10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“

10. RHEINSBERGER FACHTAGUNG „ARBEITSSICHERHEIT IN DER ENERGIEVERSORGUNG“

Selektivität beim Einsatz von Schutzeinrichtungen Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, Heidelberg

10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“

Selektivität von Schutzeinrichtungen

• nur die der Fehlerstelle unmittelbar vorgeschaltete Schutzeinrichtung löst bei einer automatischen Abschaltung aus

• hat somit Bedeutung beim Überstromschutz (Überlast / Kurzschluss) und beim Schutz gegen elektrischen Schlag

vollständige Selektivität selektives Verhalten über den gesamten Bereich der möglichen Fehler (z. B. Kurzschluss- oder Überlastströme )

Teilselektivität selektives Verhalten ist nur in einem Teilbereich gegeben

Selektivität – was versteht man darunter?

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Selektivitätsnachweise

• sind üblicherweise über Normen oder durch den Auftraggebern gefordert

• werden individuell erstellt, z.B. mit Hilfe von

• Berechnungs-/Simulationsprogrammen

• Herstellerunterlagen (Tabellen, Diagramme)

• Koordinationstabellen mit geprüften Kombinationen

Die auftretenden Fehler und daraus resultierende Ströme müssen bekannt sein !

Selektivität – was versteht man darunter?

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• hohe Anlagenverfügbarkeit für den Anlagenbetreiber

• hohe Versorgungssicherheit für den öffentlichen oder privaten Netzbetreiber/Versorger

• hohe Sicherheit für den Anlagenbetreiber und Nutzer, da Stromkreise zur Versorgung von ggf. sicherheits-relevanten Einrichtungen (Beleuchtung, Lüftung/ Klimatisierung, Warn-/Meldeeinrichtungen, …) nicht unnötig abgeschaltet werden,

• einfache und schnelle Ortung der Fehlerquelle im Fehlerfall, da nur ein kleiner Teil der Anlage abge-schaltet wird

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Bedeutung der Selektivität in der Energieverteilung wird zunehmen !

Warum Selektivität?

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in elektrischen Anlagen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art nach VDE 0100-7xx:

landwirtschaftliche Betriebsstätten (-705) (Hauptstromkreise für die Lüftungsanlage bei Intensivtierhaltung)

medizinisch genutzte Bereiche (-710)

Ausstellungen, Shows und Stände (-711)

vorübergehend errichtete elektrische Anlagen für Aufbauten, Vergnügungseinrichtungen und Buden auf Kirmesplätzen, Vergnügungsparks und für Zirkusse (-740)

bei Notbeleuchtung nach VDE 0100-560

Wo ist Selektivität erforderlich?

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in elektrischen Anlagen im Geltungsbereich der NAV:

Trennvorrichtung am Zählerplatz nach TAB bzw. VDE-AR-N 4101 (zukünftig: VDE-AR-N 4100)

in Wohngebäuden:

für Stromkreise in der Kundenanlage nach DIN 18015-1

bei der Zuordnung von Fehlerstrom-Schutzschaltern nach DIN 18015-2

in Schaltgerätekombinationen der Energieverteilung nach DIN EN 61439:

wenn die Betriebsbedingungen eine kontinuierliche Energieversorgung verlangen

Wo ist Selektivität erforderlich?

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bereits heute Bestandteil bei der Auswahl von Schalt- und Steuergeräten nach VDE 0100-530 – siehe Abschnitt 535

seit 02/2014 liegt das HD 50573-5-57 vor („Co-ordination of electrical equipment for protection, isolation, switching and control”), dessen Inhalt in die zukünftige VDE 0100-530 (zu erwarten in 2018) integriert wird - mit Anforderungen zu:

Selektivität

Kurzschlussschutz und Backup-Schutz von BM

Überlastschutz von BM

Kernaussage: Hersteller müssen notwendige Informationen bereitstellen, insbes. dann, wenn Planer/Errichter keine eigenständige Bewertung durchführen können

Koordination von Betriebsmitteln

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Überlast- und Kurzschluss-Selektivität bei einem Verhältnis der Bemessungs-ströme von 1,6 : 1

• t ≥ 0,1s Vergleich der Zeit-/Strom-(Auslöse-)Kennlinien tschmelz (F2) > tgesamt (F4)

• t < 0,1s Vergleich der I²t-/Strom-(Durchlass-)Kennlinien

I2tschmelz (F2) > I2tgesamt (F4)

Selektivität bei Sicherungen

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Selektivität bei Schaltgeräten (allgemein)

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• Überlast: Vergleich der Auslösezeiten tauslöse (C2) < tauslöse (C1)

• Kurzschluss: ik(t) < Iauslöse (C1)

Kurzschluss-Selektivität stark eingeschränkt

C1 C2

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• Überlast: Vergleich der Auslösezeiten, tauslöse (C3) < tauslöse (F2)

• Kurzschluss: Vergleich der Energien, I2tgesamt (C3) < I2tschmelz (F2)

Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät

1kA 10kA IKS 100kA

I²t 106 A²s 105

104

103

Kurzschluss-Selektivität z. T. stark eingeschränkt

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(1) unter Berücksichtigung der Schmelzintegrale nach VDE 0636 und der Durchlassintegrale nach DIN EN 60898

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Kurzschluss-Selektivität z. T. stark eingeschränkt

Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät

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vollständige Kurzschluss-Selektivität mit SH-Schaltern

S S

Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät … und die Lösung

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elektrische Energie mechanische Energie

Leitungsschutz-schalter, Sicherungsautomat (LS)

selektiver Haupt- Leitungsschutz-schalter (SH-Schalter), spannungsunabhängig (SHU)

Schaltwerk

Bimetall termische Auslösung

Magnetsystem Hauptkontakte

Bimetall Selektivauslösung

Selektiv- Widerstand

Trenn- kontakt

nicht vorhanden!

SHU

Schaltwerk

Bimetall

LS

Magnetauslöser +

Schlagspule

Funktionsweise LS und SH-Schalter

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Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Auslösebedingungen

E nach

DIN VDE 0641-21 E DIN VDE 0645

K nach

DIN VDE 0641-21

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Kurzschlussselektivität zu Sicherungen in der Einspeisung

Vergleich der Durchlassenergie der nachgeschalteten Überstromschutz-einrichtung(en) mit der erforderlichen Schmelzenergie einer vorgeschal-teten Schmelzsicherung

Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) zusätzliche Energiebegrenzung

0,1 1 10 Kurzschlussstrom IK / kA

100

1.000

10.000

100.000

i²t / A²s

Durchlass-I²t von LS+SHU

100 A gG (gL)

63 A gG (gL)

Schmelz-I²t der Sicherung

deutliche Verbesserung der Selektivität durch zusätzliche Energiebegrenzung in der Kombination LS + SH !

Durchlass-I²t eines LS

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Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Selektivitätsangaben

Beispiel einer Selektivitätstabelle für Kaskade 1 (Selektivitätsgrenzen in kA)

S750DR S200 Sicherung gG S200

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Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Selektivitätsangaben

Sicherung gG S750DR S200

Beispiel einer Selektivitätstabelle für Kaskade 2 (Selektivitätsgrenzen in kA)

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Schutz mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)

Selektivität von Fehlerstrom-Schutzschaltern, die hintereinander geschaltet werden, wird erreicht durch:

• Selektiver Fehlerstrom-Schutzschalter (Typ S ) als Haupt-Fehlerstrom-Schutzschalter für den Fehlerschutz, der gleichzeitig auch Aufgaben zum Brandschutz übernehmen kann (I∆n ≤ 300 mA)

• nachgeschaltete Fehlerstrom-Schutzschalter des allgemeinen Typs zum Schutz von Endstromkreisen (z.B. zusätzlicher Schutz von Steckdosen nach DIN VDE 0100-410 mit FI oder FI/LS)

• Verhältnis der Bemessungsfehlerströme mind. 3:1

Weitere Beispiele für Selektivität

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M

Hauptverteilung S

300 mA

30 mA 30 mA 10 mA

Unter-verteilung

Selektivität bei Fehlerstrom-Schutzschaltern

S

Selektivität, wenn

vom Typ

und I∆n ≥ 3 x I∆n von

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Schutz mit Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs)

Selektivität beim Auftreten von Netzfolgeströmen:

Weitere Beispiele für Selektivität

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F1

F2 F2

F1