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Wolfgang Esser Dipl.-Ing. Dirk Meyer 3. überarbeitete Ausgabe, 2009
Transcript of Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ... · 4 c) b) a) d) Unter dem...
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Auslösekennlinien einstellungsspezifisch
darstellen und ihr Zusammen wirken
kompetent beurteilen
Fachaufsatz
Dipl.-Ing. Wolfgang Esser
Dipl.-Ing. Dirk Meyer3. überarbeitete Ausgabe, 2009
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Zusammenfassung für Schnellleser
Sollen in einer Schaltanlage mehrere Schutzgeräte effektiv zusammenwir-ken, ist es erforderlich deren Auslö-sekennlinien zu vergleichen, um ihre Selektivität für eine hohe Anlagenver-fügbarkeit zu beurteilen. Wichtig ist es, bei allen Untersuchungen Kurven zu verwenden, die die tatsächlichen, indi-viduellen Einstellungen an den Schutz-organen berücksichtigen. Das ist mit gedruckten Kurvendarstellungen aus Katalogen praktisch nicht möglich. Im Aufsatz werden die gerätespezifischen Einstellmöglichkeiten unterschiedlicher Schutzgeräte vorgestellt und den unter-schiedlichen elektrischen Betriebs-mitteln zugeordnet. Das Moeller Soft-ware-Tool „CurveSelect“ ermöglicht mit sehr geringem Aufwand die einfa-che, gemeinsame Darstellung der Kur-
ven mehrerer Schutzgeräte in gleichen Zeit- und Strommaßstäben. Dadurch wird die Beurteilung der Kurven wesentlich er leichtert. Das Tool ermög-licht die Beurteilung des Zusammen-spiels der Moeller Leistungsschalter NZM und IZM, der Motorschutzschalter PKZM, der Leitungsschutzschalter FAZ (Auslöse charakteristik B, C und D), der Motorschutzrelais ZB und von Schmelz-sicherungen gL oder gG. Bei den Leis-tungsschaltern werden auch die Kurven von älteren Schaltergenerationen angeboten, um Erweiterungen planen zu können.
Neu ist seit der Version 1.07 die frei definierbare Darstellung von Motor-hochlaufkurven, um festzustellen, ob das gewählte Motorschutzorgan den
störungsfreien Hochlauf eines Dreh-strom-Asynchronmotors ermöglicht. Da es auch notwendig sein kann, das Zusammenspiel mit Produkten, die Moeller nicht liefert (z.B. Mittelspan-nungsschutzgeräte oder Schutzge-räte von Wettbewerbern) zu überprü-fen, bietet das Programm nun die Mög-lichkeit, dass der Nutzer selbst Auslö-sekennlinien frei definieren kann. Durch diese zusätzlichen Nutzungsmöglich-keiten ist der Wert des in 11 Sprachen einsetzbaren Software-Tools noch ein-mal deutlich gestiegen. In der Read Me-Datei des Programms wird die Hand-habung in den 11 wählbaren Sprachen vorgestellt und auch die Handhabung der Eingabemasken und die Darstel-lung der Ergebnisse erfolgt durchgängig in der gewählten Landessprache. Wei-
Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen
und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen
- Erläuterungen zum Moeller Software-Tool „CurveSelect“
Bild 1: Darstellung der Auslösekennlinien unterschiedlicher Schutzorgane im gleichen Zeit- und Strommaßstab. Am oberen Ende der Kurven werden die
Gerätedaten und Einstellwerte angegeben.
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
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Allgemeine Angaben: Firma: Moeller GmbH Bonn Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13.11.2006 Netz: 415 V / 50 Hz
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PKZ(M)Motorkennlinie
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terhin stellt Moeller das hilfreiche Tool im Internet und auf einer CD kostenlos zur Verfügung (Bild 1). Der Benutzer wird bei der Eingabe durch die Bereit-stellung zulässiger Parameter geführt. Die Handhabung des lediglich aus einer Excel-Datei bestehenden Tools wird in diesem Aufsatz ebenfalls kurz vorge-stellt. Das Ergebnis, die gemeinsame Darstellung der Kurven lässt sich als geschützte Projektierungs-Dokumen-tation mit den individuellen Projektbe-zeichnungen speichern, ausdrucken oder auch in andere Dokumente expor-tieren.
Auch wer bereits mit den physikali-schen Grundlagen der Auslösekurven und den Besonderheiten der einzel-nen Betriebsmittel vertraut ist, sollte sich die Zeit für das Lesen des Absat-zes „Handhabung des Moeller Soft-ware-Tools CurveSelect V1.09“ neh-men und die Vorteile des verbesserten Tools beurteilen.
Ergänzend wird das einzigartige Stör-lichtbogen-Schutzsystem ARCON® von Moeller kurz vorgestellt. Das innerhalb weniger Millisekunden wirkende Sys-tem verhindert schwere, bis tödliche Personen- und ruinöse Anlagenschä-den. Für eine effektive Verhütung die-ser Lichtbogenschäden sind alle auf dem Markt angebotenen, herkömm-lichen Schutzorgane zu langsam. Die-ser zusätzliche Schutz durch ARCON ist besonders wichtig, wenn Anlagen hoch verfügbar sein müssen.
Auswahlkriterien für Leistungsschal-
ter – 4 Hauptanwendungen und der
Personenschutz –
Unter den Schutzgeräten der Nieder-spannungstechnik bieten Leistungs-schalter die höchste Komplexität bei der Einstellung ihrer Auslösekriterien. Beispielhaft werden diese vielfältigen Einstellmöglichkeiten an den bewähr-ten Leistungsschaltern NZM erläutert. Die Einsatzgebiete der Leistungsschal-ter NZM, mit Auslösern für Überlast- und Kurzschlussströme und umfangrei-chem Systemzubehör, sind ebenfalls äußerst vielfältig.
Kompakt-Leistungsschalter NZM (MCCB 1) werden von Moeller mit elek-tronischen Auslösern und mit unter-
schiedlichen anwendungsabhängige Variablen für Bemessungsbetriebs-ströme zwischen 15 und 1600 A ange-boten. Die kleinste Schalterbaugröße NZM 1 und einfache Standardvarian-ten der Baugrößen NZM 2 und NZM 3 verfügen als besonders preiswerte Schutzschalter und als unterste, unver-zögerte Stufe in einer Selektivitäts-kette, über keine elektronischen, son-dern ausschließlich über elektromecha-nische Auslöser. Drei Schalterbaugrö-ßen, mit den Bezeichnungen NZM 2, NZM 3 und NZM 4 decken den Strom-bereich bis 1600 A lückenlos und teil-weise überlappend, mit den vielseitige-ren, elektronischen Auslösern ab. Für größere Bemessungsströme werden ergänzend die offenen Leistungsschal-ter IZM (ICCB 2) in drei Baugrößen bis 6300 A angeboten (Bild 2). Alle Schal-terbaugrößen verfügen jeweils über mehrere Varianten mit unterschied-lich hohem Kurzschlussausschaltver-mögen. Die Preise der Schalter sind u.a. nach der Leistungsfähigkeit bei ihrem Kurzschluss ausschaltvermögen gestaffelt. Dadurch kann der Projekteur die projektbezogene Schalterdimensi-onierung wirtschaftlich an die für die Anlage notwendige Kurzschlussleistung anpassen. Das gewählte Schaltvermö-gen definiert, entsprechend Bild 7, das untere Ende der später vorgestellten Auslösekurven. Die Tabelle 1 zeigt die
angebotene Typen-Varianz am Beispiel der 3-poligen Schalter in der IEC 3-Aus-führung. Das Sortiment umfasst außer-dem Schalter nach den nordamerikani-schen UL 4- und CSA 5- Standards und die regional üblichen 4-poligen Schutz-schalter. Die in der Tabelle 1 zusätz-lich dargestellte anwendungsspezifi-sche Varianz der Schalter wird später beschrieben.
Die vorgestellten Schalter NZM wer-den mit unterschiedlichen Schutzaufga-ben praktisch in allen Arten von Nieder-spannungs-Energieverteilungsanlagen als Abgangsschalter eingesetzt. In klei-nen bis mittleren Verteilungen dienen sie ebenso als Einspeiseschalter bis 1600 A. Ergänzend zu den reinen Ener-gieverteilungsaufgaben, werden die Schalter zum Schutz verschiedenartiger Betriebsmittel, gegen Überlast und Kurz-schluss, sowie zum Schutz der Schalt-geräte und der ver bindenden Kabel und Leitungen auch in Maschinen- und Anla-gensteuerungen eingesetzt. Sie beherr-schen umfassend die vier wesentlichen Hauptapplikationen:
den Anlagenschutz, • den Motorschutz, • den Transformatorschutz und • den Generatorschutz• (Bild 3).
Bild 2: Das Programm ist anwendbar für unterschiedliche Schalt- und Schutzgeräte mit thermome-
chanischen oder elektronischen Auslösern unterschiedlicher Komplexität.
1 MCCB = Molded Case Circuit Breaker2 ICCB = Insulated Case Circuit Breaker
3 IEC = International Electrical Commission4 UL = Underwriter’s Laboratories (http://www.ul.com)
5 CSA = Canadian Standards Association(http://www.csa.ca)
4
c)
b) ➜
➜
a) ➜d)
➜
Unter dem Anlagenschutz versteht man den Schutz von Kabeln und Leitun-gen, aber auch den Schutz von Sam-melschienensystemen. Diese haben eine hohe Bedeutung in Schaltanlagen zur Energieverteilung (Punktverteilern), aber nicht zu vergessen, auch als Lini-enverteiler, der häufig vorteilhafteren Alternative zu Kabeln.
Unter den Anlagenschutz fällt auch der Schutz der in die Schaltanlagen einge-bauten Schalt-, Schutz- und Befehls-geräte, sowie der Automatisierungs-systeme. Die Einsatzgebiete Motor-schutz, Generatorschutz und Transfor-matorschutz dienen dem spezifischen Schutz der aufgezählten Betriebsmit-telarten [1]. Für einen optimalen Schutz und eine wirtschaftliche Nutzung die-ser Betriebsmittel müssen die Auslöse-kurven der Schutzgeräte, durch die spä-ter beschriebenen Einstellungen, mög-lichst genau an die individuelle Leis-tungsfähigkeit der zu schützenden Betriebsmittel angepasst werden. Zum wirtschaftlichen Betrieb gehört es auch, dass die Schutzorgane nicht ungewollt bzw. unnötig auslösen.
Neben diesen, mehr auf den Schutz von Wirtschaftsgütern ausgerichteten Funktionen, dürfen die zusätzlich erfüll-ten Anforderungen des Personenschut-zes nicht übersehen werden. Der Per-sonenschutz erfolgt bei allen Schal-tervarianten, als Schutz gegen elek-trischen Schlag, durch das schnelle automatische Abschalten gefährlicher Berührungsspannungen. Ausreichend kurze Auslösezeiten sind durch die Pro-jektierung und Schalterdimensionierung sicherzustellen, z.B. durch die Einhal-tung der „Nullungsbedingungen“ (IEC / EN 60 364-4-41, VDE 0100 Teil 410) [2].
Die folgenden zusätzlichen Schutzfunk-tionen beeinflussen die notwendigen Schaltereinstellungen und die Auslöse-kurven nicht:
einige Schalterbaugrößen verfügen • über optionale, getrennt einstellbare Fehlerstrom- bzw. Erdschluss-Schutz-funktionen,bei allen Baugrößen erfolgt der • Personenschutz durch die schnelle Freischaltung von Abgängen und Betriebsmitteln,
eine zusätzliche Schutzfunktion, • den Unterspannungsschutz, können die Leistungsschalter übernehmen, wenn sie mit einem Unterspannungs-auslöser ausgestattet sind,in diesem Fall gewährleisten sie • gleichzeitig den Schutz gegen selbst-tätigen Wiederanlauf nach einer Spannungsunterbrechung, alle vorgestellten Leistungsschal-• ter NZM und IZM können die Haupt-schalter- und Trennereigenschaften [3, 4] sicherstellen.
Im Bereich der Energieverteilung sind Lasttrenn- und Leistungsschalter die wichtigsten Schalt- und Schutzgeräte generell. An den kritischen Knotenpunk-ten der elektrischen Energieversor-gung, von denen die Stromversorgung ganzer Fabriken oder ganzer Stadtteile abhängt, ist gerade der schmelzsiche-rungslose Schutz durch Leistungs-schalter mit seiner schnellen Wieder-einschaltbereitschaft, ohne Ersatzteil-beschaffung, von zentraler Bedeutung. Ein selektiver Schutz in verschiedenen Netzebenen, stellt eine hohe Anlagen- und Prozessverfügbarkeit sicher. Dar-
Bild 3: Die vier großen Hauptanwendungen der Kompakt-Leistungsschalter NZM, für die teilweise bei hohen Strömen auch offene Leistungsschalter
IZM eingesetzt werden: a) Anlagenschutz / Leitungsschutz b) Transformatorschutz c) Motorschutz d) Generatorschutz
5
A
S1
S2
S3
S4
S5
S3S4S5
B
C
D
2h100
40
250A 1000A 2000A
10
10
40
4
1
1
4
400
10
50ms
50ms40
100
1
4
I[A]
CC
tv
100 200 400 1000 2000 4000 10000 20000
S3
S4
S5
Hochspannung
Niederspannung
Min
uten
M
illi-S
ekun
den
Seku
nden
unter versteht man, dass möglichst nur ein kurzschlussnahes Schutzorgan aus-löst. Üblich sind folgende Schaltgeräte-Kombinationen, um Netze selektiv auf-zubauen:
Sicherung - Sicherung, • Sicherung - Schutzschalter, • Schutzschalter - Sicherung• Schutzschalter - Schutzschalter. •
Bild 4 zeigt ein Beispiel für einen Netz-aufbau mit Zeitselektivität, die durch Schalter mit unterschiedlicher Kurz-zeitverzögerung der Kurzschlussaus-löser erreicht wird. Moeller erleichtert dem Praktiker mit der Planungs-Soft-ware NetSelect oder NetPlan die opti-male, selektive Projektierung, auch in Mischformen mit Schmelzsicherungen. Die Moeller Leistungsschalter NZM und IZM, mit elektronischen Auslösern, kön-nen in modernen Schaltanlagen zusätz-
Baugrößen, Anwendungen, Schaltvermögen, Einstellbereiche der Leistungsschalter NZM,
IEC-Ausführung, 3-polige Schalter
Typ
Elektromechanische Auslöser Elektronische Auslöser
IEC-Schaltvermögen bei 400 V IEC-Schaltvermögen bei 400 V
B = 25 kA C = 35 kA N = 50 kA H = 150 kA N = 50 kA H = 150 kA
Einstellbereiche in A Einstellbereiche in A
NZM..1 -A.. 15 - 160 15 - 160 15 - 160 15 - 160 *) - - -
NZM..1 -M.. 16 - 100 - 16 - 100 - - - -
NZM..1 -S.. 40 - 100 - 40 - 100 40 - 100 - - -
NZM..2 -A.. 125 - 300 125 - 300 125 - 300 125 - 300 - - -
NZM..2 -M.. 100 - 200 - 100 - 200 16 - 200 -ME.. 45 - 220 45 - 220
NZM..2 -S.. 125 - 200 - 125 - 200 40 - 200 - - -
NZM..2 - - - - - -VE.. 50 - 250 50 - 250
NZM..3 -A.. - 260 - 500 260 - 500 260 - 500 -AE.. 125 - 630 125 - 630
NZM..3 - - - - - -ME.. 110 - 450 110 - 450
NZM..3 - - - - - -VE.. 125 - 630 125 - 630
NZM..4 - - - - - -AE.. 315 - 1600 315 - 1600
NZM..4 - - - - - -ME.. 275 - 1400 275 - 1400
NZM..4 - - - - - -VE.. 315 - 1600 315 - 1600
-A.. Anlagen- und Kabelschutz-M.. Motorschutz -S.. Kurzschlussschutz (ohne Überlastschutz)
-AE.. Anlagen- und Kabelschutz-ME.. Motorschutz -VE.. Anlagen- und Kabelschutz, Selektiv- und Generatorschutz
Tabelle 1: Übersicht über die wesentlichen Auswahlkriterien für Leistungsschalter NZM und die Lösung mit elektromechanischen oder elektronischen
Auslösern.
Bild 4: Beispiel für einen kaskadenförmigen Netzaufbau. Die Schalter in den verschiedenen Netz-
ebenen sollen selektiv abschalten. Dies lässt sich mit einer Zeitselektivität realisieren. Der Schal-
ter der untersten Ebene (im Beispiel S 5) besitzt unverzögerte Kurzschlussstromauslöser, alle vorge-
schalteten Schalter sind um 50 ms, 100 ms usw. kurzzeitverzögert.
*) H = 100 kA
6
a b c
t Ir
tr
Irmv
tvIrm
I
lich komfortabel vernetzt werden [5]. Auch für diese Vernetzungsaufgaben stehen geeignete Softwaretools zur Verfügung.
Funktionsbereiche in den Aus-
lösekennlinien und thermisches
Gedächtnis der Auslöser
Auslösekennlinien stellen mehrere Funk-tionsbereiche der Schutzgeräte dar. Für die unterschiedlichen Funktionsberei-che sind z.T. unterschiedliche Auslöser im gleichen Gerät verantwortlich. Die Auslösekennlinie beschreibt das Verhal-ten eines Schutzgerätes in Abhängigkeit von den in unterschiedlicher Höhe flie-ßenden Strömen und von den Strom-flusszeiten. Durch die Auslösekurve wird speziell das Verhalten eines Leistungs-schalters unter betriebsmäßigen, wie auch unter außergewöhnlichen Bedin-gungen beschrieben. Konstruktive Merk-male der Schutzschalter können Ein-fluss auf die spezifische Auslösekurve nehmen. Die Auslösekennlinien müs-sen den Erfordernissen der zu schützen-den Betriebsmittel entsprechen. Unter-halb, beziehungsweise links der Aus-lösekennlinie, im beherrschten, zuläs-sigen Bereich, erfolgt keine Auslösung. Das Strom / Zeit - Feld unterhalb / links der Auslösekennlinie kann betriebsmä-
ßig genutzt werden (betriebsmäßige Be-dingungen). In diesem Feld arbeiten z.B. auch Antriebe im Aussetzbetrieb, die für eine kurze Zeit einen höheren Strom (im Überlastbereich) aufnehmen. In den Aussetzpausen können Betriebsmittel und Schutzorgan wieder abkühlen. Das Feld oberhalb, bzw. rechts der Auslöse-kurve stellt den Bereich der außerge-wöhnlichen Bedingungen mit den mög-lichen Störungen durch Überlast oder Kurzschluss dar. Die Kennlinie wird üb licherweise in einem doppelt-logarith-mischen Koordinatensystem dargestellt. Die Kurve umfasst entsprechend Bild 5 drei Bereiche:
a Nicht-Auslöse-Bereich
Im ersten Bereich wird sicherge-stellt, dass der Schalter nicht ohne Grund auslöst, wenn das Betriebs-mittel nicht gefährdet ist. Deshalb darf der Schalter, ausgehend vom kalten Zustand, bei allpoliger Belas-tung und bei Bezugstemperatur bis zum 1,05-fachen des Einstellstro-mes Ir des stromabhängig verzö-gerten Überlastauslösers innerhalb von 2 Stunden (bei I � 63 A, inner-halb von 1 Stunde) nicht auslösen (konven tioneller Nichtauslösestrom).
b Überlastbereich
Der zweite Bereich ist der Überlast-bereich. In diesem Bereich wirken die stromabhängig, thermisch (Bime-tall) oder stromabhängig, elektro-nisch verzögerten Überlastauslöser. Bei den Leistungsschaltern NZM sind die Überlastauslöser, abgese-hen von speziellen Geräten für den nordamerikanischen Markt, immer einstellbar. Bei geringen Überströ-men ist die Auslösezeit lang, sie wird bei größeren Strömen kürzer. Diese Kurvenform entspricht der Belastbar-keit der zu schützenden Betriebsmit-tel. Die zulässigen Überströme las-sen sich nicht beliebig erhöhen, weil die thermischen und die dynami-schen Belastungen für Betriebsmit-tel, Verkabelung, Schaltanlage und Schalter mit dem Quadrat des Stro-mes zunehmen (das muss z.B. bei der Projektierung von schweranlau-fenden Motoren berücksichtigt wer-den). Der Überlastbereich reicht bis zum, der Anwendung entsprechend, einstellbaren Ansprechwert der mag-netischen Kurzschlussschnellaus-löser (vergleichbar mit einer Not-bremse). Der Bereich zwischen dem 1,05-fachen und dem 1,2- bzw. 1,3-fachen Stromeinstellwert Ir wird auch als Grenzstrombereich bezeich-net. Dieser Bereich ist für die nor-menkonforme Justierung der Schal-ter in der Fertigung von besonderer Bedeutung. Bei elektronischen Über-stromauslösern an Leistungsschal-tern lässt sich, z.B. für den Motor-schutz, die Lage der Kurve auf der Zeitachse (tr) zusätzlich verschieben, um einen Schweranlauf zu berück-sichtigen. Die eingestellte Zeit tr gilt beim 6-fachen des Einstellstromes Ir. Bei elektronischen Motorschutzrelais kennt man für die gleichartige Funk-tion die Bezeichnung der „Auslöse-klassen“ (Class 5, 10, 20 usw.), die statt dessen die max. Auslösezeit beim 7,2-fachen des Einstellstromes Ir angeben. Bei Relais ist die Standard-einstellung Class 10 A mit tr = 10 s.
Eine Sonderform stellen Kurz-schluss-Schutzschalter ohne Über-lastauslöser dar. Diese Schalter wer-den mit zusätzlichen Überlastschutz-organen kombiniert. Diese Kombi-nationen wählt man für den Schutz von Motoren mit langen Anlaufzeiten oder wenn der Schutzschalter bei einer sich selbst aufhebenden Über-last nicht auslösen soll. Diese Schal-
Bild 5: Das Bild zeigt eine beispielhafte Auslösekennlinie mit den Funktionsbereichen
1. Nichtauslösebereich / Betriebsbereich, links bzw. unter der roten Auslösekennlinie,
2. Überlastbereich, kurzzeitiges Überschreiten ist möglich,
3. Kurzschlussbereich.
Das Bild zeigt außerdem die variablen Parameter entsprechend der Tabelle 4, die eine anwendungs-
spezifische Gestaltung der Auslösekurve ermöglichen.
7
ter besitzen in Nordamerika eine grö-ßere Bedeutung, als in IEC-Schalt-anlagen.
c Kurzschlussbereich
Hier wird die Grenze der für die Betriebsmittel und den Schalter zu- lässigen Überlast überschritten, es beginnt der Kurzschlussbereich, in dem der unzulässig überhöhte Strom möglichst schnell abgeschal-tet werden muss. Der Ansprechwert der Kurzschlussauslöser Ii (i = ins-tantaneous) wird als Vielfaches des Bemessungsstromes des Schalters In (höchs ter Einstellstrom) gewählt. Dieses Vielfache ist in Abhängig-keit von der Anwendung, also der Art des zu schützenden Betriebsmit-tels, einstellbar. Wenn der Bemes-sungsstrom des Schalters nicht voll ausgenutzt wird, wird das Vielfache, bei dem der Schalter auslöst, größer, als das am Schalter eingestellte Viel-fache. Werden zum Beispiel Moto-ren geschützt, muss der Ansprech-wert der Kurzschlussauslöser so gewählt werden, dass sie beim Anlauf des Motors nicht durch des-sen Einschaltstromspitzen (Anlauf-
strom) ausgelöst werden. In diesem Fall und beim Schutz von Transfor-matoren ist es beispielsweise güns-tiger, wenn der Schutzschalter nicht auf Höchstmarke eingestellt werden muss. Das ergibt eine zusätzliche Sicherheit gegen Früh auslösungen, die besonders dann interessant sein kann, wenn der Ansprechwert eines Kurzschlussauslösers nicht einstell-bar ist. Je nach Schutzschaltertyp unterscheidet man zwischen unver-zögerten (Ii) und kurzzeitverzögerten (Isd) Kurzschlussauslösern. Ein kurz-zeitverzögerter Kurzschlussauslöser wird im gleichen Schalter immer mit einem (höher eingestellten) unver-zögerten Kurzschlussauslöser kom-biniert.
Bei den verzögerten Auslösern wer-den der Strom und die zusätzliche Verzögerungszeit (tsd) nach den Gegebenheiten der zu schützen-den Betriebsmittel eingestellt. Beim Überschreiten des eingestellten Stromes des verzögerten Auslösers wird die Verzögerungszeit gestar-tet. Vor der Einleitung einer Aus-lösung wird geprüft, ob der einge-stellte Strom immer noch über dem Schwellwert liegt. Die eingestellte
Verzögerungszeit selbst ist stromun-abhängig. Der höher eingestellte, unverzögerte Kurzschlussschnellaus-löser (Ii) löst den Schalter aus, falls sein Einstellwert während der Ver-zögerungszeit überschritten wird. Der unverzögerte Kurzschlussauslö-ser bildet in dieser Kombination dann sozusagen die letzte Notbremse.
Bei einem kaskadenförmigen, selek-tiven Netzaufbau muss der nach-geordnete, störungsnahe Schutz-schalter im Fehlerfall innerhalb der Verzögerungszeit des übergeord-neten Schalters ansprechen, um den Strom rechtzeitig zu reduzie-ren / zu unterbrechen, sonst besteht die Gefahr, dass der übergeordnete, verzögerte Schalter ebenfalls aus-löst. Immer, wenn mit verzöger-
ten Auslösern der Schutzschal-
ter oder mit höheren Auslösezei-
ten bei Motorschutzrelais (z.B.
Class 40) gearbeitet wird, zum
Beispiel beim Schweranlauf von
großen Motoren, muss der Pro-
jekteur berücksichtigen, dass alle
Geräte und Leitungen im gesam-
ten Stromkreis für eine längere
Zeit mit einem höheren Strom
belastet werden. In derartigen Fäl-
Eignung der Schalter in IEC-Ausführung
für Haupt- und Nebenanwendungen
Hauptanwendungen Nebenanwendungen Typ
Kurzschluss-schutz
(ohne Über-
stromauslöser)
Anlagen-schutz
Kabel- schutz
Generator-schutz
Selektiv-schutzmit verzö-gertem Kurz-schlussaus-löser
Motor- schutz
Haupt-schalter
Not-Aus
gelb und „E“ = elektronische
Auslöser
blau = elektromechanische
Auslöser
X X N..-..
X (X) * X X NZM.. ..-S..
X X X X NZM.. ..(-4)-A..
X X X X NZM.. ..(-4)-AE..
X (X) ** (X) ** NZM.. ..-M..
X (X) ** (X) ** NZM.. ..-ME..
X X X X X X NZM.. ..(-4)-VE..
* nur in Kombination mit geeignetem Schütz und Motorschutzrelais
** nur für einzelne Motorstarter
(-4) Typenzusatz für 4-polige Schalter
Tabelle 2: Applikationsabhängige Haupt- und Nebenanwendungen der Leistungsschalter NZM mit elektromechanischen oder elektronischen Auslösern.
8
len muss er häufig die Schaltge-
räte und die Leitungen angemes-
sen überdimensionieren.
Wichtig für einen sicheren Schutz der Betriebsmittel und Leitungen ist das „thermische Gedächtnis“ der Auslöser. Das thermische Gedächt-nis bildet die Erwärmung der zu schützenden Betriebsmittel wäh -rend des normalen Betriebes und während der Überlastphase nach. Es speichert permanent die Wärme-bilanz, damit nach einer Auslösung
eines Schalters oder nach einem Spannungsausfall der thermische Zustand des Betriebsmittels weiter bekannt ist. So wird die Grundlage für einen weiteren, optimalen Schutz nach einer Betriebsunterbrechung oder bei einem intermittierenden Betriebsverlauf geboten. Das ther-mische Gedächtnis berücksichtigt beim Abbau der gespeicherten Erwärmung die typische Zeitkons-tante für die Abkühlung der Last (Kabel oder Motor), mit der auch
das Kabel oder der Motor thermisch entlastet wird. Die Nachbildung der Abkühlung erfolgt bei den elektronischen Auslö-sern mit der gleichen Zeitkonstante, mit der auch die Erwärmungskurve bestimmt wird. Bei Bimetall-Auslö-sern ergibt sich diese Funktion auto-matisch dadurch, dass die erhitzten Bimetalle abkühlen müssen, um sich wieder in ihre Grundstellung zu rich-ten. Mit dem thermischen Gedächt-nis wird in der Praxis verhindert,
Merkmal
relevante Normen
Grenzstrombereich
Umgebungstemperatur
konventioneller Nichtauslösestrom *) für die stromabhängig verzögerte Auslösung(darf nicht auslösen innerhalb von 2 h **), bei allpoliger Belastung, bei Bezugstemperatur)
konventioneller Auslösestrom *) für die stromabhängig verzögerte Auslösung(muss früher als in 2 h **) auslösen, nachBelastung mit dem Nichtauslösestrom)
Phasenausfallempfindlichkeit
Definition:
darf nicht auslösen innerhalb von 2 h bei:
muss innerhalb von 2 h auslösen bei:
Ansprechwert der Kurzschlussauslöser(Praxiswerte)Ir = Einstellwert des Überstromauslösers
Unempfindlichkeit gegenüber dem Anlaufstrom
Selektivität
Überstromauslöser
Auslöseklassen
Thermisches Gedächtnis
Anlagenschutz
IEC / EN 60 947-1 [6] IEC / EN 60 947-2 [7]
Herstellerangabe 40 °C (bei Moeller)
1,05 x Stromeinstellwert
**) 1 h bei ≤ 63 A
1,30 x Stromeinstellwert
**) 1 h bei ≤ 63 A
nicht vorgesehen
nicht sinnvoll, da in der Anlage die Strombelastung der Phasen unsymme-trisch sein darf und häufig ist
ca. 6...10 x Ir
bedingt erforderlich
bei mehreren in Reihe liegenden Schaltern meistens erforderlich
müssen nicht einstellbar sein(sind bei NZM und IZM immer einstellbar)
nicht vorgesehen
sinnvoll
Motorschutz
IEC / EN 60 947-1 [6] IEC / EN 60 947-4-1 [8]
Normwert 20 °C
1,05 x Stromeinstellwert
1,20 x Stromeinstellwert
alternativ zulässig
sinnvolle Schutzfunktion, da die Strom-verteilung der Phasen bei Motoren symmetrisch sein soll
2 Pole 1,0 x Stromeinstellwert, 1 Pol 0,9 x Stromeinstellwert
2 Pole 1,15 x Stromeinstellwert, 1 Pol 0 x Stromeinstellwert
ca. 8...14 x Ir
erforderlich
sinnvoll
einstellbar
sinnvollzur Anpassung an das Anlaufverhalten des Motors
unbedingt erforderlich
Unterschiedliche Anforderungen an Leistungsschalter
für den Anlagen- oder Motorschutz
Tabelle 3: Unterschiedliche Anforderungen bei den beiden stückzahlstärksten Anwendungen der Leistungsschalter, dem „Anlagenschutz“ nach
IEC / EN 60 947-2 [7] und dem „Motorschutz“ nach IEC / EN 60 947-4-1 [8]
*) Begriffe sind aussagekräftig, werden aber nur in der IEC / EN 60 947-2 verwendet **) siehe in zweiter Spalte
9
dass die Last, z.B. ein Motor, durch ein zu schnelles Wiedereinschalten nach einer Überlast-Auslösung ther-misch überlastet wird. Gleichzeitig wird durch das thermische Gedächt-nis beim Eintreten einer Überlastung die Vorerwärmung des Betriebsmit-tels berücksichtigt. Eine Wiederein-schaltung ist erst möglich, wenn die elektronische Simulation bzw. dem Rückbiegevorgang der Bimetalle ergibt, dass der Motor ausreichend abgekühlt ist. Wenn durch ungüns-tige Kühlungsverhältnisse zu erwar-ten ist, dass sich der Motor schneller erwärmt und / oder gegenüber der Simulation verzögert abkühlt, muss der Motor beispielsweise durch Thermistor-Temperaturfühler und ein Auswertegerät EMT 6 zusätzlich geschützt werden.
Notwendigkeit von variablen
Auslösekennlinien bei modernen
Leistungsschaltern
Die spezifischen Schutzaufgaben und die applikationsabhängigen Betriebsbe-dingungen (Gebrauchskategorien) der aufgezählten Betriebsmittel erfordern unterschiedliche Schaltereinstellungen. Dieser Zusammenhang führt über die unterschiedlichen, einstellbaren Variab-len zu anwendungsspezifischen Schal-tervarianten, entsprechend der Tabel-
len 1 und 2. Die Anforderungen an das Spektrum der Einstellmöglichkeiten steigen, wenn mehrere Schutzorgane in Reihe liegen. Dies ist fast immer der Normalfall, wenn zwischen dem Nie-derspannungs-Einspeisetransformator und dem Betriebsmittel beispielsweise mehrere Haupt- und Unterverteiler angeordnet sind. In diesen Fällen sind die Schalter und die Kabel und Leitun-gen für die einzelnen Teilstrecken häu-fig für unterschiedlich hohe Ströme zu dimensionieren. Dadurch liegen häufig Schalter unterschiedlicher Baugrößen im Stromfluss in Reihe.
Die vier aufgezählten Anwendungs-gebiete stellen, wie in Tabelle 3 am Beispiel des Anlagen- und des Motor-schutzes dargestellt, jeweils etwas andere Anforderungen an die Schalter. Die wichtigsten anwendungsabhängi-gen Parameter für die Leistungsschal-terauswahl sind hierbei
das Auftreten einer symmetrischen • oder unsymmetrischen Last,
die unterschiedlichen, typischen Ein-• schaltspitzenströme der zu schützen-den Betriebsmittel, mit ihren unter-schiedlichen Strom- /Zeitverhalten, die regulären Betriebsströme, • die möglichen Überlastströme mit • ihren unterschiedlichen Strom- /Zeitverhalten undschließlich die Höhe der möglicher-• weise auftretenden Kurzschluss-ströme.
Bei den Kurzschlussströmen stellt sich nicht nur die naheliegende Frage, wie hoch diese maximal werden können, sondern auch, ob die Ströme im Fehler-fall überhaupt über den Überlastbereich hinausgehend in den Kurzschlussstrom-bereich kommen, um den Schalter aus reichend schnell auszulösen und dadurch die nachgeschalteten Betriebs-mittel, sowie Personen vor Schäden zu schützen. Die Frage nach der ausrei-chenden Stromhöhe stellt sich haupt-sächlich bei schwachen Generatoren oder in Stromkreisen mit großen Lei-tungslängen, also bei hoher Leitungs-impedanz und hohem Spannungsfall. Aus diesem Grund gibt es beispiels-weise Generatorschutzschalter mit besonders niedrigen Einstellwerten. Zeitkritisch ist für den Personenschutz aber auch die rasche Abschaltung der im Fehlerfall entstehenden gefährli-chen Berührungsspannungen. Zusätz-lich kann es im Kurzschlussfall auch zu unerwünschten, starken Spannungsab-senkungen kommen, die undefinierte Schaltzustände der Schütze oder der spannungsabhängigen Auslöser in der Anlage bewirken können und die des-halb ebenfalls eine rasche Abschaltung des Kurzschlusses verlangen. Hier kön-nen Unterspannungsauslöser unterstüt-zend wirken.
Das in diesem Aufsatz vorgestellte Tool ermöglicht eine einfache Darstellung von Auslösekurven, für bekannte (aus-gewählte) Schalter am PC und den ein-fachen, optischen Vergleich der Aus-lösekurven von mehreren Schaltern und Schmelzsicherungen, die im Stromfluss in verschiedenen Netzebenen in Reihe liegen (Bild 4). Ziel ist es, zu prüfen, ob die Schalter einen sicheren Betrieb zulassen und ob eine Selektivität im Überlast- und Kurzschlussbereich zwi-schen den eingesetzten Schutzgeräten besteht. Der wesentliche Vorteil die-
ses Tools, gegenüber jeder gedruck-ten Darstellung in Katalogen, besteht
darin, dass die ganz spezifische Aus-
lösekurve, in Abhängigkeit von allen
tatsächlichen Einstellungen an dem
Schalter, generiert und dokumen-
tiert wird. Voraussetzung für die Verbindlichkeit der Auslösekurve ist, dass im Tool und in der Schaltanlage identische Schalter-typen auswählt werden und dass die Schaltereinstellungen richtig in das Tool übertragen werden. Wenn das Tool zeigt, dass veränderte Einstellungen am Schalter erforderlich sind, müssen die erforderlichen Einstellungen manu-ell wieder richtig auf den Schalter über-tragen werden. Alle Ergebnisse las-sen sich mit Angaben zur Geräteidenti-fikation abspeichern, kopieren und aus-drucken.
Das Tool kann zusätzlich zu den Aus-lösekurven für die vorgestellten, neuen Kompakt-Leistungsschalter NZM 1 bis NZM 4, auch die Kurven für die Vor-gängergeneration NZM 7, NZM 10 und NZM 14, sowie für die offenen Leis-tungsschalter IZM 1 bis IZM 3, IZM20 bis IZM 63, IZM X16 und für Schmelz-sicherungen mit gl-Charakteristik dar-stellen. Das Tool wird zu künftig um Kennlinien für weitere Komponenten, wie Motorschutzschalter PKZM , Lei-tungssschutzschalter FAZ und Motor-schutzrelais ZB erweitert.
Konstante und variable Parameter
für die Kurvendarstellungen
Schutzgeräte mit Bimetallauslösern, wie die Motorschutzrelais ZB 12, ZB 32, ZB 65 oder ZB 150, ermöglichen aus-schließlich die Einstellung des Motor-nennstromes als Einstellstrom Ir der Überlastauslöser. Der weitere Verlauf der Auslösekurven wird bei der Konst-ruktion durch die Dimensionierung der Bimetalle so festgelegt, dass die Bime-tallcharakteristik der Wärmecharakte-ristik der Motoren ausreichend genau entspricht. Als einzigen, nicht einstell-baren Zusatznutzen, bieten diese Vari-anten für den Motorschutz eine nor-menkonforme Phasenausfallempfind-lichkeit und alle Varianten bieten eine Umgebungstemperaturkompensa-tion. Sie erkennen und berücksichtigen den Ausfall eines beliebigen Außenlei-ters (Phase). Gleiches gilt für Motor-schutzschalter PKE, PKZM 01, PKZM 0 und PKZM 4. Bei diesen Schutzschal-tern sind die Ansprechwerte der zusätz-lichen Kurzschlussauslöser fest einge-stellt. Die Anlagen- und Motorschutz-schalter PKZ 2 gehen einen Entwick-lungsschritt weiter, da hier auch die
10
Ansprechwerte der magnetischen Kurz-schlussauslöser einstellbar sind. Direkt vergleichbar mit diesen Schutzgeräten sind die Leistungsschalter NZM 1 und die thermomagnetischen Leistungs-schalter NZM 2 und NZM 3.
Schutzgeräte mit elektronischen Aus-lösern, NZM 2 bis 4, IZM 1 bis 3 oder IZM X16, IZM 20 bis 63 bieten zusätz-liche Freiheitsgrade bei der Einstellung und der Definition ihrer Schutzwirkun-gen und im Zusammenspiel mit wei-
teren, im gleichen Stromkreis ange-ordneten Schutzgeräten. Die Tabelle
4 zeigt die bei den unterschiedlichen Schutzschalterarten wirksamen Para-meter, die entweder fest eingestellt sind, oder die variabel sind. In der Mög-lichkeit dieser individuellen Anpassun-gen an die unterschiedlichen Betriebs-mittel liegen wesentliche Vorteile der Leistungsschalter gegenüber Schmelz-sicherungen. Als Beispiel für die ver-besserte Schutzwirkung durch individu-ell einstellbare, elektronische Auslöser
zeigt das Bild 6 eine typische Motor-anlaufkennlinie, die mit dem Tool dar-gestellt werden kann, und den Schutz, einerseits mit einem Leistungsschal-ter mit thermischen Überlastauslösern, bei denen die Kurzschlussauslöser auf den maximalen Strom eingestellt sind, sowie andererseits den wesentlich bes-ser angepassten Schutz mit elektroni-schen Auslösern eines Leistungsschal-ters. Im ersten Fall kann der Einschalt-spitzenstrom trotzdem noch zu einer Schalterauslösung führen. Im zweiten
Einstellmöglichkeiten bei stromabhängig wirkenden Auslösern bei unterschiedlichen Schutzschalterarten
Die Auslöser können teilweise optional vorhanden sein oder die Angaben gelten nur bei bestimmten Schaltervarianten, siehe gültiger Moeller Hauptkatalog
Elektromechanische Auslöser Elektronische Auslöser
Parameter mit Einfluss auf die Auslösekennlinie
Typ ZB... PKZM... PKZ... NZM... NZM... IZM...
Größe12, 32, 65, 150
01, 0, 4 2 1, 2 2 3, 4 1, 2, 3
Einstellwert Ir für Überlastauslöser var. var. var.var.
var. var.-
Ansprechwert Irm für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser
- fest var.fest
- -var.
Ansprechwert Ii für unverzögerten Kurzschlussschnel-lauslöser
- - - -fest fest
var. var.
Ansprechwert Isd für verzögerten Kurzschluss-stromauslöser
- - - - var.var.
-
Motorschutz Auslöseklasse CLASS fest fest fest fest var. -
Trägheitsgradeinstellung tr für Überlastauslöser - - - -fest fest
var. var.
Verzögerungszeit tsd für kurzzeitverzögerten Kurz-schlussstromauslöser
- - - - var. var.
I2t-konstant-Funktion - - - -fest fest
var. var.
Phasenausfallempfindlichkeit fest fest- - - -
fest fest fest fest
Bemessungsfehlerstrom IΔn - - - -fest -
-var. -
Verzögerungszeit tv für Fehlerstromauslöser - - - -fest -
-var. -
Ansprechwert Ig für Erdschlussauslöser - - - - - var. var.
Verzögerungszeit tg für Erdschlussauslöser - - - - - var. var.
Tabelle 4: Feste und variable Parameter für stromabhängig wirkende Auslöser bei unterschiedlichen Schutzschalterarten.
11
Allgemeine Angaben: Firma: Moeller GmbH Anlage: Bearb.: Datum: Netz: 400V / 50Hz
Fall ist der Motor während des Hoch-laufs wesentlich besser geschützt.
Die einstellbaren Fehlerstrom- oder Erd-schlussauslöser sind optionale Zusatz-ausrüstungen, die im Kennlinienpro-gramm nicht berücksichtigt werden. Wie bereits beschrieben, ermöglichen die kurzzeitverzögerten Schalter die Realisierung eines zeitselektiven An-lagenkonzepts. Die kurzzeitverzöger-ten Auslöser werden auch bei Motoren mit langer Hochlaufzeit eingesetzt. Bei dieser Applikation lässt sich die Schutz-funktion noch durch zusätzliche Ther-mistorschutzrelais EMT6 von Moeller erweitern.
Handhabung des Software-Tools
„CurveSelect“ von Moeller
Bisher war es schwierig individuelle Auslösekurven darzustellen und mitei-nander zu vergleichen. Oft scheiterte die Auswertung bereits an den unter-schiedlichen Maßstäben für die Koor-dinaten der Kurvendarstellungen für Schutzschalter und Schmelzsiche-rungen. Das ändert sich nun mit dem neuen Software-Tool. Hier werden alle
Kurven in einem einzigen Blatt zur leich-ten, optischen Auswertung dargestellt.
Die Handhabung ist sehr einfach, da dem Anwender die zulässigen Variablen in den typspezifischen Eingabeblättern bereits angeboten werden. Es müssen nur die zutreffenden Variablen manuell in die Masken eingetragen werden. Das Programm wird im Internet unter www.moeller.net/de/support zum Download angeboten. Für die Nutzung ist eine kostenlose Registrierung erforderlich.
1. Das Programm wird als Excel-
Datei in ein beliebiges Verzeich-
nis auf einen Rechner kopiert, auf
dem Microsoft Excel® bereits ins-
talliert ist. Es ist keine weitere Ins-tallation erforderlich. Die Datei kann für beliebig viele Projekte verwen-det werden.
2. Die Datei wird durch Doppelkli-
cken auf „Kennlinien... .xls“ ge-
öffnet. Es öffnet sich eine Excel-Arbeitsmappe mit mehreren Blät-tern für die notwendigen Eingaben und für die Darstellung der Kurven.
3. Umfassende, weiterführende Infor-mationen zum Programm enthält das Blatt „Read Me“.
4. Im Blatt „General“ wird die
ge wünschte Sprachversion
gewählt. Auf diesem Blatt wer-
den „allgemeine Angaben“ zum
bearbeiteten Projekt eingetragen,
die automatisch in die Kurven-
darstellungen übernommen wer-
den. Mit der Version 1.071 des Pro-gramms sind z. Z. Anwendungen mit einer Be triebsspannung zwi-schen 240 und 690 V, 50...60 Hz zu bearbeiten.
5. Es wird empfohlen, das Projekt
nach dem Eintrag der projekt-
bezogenen Grunddaten, über
„Datei“ / “Speichern unter“ unter
einer beliebigen Bezeichnung in
einem beliebigen Verzeichnis zu
sichern. Dadurch bleibt die Original-Programmdatei „Kennlinien... .xls“ für die weitere Nutzung ohne pro-jektspezifische Einträge erhalten. Es wird empfohlen, später die wei-teren Eingaben ebenfalls regelmä-
Bild 6: Leistungsschalter mit elektronischen Auslösern ermöglichen, durch vielseitigere Einstellmöglichkeiten, eine exaktere Anpassung an die typische
Stromaufnahmekurve eines anlaufenden Drehstrommotors, als dies beispielsweise mit dem Schalter mit thermischen Überlastauslösern möglich ist.
Auslösekennlinie Leis-
tungsschalter mit
thermischen Auslösern
Leistungsschalter
mit elektronischen
Auslösern
Auslösestrom [A]
Au
slö
sezeit
Auslösediagramm
Motoranlaufkennlinie
12
ßig durch „Datei“ / „Speichern“ zu sichern.
6. Mit den Blätter „NZM...“,
„IZM...“, „PKZ“, „ZB“, „MCB“
(Leitungsschutzschalter oder
„Fuses“ (Sicherungen) wählt man
die Art des Schutzgerätes, des-
sen Auslösekurve man als nächs-
tes darstellen möchte. Pro Blatt und Projekt können die Daten für 2 bis 3 Schutzgeräte der gleichen Bauart und -größe in den Feldern „Eingabe“ erfasst werden. Jedes Produktblatt wird pro Projekt maxi-mal einmal genutzt. Alle Eingaben können bei Bedarf gelöscht, bzw. überschrieben werden. Die jeweils zulässigen Einträge werden, ent-sprechend des gewählten Grund-typs in den Feldern „zulässiger Ein-stellbereich“ angeboten. Die zuläs-sigen Werte können nicht kopiert werden, sondern sie werden manu-ell in die Eingabefelder eingetragen. Auf unzulässige Eintragungen wird in den Feldern „Fehler“ hingewie-sen. Es erfolgt, sofern möglich, eine informative Anzeige von „Kontroll- und Grenzwerten“ und bei Bedarf von „Warnhinweisen“. Jede Auslö-
sekurve kann nur grafisch darge-
stellt werden, wenn das Gerät im
Feld „Bezeichnung“ einen belie-
bigen Eintrag erhielt.
Auf den Blättern „FSC“ (Free-
StyleCurves = Freihandkennli-
nie) und „Mot“ (Motorkennlinie)
werden die frei definierbaren Kur-
ven für Schutzgeräte bzw. für
eine Motorhochlaufkurve einge-
geben. Für die Handhabung der frei definierbaren Kurve, siehe bitte wei-tere Informationen in der Read Me-Datei. Die Freihandkennlinien las-sen sich mehrfach nutzen, indem das Projekt unter unterschiedlichen Namen abgespeichert wird.
7. Nach der Eingabe der Daten zum
ersten Schutzgerät und nach
jeder weiteren Eingabe, wird die
Auslösekennlinie / werden die
Auslösekennlinien auf dem Blatt
„Kennlinien <> Curves“ ange-
zeigt (Bild 1). Nachträgliche Einga-beänderungen auf den „Produkt-Blättern“ werden bei der nächsten Kurvenanzeige automatisch berück-sichtigt. Die Darstellung erfolgt im doppeltlogarithmischen Koordina-tensystem mit 5 x 7 Dekaden, von 1 A bis 100 kA und von 1 ms bis 2 h, in Absolutwerten.
8. Die gesamte Arbeitsmappe oder
nur das Blatt „Kennlinien <> Cur-
ves“ kann ausgedruckt werden. Die projektbezogene Datei kann auf jedem Rechner, auf dem Excel installiert ist angezeigt, bearbeitet
und ausgedruckt werden. Das Blatt „Kennlinien <> Curves“ kann mar-kiert und in die Zwischenablage des Rechners kopiert und anschlie-ßend in andere Dokumente einge-fügt werden. Nach Änderungen auf den Eingabeseiten, muss das Blatt „Kennlinien <> Curves“ bei Bedarf neu kopiert und eingefügt werden.
9. Nach Fertigstellung der projektspe-zifischen Datei kann diese im Win-dows Explorer® optional mit einem Schreibschutz gesichert werden. (Datei im Windows Explorer suchen und markieren, dann mit „Eigen-schaften“ / „Schreibgeschützt“ schützen.) Besonders empfehlens-wert ist es, das Blatt „Kennlinien <> Curves“ mit einer geeigneten Software einzeln als PDF-Datei zu speichern und bei Bedarf zu schüt-zen. Dadurch wird in der Projektakte Speicherplatz gespart und das Dokument kann gegen nachträgli-che Änderungen geschützt werden.
10. Folgende Randbedingungen sind bei der Auswertung der Diagramme zu beachten:
Alle Kurven werden ausgehend vom kalten Zustand und ohne Darstel-lung der normenkonformen Tole-ranzen der Ansprechwerte, sowie der Auslösezeiten, als Mittelwerte
Bild 7: Am unteren Endbereich der Kurven lässt sich das dynamische Verhalten der Schalter nicht mit vertretbarem Aufwand berechnen. Für verbindli-
che Aussagen zur Selektivität in diesem Bereich wird auf die Prüfergebnisse in den Selektivitätstabellen im Moeller Hauptkatalog verwiesen.
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Beginn deselektrodynamischenBereiches
Kennlinienendebei Icu
Auslösestrom [A]
13
Bild 9: Hier wurde gegenüber Bild 8 der blau dargestellte Leistungsschalter neu ausgewählt. Durch die veränderten Einstellungen ist eine Selektivität
im Überlast- und Kurzschlussbereich gegeben. Die hier erkennbare Selektivität im Kurzschlussbereich wird durch die erprüften Selektivitätsangaben im
Hauptkatalog bestätigt. Die I2t-Funktion ist ein- und ausschaltbar. Sie verbessert die Selektivität mit Schmelzsicherungen.
Bild 8: Unselektive Schutzorgane sind an sich kreuzenden oder (fast) berührenden Kurven erkennbar. Die grüne Kurve stellt einen Abgangsschalter
IZM in einem Hauptverteiler dar. Der Einspeiseschalter NZM eines nachgeordneten Unterverteilers wird blau dargestellt. In diesem Verteiler sollen die rot
dargestellten Schmelzsicherungen verschiedene Motorstarter mit Motorschutzrelais schützen.
Ii = 8 x InI≤t = Ontsd = 0msIsd = 2 x Irtr = 2sIr = 1 x InIn = 630AVE630NZMN3 -Q2
100AglF12h
1h
20min
10min
5min
2min
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300250200150120100705040302520151210 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Q1IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (I≤t)Isd = 3 x Intsd = 100msI≤t =OnIi = 12 x In
80AglF2
Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:
400V / 50Hz13.07.2007Mey1Moeller
Allgemeine Angaben:
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.
Nicht selektiver
Bereich
Q2NZMN3 -VE630In = 630AIr = 1 x Intr = 2sIsd = 2 x Irtsd = 300msI≤t = OnIi = 8 x In
100AglF12h
1h
20min
10min
5min
2min
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300250200150120100705040302520151210 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Q1IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (I≤t)Isd = 3 x Intsd = 100msI≤t =OnIi = 12 x In
80AglF2
Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:
400V / 50Hz13.07.2007Mey1Moeller
Allgemeine Angaben:
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.
eingeschaltete
I2t-Funktion
Au
slö
sezeit
Au
slö
sezeit
Auslösediagramm
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Auslösestrom [A]
Allgemeine Angaben: Firma: Moeller GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz
Allgemeine Angaben: Firma: Moeller GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz
14
F Anlagenfunktionsschutz
E Anlagenschutz
D Betriebsmittelschutz
C Betriebsmittel-Basisschutz
B Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume
A Personenschutz
Feld 1 Feld 2 Feld 3 Feld 4 Feld 5
Feld 6
1
4
5
Feld 7 Feld 8
2
Feld 9 Feld 10 Feld 11
2
3
Einspeisung 1
Einspeisung 2
Kuppel-feld
S
E
RUN
INSTALL
INFO
TEMP SET
TEMP
CURRENT
ERROR
POWER
COM
ERROR
TRP1
TRP2
TRP3
TRP4
IASA
ARCONARC-EM
5
2 26
6
der parametrierten Auslösekennli-nie dargestellt. Diese Darstellung entspricht der Kurvendarstellung in Katalogen. Im Bereich des unver-zögerten Überlastauslösers wird die Mindestbefehlsdauer dargestellt, also die Stromflusszeit bis zur irre-versiblen Auslösung. Das entspricht der Schmelzzeit bei Sicherungen. Die strom-, spannungs- und phasen-lageabhängige Gesamtausschalt-zeit, die sich aus Ansprechverzug, Schaltverzug und Lichtbogenlösch-zeit ergibt, wird bei den dargestell-ten Kurven nicht berücksichtigt.
11. Für die Sicherstellung einer Selekti-vität im Überlastbereich dürfen sich die dargestellten Kurven der Schutz-schalter untereinander und mit den Kurven von Schmelzsicherungen weder kreuzen, noch berühren. Man sollte die Toleranzen der Kurven, die im Überlastbereich bei ± 20 % liegen dürfen, berücksichtigen. An Berührungs- oder Kreuzungspunk-ten ist die Grenze der Überlast-Selektivität zwischen den ausge-wählten Geräten erreicht.
Im Kurzschlussbereich spielen elek-trodynamische, von der Schalter-konstruktion individuell abhängende Vorgänge eine wichtige Rolle. Die strombegrenzenden Eigenschaften der Leistungsschalter, infolge der elektrodynamischen Einwirkungen auf den Kontakt- und Löschapparat, lassen sich für dieses einfache Tool im Hochstrombereich nicht mit ver-tretbarem Aufwand berechnen. Der Bereich dieser elektrodynamischen Grenze wird im Diagramm mit dem
Ansprechwert des unverzögerten Überlastauslösers durch eine senk-rechte, gestrichelte Linie gekenn-zeichnet (Bild 7). Die Kurzschluss-Selektivität wird durch umfangrei-che Kurzschlussprüfungen im Prüf-labor nachgewiesen. Für diesen Bereich sind Aussagen zur Selek-tivität in den Selektivitätstabellen im Moeller Hauptkatalog verbind-lich. Die Kennlinie des jeweiligen Leistungsschalters endet mit dem, vom Gerätetyp und von der gewähl-ten Bemessungsspannung abhängi-gen Wert des Grenzkurzschlussaus-schaltvermögens Icu.
12. Selektivitätsprobleme lassen sich meistens durch eine andere Gerä-teauswahl oder manchmal durch geänderte Geräteeinstellung beseiti-gen (Bilder 8 und 9).
Erweiterter Schutz im Grenzbereich
Ende der neunziger Jahre wurde bei Moeller zur Darstellung der Systema-tik der Schutzsysteme in der Nieder-spannungstechnik das Kegelmodell der Schutzsysteme vorgestellt [9]. In mehreren Ebenen eines Kegels ordnet Moeller, entsprechend Bild 10, lange bekannte, sowie neuartige Schutzsys-teme den Normbegriffen oder selbst eingeführten Begriffen zu. Begriffe, wie Personenschutz, Schutz für beson-dere Betriebsstätten und Räume, der Betriebsmittel- und der Anlagenschutz sind allgemein bekannt. Neu geschaf-fen wurden der Betriebsmittel-Basis-schutz und der Anlagenfunktionsschutz. Im Bereich des Anlagenfunktionsschut-zes hat Moeller mit einer neuen Tech-nologie eine bis heute unangefoch-tene Spitzenposition belegt. Als neues Schutzsystem wurde das, heute bereits in der zweiten Generation erfolgreich eingesetzte Störlichtbogenschutz- System ARCON® geschaffen. Für die hohen Anforderungen zur Vermeidung von Personen- und Anlagenschäden und zur Sicherstellung einer außerge-wöhnlich hohen Anlagenverfügbarkeit
Bild 11: Wenn die marktüblichen Leistungsschalter für die Verhütung von Störlichtbögen zu lang-
sam sind, empfiehlt sich der Einsatz des Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON® von Moeller. Es
detektiert Lichtbögen und schließt die treibende Spannung innerhalb von 2 ms lichtbogenlöschend
kurz.
Bild 10: Moeller stellt die unterschiedlichen Schutzsysteme der Niederspannungstechnik in einem
Kegelmodell dar. Die Funktionen und Systeme des Anlagenfunktionsschutzes gehen über Funktio-
nen der vorgestellten Leistungsschalter hinaus. Moeller löst diese Anforderungen beispielsweise mit
dem einzigartigen Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON®.
a Master ARC-EM
b Slave ARC-EL3
c Slave ARC-EC1
d Linienförmiger Lichtsensor ARC-SL…
e Standard Stromwandler
f Löschgerät
Anlagenfunktionsschutz
Anlagenschutz
Betriebsmittelschutz
Betriebsmittel-Basisschutz
Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume
Personenschutz
15
sind die bisher in diesem Aufsatz vor-gestellten Schutzsysteme einfach zu langsam. Die Beherrschung der zerstö-rerischen Lichtbögen erfordert deren Löschung innerhalb der ersten beiden Millisekunden. Beim System ARCON® wird im Falle eines Störlichtbogens, die den Lichtbogen speisende Netzspan-nung mit einem pyrotechnischen Kurz-schließer (Bild 11) in weniger als 2 Mil-lisekunden kurzgeschlossen. Die her-kömmlichen Leistungsschalter haben dann „nur noch“ die Aufgabe, die Schaltanlagen innerhalb der für Leis-tungsschalter üblichen Schaltzeiten vom Netz zu trennen. Mit dem System lassen sich die Schäden in Schaltanla-gen nachweislich auf eine Verschmut-zung der Anlage, bzw. maximal auf die Beschädigung von Bruchteilen eines Verteilerfeldes reduzieren. Der Total-ausfall einer Schaltanlage wird auf eine stundenweise Betriebsunterbrechung reduziert. Weitere Literatur stellt dieses einmalige System ausführlich vor [9 bis 13]. Seine Wirkung reicht weit über die Schutzfunktionen hinaus, die mit den Möglichkeiten des vorgestellten Soft-ware Tools „CurveSelect“ dargestellt werden können. ARCON® soll aber auch er wähnt werden, weil die Schutzfunk-tionen im extrem kurzen Zeitbereich, bei gleichzeitig extrem hohen Strömen, im vorigen Absatz als schwer darstell-bar bezeichnet werden. Das bezieht sich aber nur auf die Möglichkeiten des vorgestellten Tools, es bedeutet nicht, dass Moeller diese schwierigen Aufga-ben nicht souverän lösen kann.
Verbindlichkeit:
Der Aufsatz beschreibt den Stand der Normen und den Entwicklungsstand der Leistungsschalter NZM im März 2007, sowie die Version V 1.071 der CurveSelect-Software. Verbindlich für die technischen Daten der beschriebe-nen Moeller Produkte ist der jeweils gültige Moeller Hauptkatalog (HPL). Als Grundlage für die Sicherungskennlinien wurden Produktinformationen der Fa. Jean Müller, Eltville, verwendet. Tech-nische Änderungen bleiben vorbehal-ten.
Danksagung:
Der Aufsatz entstand mit freundlicher Unterstützung der Entwickler der Leis-tungsschalter-Auslöseelektronik und der Kennlinien-Software, den Herren
Gerd Schmitz und Alexander Zumbeck, sowie Herrn Udo Theis vom Leistungs-schalter-Produktsupport.
Literatur:
[1] Wolfgang Esser „Hauptanwendungsgebiete von
Leistungsschaltern“ Elektropraktiker, Huss-Medien
GmbH Berlin, ep Heft 9-2003
[2] IEC / EN 60 364-4-41, modifi-ziert, bzw. DIN VDE 0100-410 „Errichten von Starkstromanla-gen mit Nennspannungen bis 1000 V, Teil 4-41: Schutzmaßnah-men, Schutz gegen elektrischen Schlag“ (2007-06-00)
[3] Wolfgang Esser,„Schalt- und Schutzgeräte in Maschinensteuerungen“Elektropraktiker, Huss-Medien GmbH Berlin, ep Heft 11-2003
[4] IEC / EN 60 204-1 „Sicherheit von Maschinen, Elektrische Aus-rüstung von Maschinen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ (2005-10-00)
[5] Wolfgang Esser, „Kommunikation bei Leistungs-
schaltern immer wichtiger“ Elektropraktiker, Huss-Medien
GmbH Berlin, ep Heft 1-2003, Sonderdruck VER 1230-930 D,
Moeller GmbH
[6] IEC / EN 60 947-1, DIN VDE 0660 Teil 100 „Niederspannungs-Schaltgeräte, Teil 1, Allgemeine Festlegungen“ (2008-04-00)
[7] IEC / EN 60 947-2, VDE 0660 Teil 101 „Niederspannungs-Schalt-geräte, Teil 2: Leistungsschalter“ (2007-04-00)
[8] IEC / EN 60 947-4-1, DIN VDE 0660 Teil 102 „Niederspannungs-Schaltgeräte, Teil 4-1: Elektro-magnetische Schütze und Motor-starter“ (2006-04-00)
[9] Wolfgang Esser „Systematik der Schutzsysteme
in der Niederspannungs-Technik – Das Kegelmodell der Schutzsys-teme –
TB 0200-023 D oder GB (englisch) Moeller GmbH, Bonn, 1998
[10] Peter-Lorenz Könen, Dr. H. Schäfer „Störlichtbogenschutz in der Nie-
derspannung – eine Herausforde-rung in der Schutztechnik –
VER 27-869 Moeller GmbH, Bonn 1998
[11] Peter-Lorenz Könen „Personen- und Anlagenschutz im
Störlichtbogenfall“ „etz“ Heft 15 /2003
[12] Systeminformation „Energie sicher beherrschen,
schalten und Steuern“ W 4600-7542 Moeller GmbH, Bonn, 2003
[13] Produktinformation „ARCON® - der blitzschnelle
Airbag für Ihre Schaltanlage“W4600-7560D
Article No. 285245 Moeller GmbH, Bonn 2007
Eaton Corporation
Eaton ist ein führendes Energiemanage-ment-Unternehmen. Weltweit ist Eaton mit Produkten, Systemen und Dienst-leistungen in den Bereichen Electrical, Hydraulics, Aerospace, Truck und Auto-motive tätig.
Eatons Electrical Sector
Eatons Electrical Sector ist weltweit führend bei Produkten, Systemen und Dienstleistungen zu Energieverteilung, sicherer Stromversorgung und Auto-matisierung in der Industrie, in Wohn- und Zweckbauten, öffentlichen Einrich-tungen, bei Energieversorgern, im Handel und bei OEMs.
Zu Eatons Electrical Sector gehören die Marken Cutler-Hammer®, Moeller®, Micro Innovation, Powerware®, Holec®, MEM®, Santak® und MGE Office Protection Systems™.
www.eaton.com
DeutschlandInternet: www.moeller.net
Moeller Electric GmbHKunden-Service-CenterHein-Moeller-Str. 7-1153115 Bonn
ZentraleTel. 0228 602-5600Fax 0228 602-5601
AuftragsbearbeitungKaufmännische AbwicklungElektrogroßhandelTel. 0228 602-3701Fax 0228 602-69401E-Mail: [email protected]
Kaufmännische Abwicklung DirektbezugTel. 0228 602-3702Fax 0228 602-69402E-Mail: [email protected] TechnikPreisanfragen / AngebotserstellungTel. 0228 602-3703Fax 0228 602-69403E-Mail: [email protected]
Technische Auskünfte / ProduktberatungTel. 0228 602-3704Fax 0228 602-69404E-Mail: [email protected]
Qualitätssicherung / ReklamationenTel. 0228 602-3705Fax 0228 602-69405E-Mail: [email protected]
SchweizInternet: www.moeller.ch
LausanneMoeller Electric SarlChemin du Vallon 261030 BussignyTel. +41 58 458 14 68Fax +41 58 458 14 69E-Mail: [email protected]
ZürichMoeller Electric GmbHIm Langhag 148307 EffretikonTel. +41 58 458 14 14Fax +41 58 458 14 88E-Mail: [email protected]
ÖsterreichInternet: www.moeller.at / www.eaton.com
WienMoeller Gebäudeautomation GmbHA Company of Eaton’s Electrical GroupScheydgasse 421215 Wien, AustriaPhone: +43 (0)50868-0Fax: +43 (0)50868-3500 Email: [email protected]
After Sales ServiceMoeller GmbHField Service, HQHein-Moeller-Straße 7-1153115 BonnTel. +49 (0) 228 602-3640Fax +49 (0) 228 602-1789E-Mail: [email protected]/fieldservice
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E-Mail: [email protected]: www.moeller.net
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