.7/9 und

Grafik 2.7/10

Unter der Annahme, dass ein zusätzlicher

Überlastschutz I th im UMZ-

Schutzgerät mit eingestellt wurde,

wird die Kurzschlussstufe I > so gewählt,

dass sie mit einem Sicherheitsabstand

von ca. 20 % zum minimalen

1-poligen Fehler auf der Sekundärseite

des Transformators anregt.

Hierbei ist zu beachten, dass durch die

Dy-Schaltgruppe des Transformators

sich dieser Fehler wie folgt auf der

Primärseite abbildet:

wobei ü das Transformatorübersetzungsverhältnis

ist. In dem Beispiel:

ü = 10 kV/0,4 kV = 25

Mit der Annahme eines minimalen

1-poligen Kurzschlussstroms von ca.

12,5 kA (aus dem Beispiel Transformator

mit 630 kVA, u kr 6 %) ergibt sich:

I k min prim ≈ 288 A

ms

0,1

0,01

Unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes

von ca. 20 % folgt:

I’ k min prim = 0,8 x I k min prim ≈ 230 A

Mit einem gewählten Wert von

I’ k min prim = 210 A ergibt sich ein Einstellwert:

Die Zeitverzögerung der I >-Stufe wird

gesetzt auf:

t ≥ 0,5 s

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 10 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

t sd1 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

t sd2 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q2)

t > / t >> Verzögerungszeit der Kurzschlussauslösestufen

Q3

>> / t >>

> / >> des UMZ-Schutzes (Q3)

Grafik 2.7/9: Beispiel einer Staffelung von Leistungsschalter mit UMZ-Schutz (Q3), Leistungsschalter

3WL, 1000 A mit LSI-Auslösern (Q2) und nachgeordneten Abzweigen, z. B. Leistungsschalter

3WL 630 A mit LSI-Auslöser (Q1), in einem Transformatorabzweig 630 kVA

Kurzschlussstufe I >>: Grafik 2.7/9 und

Grafik 2.7/10

Die Kurzschlussstufe I >> wird so

eingestellt, dass nur oberspannungsseitige

Fehler erfasst und schnellstmöglich

abgeschaltet werden. In der

Regel wird sie mit einem Sicherheitsabstand

von ca. 20 % oberhalb des

maximalen 3-poligen Kurzschlussstroms

auf der Sekundärseite des

Transformators gewählt.

Als erste Näherung für den maximalen

3-poligen sekundärseitigen Kurzschlussstrom

kann unter Berücksichtigung

des neuen c max -Faktors für

Niederspannungsnetze gemäß der

Norm für Kurzschlussstromberech-

2/60

Totally Integrated Power by Siemens


t

Gesamtnetz

s min

ms

1000

100

10

1

0,1

0,01

Q3

th

0% Vorlast

100% Vorlast

Q2

3WL 1000 A

2 t-Charakteristik

Q1

3WL 630 A

2 t-Charakteristik

nung IEC 60909 / VDE 0102 gesetzt

werden:

Basis

Q3

> / t>

60/1 A

10 kV

1000 10000 / A bei 0,4 kV 100000

A bei 0,4 kV 1000 2000 3000 5000 7500 10000 20000 50000

A bei 1 0 kV 40 80 120 2 00 400 800 2000

t s Schmelzzeit bei Sicherungen

t sd1 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q1)

t sd2 Verzögerungszeit S-Auslöser (Q2)

t > / t >> Verzögerungszeit der Kurzschlussauslösestufen

< 16,4 kA

k

F1

Q3

Q2

3NA

315 A

k < 16,4 kA

630 kVA

u 6% kr

3WL 1000 A

sd 4000 A

t sd 300 ms

Q1

42 A

210 A/500 ms

780 A/50 ms

0,4 kV

3WL 630 A

sd 2560 A

t sd 200 ms

k < 16,4 kA

I’ k max prim = 1,2 x I k max prim ≈ 764 A

Mit einem gewählten Wert von

I’ k max prim = 780 A ergibt sich ein

Einstellwert:

th

>

>>

Q3

>> / t >>

> / >> des UMZ-Schutzes (Q3)

Grafik 2.7/10: Beispiel einer Staffelung von Leistungsschalter mit UMZ-Schutz und Überlastschutz (Q3),

Leistungsschalter 3WL, 1000 A mit LSI-Auslöser (Q2) und nachgeordneten Abzweigen, z. B.

Leistungsschalter 3WL 630 A mit LSI-Auslöser (Q1), in einem Transformatorabzweig 630 kVA

t sd2

t sd1

2.7.2 Schutzgeräte

für Verteiltransformatoren

(gegen

innere Fehler)

Zur Erfassung innerer Fehler bei

Transformatoren werden folgende

Melde- und Schutzgeräte eingesetzt:

Geräte für das Überwachen und den

Schutz von flüssigkeitsgekühlten

Transformatoren, wie Buchholzschutz,

Wärmewächter, Kontaktthermometer

und andere

Temperaturüberwachungssysteme

für GEAFOL-Gießharztransformatoren,

bestehend aus:

– Temperaturfühlern in der Unterspannungswicklung

sowie

– Melde- und Auslösegeräten im

Einspeiseschaltfeld

Dieser Temperaturvollschutz schützt

den Transformator vor unzulässiger

Erwärmung bei erhöhter Umgebungstemperatur

oder Überlast. Außerdem

ermöglicht er das volle Ausnutzen der

Transformatorleistung ohne Gefahr

für den Transformator auch bei beliebigen

Lastspielen.

Diese Melde- und Schutzgeräte sind

nicht im Staffeldiagramm zu berücksichtigen.

Mit dem Transformator des Beispiels

(630 kVA, u kr 6 %) und einem c max -

Faktor = 1,05 ergibt sich

I k max prim ≈ 636 A

Unter Berücksichtigung eines Sicherheitsabstandes

von ca. 20 % folgt:

Die Zeitverzögerung der I >>-Stufe wird

in der Praxis auf 50 bis 100 ms gesetzt.

2/61

2


2.8 Schutz der technischen

Gebäudeausrüstung


Blitz- und Überspannungsschutz

2.8.1 Normen,

Vorschriften und

Richtlinien

Direkte, schadensträchtige Auswirkungen

von Blitzen und Überspannungen

lassen sich durch Anwendung geeigneter

Schutzmaßnahmen verhindern

oder zumindest reduzieren. Diese

Maßnahmen bewirken das gefahrlose

Ableiten von Strömen und das Vermeiden

der Einkopplung von Potenzialdifferenzen.

Es gelten die folgenden

Normen:

DIN EN 62305-1 (VDE 0185-305-1):

2006-11 Blitzschutz Teil 1: Allgemeine

Grundsätze

DIN-EN 62305-2 (VDE 0185-305-2):

2006-11 Blitzschutz Teil 2: Risiko-

Management: Abschätzung des Schadenrisikos

für bauliche Anlagen

DIN-EN 62305-3 (VDE 0185-305-3):

2006-11 Blitzschutz Teil 3: Schutz von

baulichen Anlagen und Personen

DIN-EN 62305-4 (VDE 0185-305-4):

2006-11 Blitzschutz Teil 4: Elektrische

und elektronische Systeme in baulichen

Anlagen

IEC 60364-4-44: 2001-08 Electrical

installations of buildings; Part 4-44

IEC 60362-5-53: 2001-08 Electrical

installations of buildings; Part 5-53

Verfahren zur Risikoabschätzung

werden in der Norm IEC 62305-2

beschrieben.

2.8.2 Planung von Blitzund

Überspannungsschutzeinrichtungen

Bereits in der Frühphase (Vorentwurf)

des Bau- und Umbauvorhabens sollen

Blitz- und Überspannungsschutz

beachtet werden. Zum Schutz einer

baulichen Anlage gegen die Auswirkung

direkter Blitzeinschläge dient ein

Blitzschutzsystem bestehend aus:

äußerem Blitzschutz

innerem Blitzschutz

Einbindung der Gewerke –

Planung, Begleitung, Kontrolle

Aus den nachfolgend genannten

Möglichkeiten kann eine individuell

angepasste Kombination von einzelnen

Schutzmaßnahmen ausgewählt

werden, um eine bauliche Anlage mit

installierten elektrischen und elektronischen

Systemen gegen die Wirkungen

des elektromagnetischen Impulses

von Blitzen (LEMP; lightning

electromagnetic pulse) zu schützen:

Leitungsführung und -schirmung

Potenzialausgleichsmaßnahmen

Räumliche Schirmung

Erdungsmaßnahmen

Tabelle 2.8/1 zeigt beispielhaft für

einzelne Gewerke Empfehlungen für

Erdungs-, Potenzialausgleichs-, Blitzschutz-

und Überspannungsschutzmaßnahmen.

Zusätzliche Überspannungsschutzmaßnahmen

für Energieversorgung

und Informationstechnik können trotz

Vorhandenseins einer Blitzschutzanlage

erforderlich sein.

Grundlegend für Auslegung und

Planung der Blitz- und Überspannungsschutzsysteme

ist die Festlegung

des Gefährdungspegels für das

Bauwerk. Diese ist entsprechend DIN

EN 50164-2 vorzunehmen.

Die Blitzschutzzonen (LPZ; lightning

protection zone) müssen nach zeichnerischer

Vorlage der Gebäudegrundrisse

und der Einordnung der technischen

Gebäudeausrüstung (TGA)

definiert werden.

An jedem Zonenübergang sind entsprechende

Maßnahmen zum Schutz

vor Blitz und/oder Überspannungen

einzusetzen. Jede Schutzzone erhält

hierzu eine eigene Potenzialausgleichsschiene.

Diese ist über die

geerdete Hauptpotenzialausgleichsschiene

mit der Erdungsanlage zu

verbinden.

Die wichtigsten Maßnahmen gelten

dem Schutz des Menschen. Gebäudetechnische

Systemfunktionen und

nutzungsspezifische Anlagenverfügbarkeiten

sind nachgeordnet zu

betrachten. Anhand dieser Zuordnung

ist für die bauliche Anlage das Schutzzonenkonzept

entsprechend DIN EN

50164-3 und -4 aufzubauen. Die

charakteristischen Merkmale sind:

Behandlung der Erdungsanlage

Behandlung der Dach- und Fassadenflächen

Einbindung der TGA

Aufbau des Schutzzonenkonzeptes

innerhalb des Gebäudes mit jeweils

schutzzonenspezifischem, mit der

Erdungsanlage verbundenem Potenzialausgleichssystem

Tabelle 2.8/1: Empfehlungen für Erdungs-, Potenzialausgleichs-,

Blitzschutz- und

Überspannungsschutzmaßnahmen

2/62

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Kostengruppe

nach DIN 276

Anlagenbezeichnung

Erdung/Potenzialausgleich

Blitzschutz

(Typ 1)

ÜSS

(Typ 2)

ÜSS

(Typ 3)

ÜSS

in IT-Anlagen

Sanitärtechnische

Anlagen

(KG 410)

Heizungstechnische

Anlagen

(KG 420)

Lufttechnische

Anlagen

(KG 430)

Elektrotechnische

Anlagen

(KG 440)

Fernmelde- und

informationstechnische

Anlagen

Förderanlagen

(KG 460)

Einspeisung Frischwasser (RTWK) X

Einspeisung TWW

X

Einspeisung Regenwasser

X

Einspeisung Löschwasser

X

Entlüftung X X X X

Hebeanlage X X X X

Abscheideanlagen X X X X

Entwässerungen X X X X

Rohrleitungssystem

X

Einspeisung Gas X)) X

Einspeisung Fernwärme X)) X

Solaranlage

X

Schornsteinanlage

X

Zuluftanlage

X

Außen liegende Sensoren/Aktoren X X) X X X

Außen liegende Tanks X X X X

Luftwärmepumpen X X X X

Rohrleitungssystem

X

Dachaufbauten X X X X X

Wandaufbauten X X X X X

Erdwärmetauscher X X X X

Lichtkuppeln X X X X

Entrauchungsanlagen X X X X X

RTL-Anlagen X X X X X

Kanalsystem

X

Gebäudeeinspeisung MS

X

Gebäudeeinspeisung NS X X

Niederspannungsanlage X X) X X X

Photovoltaikanlagen X X) X X X

Wegeanlagen X X X X X

Externe Feuerlöscheinrichtung X X X X X

Werbeanlagen X X) X X X

Rollladenanlagen X X) X X X

Sonnensegel X X) X X X

Außen liegende Sensoren/Aktoren X X) X X X

TK-Einspeisung

X

X

X

RF-Einspeisung X X X

Satellitenanlage X X X

in Nieder-

in Nieder-

Antennenanlagen X spannungs-

spannungs-

X X

anlagen anlagen

X X

Mobilfunkanlage X

enthalten enthalten

Einbruchmeldeanlage X X X

Gefahrenmeldeanlagen X X X

Klingel-/Gegensprechanlage X X X

Aufzüge X X X X

Fahrtreppen X X X X

x empfohlen x) erforderlich bei Vorhandensein einer Blitzschutzanlage x)) kathodisch geschützte Tank- und Rohrleitungsanlagen dürfen

nicht direkt geerdet werden und müssen über eine Funkenstrecke in die Potenzialausgleichs- und Erdungsanlage einbezogen werden.

2/63

2


Neben der Einbindung der Bewehrungsstähle

und sämtlicher Kanal-,

Rohrleitungs- und Kabelträgersysteme

aus elektrisch leitenden Werkstoffen

in das Potenzialausgleichssystem ist

eine EMV-gerechte Ausführung der

gebäudetechnischen Installationen

erforderlich.

Bei Neuanlagen ist grundsätzlich der

Einbau eines Fundamenterders vorzunehmen

(DIN 18014). Dieser ist in

regelmäßigen Abständen von etwa

5 m mit der Bewehrung blitzstromtragfähig

(durch Klemmen oder

Schweißen) zu verbinden. Bestehende

bauliche Anlagen ohne eigene

Erdungsanlage sind mittels Ring- oder

Tiefenerdern – auch in Kombination

davon – nachzurüsten und in den

Potenzialausgleich einzubinden.

Elektroverteilung

Gemäß Schutzzonenbildung für alle

Leitungssysteme, die Schutzzonengrenzen

schneiden, sind anforderungsgerechte

Überspannungsschutzmaßnahmen

zu planen und umzusetzen.

Leitungsanlagen

Massepotenzial als aktiver Leiter

isoliert zu behandeln.

Leitungsführung außerhalb von

Gebäuden

Leitungen und Kabel zu technischen

Anlagen, die sich außerhalb der

baulichen Anlage befinden, sind im

Rahmen des Blitzschutzzonenkonzeptes

an den Schutzzonenübergängen

des Gebäudes mittels Überspannungsschutzgeräten

in den jeweiligen schutzzoneneigenen

Potenzialausgleich

einzubeziehen. Die hierfür erforderlichen

Überspannungsschutzeinrichtungen

sind für diesen Zweck nah am

Einbauort mit dem Potenzialausgleichssystem

des Gebäudes zu verbinden.

Es sollten möglichst wenige

Eintrittsstellen von Leitungssystemen

in das Gebäude geplant werden.

2.8.3. Errichtung von

Blitz- und Überspannungsschutzeinrichtungen

Äußerer Blitzschutz

Dachflächen werden vielfach als „Technikgeschosse“

für großvolumige Einrichtungen

genutzt. Diese Dachaufbauten

werden nach DIN EN 50164-3

mit getrennten Fangeinrichtungen

gegen direkte Blitzeinschläge

geschützt. Es können drei Verfahren

zur Bestimmung der Schutzklasse

angewandt werden (Grafik 2.8/1):

Blitzkugelverfahren

Maschenverfahren

Schutzwinkelverfahren

Leitungsführung in Gebäuden

Kabel und Leitung innerhalb eines

Gebäudes müssen nach ihren Spannungsebenen

getrennt voneinander

geführt werden.

Werden die Bezugspotenziale von

Hilfsenergieversorgungen, z. B.

DC-24-V-Systemen, betriebsmäßig

dauerhaft geerdet, so ist pro System

nur eine einzige Erdungsverbindung

zulässig. Bei mehr als einer Erdungsverbindung

in solchen Systemen

besteht die Gefahr von Funktionsstörungen

oder gar Zerstörung.

Werden solche an nur einer Stelle am

zentralen Erdungspunkt (ZEP) geerdeten

Systeme großflächig in der baulichen

Anlage verteilt, so ist dieses

h

Fangstange

h1

Schutzwinkel

1

Maschenweite w

Abdeckung

Erdungsanlage

Grafik 2.8/1: Verfahren zur Bestimmung der Schutzklasse (Quelle: VDE)

r

Blitzkugel

2/64

Totally Integrated Power by Siemens


Gesamtnetz

Dachdurchführungen sind zu vermeiden.

Deshalb ist die Führung von

Versorgungsleitungen auf dem Dach

über längere Strecken unvermeidbar.

Die Leitungen müssen über die

gesamte Länge durch Fangeinrichtungen

vor direkten Blitzeinschlägen

geschützt werden. Ein ausreichender

Trennungsabstand untereinander ist

einzuhalten. Die elektrischen Leitungen

zu den Dachaufbauten müssen

elektromagnetisch geschirmt ausgeführt

sein. Dabei ist der Schirm beidseitig

aufzulegen.

Verbindung von Ableitungen

Erfolgt die Verbindung des Blitzschutzpotenzialausgleichs

nur zu einem

Einzelerder, so können hohe Potenzialdifferenzen

zu den anderen Erdern

auftreten. Aus diesem Grund müssen

Ableitungen in Höhe des Erdniveaus

(erdnah) miteinander verbunden

werden. Diese Verbindung soll außerhalb

der baulichen Anlage erfolgen.

Für Verbindungsleitungen gilt, dass

die Länge der Stromwege so kurz wie

möglich gehalten wird. Sie sollten

nicht über 1 m Höhe installiert werden.

Für oberirdisch verlegte Verbindungsleitungen

außerhalb der baulichen

Anlagen ergeben sich die Mindestmaße

und Werkstoffe aus der

DIN EN 62305-3.

Potenzialausgleich und Erdung

Potenzialausgleich

Durch die technische Entwicklung

kommt es in Gebäuden zu einer

ständig steigenden Anzahl elektrischer

Verbrauchsmittel, deshalb wird

nach DIN VDE 0100-410 ein Potenzialausgleich

gefordert.

Folgende leitfähige Teile sind

miteinander zu verbinden:

Anschlussfahne des

Fundamenterders

Hauptschutzleiter (PE-Leiter

im TT-Netz, PEN-Leiter im TN-Netz)

Wasserleitung

Gasleitung (hinter dem

Wassermesser)

Luftleitungen aus Metall

Abwasser- und Regenwasserleitungen

aus Metall

Heizungsleitungen

Kühlleitung

Andere metallene Rohrleitungen

LPZ 0 A

LEMP

LPZ 0 B

M

LPZ 1

Raumschirm

LEMP

Lüftung

LPZ 2

Endgerät

LPZ 0 B

LPZ 3

LEMP

LPZ 2

LPZ 0 B

informationstechnisches

Netz

SEMP

energietechnisches

Netz

Blitzschutz-Potenzialausgleich

Blitzstromableiter

Örtlicher Potenzialausgleich

Überspannungsableiter

LEMP: Lightning Electromagnetic Pulse; SEMP: Switching Electromagnetic Pulse; LPZ: Lightning Protection Zone

Grafik 2.8/2: Das Blitzschutzzonenkonzept

2/65

2


Metallschienen

Antennenanlage

Fernmeldeanlage

Blitzschutzanlagen

Ein zusätzlicher Potenzialausgleichsleiter

ist für Bade- und Duschräume

erforderlich. Mehrere Rohrleitungen

können untereinander verbunden

werden und über einen gemeinsamen

Hauptpotenzialausgleichsleiter an die

Potenzialausgleichsschiene angeschlossen

werden. Der Hauptpotenzialausgleichsleiter

muss den halben Querschnitt

des Hauptschutzleiters haben,

mindestens jedoch 6 mm 2 Cu,

Maximalquerschnitt 25 mm 2 Cu. Regionale

Vorschriften sind zu beachten.

Die Hauptpotenzialausgleichsschiene

soll im Hausanschlussraum angeordnet

werden; dort werden die Hauptpotenzialausgleichsleiter

und die

Anschlussfahne des Fundamenterders

angeschlossen. Nach DIN VDE 0100-7

wird in Räumen mit besonderer Personengefährdung

ein zusätzlicher Potenzialausgleich

gefordert.

Alle leitfähigen metallenen Rohrleitungen

und der leitfähige Ablaufstutzen

an Bade- und Duschwannen müssen

mit einem Potenzialausgleichsleiter

verbunden werden – Mindestquerschnitt

4 mm 2 Cu. Die Verbindung zur

Potenzialausgleichsschiene erfolgt mit

mindestens 6 mm 2 Cu.

Parallel verlaufende, metallene Kabelträgersysteme

sollten in regelmäßigen

Abständen (ideal alle 5 m) miteinander

verbunden werden.

Erdung

Es wird zwischen der Erderanordnung

Typ A und Typ B unterschieden. Die

Erderanordnung Typ A besteht aus

horizontalen oder vertikalen Einzelerdern.

Für die Erderanordnung Typ A

müssen mindestens 2 Erder verwendet

werden. In der Praxis kommen in

der Regel Tiefenerder zum Einsatz.

Die Erderanordnung Typ B besteht aus

einem Ringerder außerhalb der baulichen

Anlage, mit wenigstens 80 %

seiner Gesamtlänge im Erdreich, oder

aus einem Fundamenterder. Die

Maschenweite eines Fundamenterders

soll 20 m x 20 m nicht überschreiten.

Innerer Blitzschutz

Die Blitzschutzzonen sind definierte

Schutzbereiche, die nach der Art der

Blitzgefährdung klassifiziert werden.

An den Grenzen der Blitzschutzzonen

muss der Potenzialausgleich für alle

eintretenden metallenen Teile und

elektrischen Versorgungsleitungen

durchgeführt werden.

Der Blitzschutzpotenzialausgleich von

LPZ 0 auf LPZ 1 ist für alle metallenen

Systeme sowie elektrischen Energieund

Datenleitungen durchzuführen.

Ziel des Blitzschutzpotenzialausgleichs

ist es, die durch den Blitzstrom verursachten

Potenzialunterschiede zu

reduzieren. Die Anforderungen an den

Blitzschutzpotenzialausgleich werden

erfüllt durch den direkten Anschluss

aller metallenen Systeme und den

indirekten Anschluss aller unter

Betriebsspannung stehenden Systeme

über Überspannungsschutzgeräte Typ 1.

Der Blitzschutzpotenzialausgleich soll

möglichst nahe an der Eintrittstelle in

die bauliche Anlage erfolgen, um das

Eindringen von Blitzteilströmen in das

Gebäude zu verhindern.

An der Blitzschutzzone LPZ 2 (z. B.

Unterverteilungen) müssen den

Überspannungsschutzgeräten Typ 1

koordinierte Überspannungsschutzgeräte

Typ 2 nachgeschaltet werden.

DIN VDE 0100-534 fordert, dass die

Anschlussleitungslänge zu Überspannungsschutzgeräten

in Leitungsabzweigen

nicht größer als 0,5 m ist.

2/66

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

kapitel 3

3.1 Einleitung

3.2 Grundlagen Schaltgeräte

3.3 Anforderungen an Mittelspannungs-

Schaltanlagen

3.4 Siemens-Mittelspannungs-

Schaltanlagen

3.5 Von der Mittelspannungs-

Schaltanlage bis zur Komplettlösung

3.6 Schutz von Mittelspannungs-

Schaltanlagen


3 Mittelspannung

3.1 Einleitung

Nach internationalen Regeln gibt es

nur zwei Spannungsgruppen:

Niederspannung: bis einschließlich

AC 1 kV (oder DC 1500 V)

Hochspannung: über AC 1 kV

(oder DC 1500 V)

Mit Niederspannung arbeiten die

meisten elektrischen Geräte in Haushalts-,

Gewerbe- und Industrieanwendungen.

Mit Hochspannung wird

elektrische Energie sowohl über sehr

große Entfernungen transportiert als

auch, regional feiner verästelt, bis in

die Lastschwerpunkte verteilt. Da aber

für den Transport und die regionale

Verteilung unterschiedlich hohe

Spannungen in Gebrauch sind und

weil auch die Aufgaben und Anforderungen

für Schaltgeräte und Schaltanlagen

sehr unterschiedlich sind, hat

sich für die Spannungen, mit denen

elektrische Energie regional verteilt

wird, der Begriff „Mittelspannung“ als

Teil der Hochspannung über AC 1 kV

bis einschließlich AC 52 kV herausgebildet.

Die meisten Betriebsspannungen

in Mittelspannungsnetzen liegen

im Bereich AC 3 kV bis AC 40,5 kV.

Die elektrischen Übertragungs- und

Verteilungsnetze verbinden nicht nur

Kraftwerke und Stromverbraucher,

sondern bilden mit ihren „Maschen“

ein überregionales Rückgrat mit

Reserven für die Versorgungssicherheit

und für den Ausgleich von Lastunterschieden.

Um bei der Energieübertragung

die Verluste gering zu

halten, bevorzugt man hohe Betriebsspannungen

(und damit kleinere

Ströme). Erst in den Lastzentren nahe

am Verbraucher wird die Spannung

auf die im Niederspannungsnetz

üblichen Werte heruntertransformiert.

In der öffentlichen Elektrizitätsversorgung

wird der größte Teil der Mittel-

Niederspannung

Mittelspannung

1 kV < 52 kV

0 1 kV 52 kV

Grafik 3.1/1: Spannungsbezeichnungen

spannungsnetze zwischen 10 kV und

30 kV betrieben (Betriebsspannung).

Die Werte sind in den einzelnen

Ländern sehr unterschiedlich, bedingt

durch die historische Entwicklung der

Technik und die örtlichen Gegebenheiten.

Mittelspannungsanlagen

In Industriebetrieben mit Mittelspannungsnetzen

gibt es, abgesehen von

der öffentlichen Einspeisung, noch

andere Spannungen, die sich nach

den Verbrauchern richten; meistens

sind die Betriebsspannungen der

installierten Motoren maßgebend.

Sehr häufig sind in Industrienetzen

Betriebsspannungen zwischen 3 kV

und 15 kV zu finden.

1

Hochspannung

1 Mittelspannung 2 Hochspannung 3 Niederspannung

Grafik 3.1/2: Spannungsebenen vom Kraftwerk zum Verbraucher

Wechselspannung

Im elektrischen Versorgungs- und

Verteilungsnetz befinden sich Mittelspannungsanlagen

im Kraftwerk, bei Generatoren und

Eigenbedarfsanlagen,

in Umspannanlagen (öffentlicher

Netze oder von Netzen großer

Industriebetriebe) der primären

Verteilung, in denen die Energie aus

dem Hochspannungsnetz eingespeist

und auf Mittelspannungsniveau

transformiert wird,

in Ortsnetz-, Transformator- oder

Übergabestationen für größere

Abnehmer (sekundäre Verteilungsebene),

in denen die Energie von

Mittel- auf Niederspannung transformiert

und zum Endverbraucher

verteilt wird (Grafik 3.1/3).

2 1 3

3/2

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

Trennschalter (Trenner)

Mittelspannung

Hochspannung

Mittelspannung

Niederspannung

3.2 Grundlagen

Schaltgeräte

3.2.1 Was sind

Schaltgeräte?

Schaltgeräte sind Geräte zum Schließen

(Einschalten) oder Unterbrechen

(Ausschalten) von Stromkreisen. Beim

Ein- oder Ausschalten können folgende

Beanspruchungen auftreten:

Stromloses Schalten

Schalten von Betriebsströmen

Schalten von Kurzschlussströmen

G

Grafik 3.1/3: Mittelspannung im elektrischen Versorgungs- und Verteilungsnetz

M

G

3.2.2 Was können die

einzelnen Schaltgeräte?

Leistungsschalter

können alle Ströme im Rahmen ihrer

Bemessungswerte ein- und ausschalten;

von kleinen induktiven und

kapazitiven Lastströmen bis zum

vollen Kurzschlussstrom, und das

unter allen Fehlerbedingungen im

Netz, wie Erdschluss, Phasenopposition

usw.

Lastschalter

Stromerzeugung

Übertragungsnetz

Umspannanlage

Primäre

Verteilungsebene

Sekundäre

Verteilungsebene

können Ströme bis zu ihrem Bemessungsbetriebsstrom

schalten und auf

bestehenden Kurzschluss (bis zu

ihrem Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom)

einschalten.

dienen zum strom- oder spannungslosen

Ein- und Ausschalten. Ihre Aufgabe

ist es, nachgeschaltete Betriebsmittel

„freizuschalten“, um an diesen

arbeiten zu können.

Lasttrennschalter (Lasttrenner)

sind die Kombination aus Lastschalter

und Trennschalter, oder anders ausgedrückt,

Lastschalter mit Trennstrecke.

Schütze

sind Lastschaltgeräte mit begrenztem

Kurzschlusseinschalt- und Kurzschlussausschaltvermögen.

Sie

werden bei großer Schalthäufigkeit

eingesetzt.

Erdungsschalter

erden freigeschaltete Stromkreise.

Erdungsdraufschalter (Erdungsschalter

mit Einschaltvermögen)

dienen zum gefahrlosen Erden von

Stromkreisen auch bei anstehender

Spannung, d. h. auch für den Fall,

dass der zu erdende Stromkreis versehentlich

vorher nicht freigeschaltet

wurde.

Sicherungen

bestehen aus Sicherungsunterteil und

Sicherungseinsatz. Mit dem Sicherungsunterteil

kann bei stromlosem

Ziehen des Sicherungseinsatzes (wie

beim Trennschalter) eine Trennstrecke

hergestellt werden. Der Sicherungseinsatz

dient zum einmaligen Ausschalten

eines Kurzschlussstroms.

Überspannungsableiter

leiten Ladungen gegen Erde ab, die

durch Blitzeinschläge (äußere Überspannungen)

oder Schaltvorgänge und

Erdschlüsse (innere Überspannungen)

verursacht werden. Sie schützen damit

die angeschlossenen Betriebsmittel vor

unzulässig hohen Spannungen.

3/3

3


3.2.3 Auswahl von

Schaltgeräten

Schaltgeräte werden sowohl nach

ihren Bemessungsdaten als auch nach

ihren Schaltaufgaben ausgewählt;

dazu gehört auch die Schalthäufigkeit.

Die nachfolgenden Tabellen zeigen

die Auswahlkriterien; Tabelle 3.1/1

nennt die Auswahl nach Bemessungsdaten.

Tabelle 3.1/2 bis Tabelle 3.1/5

nennen die Gebrauchsdauer der

Geräte.

Auswahl nach Bemessungsdaten

Die Netzverhältnisse, d. h. die Eigenschaften

des Primärstromkreises,

bestimmen die erforderlichen Kenngrößen.

Davon sind die wichtigsten:

Bemessungsspannung

ist die obere Grenze der Netzspannung,

für welche das Gerät bemessen

ist. Da alle Hochspannungs-Schaltgeräte

Nullpunktlöscher sind – mit Ausnahme

von einigen Sicherungen –, ist

die Netzspannung das wichtigste

Dimensionierungskriterium. Sie

bestimmt die dielektrische Beanspruchung

des Schaltgeräts durch Einschwing-

und Wiederkehrspannung,

besonders beim Ausschalten.

Bemessungsisolationspegel

ist das Isoliervermögen von Leiter

gegen Erde, zwischen den Leitern und

über die geöffnete Schaltstrecke bzw.

über die Trennstrecke. Das Isoliervermögen

ist die Fähigkeit eines Betriebsmittels,

allen Spannungen von gegebenem

zeitlichen Verlauf bis zur Höhe

der jeweiligen Stehspannung standzuhalten.

Das können betriebs- oder

höherfrequente Überspannungen

sein, verursacht durch Schaltvorgänge,

Erdschlüsse (innere Überspannungen)

oder Blitze (äußere Überspannungen).

Das Isoliervermögen

wird durch eine Blitzstoßspannungsprüfung

mit der Normstoßwelle 1,2 /

50 µs und eine Wechselspannungsprüfung

(50 Hz / min) nachgewiesen.

Bemessungsbetriebsstrom

ist der Strom, den die Hauptstrombahn

eines Gerätes unter definierten

Bedingungen dauernd führen kann.

Die Erwärmung von Bauteilen –

besonders von Kontakten – darf

Gerät Stehvermögen, Bemessungs-… Schaltvermögen, Bemessungs-…

Isolationspegel Spannung Betriebsstrom Stoßstrom Ausschaltstrom

Kurzschlussausschaltstrom

Kurzschlusseinschaltstrom

Leistungsschalter x x x x x

Last(trenn)schalter x x x x x

Trennschalter x x x

Erdungsschalter x x

Erdungsdraufschalter x x x

Schütz x x x x x 1) x 1)

Sicherungseinsatz x x x

Sicherungsunterteil x x

Überspannungsableiter * x 2) x 3) x 4) x 5)

Kurzschlussdrossel x x x

Durchführung x x x 6)

Stützisolator (Stützer) x x 6)

x Auswahlgröße

1)

Begrenztes Kurzschlussschaltvermögen

2)

Nur in Sonderfällen Auswahlgröße, z. B. bei ungewöhnlicher

Fremdschichtbeanspruchung

3)

Bei Ableitern mit Funkenstrecke = Löschspannung

4)

Bemessungs-Ableitstoßstrom bei Ableitern

5)

Bei Ableitern: Kurzschlussstromfestigkeit für den Fall der Überlastung

6)

Bei Durchführungen und Stützern: Mindestbruchkräfte für Zug, Biegung und Torsion

* Siehe auch Kap. 3.3

(Kenngrößen der Sekundärausrüstung für Antriebe, Steuerung und Überwachung sind in dieser Tabelle nicht berücksichtigt.)

Tabelle 3.2/1: Geräteauswahl nach Daten des Primärstromkreises

3/4

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

festgelegte Werte nicht überschreiten.

Zulässige Übertemperaturen beziehen

sich immer auf die Umgebungstemperatur.

Ist ein Gerät in eine Kapselung

eingebaut, darf es möglicherweise

nicht mit seinem vollen Bemessungsstrom

belastet werden, je nach Güte

der Verlustwärmeabfuhr.

Bemessungsstoßstrom

ist der Scheitelwert der ersten großen

Teilschwingung des Kurzschlussstroms

während eines Ausgleichsvorganges

nach Stromflussbeginn, den

das Gerät in geschlossenem Zustand

führen kann. Er ist ein Maß für die

elektrodynamische (mechanische)

Belastung eines Betriebsmittels. Für

Geräte, die volles Einschaltvermögen

haben, ist diese Größe ohne Bedeutung

(siehe Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom).

Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom

ist der Scheitelwert des Einschaltstroms

bei einem Kurzschluss an den

Anschlüssen des Schaltgerätes. Die

Beanspruchung ist härter als beim

Bemessungsstoßstrom, weil dynamische

Kräfte u. U. der Bewegung der

Schaltstücke entgegenwirken.

Bemessungsausschaltstrom

ist der Lastausschaltstrom im Normalbetrieb.

Für Geräte, die volles Ausschaltvermögen

und keinen kritischen

Strombereich haben, ist diese Größe

ohne Bedeutung ( Bemessungs-

Kurzschlussausschaltstrom).

Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom

ist der Effektivwert des Ausschaltstroms

bei einem Kurzschluss an den

Anschlüssen des Schaltgerätes.

Klasse Schaltspiele Beschreibung

M

E

Auswahl nach Lebensdauer und

Schalthäufigkeit

Wenn mehrere Geräte die elektrischen

Anforderungen erfüllen und keine

anderen Kriterien höherrangig sind,

kann die benötigte Schalthäufigkeit

ein zusätzliches Auswahlkriterium

sein. Nachfolgende Tabellen zeigen

die Lebensdauer der Schaltgeräte und

geben somit eine Empfehlung über

den zweckmäßigen Einsatz. Die jeweiligen

Gerätenormen unterscheiden

Klassen der mechanischen (M) und

elektrischen Lebensdauer (E), wobei

sie auch gemischt auf einen Schalter

anwendbar sind; z. B. kann ein Schalter

mechanisch der Klasse M1 und

elektrisch der Klasse E3 entsprechen.

Lastschalter

M1 1000 mechanische Standfestigkeit

M2 5000 erhöhte mechanische Standfestigkeit

20 x 0,05 · I 1

E1 10 x I 1

10 x I 2a

2 x I ma

10 x I 4a

10 x 0,2 … 0,4 · I 4a

E2 30 x I 1

20 x I 2a

10 x I 4b

10 x I 6a

3 x I ma

E3 100 x I 1

20 x I 2a

5 x I ma

Tabelle 3.2/2: Lebensdauerklassen für Lastschalter

Die Norm IEC 60265-1 / VDE 0670-301

legt nur Klassen für die sogenannten

Mehrzweck-Lastschalter fest. Darüber

hinaus gibt es auch „Spezial-Lastschalter“

und „Lastschalter für begrenzte

Anwendungen“) *

10 x I 6b

I 1

I 2a

I 4a

I 4b

I 6a

I 6b

Netzlaststrom

Leitungsring

Kabelladestrom

Freileitungsladestrom

Erdschlussstrom

I ma

Kabel- und Freileitungsstrom

unter Erdschlussbedingungen

Kurzschlusseinschaltstrom

– Mehrzweck-Lastschalter

müssen verschiedene Arten von

Betriebsströmen schalten können

(Lastströme, Ringströme, Ströme

unbelasteter Transformatoren, Ladeströme

unbelasteter Kabel und Freileitungen)

sowie Kurzschlussströme

einschalten.

Mehrzweck-Lastschalter, die für die

Verwendung in Netzen mit isoliertem

Sternpunkt oder mit Erdschlusskompensation

vorgesehen sind, müssen

auch unter Erdschlussbedingungen

schalten können. Die Vielseitigkeit

spiegelt sich wider in den recht

genauen Festlegungen für die

E-Klassen.

– SF 6 -Lastschalter

sind zweckmäßig, wenn die Schalthäufigkeit

etwa ≤ 1-mal pro Monat

beträgt. Hinsichtlich der elektrischen

Lebensdauer liegen diese Schalter

meistens in der Klasse E3.

* Lastschalter für begrenzte Anwendungen

müssen nur eine Auswahl der Schaltfälle eines

Mehrzweck-Lastschalters beherrschen.

Lastschalter für spezielle Anwendungen sind

für Schaltaufgaben vorgesehen wie z. B.

Schalten von Einzelkondensatorbatterien,

Parallelschalten von Kondensatorbatterien,

Schalten von Ringstromkreisen, die durch

parallel geschaltete Transformatoren gebildet

werden oder Schalten von Motoren im

normalen und festgebremsten Zustand.

3/5

3


Klasse

M

E

Beschreibung

M1 2000 Schaltspiele normale mechanische Lebensdauer

M2 10000 Schaltspiele erweiterte mechanische Lebensdauer, geringfügige

Wartung

E1 2 x C und 3 x O mit 10 %,

30 %, 60 % und 100 % I sc

normale elektrische Lebensdauer

(Schalter, der nicht unter E2 fällt)

* erweiterte elektrische

mit AWE * -Betrieb

100 % I sc

E2 2 x C und 3 x O mit 10 %,

30 %, 60 % und 100 % I sc

ohne AWE -Betrieb

Lebensdauer ohne Wartung

der Schaltkammer

26 x C 130 x O 10 % I sc

4 x C 6 x O

26 x C 130 x O 30 % I sc

4 x C 8 x O 60 % I sc

* AWE = automatische Wiedereinschaltung (früher auch als KU = Kurzunterbrechung bezeichnet)

Tabelle 3.2/3: Lebensdauerklassen für Leistungsschalter

– Luft- oder Hartgas-Lastschalter

sind bei Schalthäufigkeiten ≤ 1-mal

pro Jahr zweckmäßig. Diese Schalter

sind einfacher und gehören meist zur

Klasse E1. Es gibt auch Ausführungen

für E2.

Klasse Schaltspiele Beschreibung

M

M0 1 000 für allgemeine Anforderungen

M1 2 000 erweiterte mechanische Lebensdauer

M2 10 000

Tabelle 3.2/4: Lebensdauerklassen für Trennschalter

Klasse Schaltspiele Beschreibung

E

E0 0 x I ma kein Kurzschlusseinschaltvermögen

E1 2 x I ma Kurzschlusseinschaltvermögen

– Vakuum-Lastschalter

Das Leistungsvermögen ist deutlich

über den Klassen M2/E3. Sie werden

für besondere Aufgaben eingesetzt –

meist in Industrienetzen – oder wenn

die Schalthäufigkeit ≥ 1-mal pro

Woche beträgt.

für allgemeine Anforderungen

E2 5 x I ma reduziertes Wartungsbedürfnis

Tabelle 3.2/5: Lebensdauerklassen für Erdungsschalter

Leistungsschalter

Während die mechanischen Schaltspielzahlen

der M-Klassen ausdrücklich

genannt sind, definiert die Leistungsschalternorm

IEC 62271-100 /

VDE 0671-100 die elektrische Lebensdauer

der E-Klassen nicht mit konkreten

Schaltspielzahlen, sondern nur

sehr vage.

Eine Orientierung, was hinter „normaler

elektrischer Lebensdauer“ und

„erweiterter elektrischer Lebensdauer“

steckt, bieten die Prüfschaltfolgen der

Kurzschluss-Typprüfungen. In den

grau hinterlegten Feldern der Tabelle

ist die Anzahl der Ein- und Ausschaltungen

(Close, Open) angegeben.

Moderne Vakuumleistungsschalter

können den Bemessungsbetriebsstrom

in der Regel mit der Anzahl der

mechanischen Schaltspiele ein- und

ausschalten.

Die Schalthäufigkeit ist kein bestimmendes

Auswahlkriterium, da Leistungsschalter

immer dort eingesetzt

sind, wo Kurzschlussschaltvermögen

zum Schutz der Betriebsmittel erforderlich

ist.

Trennschalter

Trennschalter haben kein Schaltvermögen

* . Deshalb sind nur Klassen für

die Anzahl der mechanischen Schaltspiele

festgelegt.

Erdungsschalter

Bei Erdungsschaltern bezeichnen die

E-Klassen das Kurzschlusseinschaltvermögen

(Erden gegen anstehende

Spannung). E0 entspricht einem

normalen Erdungsschalter; Schalter

der Klassen E1 und E2 werden im

Sprachgebrauch auch als Erdungsdraufschalter

oder Erdungskurzschließer

bezeichnet.

* Trennschalter bis 52 kV dürfen nur vernachlässigbare Ströme bis 500 mA schalten (z. B. Spannungswandler) oder größere Ströme nur unter

unwesentlicher Spannungsdifferenz (z. B. beim Sammelschienenwechsel mit eingeschalteter Querkupplung).

3/6

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

Wie oft ein Erdungsschalter rein

mechanisch betätigt werden kann,

legt die Norm nicht fest; es gibt für

diese Schalter keine M-Klassen.

Schütze

Für Schütze hat die Norm noch keine

Lebensdauerklassen festgelegt. Heute

übliche Schütze haben eine mechanische

und elektrische Lebensdauer im

Bereich von 250 000 und 1 000 000

Schaltspielen. Sie sind überall da

anzutreffen, wo extrem häufig

geschaltet wird, z. B. > 1-mal pro

Stunde.

Netzparameter

Netzschutz und Messung

Einspeisungen

Betriebsstätte

• Nennspannung • Sternpunkterdung

• Kurzschlussstrom • Kabel-/Freileitung

• Betriebsstrom • Überspannungsschutz

• Lastfluss

• Energiequalität

• Schutzfunktionen • Redundanz

• Selektivität

• Auslösezeiten

• Messung

• Zählung

• Öffentliche Netze • Notstrom

• Eigenerzeugung • Redundanz

• Aufstellungsort • Zugänglichkeit

• Betriebsraum • Gebäude

• Transport

• Montage

3.3

Anforderungen an

Mittelspannungs-

Schaltanlagen

Die wesentlichen Einflüsse und Beanspruchungsgrößen

einer Schaltanlage

folgen aus der Aufgabe und deren

Rang im Verteilungsnetz. Diese Einflussfaktoren

und Beanspruchungen

bestimmen die Auswahl- und Bemessungsgrößen

der Schaltanlage.

Umgebungsbedingungen

Branchenspezifische Anwendung

Branchenspezifische Betriebsabläufe

Vorschriften

Grafik 3.3/1: Einflussfaktoren und Beanspruchungen einer Schaltanlage

• Raumklima • Höhenlage

• Temperatur • Luftfeuchtigkeit

• Schaltaufgabe • Schalthäufigkeit

• SS-Wechsel • Verfügbarkeit

• Bedienung

• Personenschutz

• Arbeiten

• Arbeitsanweisungen

• Inspektion

• Instandhaltung

• Normen

• Gesetze

• Verbandsrichtlinien • Firmenvorschriften

3.3.1 Einflüsse und

Beanspruchungsgrößen

Kenngrößen des Netzes

Netzspannung

Sie bestimmt die Bemessungsspannung

der Schaltanlage, Schaltgeräte

und anderer eingebauter Komponenten.

Entscheidend ist die maximale

Netzspannung an der oberen Toleranzgrenze.

Zugeordnete Projektierungskriterien

für eine Schaltanlage:

Bemessungsspannung U r

Bemessungsisolationspegel U d ; U p

Primäre Bemessungsspannung von

Spannungswandlern U pr

Kurzschlussstrom

Er ist gekennzeichnet durch die charakteristischen

Größen Stoßstrom I p

(Scheitelwert des Anfangskurzschlusswechselstroms)

und Dauerkurzschlussstrom

I k . Der erforderliche

Kurzschlussstrompegel im Netz ist

durch das dynamische Verhalten der

Lasten und die einzuhaltende Energiequalität

vorgegeben und bestimmt bei

den Schaltgeräten und Anlagen das zu

wählende Ein-, Ausschalt- und Stehvermögen

(Tabelle 3.3/1).

Achtung: Das Verhältnis Stoß- zu

Dauerkurzschlussstrom im Netz kann

erheblich größer sein als der

genormte Faktor I p /I k = 2,5 (50 Hz),

nach dem Schalter und Anlagen

gebaut werden. Ursache dafür können

z. B. Motoren sein, die beim Kurzschluss

ins Netz zurückspeisen und so

den Stoßstrom deutlich erhöhen.

3/7

3


Zugeordnete Projektierungskriterien für eine Schaltanlage:

Haupt- und Erdungsstrombahn:

Schaltgeräte:

Stromwandler:

– Bemessungsstoßstrom I p

– Bemessungskurzzeitstrom I k

– Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom I ma

– Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom I sc

– Bemessungsstoßstrom I k dyn

– Thermischer Bemessungskurzzeitstrom I th

Tabelle 3.3/1: Projektierungskriterien Kurzschlussstrom

Betriebsstrom und Lastfluss

Der Betriebsstrom bezieht sich auf

Strompfade der Einspeisungen, der

Sammelschiene(n) und der Verbraucherabzweige.

Durch die räumliche

Verteilung der Schaltfelder teilt sich

auch der Strom auf, sodass im Verlauf

einer Strombahn unterschiedliche

Bemessungsstromwerte aneinandergereiht

sein können; typisch sind

verschiedene Werte für Sammelschienen

und Abzweige.

Bei der Dimensionierung der Anlagen

sind Reserven einzuplanen, z. B.

nach der Umgebungstemperatur,

für geplante Überlast,

zeitweilige Überlast bei Störungen.

Bei großen Betriebsströmen sind

große Kabelquerschnitte oder mehrere

Parallelkabel im Schaltfeld anzuschließen;

der Feldanschluss muss

dafür ausgelegt sein.

Zugeordnete Projektierungskriterien

für eine Schaltanlage:

Bemessungsstrom von Sammelschiene(n)

und Abzweigen

Anzahl der Kabel je Leiter im

Schaltfeld (Parallelkabel)

Bemessung der Stromwandler

3/8

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

3.4 Siemens-

Mittelspannungs-

Schaltanlagen

Wie im TIP-Applikationshandbuch

„Grundlagenermittlung und Vorplanung“

ab Seite 5/2, vorgestellt ist die

Schaltanlage 8DH für die meisten

Anwendungsfälle im Infrastrukturbereich

der richtige Einstieg. Hier, im

„TIP-Handbuch für die Entwurfsplanung“,

stellen wir Ihnen weiterführende

Produkte und Lösungen vor. Für

darüber hinausgehende Informationen

stehen Ihnen unsere Ansprechpartner

vor Ort gerne zur Verfügung.

Kategorie der

Betriebsverfügbarkeit

LSC 1

Wenn ein zugänglicher

Schottraum der Schaltanlage

geöffnet wird …

dann muss die Sammelschiene und

damit die komplette Schaltanlage

freigeschaltet werden

LSC 2 LSC 2A dann muss nur das einspeisende

Kabel freigeschaltet werden. Die

Sammelschiene und benachbarte

Schaltfelder können in Betrieb

bleiben

LSC 2B

dann können das einspeisende

Kabel, die Sammelschiene und die

benachbarten Schaltfelder in

Betrieb bleiben

Tabelle 3.4/1: Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

Konstruktive Ausführung

Keine Schottwände innerhalb des

Feldes, keine Feldtrennwände zu

Nachbarfeldern

Feldtrennwände und Trennstrecke

mit Schottung zur Sammelschiene

Feldtrennwände und Trennstrecken

mit Schottung zur Sammelschiene

sowie zum Kabel

Art der Zugänglichkeit

eines Schottraumes

Verriegelungsgesteuert

Verfahrensabhängig

zugänglich

Werkzeugabhängig

zugänglich

Eigenschaften des Zugangs

Öffnen für normalen Betrieb und

Instandhaltung,

z. B. Sicherungswechsel

Öffnen für normalen Betrieb und

Instandhaltung,

z. B. Sicherungswechsel

Öffnen nicht für normalen Betrieb

oder Instandhaltung,

z. B. Kabelprüfung

Konstruktive Ausführung

Zugang wird durch die Konstruktion

der Schaltanlage kontrolliert, d. h.,

eingebaute Verriegelungen

verhindern das unzulässige Öffnen

Zugangskontrolle über ein geeignetes

Verfahren (Arbeitsanweisung

des Betreibers) kombiniert mit einer

Abschließvorrichtung (Schloss)

Zugang nur mit Werkzeug zum

Öffnen, besondere Zugangsverfahren

(Anweisung des Betreibers)

Nicht zugänglich

Öffnen für Betreiber nicht möglich/nicht beabsichtigt,

Öffnen kann Schottraum zerstören

Dies gilt generell für die gasgefüllten Schotträume gasisolierter Schaltanlagen.

Der Zugang ist aufgrund der Wartungsfreiheit und Klimaunabhängigkeit

weder erforderlich noch möglich.

Tabelle 3.4/2: Zugänglichkeit von Schotträumen

In der Notation IAC A FLR, I und t stehen die einzelnen Kürzel für folgende Werte:

IAC

A

FLR

I

Internal Arc Classification

Abstand der Indikatoren 300 mm, d. h. Aufstellung in Räumen mit Zugang für befugtes

Personal, abgeschlossene elektrische Betriebsstätte

Zugang von vorne (F = Front), von den Seiten (L = Lateral) und von hinten (R = Rear)

Prüfstrom = Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom (in kA)

t Störlichtbogendauer (in s)

Tabelle 3.4/3: Störlichtbogenqualifikation nach IEC 62271-200

3/9

3


Verteilungsebene

Isolierung

Bauweise Betriebsverfügbarkeit

Schottungsklasse

Störlichtbogenqualifikation*

Schaltanlagentyp

Sammelschienensystem

Bemessungsspannung

(kV)

luftisoliert

Bemessungskurzzeitstrom

(kA)

1 s 3 s

Bemessungsstrom

Sammelschiene (A)

Bemessungsstrom

Abzweig (A)

erweiterbar LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FLR 31,5 kA, 1s NXPLUS C einfach 15

24,0

31,5

25

31,5

25

2500

2500

2500

2000

LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FLR 25 kA, 1s NXPLUS C doppelt 24 25 25 2500 1250

LSC 2B PM IAC A FLR 31,5 kA, 1s NXPLUS einfach 40,5 31,5 31,5 2500 2500

LSC 2B PM IAC A FLR 31,5 kA, 1s NXPLUS doppelt 36 31,5 31,5 2500 2500

LSC 2B PM IAC A FL 40 kA, 1s 8DA10 einfach 40,5 40 40 4000 2500

LSC 2B PM IAC A FL 40 kA, 1s 8DB10 doppelt 40,5 40 40 4000 2500

primäre gasisoliert

luftisoliert

erweiterbar LSC 2B PM IAC A FLR 40 kA, 1s NXAIR einfach 12 40 40 3150 3150

LSC 2B PM IAC A FLR 40 kA, 1s NXAIR doppelt 12 40 40 3150 3150

LSC 2B PM IAC A FLR 25 kA, 1s NXAIR M einfach 24 25 25 2500 2500

LSC 2B PM IAC A FLR 25 kA, 1s NXAIR M doppelt 24 25 25 2500 2500

LSC 2B PM IAC A FLR 50 kA, 1s NXAIR P einfach 15 50 50 4000 4000

LSC 2B PM IAC A FLR 50 kA, 1s NXAIR P doppelt 15 50 50 4000 4000

LSC 2B PM IAC A FLR 31,5 kA, 1s SIMOPRIME einfach 17,5 31,5 31,5 3150 3150

LSC 2A PM IAC A FLR 25 kA, 1s 8BT1 einfach 24 25 25 2000 2000

LSC 2B PM IAC A FL 31,5 kA, 1s 8BT2 einfach 36 31,5 31,5 2500 2500

LSC 1 PM IAC A FL 16 kA, 1s 8BT3 einfach 36 16 16 1250 1250

nicht

erweiterbar

LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FL 21 kA, 1s 8DJ10 einfach 17,5

24

25

20

20

20

630

630

630

630

LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FL 21 kA, 1s 8DJ20 einfach 17,5

24

25

20

20

20

630

630

630

630

erweiterbar LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FLR 21 kA, 1s 8DH10 einfach 17,5

24

25

20

20

20

1250

1250

1250

1250

sekundäre gasisoliert

erweiterbar LSC 2B (Felder ohne

HH-Sicherung)

LSC 2A (Felder mit

HH-Sicherung)

PM IAC A FLR 20 kA, 1s SIMOSEC einfach 17,5

24

25

20

20

20

1250

1250

1250

1250

* maximal mögliche IAC-Klassifizierung

Tabelle 3.4/4: Überblick Siemens-Mittelspannungs-Schaltanlagen

3/10

Totally Integrated Power by Siemens


TIP_NXAIR-001

H3

H1

H2

Mittelspannung

NXAIR

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, metallgeschottete

Schaltanlage NXAIR ist die Innovation

auf dem Schaltanlagengebiet für

die Verteil- und Prozessebene bis

12 kV, 40 kA, 3150 A.

Metallgekapselte, metallgeschottete

LSC 2B PM-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 40 kA, 1 s

Typprüfungen des Leistungsschalters

und einschaltfesten

Erdungsschalters im Feld

Kabelanschluss von vorne oder

von hinten

Durchführungswandler

ermöglichen das selektive

Abschalten von Abzweigen

Innere Störlichtbogenfestigkeit

der Schaltfelder

Tausch des Modul- und

Anschlussraums möglich

Anreihbare Schützfelder

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12

Frequenz Hz 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28*

Stehblitzstoßspannung kV 60 75

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 40 40

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 40 40

Kurzschlusseinschaltstrom** max. kA 100 100

Stoßstrom** max. kA 100 100

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 3150 3150

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 3150 3150

mit Lasttrennschalter*** max. Ak 200 200

* 42 kV optional

** Werte für 50 Hz

*** Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/5: Technische Daten NXAIR

Alle Feldtypen

Maße in mm

Breite (Teilung) B 400 / 600 / 800 / 1000

Höhe H1 Standard 2300

H2 – bei erhöhtem Niederspannungsschrank

2350

– bei Durchzugsbelüftung

– mit Zusatz für Sammelschienenanbauten

H3 Höhe Standard-Niederspannungsschrank 2000

Tiefe T Einfachsammelschiene ≤ 31,5 kA, ≤ 2500 A 1350

40 kA, 3150 A 1450

T Doppelsammelschiene ≤ 31,5 kA, ≤ 2500 A 2850

40 kA, 3150 A 3050

Bild 3.4/1: Schaltfeld NXAIR

Tabelle 3.4/6: Abmessungen NXAIR

3/11

3


TIP_NXAIR-M-001

H3

H2

H1

H4

NXAIR M

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, metallgeschottete

Schaltanlage NXAIR M ist die konsequente

Weiterentwicklung der

NXAIR-Familie für den Einsatz in der

Verteiler- und Prozessebene bis 24 kV,

25 kA, 2500 A.

Metallgekapselte, metallgeschottete

LSC 2B PM-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 25 kA, 1 s

Typprüfungen des Leistungsschalters

und einschaltfesten

Erdungsschalters im Feld

Kabelanschluss von vorne

oder von hinten

Durchführungswandler

ermöglichen das selektive

Abschalten von Abzweigen

Innere Störlichtbogenfestigkeit

der Schaltfelder

Tausch des Modul- und

Anschlussraums möglich

Bemessungs-

Spannung kV 24

Frequenz Hz 50

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 50

Stehblitzstoßspannung kV 125

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 25

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 25

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 63

Stoßstrom max. kA 63

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 2500

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 2500

mit Lasttrennschalter max. Ak 200*

* Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/7: Technische Daten NXAIR M

Alle Feldtypen

Maße in mm

Breite (Teilung) B ≤ 1600 A 800

2000, 2500 A 1000

Höhe H1 mit Standard-Niederspannungsschrank

2655

– bei Durchzugsbelüftung

H2 Front bei Standard-Niederspannungsschrank 2200

H3 – bei erhöhtem Niederspannungsschrank 2550

H4 – mit Zusatzraum für Sammelschienenanbauten 2770

Tiefe T Einfachsammelschiene 1554

Doppelsammelschiene bei Rücken-Rücken-

Aufstellung

3260

Bild 3.4/2: Schaltfeld NXAIR M

Tabelle 3.4/8: Abmessungen NXAIR M

3/12

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

NXAIR P

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, metallgeschottete

Schaltanlage NXAIR P basiert auf den

Konstruktionsprinzipien der NXAIR-

Familie und ist für den Einsatz in der

Verteiler- und Prozessebene bis 15 kV,

50 kA, 4000 A ausgelegt.

Metallgekapselte, metallgeschottete

LSC 2B PM-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 50 kA, 1 s

Typprüfungen des Leistungsschalters

und einschaltfesten

Erdungsschalters im Feld

Kabelanschluss von vorne

oder von hinten

Als Einschub- oder als

Wagenanlage lieferbar

Durchführungswandler ermöglichen

das selektive Abschalten

von Abzweigen bis 31,5 kA

Innere Störlichtbogenfestigkeit

der Schaltfelder bis 31,5 kA

Tausch des Modul- und

Anschlussraums ist möglich

Anreihbare Schützfelder

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28 35

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 50 50 50

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 50 50 50

Kurzschlusseinschaltstrom* max. kA 125 125 125

Stoßstrom* max. kA 125 125 125

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 4000 4000 4000

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 4000 4000 4000

mit Vakuumschütz max. Ak 400** 400** –

* Werte für 50 Hz

** Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/9: Technische Daten NXAIR P

H1

H2

H4

H3

HA25-2688d eps

B

T

Alle Feldtypen (außer Vakuumschützfeld)

Maße in mm

Breite B ≤ 2000 A 800

(Teilung) > 2000 A (bei Schaltfeldbelüftung) 1000

Höhe H1 Front bei Standard-Niederspannungsschrank (≤ 3150 A) 2225

H2 mit erhöhtem Niederspannungsschrank 2485

H3 mit standardmäßigem, aufgesetztem Druckentlastungskanal 2550

H4 bei Zwangsbelüftung (400 A) 2710

Tiefe T Einfachsammelschiene 1635

Doppelsammelschiene bei Rücken-Rücken-Aufstellung 3320

Vakuumschützfeld

Breite B 400

Höhe H1 Front bei Standard-Niederspannungsschrank (≤ 3150 A) 2225

H2 mit erhöhtem Niederspannungsschrank 2485

H3 mit standardmäßigem, aufgesetztem Druckentlastungskanal 2550

H4 bei Zwangsbelüftung (400 A) 2710

Tiefe T Einfachsammelschiene 1650

Bild 3.4/3: Schaltfeld NXAIR P

Tabelle 3.4/10: Abmessungen NXAIR P

3/13

3


SIMOPRIME

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, metallgeschottete

Schaltanlage SIMOPRIME ist eine

fabrikfertige, typgeprüfte Innenraum-

Schaltanlage für den Einsatz in der

Verteiler- und Prozessebene bis

17,5 kV, 40 kA, 3600 A.

Metallgekapselte, metallgeschottete

LSC 2B PM-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 40 kA, 1 s

Typprüfungen des Leistungsschalters

und einschaltfesten

Erdungsschalters im Feld

Kabelanschluss von vorne

oder von hinten

Mechanische Abfrageverriegelungen

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15 17,5

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 35 38

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 40 40 40 40

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 40 40 40 40

Kurzschlusseinschaltstrom** max. kA 100 100 100 100

Stoßstrom** max. kA 100 100 100 100

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 3600 3600 3600 3600

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 3600 3600 3600 3600

mit Lasttrennschalter max. Ak 200*** 200*** 200*** 200***

mit Vakuumschütz max. Ak 400*** 400*** – –

* 42 kV optional

** Werte für 50 Hz

*** Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/11: Technische Daten SIMOPRIME

Schaltwagenausführung

Einsatz von Blockstromwandlern

oder Ringstromwandlern

Alle Schalthandlungen bei

geschlossener Tür

HA26-2024a eps

H2

H1

B

T

Alle Feldtypen

Breite

(Teilung)

Maße in mm

≤ 31,5 kA 40 kA

B Leistungsschalterfeld ≤ 1250 A 600 800

2500 A, 3150 A, 3600 A 800

Vakuumschützfeld 400

Trennfeld ≤ 1250 A 600 800

2500 A, 3150 A, 3600 A 800

Lasttrennschalter-Sicherungsfeld 12 kV 600 800

17,5 kV 600 800

Längskupplungs-Leistungsschalterfeld 1250 A 600 800

≤ 2500 A, 3150 A, 3600 A 800

Längskupplungs-Hochführungsfeld ≤ 2500 A 600 800

3150 A, 3600 A 800

Messfeld 600 800

Höhe H1 mit Standard-Niederspannungsschrank und IAC 0,1 s 2200

mit Standard-Niederspannungsschrank und IAC 1,0 s 2437

H2 – 1780

Tiefe T Standard 1860

Bild 3.4/4: Schaltfeld SIMOPRIME

Tabelle 3.4/12: Abmessungen SIMOPRIME

3/14

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

8BT1

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, teilgeschottete

Schaltanlage 8BT1 ist eine fabrikfertige,

typgeprüfte Innenraum-Schaltanlage

für den unteren Leistungsbereich

in der Verteiler- und Prozessebene

bis 24 kV, 25 kA, 2000 A.

Metallgekapselte, teilgeschottete

LSC 2A PM-Schaltanlage

Typprüfungen des Leistungsschalters

und einschaltfesten

Erdungsschalters im Feld

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 25 kA, 1 s

Leistungsschalterfeld, Lasttrennschalterfesteinbau,

anreihbar

Kabelanschluss von vorne

Schaltwagenausführung

Einsatz von Blockstromwandlern

Alle Schalthandlungen bei

geschlossener Tür

Mechanische Abfrageverriegelungen

Einsatz von Vakuumleistungsschalter

SION

Bemessungs-

Spannung kV 12 24

Frequenz Hz 50 50

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 28 50

Stehblitzstoßspannung kV 75 125

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 25 25

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 25 25

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 63 63

Stoßstrom max. kA 63 63

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 2000 2000

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 2000 2000

bzw. Trennwagen

mit Lasttrennschalter max. Ak 630 A / 200 A* 630 A / 200 A*

* Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/13: Technische Daten 8BT1

HA26-2029a eps

H1

H2

B

T1

T2

Alle Feldtypen

7,2/12 kV

Breite B bei Leistungsschalter max. 1250 A 600

(Teilung) bei Leistungsschalter 2000 A 800

bei Lasttrennschalter 600

Höhe H1 mit Standard-Niederspannungsschrank 2050

H2 mit Kanal* 2350

Tiefe T1 ohne Niederspannungsschrank 1200

T2 mit Niederspannungsschrank 1410

24 kV

Breite B bei Leistungsschalter max. 1250 A 800

(Teilung) bei Leistungsschalter 2000 A 1000

bei Lasttrennschalter 800

Höhe H1 mit Standard-Niederspannungsschrank 2050

H2 mit Kanal* 2350

Tiefe T1 ohne Niederspannungsschrank 1200

T2 mit Niederspannungsschrank 1410

* Bei 1 s Störlichtbogendauer

Maße in mm

Bild 3.4/5: Schaltfeld 8BT1

Tabelle 3.4/14: Abmessungen 8BT1

3/15

3


8BT2

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, metallgeschottete

Schaltanlage 8BT2 ist eine fabrikfertige,

typgeprüfte Innenraum-

Schaltanlage für den Einsatz in der

Verteiler- und Prozessebene bis 36 kV,

25 kA, 2500 A.

LSC 2B PM-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC A FLR 31,5 kA, 1 s

Kabelanschluss von vorne

Schaltwagenausführung

Einsatz von Blockstromwandlern

Alle Schalthandlungen bei

geschlossener Tür

Mechanische Abfrageverriegelungen

Bemessungs-

Spannung kV 36

Frequenz Hz 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 70

Stehblitzstoßspannung kV 170

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 31,5

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 31,5

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 80/82

Stoßstrom max. kA 80/82

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 2500

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 2500

mit Schütz max. Ak –

mit Lasttrennschalter max. Ak –

Tabelle 3.4/15: Technische Daten 8BT2

H

B

T

Alle Feldtypen

Maße in mm

Breite B 1550

Höhe H ≤25kA 2400

31,5 kA 2775

Tiefe T 2450

Bild 3.4/6: Schaltanlage 8BT2

Tabelle 3.4/16: Abmessungen 8BT2

3/16

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

8BT3

Leistungsmerkmale

Die luftisolierte, teilgeschottete

Schaltanlage 8BT3 ist eine fabrikfertige,

typgeprüfte Innenraum-Schaltanlage

für den unteren Leistungsbereich

in der Verteiler- und Prozessebene

bis 36 kV, 16 kA, 1250 A.

LSC 1-Schaltanlage

Störlichtbogenfestigkeit

IAC FLR 16 kA, 1 s

Leistungsschalterfeld, Lastschalterfesteinbau,

anreihbar

Kabelanschluss von vorne

Schaltwagenausführung

Einsatz von Blockstromwandlern

Alle Schalthandlungen bei

geschlossener Tür

Mechanische Abfrageverriegelungen

Bemessungs-

Spannung kV 36

Frequenz Hz 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 70

Stehblitzstoßspannung kV 170

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 16

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 16

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 40/42

Stoßstrom max. kA 40/42

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 1250

Betriebsstrom der Abzweige

mit Leistungsschalter max. Ak 1250

mit Schütz max. Ak –

mit Lasttrennschalter max. Ak 400*

* Abhängig vom Nennstrom der eingesetzten HH-Sicherungen

Tabelle 3.4/17: Technische Daten 8BT3

H

B

T

Alle Feldtypen

Maße in mm

Breite B 1000

Höhe H 2400

Tiefe T 1450

Bild 3.4/7: Schaltanlage 8BT3

Tabelle 3.4/18: Abmessungen 8BT3

3/17

3


8DJ10

Die gasisolierte Lasttrennschalteranlage

8DJ10 wird zur Energieverteilung

im sekundären Verteilungsnetz bis

24 kV eingesetzt. Mit der extrem

schmalen Bauweise können Blockvarianten

mit bis zu 6 Abzweigen für den

Einsatz in allen Stationsarten ausgeführt

werden.

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Blockbauweise, nicht anreihbar

3-polig gasisolierter Anlagenbehälter

mit Dreistellungsschalter, für

Anschluss von Kabelsteckern

Antriebe außerhalb der Anlagenbehälter

angeordnet, leicht zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen:

ohne HH-Sicherung: LSC 2B

mit HH-Sicherung: LSC 2A

Störlichtbogenqualifikation:

IAC A FL 21 kA, 1 s

Keinerlei Gasarbeiten bei Montage

Vorteile:

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsfrei

Bemessungs-

Hohe Betriebs- und Personensicherheit

Zuverlässig und betriebssicher

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Spannung kV 7,2 12 15 17,5 24

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 36 38 50

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95 125

Kurzzeitstrom, 1 s max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA – 20 20 20 20

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Stoßstrom max. kA 63 63 63 63 50

Betriebsstrom der Ringkabelabzweige A 630

Betriebsstrom der Transformatorabzweige

A 200

(abhängig vom

HH-Sicherungseinsatz)

* 42 kV / 75 KV entsprechend einiger nationaler Anforderungen

Tabelle 3.4/19: Technische Daten 8DJ10

TIP_8DJ10-2355_1

H1

H2

B

TIP_8DJ10-2358_1a

T

Abmessungen

Breite (Teilung) B Schaltungsart:

2RK + 1T (Schaltung 10) 710

3RK + 1T (Schaltung 71) 1060

4RK + 2T (Schaltung 62) 1410

Höhe H1 Niedrige Bauform 1360

H2 Hohe Bauform 1650

Tiefe T Standardanlagen 775

Anlagen mit Druckabsorber 880

Maße in mm

Bild 3.4/8: Schaltanlage 8DJ10

Tabelle 3.4/20: Abmessungen 8DJ10

3/18

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

8DJ20

Die gasisolierte Mittelspannungs-

Schaltanlage 8DJ20 wird zur Energieverteilung

im sekundären Verteilungsnetz

bis 24 kV eingesetzt. In der

kompakten Blockbauweise steht mit

Ringkabelabzweigen, Leistungsschalter-

oder Transformatorabzweigen für

alle Anforderungen ein umfangreiches

Lieferprogramm zur Verfügung –

auch im Bereich erschwerter Umgebungsbedingungen.

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Blockbauweise, nicht anreihbar

3-polig gasisolierter Anlagenbehälter

mit Dreistellungsschalter, für

Anschluss von Kabelsteckern

Antriebe außerhalb der Anlagenbehälter

angeordnet, leicht zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen:

ohne HH-Sicherung: LSC 2B

mit HH-Sicherung: LSC 2A

Störlichtbogenqualifikation:

IAC A FL 21 kA, 1 s

Keinerlei Gasarbeiten bei Montage

Vorteile:

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsfrei

Hohe Betriebs- und Personensicherheit

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15 17,5 24

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 36 38 50

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95 125

Kurzschlussausschaltstrom

für Anlagen mit Leistungsschalter max. kA 20 20 16 16 16

Kurzzeitstrom, 1 s max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA – 20 20 20 20

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Stoßstrom max. kA 63 63 63 63 50

Betriebsstrom der Ringkabelabzweige A 630

Betriebsstrom der Leistungsschalterabzweige

A 250 oder 630

Betriebsstrom der Transformatorabzweige

A 200

(abhängig vom

HH-Sicherungseinsatz)

* 42 kV / 75 kV entsprechend einiger nationaler Anforderungen

Tabelle 3.4/21: Technische Daten 8DJ20

H3

H2

H1

TIP_8DJ20-LST-2420_1

B

TIP_8DJ20-2337_4a

T

Abmessungen

Breite B

(Teilung)

Maße in mm

Anzahl der Abzweige (auszugsweise)

2 Abzweige (z.B. 2RK) 710

3 Abzweige (z.B. 2RK + 1T) 1060

4 Abzweige (z.B. 3RK + 1T, 4RK) 1410

5 Abzweige (z.B. 4RK + 1T, 5RK) 1760

Höhe H1 Niedrige Bauhöhe 1200

H2 Standardbauhöhe 1400

H3 Hohe Bauform (erhöhtes Untergestell) 1760

Option: Niederspannungsschrank; Schrankhöhe: 400 oder 600

Tiefe T Standardanlagen 775

Anlagen mit Druckabsorber 880

Bild 3.4/9: Schaltanlage 8DJ20

Tabelle 3.4/22: Abmessungen 8DJ20

3/19

3


8DH10

Die gasisolierte Mittelspannungs-

Schaltanlage 8DH10 wird zur Energieverteilung

für sekundäre und primäre

Verteilungsnetze bis 24 kV eingesetzt.

Mit dem Lieferprogramm, bestehend

u. a. aus Einzelfeldern wie z. B. Ringkabel-,

Transformator-, Leistungsschalterfelder

oder Messfelder und Schaltfeldblöcken,

können alle Anforderungen

bei höchster Betriebssicherheit

erfüllt werden.

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Sammelschiene 1-polig isoliert

3-polig gasisolierte Anlagenbehälter

mit Dreistellungsschalter, Leistungsschalter

und Erdungsschalter, für

Anschluss von Kabelsteckern

Antriebe und Wandler außerhalb

der Anlagenbehälter angeordnet

und leicht zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen:

ohne HH-Sicherung: LSC 2B

mit HH-Sicherung: LSC 2A

Störlichtbogenqualifikation für:

– Wandaufstellung:

IAC A FL 21 kA, 1 s

– Freiaufstellung:

IAC A FLR 21 kA, 1 s

Keinerlei Gasarbeiten bei Montage

und Erweiterung

Vorteile:

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsfrei

Hohe Betriebs- und Personensicherheit

Zuverlässig und investitionssicher

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15 17,5 24

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 36 38 50

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95 125

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 1 s max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA – 20 20 20 20

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Stoßstrom max. kA 63 63 63 63 50

Betriebsstrom der Sammelschienek A 630 oder 1250

Betriebsstrom der Abzweige A 630 630 630 630 630

* 42 kV / 75 kV entsprechend einiger nationaler Anforderungen

Tabelle 3.4/23: Technische Daten 8DH10

TIP_8DH-2279_1

TIP_8DH-2282_1

TIP_8DH-2301_1a

H1

H2

H1

H2

B

B

T

Abmessungen

Maße in mm

Breite (Teilung) B Ringkabelabzweige 350

Transformatorabzweige,

500

Leistungsschalterabzweige,

Längskupplungsfelder

Messfelder 850

Schaltfeldblöcke 700, 1050, 1400

Höhe H1 Felder ohne Niederspannungsschrank 1400

H2 Felder mit Niederspannungsschrank 2000 oder 2300

Tiefe T Standardanlagen 775

Anlagen mit Druckabsorber 890

Bild 3.4/10: Schaltanlage 8DH10

Tabelle 3.4/24: Abmessungen 8DH10

3/20

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

NXPLUS C

Die Mittelspannungs-Leistungsschalteranlage,

die Gas-Isolierung mit der

bewährten Vakuum-Schalttechnik in

ihrer Klasse wirtschaftlich machte –

die kompakte NXPLUS C für sekundäre

und primäre Verteilungsnetze bis

24 kV, bis 31,5 kA, bis 2500 A. Sie ist

auch als Doppelsammelschienenanlage

in Rücken-Rücken-Aufstellung

lieferbar (siehe Katalog HA 35.41)

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Sammelschiene einpolig isoliert und

abgesteuert

3-polig gasisolierte Anlagenbehälter

mit Dreistellungsschalter und Leistungsschalter

für Anschluss von

Kabelsteckern

Antriebe und Wandler sind außerhalb

des Anlagenbehälters angeordnet

und leicht zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen:

ohne HH-Sicherung: LSC 2B

mit HH-Sicherung: LSC 2A

Störlichtbogenqualifikation für:

– Wandaufstellung:

IAC A FL 31,5 kA, 1 s

– Freiaufstellung:

IAC A FLR 31,5 kA, 1 s

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15 17,5 24

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 36 38 50

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95 125

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 31,5 31,5 31,5 25 25

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 31,5 31,5 31,5 25 25

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 80 80 80 63 63

Stoßstrom max. kA 80 80 80 63 63

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 2500 2500 2500 2500 2500

Betriebsstrom der Abzweige max. Ak 2500 2500 2500 2000 2000

* 42 kV / 75 kV entsprechend einiger nationaler Anforderungen

Tabelle 3.4/25: Technische Daten NXPLUS C

Vorteile:

Keinerlei Gasarbeiten bei Montage

und Erweiterung

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsfrei

Sicher für bedienende Personen

Zuverlässig und betriebssicher

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

TIP_NXPLUS-C-001

H1

H2

B

T

T

Abmessungen

Maße in mm

Breite (Teilung) B 630 A, 1000 A, 1250 A 600

2000 A, 2300 A, 2500 A 1200

Höhe H1 Standardausführung 2250

H2 bei erhöhtem Niederspannungsschrank 2650

Tiefe T Wandaufstellung 1100

Freiaufstellung 1250

Bild 3.4/11: Schaltfeld NXPLUS C

Tabelle 3.4/26: Abmessungen NXPLUS C

3/21

3


8DA/8DB

Die gasisolierte Mittelspannungs-

Leistungsschalteranlage bis 40,5 kV

mit den Vorzügen der Vakuumschalttechnik

– für eine hohe Unabhängigkeit

bei allen Anwendungen. 8DA/

8DB10 für primäre Verteilungsnetze

bis 40,5 kV, 40 kA, bis 4000 A.

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Kapselung mit modularen Einheitsbehältern

aus korrosionsfester

Aluminiumlegierung

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Antriebe und Wandler sind

außerhalb der Kapselung leicht

zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen: LSC 2B

Störlichtbogenqualifikation:

IAC A FL 40 kA 1 s

Vorteile:

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsarm

Sicher für bedienende Personen

Zuverlässig und betriebssicher

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Bemessungs-

Spannung kV 12 24 36 40,5

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 28 50 70 50

Stehblitzstoßspannung kV 75 125 170 185

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 40 40 40 40

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 40 40 40 40

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 100 100 100 100

Stoßstrom max. kA 100 100 100 100

Betriebsstrom der Sammelschienek max. Ak 4000 4000 4000 4000

Betriebsstrom der Abzweige max. Ak 2500 2500 2500 2500

Tabelle 3.4/27: Technische Daten 8DA/8DB

Schaltanlage 8DA

TIP_8DA-001

H

B

T1

Schaltanlage 8DB

TIP_8DB-001

H

B

T2

Abmessungen

Maße in mm

Breite (Teilung) B 600

Höhe H Standard-Ausführung 2350

Ausführung mit erhöhtem

Niederspannungsschrank

2700

Bild 3.4/12:

8DA (li.) für Einfach- und 8DB für

Doppelsammelschienenanwendungen

Tiefe T1 Einfachsammelschienenanlage 1625

T2 Doppelsammelschienenanlage 2660

Tabelle 3.4/28: Abmessungen 8DA/8DB

3/22

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

NXPLUS

Die gasisolierte Mittelspannungs-

Leistungsschalteranlage bis 40,5 kV

mit den Vorzügen der Vakuum-Schalttechnik

– für eine hohe Unabhängigkeit

bei allen Anwendungen.

NXPLUS für primäre Verteilungsnetze

bis 40,5 kV, bis 31,5 kA, bis 2000 A

(für Doppelsammelschienenanlagen

bis 2500 A)

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Berührungssichere Kapselung und

genormte Anschlüsse für steckbare

Kabelendverschlüsse

Dreipolig gasisolierte Module für

Sammelschiene mit Dreistellungs-

Trennschalter sowie Leistungsschalter

für Anschluss von Kabelsteckern

Verbindung der Module mit einpolig

isolierten und abgesteuerten

Modulkupplungen

Antriebe und Wandler sind außerhalb

der Anlagenbehälter angeordnet

und leicht zugänglich

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen: LSC 2B

Störlichtbogenqualifikation:

IAC A FLR 31,5 kA, 1 s

Keinerlei Gasarbeiten bei Montage

und Erweiterung

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 24 36 40,5

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28 50 70 85

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 125 170 185

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 31,5 31,5 31,5 31,5 31,5

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA 31,5 31,5 31,5 31,5 31,5

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 80 80 80 80 80

Stoßstrom max. kA 80 80 80 80 80

Betriebsstrom der Sammelschiene max. Ak 2500 2500 2500 2500 2000

Betriebsstrom der Abzweige max. Ak 2500 2500 2500 2500 2000

Tabelle 3.4/29: Technische Daten NXPLUS

Schaltanlage NXPLUS Einfachsammelschiene

Vorteile:

Umwelt- und klimaunabhängig

Kompakt

Wartungsfrei

Sicher für bedienende Personen

Zuverlässig und betriebssicher

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Schaltanlage NXPLUS Doppelsammelschiene

H1

TIP_NXPLUS-001

H2

B

T1

TIP_NXPLUS_DSS-001

B

T2

Bild 3.4/13:

Schaltanlage NXPLUS für Einfach

sammelschienenanwendungen

(links), Schaltanlage NXPLUS für

Doppelsammelschienenanwendungen

(rechts)

Abmessungen

Maße in mm

Breite (Teilung) B Abzweige bis 1250 A 600

Höhe H Anlagenausführung

H1 Einfachsammelschienenanlage 2450

H2 Doppelsammelschienenanlage 2600

Tiefe T1 Einfachsammelschienenanlage 1600

T2 Doppelsammelschienenanlage 1840

Tabelle 3.4/30: Abmessungen NXPLUS

3/23

3


SIMOSEC

Die luftisolierte Mittelspannungs-

Schaltanlage SIMOSEC wird zur Energieverteilung

für sekundäre und

primäre Verteilungsnetze bis 24 kV

und bis 1250 A eingesetzt. Mit dem

modularen Lieferprogramm, bestehend

aus Einzelfeldern wie z. B. Ringkabel-,

Transformator-, Leistungsschalterfelder

oder Messfelder, können

alle Anforderungen für

Energieversorger und Industrieanwendungen

voll erfüllt werden.

Leistungsmerkmale:

Typgeprüft nach IEC 62271-200

Phasenlage für Sammelschiene und

Kabelanschluss hintereinander

angeordnet

3-polig gasisolierte Schaltermodule

mit Dreistellungsschalter, Leistungsschalter

und Erdungsschalter als

hermetisch abgeschlossenes Drucksystem

mit SF 6 -Füllung für die

gesamte Lebens-/Nutzungsdauer

Luftisoliertes Sammelschienensystem

Luftisoliertes Kabelanschlusssystem,

für konventionelle

Kabelendverschlüsse

Metallgekapselt,

Schottungsklasse PM

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit

für Anlagen:

ohne HH-Sicherung: LSC 2B

mit HH-Sicherung: LSC 2A

Störlichtbogenqualifikation für:

– Wandaufstellung:

IAC A FL 20 kA, 1 s

– Freiaufstellung:

IAC A FLR 20 kA, 1 s

Beliebig aneinanderreihbar und

erweiterbar

Vorteile:

Kompakte modulare Bauweise

Hohe Betriebs- und Personensicherheit

Umweltfreundlich

Wirtschaftlich

Bemessungs-

Spannung kV 7,2 12 15 17,5 24

Frequenz Hz 50/60 50/60 50/60 50/60 50/60

Kurzzeit-Stehwechselspannung kV 20 28* 36 38 50

Stehblitzstoßspannung kV 60 75 95 95 125

Kurzschlussausschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 1 s max. kA 25 25 25 25 20

Kurzzeitstrom, 3 s max. kA – 20 20 20 20

Kurzschlusseinschaltstrom max. kA 25 25 25 25 20

Stoßstrom max. kA 63 63 63 63 50

Betriebsstrom der Sammelschiene A 630 oder 1250

Betriebsstrom der Abzweige max. Ak 1250 1250 1250 1250 1250

* 42 kV / 75 kV entsprechend einiger nationaler Anforderungen

Tabelle 3.4/31: Technische Daten SIMOSEC

H1

TIP_SIM-2407_1

H2

B

TIP_SIM-2393_2

T

Abmessungen

Maße in mm

Breite (Teilung) B Ringkabelabzweige, Transformatorabzweige 375 oder 500

Leistungsschalterabzweige, Längskupplung 750 oder 875

Messfelder 750

Höhe H1 Felder ohne Niederspannungsschrank 1760

H2 Felder ohne Niederspannungsschrank 2100 oder 2300

Tiefe T Standard 1230

Bild 3.4/14: Schaltanlage SIMOSEC

Tabelle 3.4/32: Abmessungen SIMOSEC

3/24

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

3.5 Von der

Mittelspannungs-

Schaltanlage bis

zur Komplettlösung

Über die reine Produktlieferung von

Mittelspannungs-Schaltanlagen

hinaus plant und erstellt Siemens

Power Transmission and Distribution

(PTD) Komplett- und Sonderlösungen

für Stromversorgungsanlagen von

Energieversorgungsunternehmen,

Industrie und Investoren.

Diese Komplettlösungen verknüpfen

die Planung, Lieferung, Montage und

Inbetriebnahme von Stromversorgungsanlagen

bis zur Kundenübergabe

zu einem Gesamtpaket. Der

Vorteil für den Kunden: Er kommuniziert

mit einem Ansprechpartner, der

für die Realisierung verantwortlich ist.

Das Portfolio umfasst Standard- und

individuelle Sonderlösungen wie z. B.

Power-Quality-Lösungen

– SIPLINK-Lösungen für Lastflusssteuerung

im 4-Quadranten-

Betrieb

– Aktive und passive Kompensationsanlagen

für Niederspannungs-

und Mittelspannungsanwendungen

– Netzfilter

Ihr Kontakt für Europa inkl.

Deutschland:

Jürgen Sauer

PTD M 34, Turnkey

Stromversorgungsanlagen

Dynamostraße 4

61850 Mannheim

Tel.: +49 6 21 4 56-32 80

Fax: +49 6 21 4 56-32 89

Mobil: +49 1 72 6 32 31 44

juergen.sauer@siemens.com

Generatorschaltanlagen

Netzgekoppelte Photovoltaikanlagen

Wasserkraftanlagen

Windkraftanlagen

Nachfolgend sind einige Beispiele aus

dem Lösungsportfolio von Siemens

PTD M dargestellt.

Bemessung von

Kompensationsanlagen für

Mittelspannung

Elektrische Energie kann heute in jede

denkbare Energieform ungewandelt

werden. Die dabei zum Einsatz kommende

Technik reduziert mehr oder

weniger stark die Qualität der elektrischen

Energie. Zur Einhaltung von

Normen und Richtlinien bzw. tariflich

relevanter Vorgaben ist der Einsatz

von Kompensationsanlagen zunehmend

notwendig. Kompensationsanlagen

tragen dazu bei,

Verluste zu senken,

Energiekosten zu sparen,

die Spannungsqualität zu

verbessern.

Zur Verbesserung der Qualität der

elektrischen Energie werden Kompensationsanlagen

für Mittelspannungsanwendungen

auf technologische

Prozesse einzelner, exponierter

Abnehmer bzw. Abnehmergruppen

oder ganzer Teilnetze abgestimmt. Im

Mittelpunkt steht die Systemverträglichkeit

aller elektrischen Abnehmer.

Voraussetzungen zur richtigen Dimensionierung

sind, neben dem Wissen

um die Netzverhältnisse und Bedingungen

am Einsatzort, die Kenntnis

der Nenn- und Betriebsdaten der zu

kompensierenden Abnehmer und

Festlegungen hinsichtlich konkreter

Ziele, die mit einer Kompensationsmaßnahme

erreicht werden sollen. Im

Anschluss daran ermöglichen Spezialmessgeräte

zur Datenerfassung,

leistungsfähige Simulationsprogramme

sowie die langjährige Erfahrung

unserer Spezialisten die Dimensionierung

kundenspezifischer Lösungen.

Mit wenigen Angaben aus der Checkliste

„Kompensationsanlagen für

Mittelspannung“ (mit * gekennzeichnet)

ist es bereits möglich, schon in

der Planungsphase Aussagen zu den

Kosten einer Kompensationsmaßnahme

zu treffen bzw. in Abhängigkeit

vom Kenntnisstand technisch

fundierte Angebote von Kompensationsanlagen

zu erstellen.

Bild 3.5/1: Anwendungsbeispiele

Kontakt:

Maschinenfabrik Reinhausen GmbH

Power Quality Management

Direct Business Division

E-Mail:

support.PQM@reinhausen.com

www.reinhausen.com

3/25

3


Checkliste

Kompensationsanlagen für Mittelspannung

Projektname:

Ausführende Firma:

Umgebungsbedingungen:

Aufstellungsort (Land)

Aufstellungshöhe (über NN) < 1000 m m

Verschmutzung

Umgebungstemperatur (min./max.)

Luftfeuchtigkeit

Erdbebenfestigkeit

Netznennspannung*

Betriebsspannung*

Netzfrequenz*

Kurzschlussstrom o. Kurzschlussleistung* (min./max.)

Tonfrequenzrundsteuerung ja Frequenz: ......... Hz

nein

Harmonische Vorbelastung ja 03.H. ..... 05.H. ..... 07.H. ..... 11.H. .....

speisendes Netz

13.H. ..... 17.H. ..... 19.H. ..... _.H. .....

keine

3/26

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

Checkliste

Branche* Energieversorger Stahlindustrie

Öl und Gas

Zement

Chemie

Bergbau


Charakteristik der zu kompensierenden Abnehmer konstant schwankend

stochastisch

dynamisch


Leistungs-/Betriebsdaten der zu kompensierenden

Abnehmer

Datenblätter

Messergebnisse

Zu kompensierende Abnehmer* Typ: Leistung: cos ϕ:

Typ: Leistung: cos ϕ:

Relevante Oberschwingungserzeuger* Typ: Leistung: cos ϕ:

6-Puls 12-Puls

Thyristoren

Dioden

Typ: Leistung: cos ϕ:

6-Puls 12-Puls

Thyristoren

Dioden

keine

Zielstellung der Kompensation*

Verbesserung des mittleren cos ϕ

Sollwert cos ϕ:

Zeitbasis:

Verbesserung des momentanen cos ϕ

Sollwert cos ϕ:

Zeitbasis:

Sicherstellung des Motoranlaufs

Reduktion von Harmonischen

Spannungsstabilisierung

Entflickerung

Einschaltstrombegrenzung

Reduktion kapazitiver Ladeleistung

Einzuhaltende Norm bzw. Richtlinie

zur Spannungsqualität

3/27

3


3.6 Schutz von

Mittelspannungs-

Schaltanlagen

Dieses Kapitel gibt Auswahl- und

Einsatzhinweise für SIPROTEC-Schutzgeräte

im Anwendungsbereich Netzschutz.

Die Schutzgeräte haben die

Aufgabe, Fehler im Netz sicher zu

erkennen und den betroffenen Anlagenteil

schnell und selektiv abzuschalten.

Ganz gleich, ob Sie Leitungen,

Transformatoren, Schaltanlagen oder

Sammelschienen schützen wollen, mit

SIPROTEC-Geräten erhalten Sie stets

optimale und wirtschaftliche Lösungen.

Basisanforderungen an digitale

Schutzgeräte:

komplett digitale Messung und

Auswertung für präzise Messungen

über den gesamten Lebenszyklus

integrierte Selbstüberwachung mit

Alarmkontakt für niedrige Wartungskosten

und höhere Geräteverfügbarkeit

integrierte Störschreibung und ein

leistungsfähiges Auswerteprogramm

(z. B. SIGRA) zur schnellen

Störungsklärung und damit Verkürzung

der Ausfallzeiten bei einer

Netzstörung

ein Bedienprogramm (z. B. DIGSI)

für alle Schutzgeräte für höhere

Bediensicherheit und zur Einsparung

von Trainingskosten

Parametersatzumschaltung zur

automatischen Anpassung der

Ansprechwerte an unterschiedliche

Einspeiseverhältnisse

applikationsorientierte Funktionsanpassungen,

z. B. mittels CFC-Logik

(Continuous Function Chart) über

das DIGSI-Bedientool

serielle Kommunikationsschnittstelle

zur einfachen Integration in

eine Leittechnik oder zum Datenexport

in andere Applikationen

(z. B. Energiemanagement)

3.6.1 Schutzauslegung

im Strahlennetz

Strahlennetze verteilen die Energie

von den Einspeisepunkten aus hin zu

den Verbrauchern. Allerdings werden

bei einer Schutzauslösung alle unterlagerten

Verbraucher abgeschaltet.

Diese können nach Umschaltungen

(Einlegen von Notverbindungen) von

anderer Seite wieder versorgt werden.

Ein Strahlennetz ist aufgrund der

einseitigen Speisung und nicht vermaschter

Topologie einfach zu schützen.

Dennoch bieten sich auch hier

unterschiedliche Lösungsmöglichkeiten

an. Meist ist eine Staffelung

I> >

∆I

MS

I> >

I> > Notverbindung

∆I ∆I

>

I> >

I>>

I> >

I> >

>

Einspeisung 1 Einspeisung 2

Notverbindung

Notverbindung

∆I

Sammelschienenschutz durch rückwärtige Verriegelung via zusätzlichem UMZ

oder integriertem Reserve-UMZ (bei )

Leitungsdifferenzialschutz SIPROTEC 7SD600 oder 7SD610

Hinweis: Es wurden lediglich die bzgl. der Topologie bedeutenden Schutzrelais eingezeichnet.

Grafik 3.6/1: Strahlennetz mit geringer räumlicher Ausdehnung

ungerichteter Überstromzeitschutzrelais

ausreichend. Zudem bietet es

sich bei dieser Netzstruktur an, die

Sammelschienen der Stationen mittels

rückwärtiger Verriegelung mit sehr

kurzen Abschaltzeiten zu schützen.

Nachteil dieser Lösung ist der Anstieg

der Abschaltzeiten in Richtung Einspeisung,

dem Ort mit der höchsten

Kurzschlussleistung. Durch die zunehmende

Staffelzeit wird auch die

Anzahl der unterlagerten Stationen

begrenzt. Die vorgelagerten Überstromzeitschutzrelais

stellen zugleich

den Reserveschutz für unterlagerte

Geräte dar.

Der Überstromzeitschutz sollte mit

einer I> (ANSI Code 51) und einer I>>

(ANSI Code 50)-Stufe ausgerüstet

sein. Ein thermischer Überlastschutz

sollte je nach Anforderung auf Mel-

I> >

MS

∆I

∆I

∆I

3/28

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

dung oder auf Auslösung parametriert

werden können.

Ein alternatives Schutzkonzept mit

kürzesten Abschaltzeiten bieten

Differenzialschutzgeräte. Leitungsdifferenzialschutzrelais

schützen die

Verbindungen zwischen den Stationen

in Schnellzeit. Das Reserveschutzkonzept

muss gesondert betrachtet

werden. Keinesfalls sollte die in den

Differenzialschutzgeräten integrierte

Überstromzeitschutz-Reserveschutzfunktion

für den gleichen Netzabschnitt

verwendet werden, da hierbei

keine Hardware-Redundanz gewährleistet

wäre.

Hinweis:

In Strahlennetzen ist der Differenzialschutz

aus Kostengründen weniger

gebräuchlich. Lediglich in der Prozessindustrie

wird der Differenzialschutz

eingesetzt, um kurze Fehlerklärungszeiten

sicherzustellen und damit eine

Prozessunterbrechung möglichst zu

verhindern.

Selbstverständlich lässt sich ein Strahlennetz

auch mittels Distanzschutzgeräten

Z< schützen, sofern der Abstand

zwischen benachbarten Stationen

eine korrekte Staffelung der Distanzzonen

erlaubt. Hiermit würden Fehler

weitestgehend in Schnellzeit abgeschaltet

werden können. Für den

Schutz der Sammelschienen bietet

sich auch hier das Prinzip der rückwärtigen

Verriegelung an. Durch das

Überstaffeln unterlagerter Netzabschnitte

ist auch der Reserveschutz

bereits implizit enthalten.

Vorgeschlagene Geräte:

I> = SIPROTEC 7SJ61, 7SJ62

ΔI = SIPROTEC 7SD600 oder 7SD610

Z< = SIPROTEC 7SA6

3.6.2 Schutzauslegung im

geschlossenen Ringnetz

Ringnetze finden häufig Anwendung,

da sie alle Stationen permanent von

zwei Seiten mit elektrischer Energie

versorgen. Somit können Fehler auf

Verbindungskabeln selektiv herausgeschaltet

werden, ohne Verbraucher

abzuschalten.

Die zwei- oder mehrseitige Speisung

stellt höhere Anforderungen an das

Schutzkonzept, da der Fehlerstrom in

beide Richtung fließen kann, d. h.,

ungerichtete Überstromzeitschutzrelais

sind als Hauptschutz ungeeignet.

Meist werden Ringnetze mittels Differenzialschutzrelais

geschützt. Somit

werden Fehler auf den Verbindungsleitungen

zwischen den Stationen in

Schnellzeit abgeschaltet. Die in diesen

I> >

I>>

I>>

> gerichteter Überstromzeitschutz SIPROTEC 7SJ62

Einspeisung 1 Einspeisung 2

I> > I>>

Leitungsdifferenzialschutz SIPROTEC 7SD61 mit Reserve-Überstromzeitschutz

Sammelschienendifferenzialschutz SIPROTEC 7UT6

Relais enthaltene ungerichtete Überstromzeitschutzfunktion

kann für ein

Reserveschutzkonzept Verwendung

finden, scheidet jedoch für einen

Sammelschienenschutz durch rückwärtige

Verriegelung aus. Somit bietet

sich der Einsatz von SIPROTEC 7UT6

oder 7SS60 als Sammelschienenschutz

an, wobei auch hier Überlegungen

bzgl. des Reserveschutzes angestellt

werden müssen.

Alternativ können Ringnetze per

Richtungsvergleichsschutz geschützt

werden. Hierfür werden gerichtete

Überstromzeitschutzrelais eingesetzt,

die Spannungswandler sowie eine

Kommunikationsverbindung zum

jeweiligen Partnergerät am Gegenende

der Leitung benötigen. Der

Sammelschienenschutz kann mit

diesen Relais über eine rückwärtige

I>>

I>>

>

M

Hinweis: Es wurden lediglich die bzgl. der Topologie bedeutenden Schutzrelais eingezeichnet.

Grafik 3.6/2: Ringnetz mit geringer räumlicher Ausdehnung

3/29

3


Verriegelung realisiert werden. Durch

Überstaffelung benachbarter Netzabschnitte

lässt sich zugleich ein

Reserveschutzkonzept aufbauen. Der

Richtungsvergleichsschutz wird vorwiegend

bei Stromversorgungsanlagen

für Infrastruktur und Industrie

eingesetzt.

Selbstverständlich lassen sich Ringnetze

auch mit Distanzschutzgeräten

schützen, sofern der Abstand zwischen

benachbarten Stationen eine saubere

Staffelung der Distanzzonen erlaubt.

Hierbei würden Fehler weitestgehend

in Schnellzeit abgeschaltet werden.

Für den Schutz der Sammelschienen

bietet sich erneut das Prinzip der

rückwärtigen Verriegelung an. Durch

das Überstaffeln benachbarter Netzabschnitte

ist der Reserveschutz

bereits implizit enthalten. Distanzschutzgeräte

benötigen ebenfalls

Spannungswandler. Der Distanzschutz

wird vorwiegend in VNB-Ringnetzen

eingesetzt.

Vorgeschlagene Geräte:

ΔI = Leitungsdifferenzialschutz

SIPROTEC 7SD610

ΔI = Sammelschienendifferenzialschutz

SIPROTEC 7UT6


I> = SIPROTEC 7SJ62

3.6.3 Schutzauslegung

bei offenen Ringnetzen

Offene Ringnetze sind durch folgende

Charakteristika gekennzeichnet: Bei

den Einspeisungen sind Leistungsschalter

installiert. Die Netzstationen

im offenen Ring sind mit Lasttrennern

ausgestattet. Diese werden in der

Regel nicht mit Schutzgeräten ausgerüstet,

da die Lasttrenner keine Kurzschlussströme

abschalten können.

Lediglich Transformatorabgänge

werden mit Sicherungen ausgerüstet.

Hinsichtlich der Schutztechnik für die

Einspeisung gelten die Aussagen für

das Strahlennetz.

3.6.4 Schutz von

Parallelleitungen

Der gerichtete Überstromzeitschutz

ermittelt aus der Phasenlage von

Strom und Spannung die Richtung des

Stromflusses und bietet neben dem

ungerichteten Überstromzeitschutz

zusätzliche gerichtete Überstromstufen.

Dies erlaubt für beide Richtungen

unterschiedliche Stromschwellen und

Verzögerungszeiten. Hauptanwendungen

sind Parallelleitungen sowie

beidseitig gespeiste Leitungen.

>

Speiserichtung

> >

t = 300ms

t = 0ms

> >

t = 0ms

t = 300ms

t = 0ms

> Überstromzeitschutz

SIPROTEC (7SJ61 oder 7SJ600)

gerichteter Überstromzeitschutz

SIPROTEC (7SJ62)

Grafik 3.6/3: Schutzkonzept für Parallel

einspeisung mit UMZ

>

Vorgeschlagene Geräte:


I> = SIPROTEC 7SJ62

I> = SIPROTEC 7SJ61 oder 7SJ600,

7SJ602 oder 7SJ80

Ein alternatives Schutzkonzept für

Parallelleitungen mit kürzesten

Abschaltzeiten bieten Differenzialschutzgeräte.

Leitungsdifferenzialschutzrelais

schützen die Verbindungen

zwischen den Stationen in

Schnellzeit. Das Reserveschutzkonzept

muss gesondert betrachtet werden.

Hinweis:

In der Prozessindustrie wird der Differenzialschutz

vorwiegend eingesetzt,

um kurze Fehlerklärungszeiten sicherzustellen

und damit eine Prozessunterbrechung

möglichst zu verhindern.

>

Speiserichtung

t = 0ms

Leitungsdifferenzialschutz

SIPROTEC 7SD610

>

Überstromzeitschutz

SIPROTEC 7SJ61

Grafik 3.6/4: Schutzkonzept für Paralleleinspei

sung mit Differenzialschutzgeräten

3/30

Totally Integrated Power by Siemens


Mittelspannung

3.6.5 Erdfehler-Erfassung

im isolierten oder

gelöschten Netz

Erdfehler = Erdschluss, kein Kurzschluss.

Der Betrieb geht zunächst

weiter. Ein Erdschluss muss gemeldet

und schnellstmöglich beseitigt werden.

Die Erdschlussortung erfolgt

durch Geräte mit wattmetrischer

Erdschlussrichtungserfassung wie

SIPROTEC 7SJ602. Im vermaschten

Netz sind zur Erdschlussortung Erdschlusswischerrelais

wie SIPROTEC

7SN60 einzusetzen.

Die Erfassung des Erdstroms kann mit

einer Holmgreenschaltung oder

einem Kabelumbauwandler erfolgen.

Die Holmgreenschaltung eignet sich

bei größeren Erdschlussströmen

(> 40 A) und nicht zu hohem Übersetzungsverhältnis

der Abzweigwandler

(< 150/1).

Energierichtung

vorwärts

rückwärts

3.6.6 Erdfehlerschutz

bei niederohmiger

Sternpunkterdung

Im Netz mit niederohmig geerdetem

Sternpunkt ist jeder Erdfehler ein

Kurzschluss. Der Ansprechwert für

den Erdkurzschlussschutz muss ausreichend

empfindlich gewählt werden,

sodass jeder Erdfehler sicher abgeschaltet

wird. SIPROTEC-Leitungsschutzgeräte

können optional mit

entsprechendem Erdkurzschlussschutz

ausgewählt werden. Im Freileitungsnetz

werden durch automatische

Wiedereinschaltung (AWE) etwa 70 %

der Erdschlüsse ohne größere

Betriebsunterbrechungen erfolgreich

behoben.

3.6.7 Transformatorschutz

Der Transformatordifferenzialschutz

wird zum selektiven, unverzögerten

Schutz von Transformatoren eingesetzt.

Da sich die Zuleitungslänge der

ober- und unterspannungsseitigen

Wandler meist in Grenzen hält, kann

die Stromsumme in einem Gerät

gebildet werden und nicht wie beim

Leitungsdifferenzialschutz in getrennten

Geräten.

Moderne Transformatordifferenzialschutzrelais

benötigen keine sekundärseitigen

Anpassschaltungen mehr,

um die Strombeeinflussung durch den

Transformator nachzubilden. Dies

erledigt das digitale Schutzgerät

rechnerisch.

Ferner sollte das Schutzgerät mit einer

Inrush-Erkennung ausgestattet sein,

um ein sicheres Zuschalten des Transformators

zu gewährleisten.

Vorgeschlagene Geräte:

ΔI = SIPROTEC 7UT612 für

Zweiwickler

ΔI = SIPROTEC 7UT613 für Dreiwickler

wattmetrisches Erdschlussrichtungsrelais

Grafik 3.6/5: Erdschlussschutz

1

2

Transformatordifferenzialschutz

SIPROTEC 7UT612 für Zweiwickler

SIPROTEC 7UT613 für Dreiwickler

Grafik 3.6/6: Transformatorschutz

3/31

3


3.6.8 Maschinenschutz

Generatoren < 1 MW

Wenn ein Kabelumbauwandler für den

empfindlichen Erdschlussschutz zur

Verfügung steht, kann anstelle von

SIPROTEC 7SJ600 das Schutzgerät

7SJ602 oder 7SK80 mit einem separaten

Erdstromeingang verwendet

werden.

Generatoren bis zu 5 MW

Bei größeren Generatoren wird ein

Schutzgerät SIPROTEC 7UM61 eingesetzt.

Durch seine Frequenznachführung

von 11 bis 60 Hz ist der Schutz

auch beim Anfahren des Generators

voll wirksam. Ist ein Generatordifferenzialschutz

gefordert, so ist ein

Schutzgerät SIPROTEC 7UM62 einzusetzen.

Hinweis:

Zwei Spannungswandler in

V-Schaltung sind ausreichend.

Grafik 3.6/7: Schutzkonzept für kleinste Generatoren mit starr geerdetem Neutralleiter

Grafik 3.6/8: Schutzkonzept für kleine Generatoren

Weitere Informationen:

ΔI = SIPROTEC 7SD600

Katalog SIP 5.2

Bestell-Nr. E50001-K4405-A121-A2

ΔI = SIPROTEC 7SD610

Katalog SIP 5.4

Bestell-Nr. E50001-K4405-A141-A2

Z< = SIPROTEC 7SA6

Katalog SIP 4.3

Bestell-Nr. E50001-K4404-A131-A2

ΔI = Sammelschienendifferenzialschutz

SIPROTEC 7UT6

Katalog SIP 5.6

Bestell-Nr. E50001-K4405-A161-A2


I> = SIPROTEC 7SJ62

Katalog SIP 3.1

Bestell-Nr. E50001-K4403-A111-A5

I> = SIPROTEC 7SJ602

Katalog SIP 3.3

Bestell-Nr. E50001-K4403-A131-A2

I> = SIPROTEC 7SJ61

Katalog SIP 3.1

Bestell-Nr. E50001-K4403-A111-A5

I> = SIPROTEC 7SJ600

Katalog SIP 3.2

Bestell-Nr. E50001-K4403-A121-A1

Maschinenschutz SIPROTEC 7UM61

Katalog SIP 6.1

Bestell-Nr. E50001-K4406-A111-A1

SIPROTEC 7SJ61-64

Katalog SIP 3.1

Bestell-Nr. E50001-K4403-A111-A5

3/32

Totally Integrated Power by Siemens


Transformatoren

kapitel 4

4.1 Verteiltransformatoren

4.2 Steuer- und Trenntransformatoren


4 Transformatoren

4.1 Verteiltransformatoren

Eine gesicherte Stromversorgung setzt

ein gut ausgebautes Versorgungsnetz

mit leistungsfähigen Transformatoren

voraus. Überall dort, wo Verteiltransformatoren

in unmittelbarer Nähe des

Menschen höchste Sicherheit garantieren

müssen, sind Gießharztransformatoren

die perfekte Lösung. Bei

Gießharztransformatoren konnten die

Einschränkungen flüssigkeitsgefüllter

Transformatoren vermieden, deren

bewährte Eigenschaften wie Betriebssicherheit

und Lebensdauer jedoch

übernommen werden.

Im Applikationshandbuch Grundlagenermittlung

und Vorplanung sind

die grundlegenden Informationen für

die Auslegung und Projektierung von

Verteiltransformatoren in Kapitel 5.2,

S. 5/12 ff., beschrieben. Ergänzend zu

diesem Kapitel finden Sie nachfolgend

die wichtigsten Anforderungen an

den Aufstellungsort.

Anforderungen an den

Aufstellungsort

Gießharztransformatoren stellen die

geringsten Anforderungen an den

Aufstellungsort. Dies ergibt sich aus

den Vorschriften für Grundwasserschutz,

Brandschutz und Funktionserhalt

in DIN VDE 0101, DIN VDE 0100-

718 und der Elt Bau VO. Im Folgenden

der Vergleich von Transformatoren

verschiedener Ausführungen auf Basis

dieser Vorschriften, wie sie 1997

gültig waren.

Trafoausführung

Kühlungsart

nach

EN 60076-2

Allgemein

Mineralöl * O a Auffangwannen und

Sammelgruben

b Austritt von Flüssigkeit

aus der Sammelgrube

muss verhindert werden

c Wasserhaushaltgesetz

und die landesrechtlichen

Verordnungen sind zu

beachten

Trafos mit

Silikonöl

bzw. synth.

Ester **

K

A

Wie bei Kühlmittelbezeichnung

O

Keine Maßnahmen

erforderlich

* bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit ≤ 300 °C

** bzw. Brennpunkt der Kühl- und Isolierflüssigkeit > 300 °C

in abgeschlossenen

elektrischen

Betriebsstätten

als Auffangwannen

und Sammelgrube

sind undurchlässige

Fußböden mit

Schwellen zulässig

bei max. 3 Trafos und

je Trafo weniger als

1000 l Flüssigkeit

Tabelle 4.1/1: Schutzmaßnahmen für Gewässerschutz nach DIN VDE 0101

Gießharz-

Trockentransformatoren

Kühlmittelbezeichnung

O

K

Allgemein

a Räume feuerbeständig F90A getrennt

b Türen feuerhemmend T30

c Türen ins Freie schwer entflammbar

d Auffangwannen und Sammelgruben so angeordnet,

dass Brand nicht weitergeleitet wird, ausgenommen

bei Aufstellung in abgeschlossenen elektrischen

Betriebsstätten mit max. 3 Trafos, je Trafo weniger

als 1000 l Flüssigkeit

e Schnell wirkende Schutzeinrichtungen

Wie bei Kühlmittelbez. O; a, b und c kann entfallen,

wenn e vorhanden

Freiluftanlagen

Tabelle 4.1/2: Schutzmaßnahmen für Brandschutz und Funktionserhalt nach DIN VDE 0101

unter bestimmten

Voraussetzungen

keine

Auffangwannen und

Sammelgruben

vollständiger Text aus

VDE 0101, Abschnitt

5.4.2.5 C, ist

unbedingt zu

berücksichtigen

Freiluftanlagen

a ausreichende

Abstände

oder

b feuerbeständige

Trennwände

keine Maßnahmen

erforderlich

A Wie bei Kühlmittelbez. K, jedoch ohne d keine Maßnahmen

erforderlich

4/2

Totally Integrated Power by Siemens


Transformatoren

Umgebungs-, Klimaund

Brandklassen

IEC 60076-11 definiert Umgebungs-,

Klima- und Brandklassen, die den

unterschiedlichen Betriebsbedingungen

am Aufstellungsort Rechnung

tragen. Die Umgebungsklasse (E)

berücksichtigt Luftfeuchte, Feuchteniederschlag

und Verschmutzung. Die

Klimaklasse (C) berücksichtigt die

niedrigste Umgebungstemperatur. Sie

ist somit auch ein Maß für die Rissfestigkeit

des Gießharzvergusses. Die

Brandklasse (F) berücksichtigt die

möglichen Brandfolgen.

Wichtig!

Gemäß IEC 60076-11 bzw. DIN 42523

dürfen die erforderlichen Klassen

durch den Betreiber definiert werden.

GEAFOL-Transformatoren erfüllen die

höchsten definierten Klassen:

Umgebungsklasse E2

Klimaklasse C2

Brandklasse F1

Temperatur der Kühlluft

Transformatoren werden entsprechend

der einschlägigen Normen für

folgende Werte der Kühlluft ausgelegt:

maximal 40 °C

Tagesmittel 30 °C

Jahresmittel 20 °C

Umgebungsklasse

Klasse E0

Klasse E1

Klasse E2

Klimaklasse

Tabelle 4.1/3: Umgebungs-, Klima- und Brandklassen nach IEC 60076-11

Bei Normalbetrieb wird dabei der

normale Lebensdauerverbrauch

erzielt. Für den Lebensdauerverbrauch

sind insbesondere die mittlere Jahrestemperatur

sowie die Belastung

entscheidend. Davon abweichende

Temperaturen der Umgebung verändern

die Belastbarkeit der Anlage.

Besondere

Aufstellungsbedingungen

kein Feuchteniederschlag, Verschmutzung vernachlässigbar

gelegentlicher Feuchteniederschlag, Verschmutzung begrenzt möglich

häufiger Feuchteniederschlag oder Verschmutzung, auch beides gleichzeitig

Klasse C1 Innenraumaufstellung nicht unter –5 °C

Klasse C2 Freiluftaufstellung bis herab auf –25 °C

Brandklasse

Klasse F0

Klasse F1

Eine Begrenzung der Brandgefahr ist nicht vorgesehen

Durch die Eigenschaften des Transformators wird die Brandgefahr begrenzt

Extreme Bedingungen vor Ort sind bei

der Anlagenplanung zu berücksichtigen:

Relevant für den Einsatz in tropischem

Klima sind Anstrich und

vorherrschende Temperaturen.

Bei Einsatz in über 1000 m ü. NN ist

eine Sonderauslegung bezüglich

Erwärmung und Isolationspegel

notwendig (siehe IEC 60076-11).

Umgebungstemperatur

(Jahresmittel)

Belastbarkeit

–20 °C 124 %

–10 °C 118 %

0°C 112 %

+10 °C 106 %

+20 °C 100 %

+30 °C 93 %

Tabelle 4.1/4: Anlagenbelastbarkeit in

Abhängigkeit von der

Umgebungstemperatur

Bei erhöhter mechanischer Beanspruchung

– Einsatz in Schiff,

Bagger, Erdbebengebiet usw. –

können konstruktive Zusätze erforderlich

sein, z. B. das Abstützen der

oberen Joche.

4/3

4


c

Mindestabstände

Höchstspannung*)

der Betriebsmittel

U m

Bemessungs-, Steh-,

Blitz-, Stoßspannung*)

LI

Mindestabstand

(siehe Bild 1) Liste 1 Liste 2 a b c

kV kV kV mm mm mm

12 – 75 120 **) 50

24 95 – 160 **) 80

24 – 125 220 **) 100

36 45 – 270 **) 120

36 – 170 320 **) 160

*) siehe DIN EN 60076-3 (VDE 0532 T3);

**) Abstand b = Abstand a, wenn hier OS-Anzapfungen; sonst: Abstand b = Abstand c

Tabelle 4.1/5: Mindestabstände um GEAFOL-Transformatoren

Berührungsschutz

Die Gießharzoberfläche der Trafowicklung

ist im Betrieb nicht berührungssicher.

Deshalb ist ein Schutz gegen

zufälliges Berühren notwendig. Für

Berührungssicherheit sorgen verschiedene

Maßnahmen bei Aufstellung des

Transformators in einer elektrischen

Betriebsstätte, z. B. der Einbau von

Schutzleiste (Grafik 4.1/2) oder Gitter

(Grafik 4.1/3).

Beispiele für die Ausführung

Grafik 4.1/2 und 4.1/3 zeigen Beispiele

für die Ausführung des Schutzes

gegen zufälliges Berühren.

Für die Größen der Abstände A, B und

C gilt die Regel:

Mindestabstand (Tabelle 4.1/3) plus

30 mm Sicherheitszuschlag

(praxiserprobtes Maß) plus

Montageabstand (je nach Platzbedarf)

Schutzabstand D (Grafik 4.1/3) ist

gefordert bei Trennung mit Leisten,

Ketten oder Seilen, angebaut in einer

Höhe von 1100 bis 1300 mm. Hier gilt

bei U m :

12 kV = 500 mm

24 kV = 500 mm

36 kV = 525 mm

Schutzabstand E (Grafik 4.1/3) ist

gefordert bei einer Gitterhöhe von

1800 mm. Hier gilt bei U m :

12 kV = 215 mm

24 kV = 315 mm

36 kV = 425 mm

sowie max. 40 mm Maschenweite für

Gittertüren bzw. Schutzgitter.

Schutzabstand D und E gemäß

DIN VDE 0101.

Raumteilung zwischen Trafos

Bei Anordnung mehrerer Gießharztrafos

in einem Raum (Grafik 4.1/2

und 4.1/3) ist eine Raumteilung nicht

Vorschrift, sie wird aber in der Regel

realisiert mit einer einfachen, nicht

brennbaren Trennwand. Klare Vorteile

b

Grafik 4.1/1: Mindestabstände um GEAFOL

Transformatoren

bringt eine Abtrennung, wenn Trafos

unterschiedliche Netze versorgen;

muss ein Trafo freigeschaltet werden,

kann der andere in Betrieb bleiben.

Weitere Informationen:

Siemens AG, Power Transmission

and Distribution (Hrsg.):

GEAFOL-Gießharztransformatoren:

Planungshinweise,

Bestell-Nr. E50001-U413-A47-V2

a

4/4

Totally Integrated Power by Siemens


Transformatoren

Vollwand

Vollwand

B

D

C

C

1300

1800

1800

A

B

A

E

Grafik 4.1/2: Beispiel Schutzleiste

Grafik 4.1/3: Beispiel Gitter

4/5

4


4.2 Steuerund

Trenntransformatoren

4.2.1 Ein- und Dreiphasen-

Trockentransformatoren

Bild 4.2/1: SIRIUS Trockentransformatoren

Einsatzbereiche

Steuertransformatoren im

Anlagen- und Steuerungsbau

Anpassungstransformatoren

für Industriebetriebe

Trenn- und Sicherheitstransformatoren

für elektrische

Geräte

Transformatoren in

Produktionsmaschinen

Gerätetransformatoren für Kommunikationstechnik,

medizinische

Technik und Haustechnik

Transformatoren für die

Antriebstechnik

Damit in jeder Situation die richtige

Spannung herrscht, bedarf es des

passenden Transformators. SIRIUS

Trockentransformatoren arbeiten

zuverlässig, sicher und weltweit unter

den unterschiedlichsten Bedingungen.

Das Spektrum umfasst:

Leistungsbereich 25 VA bis 2 MVA

Spannungsbereich 1 V bis 3,6 kV

Strombereich von 1 A bis 20 kA

Normen/Vorschriften

Die SIRIUS Ein- und Dreiphasentransformatoren

< 16 kVA sind zusammengefasst

als Trenn-, Steuer- und

Netztransformatoren nach EN 61558-

2-4, -2-2, -2-1 oder Sicherheits-,

Steuer- und Netztransformatoren

nach EN 61558-2-6, -2-2, -2-1 oder

Spartransformatoren nach EN 61558-

2-13 mit wählbaren Ein- und

Ausgangsspannungen.

Hinweis:

Netztransformatoren mit ≤ 50 V auf

der Ausgangsseite sind bei SIRIUS

Transformatoren immer als Sicherheitstransformatoren

ausgeführt.

Die SIRIUS Ein- und Dreiphasen-

Leistungstransformatoren > 16 kVA

sind als Netzanpasstransformatoren

mit einer Ein-/Ausgangsspannung

nach DIN VDE 0532-6 einsetzbar und

können als Netzanpass-, Spar- oder

Stromrichtertransformatoren nach

DIN VDE 0532-6 mit wählbaren Einund

Ausgangsspannungen verwendet

werden.

Die SIRIUS Trockentransformatoren

bieten optimalen Schutz durch hohe

zulässige Umgebungstemperaturen

bis 40 °C bzw. 55 °C, hohe Kurzzeitleistung

bei Steuertransformatoren,

sicherungslose Bauweise und durch

ihren Sicherheitsstandard „Safety

inside“ EN 61558.

Weitere technische Daten im Internet

unter www.siemens.de/sidac

Ein- und Dreiphasen-Trockentransformatoren

< 16 kVA

EN 61558-2-6, -2-4, -2-2, -2-1, -2-13

Die Norm EN 61558 mit der VDE-

Klassifizierung VDE 0570 stellt die

deutschsprachige Ausgabe der internationalen

Norm IEC 61558 (Safety of

power transformers, power supply

units and similar) dar und hat die

älteren Normen VDE 0550 und VDE

0551 vollständig ersetzt.

Hinsichtlich dieser Veränderungen

ergaben sich für einen Teil der Transformatoren

verschärfte Fertigungsund

Prüfbedingungen. Transformatoren

für allgemeine Anwendungen

haben bei SELV* (berührbar, maximal

AC 50 V bzw. DC 120 V) grundsätzlich

doppelte oder verstärkte Isolierungen,

d. h., diese Transformatoren sind

ausschließlich Sicherheitstransformatoren.

Weiterhin sind alle Transformatoren

mit Angaben zu Schutzelementen

versehen worden, mit denen sie

gegen Kurzschluss und Überlast

gesichert werden können.

Ein- und Dreiphasen-Trockentransformatoren

> 16 kVA

DIN VDE 0532-6

Anwendungsbereich

In Industriemaschinen, Verfahrenstechnik,

Heizungs- und Klimatechnik

usw. zum Speisen von Steuer- und

Meldestromkreisen, wenn

mehrere elektromagnetische

Verbraucher (z. B. Schütze)

angesteuert werden sollen,

Steuer- und Meldegeräte außerhalb

des Steuerschrankes

verwendet werden,

die Betriebsspannung der

Verbraucher eine andere als die zur

Verfügung stehende ist, sowie zur

Spannungsanpassung für

Maschinen und Anlagen mit

galvanischer Trennung oder als

Spartransformator, oder

* Safety Extra-Low Voltage; Schutzkleinspannung.

4/6

Totally Integrated Power by Siemens


Transformatoren

allgemein zur Spannungsanpassung

elektrischer Geräte, z. B. in der

Kommunikations-, Medizin- und

Haustechnik.

In der Antriebstechnik werden

spezielle Stromrichtertransformatoren

zur Spannungsanpassung

und als Spartransformatoren beim

Einsatz von Einspeise-/Rückspeisemodulen

verwendet.

Sondertransformatoren werden für

Bahn- und Schienenfahrzeuge,

Schiffe und Containerbrücken,

Wind- und Solarenergie eingesetzt.

Wichtige Eigenschaften

der Ein- und Dreiphasen-

Trockentransformatoren

Hohe Kurzzeitleistung der SIRIUS

Steuertransformatoren: kleinere

Transformator-Bemessungsleistung

bei großer Anzahl von Schützen

Für „sicherungslose Bauweise“

geeignet: Durch den kleinen

Einschaltrush können auch

primärseitig „Leistungsschalter für

Motorschutz“ eingesetzt werden

CUUS-Approbationen für USA und

Kanada

Kenngrößen

Bemessungsleistung P n

(Dauerbetrieb)

– abhängig von:

– Frequenz AC 50 Hz … 60 Hz

– Schutzart IP00

– Aufstellhöhe bis 1000 m

über NN und

– Umgebungstemperatur t a ,

typenabhängig 40 °C oder 55 °C

Tabelle 4.2/1 SIRIUS Transformatoren

Bezogen auf die Umgebungstemperatur

ist die Kenngröße P n ein Merkmal

für die thermische Belastbarkeit.

Hiervon abweichende Aufstell- und

Betriebsverhältnisse beeinflussen die

4/7

4


n zul.

n

1,10 NSF0_00141c

1,0

0,9

0,8

0 1 2 3 4 5 6

Aufstellhöhe [x 1000 m ü NN]

1,4

n zul. 1,2

n

1,0

0,8

a = 40 °C/H

a = 40 °C/B

a = 55 °C/H

0,6

0 10 20 30 40 50 60

Umgebungstemperatur

NSF0_00142c

Grafik 4.2/1: Belastungskennlinien: Zulässige

Transformatordauerbelastung in

Abhängigkeit von der Umgebungs

temperatur und der Aufstellhöhe

zulässige Dauerbelastung durch die

Verbraucher (siehe Grafik 4.2/1).

Kurzzeitleistung P kurzz

Das wichtigste Auswahlkriterium für

Steuertransformatoren ist ihre Kurzzeitleistung

P kurzz . Sie ist erforderlich

für das Einschalten elektromagnetischer

Lasten, z. B. von Schützen mit

hoher Einschaltleistung gegenüber

der Halteleistung. Bei dieser Belastung

darf nach EN 61558-2-2 „Besondere

Anforderungen an Steuertransformatoren“

die Ausgangsspannung nur um

maximal 5 % gegenüber der Bemessungsspannung

abfallen, um ein

sicheres Schalten zu gewährleisten.

SIRIUS Steuertransformatoren

Tools & Downloads

4.2.2 Ungeregelte Stromversorgungen