Auslösediagramm

Auslösestrom [A]

Aus

löse

zeit

Allgemeine Angaben:

Firma: Mustermann GmbH

Anlage: NSV Selektiv

Bearb.: Max Mustermann

Datum: 13. Nvember 2013

Netz: 415 V / 50 Hz

ZB

NZM

IZM

FAZ

Sicherung konfigurierbareKurve

PKZ(M)

Motorkennlinie

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.

Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen

des Vorsatzes ausgeschlossen.

Eaton CurveSelect

Auslösediagramm

Auslösestrom [A]

Aus

löse

zeit

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH

Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann

Datum: 13. Nvember 2013

Netz: 415 V / 50 Hz

ZB

NZM

IZM

FAZ

SicherungkonfigurierbareKurvePKZ(M)

Motorkennlinie

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.

Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen

des Vorsatzes ausgeschlossen.

Eaton CurveSelect

Auslösediagramm

Auslösestrom [A]

Aus

löse

zeit

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. Nvember 2013 Netz: 415 V / 50 Hz

ZB

NZM

IZM

FAZ

SicherungkonfigurierbareKurve

PKZ(M)

Motorkennlinie

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.

Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen

des Vorsatzes ausgeschlossen.

Eaton CurveSelect

Eaton CurveSelect

White Paper

Dipl.-Ing. Wolfgang EsserDipl.-Ing. Dirk Meyer4. überarbeitete Ausgabe, 2014

Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammen wirken kompetent beurteilen

White PaperKennlinienprogramm CurveSelect www.eaton.de

Auslösediagramm

Auslösestrom [A]

Au

slö

seze

it

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. Nvember 2013 Netz: 415 V / 50 Hz

ZB NZM IZM

FAZ Sicherung

konfigurierbare Kurve

PKZ(M)Motorkennlinie

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.

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Eaton CurveSelect

Zusammenfassung für Schnellleser

Sollen in einer Schaltanlage mehrere Schutzgeräte effektiv zusammenwirken, ist es erforderlich deren Auslösekennlinien zu vergleichen, um ihre Selektivität für eine hohe Anlagenver­fügbarkeit zu beurteilen. Wichtig ist es, bei allen Untersuchun­gen Kurven zu verwenden, die die tatsächlichen, individuellen Einstellungen an den Schutzorganen berücksichtigen. Das ist mit gedruckten Kurvendarstellungen aus Katalogen praktisch nicht möglich. Im Aufsatz werden die gerätespezifischen Ein­stellmöglichkeiten unterschiedlicher Schutzgeräte vorgestellt und den unterschiedlichen elektrischen Betriebsmitteln zuge­ordnet. Das Eaton Software­Tool „CurveSelect“ ermöglicht mit sehr geringem Aufwand die einfache, gemeinsame Darstellung der Kurven mehrerer Schutzgeräte in gleichen Zeit­ und Strom­maßstäben. Dadurch wird die Beurteilung der Kurven wesent­lich er leichtert. Das Tool ermöglicht die Beurteilung des Zusam­menspiels der Eaton 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 Leistungs­schaltern werden auch die Kurven von älteren Schaltergenerati­onen angeboten, um Erweiterungen planen zu können.

Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen– Erläuterungen zum Eaton Software­Tool „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]

Au

slö

seze

it

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. November 2013 Netz: 415 V / 50 Hz

ZB NZM IZM

FAZ Sicherung

konfigurierbare Kurve

PKZ(M)Motorkennlinie

Erwähnenswert ist die frei definierbare Darstellung von Motor­hochlaufkurven, um festzustellen, ob das gewählte Motor­schutzorgan den störungsfreien Hochlauf eines Drehstrom­ Asynchronmotors ermöglicht.Da es auch notwendig sein kann, das Zusammenspiel mit Pro­dukten, die nicht in CurveSelect aufgeführt sind (z.B. Mittel­spannungsschutzgeräte oder Schutzgeräte von Wettbewer­bern) zu überprüfen, bietet das Programm nun die Möglichkeit, dass der Nutzer selbst Auslösekennlinien frei definieren kann.Durch diese zusätzlichen Nutzungsmöglichkeiten ist der Wert des in 11 Sprachen einsetzbaren Software­Tools noch ein­mal deutlich gestiegen. In der Read Me­Datei des Programms wird die Handhabung in den 11 wählbaren Sprachen vorgestellt und auch die Handhabung der Eingabemasken und die Darstel­lung der Ergebnisse erfolgt durchgängig in der gewählten Lan­dessprache. Weiterhin stellt Eaton das hilfreiche Tool im Inter­net zur Verfügung (Bild 1). Der Benutzer wird bei der Eingabe durch die Bereitstellung zulässiger Parameter geführt. Die Handhabung des lediglich aus einer Excel­Datei bestehenden Tools wird in diesem Aufsatz ebenfalls kurz vorgestellt. Das Ergebnis, die gemeinsame Darstellung der Kurven lässt sich als

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.

3

geschützte Projektierungs­Dokumentation mit den individuel­len Projektbezeichnungen speichern, ausdrucken oder auch in andere Dokumente exportieren.

Auch wer bereits mit den physikalischen Grundlagen der Aus­lösekurven und den Besonderheiten der einzelnen Betriebsmit­tel vertraut ist, sollte sich die Zeit für das Lesen des Absatzes „Handhabung des Eaton Software­Tools CurveSelect“ neh­men und die Vorteile des verbesserten Tools beurteilen.

Auswahlkriterien für Leistungsschalter – 4 Hauptanwen-dungen und der Personenschutz –

Unter den Schutzgeräten der Niederspannungstechnik bie­ten Leistungsschalter die höchste Komplexität bei der Einstel­lung ihrer Auslösekriterien. Beispielhaft werden diese vielfälti­gen Einstellmöglichkeiten an den bewährten Leistungsschal­tern NZM erläutert. Die Einsatzgebiete der Leistungsschalter NZM, mit Auslösern für Überlast­ und Kurzschlussströme und umfangreichem Systemzubehör, sind ebenfalls äußerst viel­fältig.

Kompakt­Leistungsschalter NZM (MCCB 1) werden von Eaton mit elektronischen Auslösern und mit unterschiedlichen anwen­dungsabhängige Variablen für Bemessungsbetriebsströme zwischen 15 und 1600 A angeboten. Die kleinste Schalter­baugröße NZM 1 und einfache Standardvarianten der Bau­größen NZM 2 und NZM 3 verfügen als besonders preiswerte Schutzschalter und als unterste, unverzögerte Stufe in einer Selektivitätskette, über keine elektronischen, sondern aus­schließlich über elektromechanische Auslöser. Drei Schalter­baugrößen, mit den Bezeichnungen NZM 2, NZM 3 und NZM 4 decken den Strombereich bis 1600 A lückenlos und teil­weise überlappend, mit den vielseitigeren, elektronischen Aus­lösern ab. Für größere Bemessungsströme werden ergän­zend die offenen Leistungsschalter IZM (ICCB 2) in drei Bau­

1 MCCB = Molded Case Circuit Breaker2 ICCB = Insulated Case Circuit Breaker

Bild 2: Das Programm ist an wendbar für unterschiedliche

Schalt- und Schutzgeräte mit thermomechanischen oder

elektronischen Auslösern unterschiedlicher Komplexität.

größen bis 6300 A angeboten (Bild 2). Alle Schalterbaugrößen verfügen jeweils über mehrere Varianten mit unterschiedlich hohem Kurzschlussausschaltvermögen. Die Preise der Schal­ter sind u.a. nach der Leistungsfähigkeit bei ihrem Kurzschluss­ausschaltvermögen gestaffelt. Dadurch kann der Projekteur die projektbezogene Schalterdimensionierung wirtschaftlich an die für die Anlage notwendige Kurzschlussleistung anpas­sen. Das gewählte Schaltvermögen definiert, entsprechend Bild 7, das untere Ende der später vorgestellten Auslösekur­ven. Die Tabelle 1 zeigt die angebotene Typen­Varianz am Beispiel der 3­poligen Schalter in der IEC 3­Ausführung. Das Sortiment umfasst außerdem Schalter nach den nordamerika­nischen UL 4­ und CSA 5­Standards und die regional üblichen 4­poligen Schutzschalter. Die in der Tabelle 1 zusätzlich dar­gestellte anwendungsspezifische Varianz der Schalter wird später beschrieben.

Die vorgestellten Schalter NZM werden mit unterschiedlichen Schutzaufgaben praktisch in allen Arten von Nieder spannungs­Energieverteilungsanlagen als Abgangsschalter eingesetzt. In kleinen bis mittleren Verteilungen dienen sie ebenso als Einspei­seschalter bis 1600 A. Ergänzend zu den reinen Energievertei­lungsaufgaben, werden die Schalter zum Schutz verschieden­artiger Betriebsmittel, gegen Überlast und Kurzschluss, sowie zum Schutz der Schaltgeräte und der ver bindenden Kabel und Leitungen auch in Maschinen­ und Anlagensteuerungen einge­setzt. Sie beherrschen umfassend die vier wesentlichen Haupt­applikationen:

• den Anlagenschutz, • den Motorschutz, • den Transformatorschutz und • den Generatorschutz (Bild 3).

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 Leitungen, aber auch den Schutz von Sammelschienensys­temen. Diese haben eine hohe Bedeutung in Schaltanlagen zur Energieverteilung (Punktverteilern), aber nicht zu vergessen, auch als Linienverteiler, der häufig vorteilhafteren Alternative zu Kabeln.

Unter den Anlagenschutz fällt auch der Schutz der in die Schalt­anlagen eingebauten Schalt­, Schutz­ und Befehlsgeräte, sowie der Automatisierungssysteme. Die Einsatzgebiete Motor-schutz, Generatorschutz und Transformatorschutz dienen dem spezifischen Schutz der aufgezählten Betriebsmittelarten [1]. Für einen optimalen Schutz und eine wirtschaftliche Nutzung dieser Betriebsmittel müssen die Auslösekurven der Schutzge­räte, durch die später beschriebenen Einstellungen, möglichst genau an die individuelle Leistungsfähigkeit 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 erfüllten Anforde­rungen des Personenschutzes nicht übersehen werden. Der Per­sonenschutz erfolgt bei allen Schaltervarianten, als Schutz gegen elektrischen Schlag, durch das schnelle automatische Abschal­ten gefährlicher Berührungsspannungen. Ausreichend kurze Aus­lösezeiten sind durch die Projektierung und Schalterdimensionie­rung sicherzustellen, z.B. durch die Einhaltung der „Nullungsbe­dingungen“ (IEC / EN 60 364­4­41, VDE 0100 Teil 410) [2].

Die folgenden zusätzlichen Schutzfunktionen beeinflussen die notwendigen Schaltereinstellungen und die Auslöse kurven nicht:

Bild 3: Die vier großen Hauptanwendungen der Kompakt-Leistungsschalter NZM, für die teilweise bei hohen Strömen auch offene Leistungsschalter IZM ein-gesetzt werden: a) Anlagenschutz / Leitungsschutz b) Transformatorschutz c) Motorschutz d) Generatorschutz

• einige Schalterbaugrößen verfügen über optionale, getrennt einstellbare Fehlerstrom­ bzw. Erdschluss-Schutzfunktionen,

• 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 Unterspannungsauslöser ausgestattet sind,

• in diesem Fall gewährleisten sie gleichzeitig den Schutz gegen selbsttätigen Wiederanlauf nach einer Spannungsun­terbrechung,

• alle vorgestellten Leistungsschalter NZM und IZM können die Hauptschalter­ und Trennereigenschaften [3, 4] sicherstellen.

Im Bereich der Energieverteilung sind Lasttrenn­ und Leistungs­schalter die wichtigsten Schalt­ und Schutzgeräte generell. An den kritischen Knotenpunkten der elektrischen Energieversor­gung, von denen die Stromversorgung ganzer Fabriken oder gan­zer Stadtteile abhängt, ist gerade der schmelzsicherungslose Schutz durch Leistungsschalter mit seiner schnellen Wieder­einschaltbereitschaft, ohne Ersatzteilbeschaffung, von zentra­ler Bedeutung. Ein selektiver Schutz in verschiedenen Netzebe­nen, stellt eine hohe Anlagen­ und Prozessverfügbarkeit sicher. Darunter versteht man, dass möglichst nur ein kurzschlussnahes Schutzorgan auslöst. Üblich sind folgende Schaltgeräte­Kombina­tionen, um Netze selektiv aufzubauen:

• Sicherung ­ Sicherung, • Sicherung ­ Schutzschalter, • Schutzschalter ­ Sicherung• Schutzschalter ­ Schutzschalter.

5

Baugrößen, Anwendungen, Schaltvermögen, Einstellbereiche der Leistungsschalter NZM, IEC-Ausführung, 3-polige Schalter

Typ

Elektromechanische Auslöser Elektronische Auslöser

IEC­Schaltvermögen bei 400 V IEC­Schaltvermögen 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 Netzebenen sollen selektiv abschalten. Dies lässt sich

mit einer Zeitselektivität realisieren. Der Schalter der

untersten Ebene (im Beispiel S 5) besitzt unverzögerte

Kurzschlussstromauslöser, alle vorgeschalteten Schalter

sind um 50 ms, 100 ms usw. kurzzeitverzögert.

*) H = 100 kA

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

6

a b c

t Ir

tr

Irmv

tvIrm

I

Bild 4 zeigt ein Beispiel für einen Netzaufbau mit Zeitselektivi­tät, die durch Schalter mit unterschiedlicher Kurzzeitverzöge­rung der Kurzschlussauslöser erreicht wird. Eaton erleichtert dem Praktiker mit der Planungs­Software xSpider die optimale, selektive Projektierung, auch in Mischformen mit Schmelzsi­cherungen. Die Eaton Leistungsschalter NZM und IZM, mit elektronischen Auslösern, können in modernen Schaltanlagen zusätzlich komfortabel vernetzt werden [5]. Auch für diese Ver­netzungsaufgaben stehen geeignete Softwaretools zur Verfü­gung.

Funktionsbereiche in den Auslösekennlinien und thermisches Gedächtnis der Auslöser

Auslösekennlinien stellen mehrere Funktionsbereiche der Schutzgeräte dar. Für die unterschiedlichen Funktionsberei­che sind z.T. unterschiedliche Auslöser im gleichen Gerät ver­antwortlich. Die Auslösekennlinie beschreibt das Verhalten eines Schutzgerätes in Abhängigkeit von den in unterschiedli­cher Höhe fließenden Strömen und von den Stromflusszeiten. Durch die Auslösekurve wird speziell das Verhalten eines Leis­tungsschalters unter betriebsmäßigen, wie auch unter außerge-wöhnlichen Bedingungen beschrieben. Konstruktive Merkmale der Schutzschalter können Einfluss auf die spezifische Auslöse­kurve nehmen. Die Auslösekennlinien müssen den Erfordernis­sen der zu schützenden Betriebsmittel entsprechen. Unterhalb, beziehungsweise links der Aus lösekennlinie, im beherrschten, zulässigen Bereich, erfolgt keine Auslösung. Das Strom / Zeit­Feld unterhalb / links der Auslösekennlinie kann betriebsmäßig genutzt werden (betriebsmäßige Bedingungen). 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 Auslöse­kurve stellt den Bereich der außergewöhnlichen Bedingungen mit den möglichen Störungen durch Überlast oder Kurzschluss dar. Die Kennlinie wird üb licherweise in einem doppelt­logarith­

Bild 5: Das Bild zeigt eine beispielhafte Auslösekennlinie mit den Funktionsbereichen1. Nichtauslösebereich /

Betriebsbereich, links bzw. unter der roten Auslösekennlinie,

2. Überlastbereich, kurzzeitiges Überschreiten ist möglich,

3. Kurzschlussbereich.Das Bild zeigt außerdem die varia-blen Parameter entsprechend der Tabelle 4, die eine anwendungs-spezifische Gestaltung der Auslö-sekurve ermöglichen.

mischen Koordinatensystem dargestellt. Die Kurve umfasst ent­sprechend Bild 5 drei Bereiche:

a Nicht-Auslöse-Bereich

Im ersten Bereich wird sichergestellt, dass der Schalter nicht ohne Grund auslöst, wenn das Betriebsmittel nicht gefährdet ist. Deshalb darf der Schalter, ausgehend vom kal­ten Zustand, bei allpoliger Belastung und bei Bezugstempe­ratur bis zum 1,05­fachen des Einstellstromes Ir des strom-abhängig verzögerten Überlastauslösers innerhalb von 2 Stunden (bei I 63 A, innerhalb von 1 Stunde) nicht auslö­sen (konven tioneller Nichtauslösestrom).

b Überlastbereich

Der zweite Bereich ist der Überlastbereich. In diesem Bereich wirken die stromabhängig, thermisch (Bimetall) oder stromabhängig, elektronisch verzögerten Überlastaus­löser. Bei den Leistungsschaltern NZM sind die Überlastaus­löser, abgesehen von speziellen Geräten für den nordameri­kanischen Markt, immer einstellbar. Bei geringen Überströ­men ist die Auslösezeit lang, sie wird bei größeren Strömen kürzer. Diese Kurvenform entspricht der Belastbarkeit der zu schützenden Betriebsmittel. Die zulässigen Überströme lassen sich nicht beliebig erhöhen, weil die thermischen und die dynamischen Belastungen für Betriebsmittel, Verkabe­lung, Schaltanlage und Schalter mit dem Quadrat des Stro­mes zunehmen (das muss z.B. bei der Projektierung von schweranlaufenden Motoren berücksichtigt werden). Der Überlastbereich reicht bis zum, der Anwendung entspre­chend, einstellbaren Ansprechwert der magnetischen Kurz­schlussschnellauslöser (vergleichbar mit einer Notbremse). Der Bereich zwischen dem 1,05­fachen und dem 1,2­ bzw. 1,3­fachen Stromeinstellwert Ir wird auch als Grenzstrom­bereich bezeichnet. Dieser Bereich ist für die normenkon­forme Justierung der Schalter in der Fertigung von besonde­

7

rer Bedeutung. Bei elektronischen Überstromauslösern an Leistungsschaltern lässt sich, z.B. für den Motorschutz, die Lage der Kurve auf der Zeitachse (tr) zusätzlich verschieben, um einen Schweranlauf zu berücksichtigen. Die eingestellte Zeit tr gilt beim 6­fachen des Einstellstromes Ir. Bei elektro­nischen Motorschutzrelais kennt man für die gleichartige Funktion die Bezeichnung der „Auslöseklassen“ (Class 5, 10, 20 usw.), die statt dessen die max. Auslösezeit beim 7,2­fachen des Einstellstromes Ir angeben. Bei Relais ist die Standard einstellung Class 10 A mit tr = 10 s.

Eine Sonderform stellen Kurzschluss­Schutzschalter ohne Überlastauslöser dar. Diese Schalter werden mit zusätz­lichen Überlastschutzorganen kombiniert. Diese Kombi­nationen wählt man für den Schutz von Motoren mit lan­gen Anlaufzeiten oder wenn der Schutzschalter bei einer sich selbst aufhebenden Überlast nicht auslösen soll. Diese Schalter besitzen in Nordamerika eine größere Bedeutung, als in IEC­Schalt anlagen.

c Kurzschlussbereich

Hier wird die Grenze der für die Betriebsmittel und den Schalter zulässigen Überlast überschritten, es beginnt der Kurzschlussbereich, in dem der unzulässig überhöhte Strom möglichst schnell abgeschaltet werden muss. Der Ansprechwert der Kurzschlussauslöser Ii (i = instantaneous) wird als Vielfaches des Bemessungsstromes des Schal­ters In (höchs ter Einstellstrom) gewählt. Dieses Vielfache ist in Abhängigkeit von der Anwendung, also der Art des zu schützenden Betriebsmittels, einstellbar. Wenn der Bemes­sungsstrom des Schalters nicht voll ausgenutzt wird, wird das Vielfache, bei dem der Schalter auslöst, größer, als das am Schalter eingestellte Vielfache. Werden zum Beispiel Motoren geschützt, muss der Ansprechwert der Kurzschlus­sauslöser so gewählt werden, dass sie beim Anlauf des

Eignung der Schalter in IEC-Ausführung für Haupt- und Nebenanwendungen

Hauptanwendungen Nebenanwendungen Typ

Kurzschluss­schutz

(ohne Über­

stromauslöser)

Anlagen­schutz

Kabel­ schutz

Generator­schutz

Selektiv­schutz

mit verzögertem Kurzschlussaus­löser

Motor­ schutz

Haupt­schalter

Not­Aus

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 4­polige Schalter

Tabelle 2: Applikationsabhängige Haupt- und Nebenanwendungen der Leistungsschalter NZM mit elektromechanischen oder elektronischen Auslösern.

Motors nicht durch dessen Einschaltstromspitzen (Anlauf­strom) ausgelöst werden. In diesem Fall und beim Schutz von Transformatoren ist es beispielsweise günstiger, 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 einstellbar ist. Je nach Schutzschaltertyp unterschei­det man zwischen unverzögerten (Ii) und kurzzeitverzöger­ten (Isd) Kurzschlussauslösern. Ein kurzzeitverzögerter Kurz­schlussauslöser wird im gleichen Schalter immer mit einem (höher eingestellten) unverzögerten Kurzschlussauslöser kombiniert.

Bei den verzögerten Auslösern werden der Strom und die zusätzliche Verzögerungszeit (tsd) nach den Gegebenheiten der zu schützenden Betriebsmittel eingestellt. Beim Über­schreiten des eingestellten Stromes des verzögerten Aus­lösers wird die Verzögerungszeit gestartet. Vor der Ein­leitung einer Auslösung wird geprüft, ob der eingestellte Strom immer noch über dem Schwellwert liegt. Die einge­stellte Verzögerungszeit selbst ist stromunabhängig. Der höher eingestellte, unverzögerte Kurzschlussschnellauslö­ser (Ii) löst den Schalter aus, falls sein Einstellwert während der Verzögerungszeit überschritten wird. Der unverzögerte Kurzschlussauslöser bildet in dieser Kombination dann sozu­sagen die letzte Notbremse.

Bei einem kaskadenförmigen, selektiven Netzaufbau muss der nachgeordnete, störungsnahe Schutzschalter im Feh­lerfall innerhalb der Verzögerungszeit des übergeordneten Schalters ansprechen, um den Strom rechtzeitig zu redu­zieren / zu unterbrechen, sonst besteht die Gefahr, dass der übergeordnete, verzögerte Schalter ebenfalls auslöst. Immer, wenn mit verzögerten Auslösern der Schutz-schalter oder mit höheren Auslösezeiten bei Motor-

8

schutzrelais (z.B. Class 40) gearbeitet wird, zum Beispiel beim Schweranlauf von großen Motoren, muss der Pro-jekteur berücksichtigen, dass alle Geräte und Leitun-gen im gesamten Stromkreis für eine längere Zeit mit einem höheren Strom belastet werden. In derartigen Fällen muss er häufig die Schaltgeräte und die Leitun-gen angemessen überdimensionieren.Wichtig für einen sicheren Schutz der Betriebsmittel und Leitungen ist das „thermische Gedächtnis“ der Auslöser. Das thermische Gedächtnis bildet die Erwärmung der zu schützenden Betriebsmittel wäh rend des normalen Betrie­bes und während der Überlastphase nach. Es speichert per­manent die Wärmebilanz, damit nach einer Auslösung eines Schalters oder nach einem Spannungsausfall der thermi­sche Zustand des Betriebsmittels weiter bekannt ist. So

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, nach Belastung 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 947­1 [6] IEC / EN 60 947­2 [7]

Herstellerangabe 40 °C (bei Eaton)

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 unsym­metrisch 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 947­1 [6] IEC / EN 60 947­4­1 [8]

Normwert 20 °C

1,05 x Stromeinstellwert

1,20 x Stromeinstellwert

alternativ zulässig

sinnvolle Schutzfunktion, da die Stromverteilung 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

sinnvoll zur 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

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 Zeitkonstante 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 Auslösern mit der gleichen Zeitkonstante, mit der auch die Erwärmungskurve bestimmt wird. Bei Bimetall­Auslösern ergibt sich diese Funktion automatisch dadurch, dass die erhitzten Bimetalle abkühlen müssen, um sich wie­der in ihre Grundstellung zu richten. Mit dem thermischen Gedächtnis wird in der Praxis verhindert, dass die Last, z.B. ein Motor, durch ein zu schnelles Wiedereinschalten nach

9

einer Überlast­Auslösung thermisch überlastet wird. Gleich­zeitig wird durch das thermische Gedächtnis beim Eintre­ten einer Überlastung die Vorerwärmung des Betriebsmit­tels berücksichtigt. Eine Wiedereinschaltung ist erst mög­lich, wenn die elektronische Simulation bzw. dem Rückbie­gevorgang der Bimetalle ergibt, dass der Motor ausreichend abgekühlt ist. Wenn durch ungünstige Kühlungsverhältnisse zu erwarten ist, dass sich der Motor schneller erwärmt und / oder gegenüber der Simulation verzögert abkühlt, muss der Motor beispielsweise durch Thermistor­Temperaturfühler und ein Auswertegerät EMT 6 zusätzlich geschützt werden.

Notwendigkeit von variablen Auslösekennlinien bei modernen Leistungsschaltern

Die spezifischen Schutzaufgaben und die applikationsabhän­gigen Betriebsbedingungen (Gebrauchskategorien) der aufge­zählten Betriebsmittel erfordern unterschiedliche Schalterein­stellungen. Dieser Zusammenhang führt über die unterschied­lichen, einstellbaren Variablen zu anwendungsspezifischen Schaltervarianten, entsprechend der Tabellen 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 Niederspannungs­Einspeisetransformator und dem Betriebsmittel beispielsweise mehrere Haupt­ und Unterverteiler angeordnet sind. In diesen Fällen sind die Schalter und die Kabel und Leitungen für die ein­zelnen Teilstrecken häufig für unterschiedlich hohe Ströme zu dimensionieren. Dadurch liegen häufig Schalter unterschiedli­cher Baugrößen im Stromfluss in Reihe.

Die vier aufgezählten Anwendungsgebiete stellen, wie in Tabelle 3 am Beispiel des Anlagen­ und des Motorschutzes dargestellt, jeweils etwas andere Anforderungen an die Schal­ter. Die wichtigsten anwendungsabhängigen Parameter für die Leistungsschalterauswahl sind hierbei

• das Auftreten einer symmetrischen oder unsymmetrischen Last,

• die unterschiedlichen, typischen Einschaltspitzenströme der zu schützenden Betriebsmittel, mit ihren unterschiedlichen Strom­/Zeitverhalten,

• die regulären Betriebsströme, • die möglichen Überlastströme mit ihren unterschiedlichen

Strom­/Zeitverhalten und• schließlich die Höhe der möglicherweise auftretenden Kurz­

schlussströme.

Bei den Kurzschlussströmen stellt sich nicht nur die nahelie­gende Frage, wie hoch diese maximal werden können, son­dern auch, ob die Ströme im Fehlerfall überhaupt über den Überlastbereich hinausgehend in den Kurzschlussstrombereich kommen, um den Schalter aus reichend schnell auszulösen und dadurch die nachgeschalteten Betriebsmittel, sowie Perso­nen vor Schäden zu schützen. Die Frage nach der ausreichen­den Stromhöhe stellt sich hauptsächlich bei schwachen Gene­ratoren oder in Stromkreisen mit großen Leitungslängen, also bei hoher Leitungsimpedanz und hohem Spannungsfall. Aus diesem Grund gibt es beispielsweise Generatorschutzschal­ter mit besonders niedrigen Einstellwerten. Zeitkritisch ist für den Personenschutz aber auch die rasche Abschaltung der im Fehlerfall entstehenden gefährlichen Berührungsspannungen. Zusätzlich kann es im Kurzschlussfall auch zu unerwünschten, starken Spannungsabsenkungen kommen, die undefinierte Schaltzustände der Schütze oder der spannungsabhängigen

Auslöser in der Anlage bewirken können und die deshalb eben­falls eine rasche Abschaltung des Kurzschlusses verlangen. Hier können Unterspannungsauslöser unterstützend wirken.

Das in diesem Aufsatz vorgestellte Tool ermöglicht eine ein­fache Darstellung von Auslösekurven, für bekannte (ausge­wählte) Schalter am PC und den einfachen, optischen Ver­gleich der Auslösekurven 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 zwischen den ein­gesetzten Schutzgeräten besteht. Der wesentliche Vorteil dieses Tools, gegenüber jeder gedruckten Darstellung in Kata­logen, besteht darin, dass die ganz spezifische Auslöse-kurve, in Abhängigkeit von allen tatsächlichen Einstellun-gen an dem Schalter, generiert und dokumentiert wird. Voraussetzung für die Verbindlichkeit der Auslösekurve ist, dass im Tool und in der Schaltanlage identische Schaltertypen auswählt werden und dass die Schaltereinstellungen richtig in das Tool übertragen werden. Wenn das Tool zeigt, dass ver-änderte Einstellungen am Schalter erforderlich sind, müssen die erforderlichen Einstellungen manuell wieder richtig auf den Schalter übertragen werden. Alle Ergebnisse lassen sich mit Angaben zur Geräteidentifikation abspeichern, kopieren und aus drucken.

Das Tool kann zusätzlich zu den Auslösekurven für die vorge­stellten, neuen Kompakt­Leistungsschalter NZM 1 bis NZM 4, auch die Kurven für die Vorgängergeneration NZM 7, NZM 10 und NZM 14, sowie für die offenen Leistungsschalter IZM 1 bis IZM 3, IZM20 bis IZM 63, IZM X16 und für Schmelzsiche­rungen mit gl­Charakteristik darstellen.

Konstante und variable Parameter für die Kurven-darstellungen

Schutzgeräte mit Bimetallauslösern, wie die Motorschutzre­lais ZB 12, ZB 32, ZB 65 oder ZB 150, ermöglichen ausschließ­lich die Einstellung des Motornennstromes als Einstellstrom Ir der Überlastauslöser. Der weitere Verlauf der Auslösekurven wird bei der Konstruktion durch die Dimensionierung der Bime­talle so festgelegt, dass die Bimetallcharakteristik der Wärme­charakteristik der Motoren ausreichend genau entspricht. Als einzigen, nicht einstellbaren Zusatznutzen, bieten diese Vari­anten für den Motorschutz eine normenkonforme Phasenaus­fallempfindlichkeit und alle Varianten bieten eine Umgebungs­temperaturkompensation. Sie erkennen und berücksichtigen den Ausfall eines beliebigen Außenleiters (Phase). Gleiches gilt für Motorschutzschalter PKE, PKZM 01, PKZM 0 und PKZM 4. Bei diesen Schutzschaltern sind die Ansprechwerte der zusätz­lichen Kurzschlussauslöser fest eingestellt.

Schutzgeräte mit elektronischen Auslösern, NZM 2 bis 4, IZM 1 bis 3 oder IZM X16, IZM 20 bis 63 bieten zusätzliche Freiheitsgrade bei der Einstellung und der Definition ihrer Schutzwirkungen und im Zusammenspiel mit weiteren, im glei­chen Stromkreis angeordneten Schutzgeräten. Die Tabelle 4 zeigt die bei den unterschiedlichen Schutzschalterarten wirk­samen Parameter, die entweder fest eingestellt sind, oder die variabel sind. In der Möglichkeit dieser individuellen Anpassun­gen an die unterschiedlichen Betriebsmittel liegen wesentli­che Vorteile der Leistungsschalter gegenüber Schmelzsiche­rungen. Als Beispiel für die verbesserte Schutzwirkung durch individuell einstellbare, elektronische Auslöser zeigt das

10

Bild 6 eine typische Motoranlaufkennlinie, die mit dem Tool dargestellt werden kann, und den Schutz, einerseits mit einem Leistungsschalter mit thermischen Überlastauslösern, bei denen die Kurzschlussauslöser auf den maximalen Strom ein­gestellt sind, sowie andererseits den wesentlich besser ange­passten Schutz mit elektronischen Auslösern eines Leistungs­schalters. Im ersten Fall kann der Einschaltspitzenstrom trotz­dem noch zu einer Schalterauslösung führen. Im zweiten Fall ist der Motor während des Hochlaufs wesentlich besser geschützt.

Die einstellbaren Fehlerstrom­ oder Erdschlussauslöser sind optionale Zusatzausrüstungen, die im Kennlinienprogramm nicht berücksichtigt werden. Wie bereits beschrieben, ermög­lichen die kurzzeitverzögerten Schalter die Realisierung eines

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 Eaton Hauptkatalog Industrie

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 Kurzschlussschnell­auslöser

­ ­ ­ ­fest fest

var. var.

Ansprechwert Isd für verzögerten Kurzschluss­stromauslöser

­ ­ ­ ­ var.var.

­

Motorschutz Auslöseklasse CLASS fest fest fest fest var. ­

Trägheitsgradeinstellung tr für Überlastauslöser ­ ­ ­ ­fest fest

var. var.

Verzögerungszeit tsd für kurzzeitverzögerten Kurz­schlussstromauslöser

­ ­ ­ ­ var. var.

I2t­konstant­Funktion ­ ­ ­ ­fest fest

var. var.

Phasenausfallempfindlichkeit fest fest­ ­ ­ ­

fest fest fest fest

Bemessungsfehlerstrom I∆n ­ ­ ­ ­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.

zeitselektiven Anlagenkonzepts. Die kurzzeitverzögerten Aus­löser werden auch bei Motoren mit langer Hochlaufzeit einge­setzt. Bei dieser Applikation lässt sich die Schutzfunktion noch durch zusätzliche Thermistorschutzrelais EMT6 von Eaton erweitern.

Handhabung des Software-Tools „CurveSelect“ von Eaton

Bisher war es schwierig individuelle Auslösekurven darzustel­len und miteinander zu vergleichen. Oft scheiterte die Aus­wertung bereits an den unterschiedlichen Maßstäben für die Koordinaten der Kurvendarstellungen für Schutzschalter und Schmelzsicherungen. Das ändert sich nun mit dem neuen Soft­ware­Tool. Hier werden alle Kurven in einem einzigen Blatt zur leichten, optischen Auswertung dargestellt.

11

Eaton CurveSelect

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: Bearb.: Datum: Netz: 400V / 50Hz

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 http://www.eaton.eu/DE/Europe/ Electrical/CustomerSupport/ConfigurationTools/Characteristics Program/index.htm zum Download angeboten. Für die Nut­zung ist eine kostenlose Registrierung erforderlich.

1. Das Programm wird als Excel-Datei in ein beliebi-ges Verzeichnis auf einen Rechner kopiert, auf dem Microsoft Excel® bereits installiert ist. Es ist keine wei­tere Installation erforderlich. Die Datei kann für beliebig viele Projekte verwendet werden.

2. Die Datei wird durch Doppelklicken auf „Kennlinien... .xls“ geöffnet. Es öffnet sich eine Excel­Arbeitsmappe mit mehreren Blättern für die notwendigen Eingaben und für die Darstellung der Kurven.

3. Umfassende, weiterführende Informationen zum Pro­gramm enthält das Blatt „Read Me“.

4. Im Blatt „General“ wird die ge wünschte Sprachversion gewählt. Auf diesem Blatt werden „allgemeine Anga-ben“ zum bearbeiteten Projekt eingetragen, die auto-matisch in die Kurvendarstellungen übernommen wer-den. In der aktuellen Version des Programms sind z. Z. Anwendungen mit einer Be triebsspannung zwischen 240 und 690 V, 50...60 Hz zu bearbeiten.

5. Es wird empfohlen, das Projekt nach dem Eintrag der projektbezogenen Grunddaten, über „Datei“ / „Spei-chern unter“ unter einer beliebigen Bezeichnung in

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

seze

it

Auslösediagramm

Motoranlaufkennlinie

einem beliebigen Verzeichnis zu sichern. Dadurch bleibt die Original­Programmdatei „Kennlinien... .xls“ für die wei­tere Nutzung ohne projektspezifische Einträge erhalten. Es wird empfohlen, später die weiteren Eingaben ebenfalls regelmäßig durch „Datei“ / „Speichern“ zu sichern.

6. Mit den Blätter „NZM...“, „IZM...“, „PKZ“, „ZB“, „MCB“ (Leitungsschutzschalter oder „Fuses“ (Siche-rungen) wählt man die Art des Schutzgerätes, des-sen Auslösekurve man als nächstes 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 maximal einmal genutzt. Alle Eingaben können bei Bedarf gelöscht, bzw. überschrieben werden. Die jeweils zulässi­gen Einträge werden, entsprechend des gewählten Grund­typs in den Feldern „zulässiger Einstellbereich“ angeboten. Die zulässigen Werte können nicht kopiert werden, son­dern sie werden manuell in die Eingabefelder eingetragen. Auf unzulässige Eintragungen wird in den Feldern „Fehler“ hingewiesen. Es erfolgt, sofern möglich, eine informative Anzeige von „Kontroll­ und Grenzwerten“ und bei Bedarf von „Warnhinweisen“. Jede Auslösekurve kann nur grafisch dargestellt werden, wenn das Gerät im Feld „Bezeichnung“ einen beliebigen Eintrag erhielt.

Auf den Blättern „FSC“ (FreeStyleCurves = Freihand-kennlinie) und „Mot“ (Motorkennlinie) werden die frei definierbaren Kurven für Schutzgeräte bzw. für eine Motorhochlaufkurve eingegeben. Für die Handhabung der frei definierbaren Kurve, siehe bitte weitere Informati­onen in der Read Me­Datei. Die Freihandkennlinien lassen sich mehrfach nutzen, indem das Projekt unter unterschied­lichen Namen abgespeichert wird.

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.

12

7. Nach der Eingabe der Daten zum ersten Schutzge-rät und nach jeder weiteren Eingabe, wird die Auslö-sekennlinie / werden die Auslösekennlinien auf dem Blatt „Kennlinien <> Curves“ angezeigt (Bild 1). Nach­trägliche Eingabeänderungen auf den „Produktblättern“ werden bei der nächsten Kurvenanzeige automatisch berück sichtigt. Die Darstellung erfolgt im doppeltlogarith­mischen Koordinatensystem 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 „Kennli-nien <> Curves“ 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 markiert und in die Zwischenablage des Rechners kopiert und anschlie­ßend in andere Dokumente eingefügt werden. Nach Ände­rungen auf den Eingabeseiten, muss das Blatt „Kennlinien <> Curves“ bei Bedarf neu kopiert und eingefügt werden.

9. Nach Fertigstellung der projektspezifischen Datei kann diese im Windows Explorer® optional mit einem Schreib­schutz gesichert werden. (Datei im Windows Explo­rer suchen und markieren, dann mit „Eigenschaften“ / „Schreibgeschützt“ schützen.) Besonders empfehlenswert ist es, das Blatt „Kennlinien <> Curves“ mit einer geeig­neten Software einzeln als PDF­Datei zu speichern und bei Bedarf zu schützen. Dadurch wird in der Projektakte Spei­cherplatz gespart und das Dokument kann gegen nachträg­liche Änderungen geschützt werden.

10. Folgende Randbedingungen sind bei der Auswertung der Diagramme zu beachten:

Alle Kurven werden ausgehend vom kalten Zustand und ohne Darstellung der normenkonformen Toleranzen der Ansprechwerte, sowie der Auslösezeiten, als Mittelwerte der parametrierten Auslösekennlinie dargestellt. Diese Dar­stellung entspricht der Kurvendarstellung in Katalogen. Im

Bild 7: Am unteren Endbereich der Kurven lässt sich das dynamische Verhalten der Schalter nicht mit vertretbarem Aufwand berechnen. Für verbindliche Aussagen zur Selektivität in diesem Bereich wird auf die Prüfergebnisse in den Selektivitätstabellen im Eaton Hauptkatalog Industrie verwiesen.

NZMN4 -Q 3

VE630In = 630AIr = 1 x Intr = 8sIsd = 6 x Irtsd = 300msIt = O nIi = 12 x In

200AglF 12h

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

Q 2NZMN2 -ME140In = 140AIr = 0,7 x Intr = 10sIi = 8 x Ir

Q 4IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (It)Isd = 6 x Intsd = 300msIt =O nIi = 12 x In

Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:

400V / 50Hz4.10.2004W.EsserTest f. AufsatzMoeller GmbH, Bonn

Q 1NZMN1 -M40In = 40AIr = 38AIi = 460A

Allgemeine Angaben:

Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.

Beginn deselektrodynamischenBereiches

Kennlinienendebei Icu

Auslösestrom [A]

Bereich des unverzögerten Überlastauslösers wird die Min­destbefehlsdauer dargestellt, also die Stromflusszeit bis zur irreversiblen Auslösung. Das entspricht der Schmelzzeit bei Sicherungen. Die strom­, spannungs­ und phasenlageab­hängige Gesamtausschaltzeit, die sich aus Ansprechverzug, Schaltverzug und Lichtbogenlöschzeit ergibt, wird bei den dargestellten Kurven nicht berücksichtigt.

11. Für die Sicherstellung einer Selektivität im Überlastbereich dürfen sich die dargestellten Kurven der Schutzschalter 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 Kreuzungs­punkten ist die Grenze der Überlast­Selektivität zwischen den ausgewählten Geräten erreicht.

Im Kurzschlussbereich spielen elektrodynamische, von der Schalterkonstruktion 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 vertretbarem Aufwand berechnen. Der Bereich dieser elektrodynamischen Grenze wird im Diagramm mit dem Ansprechwert des unverzögerten Überlastauslösers durch eine senkrechte, gestrichelte Linie gekennzeichnet (Bild 7). Die Kurzschluss­Selektivität wird durch umfangreiche Kurz­schlussprüfungen im Prüflabor nachgewiesen. Für diesen Bereich sind Aussagen zur Selektivität in den Selektivitäts­tabellen im Eaton Hauptkatalog Industrie verbindlich. Die Kennlinie des jeweiligen Leistungsschalters endet mit dem, vom Gerätetyp und von der gewählten Bemessungsspan­nung abhängigen Wert des Grenzkurzschlussausschaltver­mögens Icu.

12. Selektivitätsprobleme lassen sich meistens durch eine andere Geräteauswahl oder manchmal durch geänderte Geräteeinstellung beseitigen (Bilder 8 und 9).

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 Haupt-katalog Industrie bestätigt. Die I 2t-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 darge-stellten Schmelzsicherungen verschiedene Motorstarter mit Motorschutzrelais schützen.

Ii = 8 x InI t̋ = 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 t̋)Isd = 3 x Intsd = 100msI t̋ =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.

Eaton CurveSelect

Nicht selektiver Bereich

Q2NZMN3 -VE630In = 630AIr = 1 x Intr = 2sIsd = 2 x Irtsd = 300msI t̋ = 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 t̋)Isd = 3 x Intsd = 100msI t̋ =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.

Eaton CurveSelect

eingeschalteteI2t-Funktion

Au

slö

seze

itA

usl

öse

zeit

Auslösediagramm

Auslösediagramm

Auslösestrom [A]

Auslösestrom [A]

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz

Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.

Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.

14

1a

1b

2a

2b

2c

3

4a

4b

F Anlagenfunktionsschutz

E Anlagenschutz

D Betriebsmittelschutz

C Betriebsmittel-Basisschutz

B Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume

A Personenschutz

1a

4a

3

4b 4b 2b

2c 2c

1a

4a2c2c

4b 4b

3

1b

2a

4a

Bild 11: Wenn die marktüblichen Leistungsschalter für die Verhütung von Störlicht-bögen zu langsam sind, empfiehlt sich der Einsatz des Störlichtbogen-Schutzsys-tem ARCON® von Eaton. Es detektiert Lichtbögen und schließt die treibende Span-nung innerhalb von 2 ms lichtbogenlöschend kurz.

Bild 10: Eaton stellt die unterschiedlichen Schutzsysteme der Niederspannungstechnik in einem Kegelmodell dar. Die Funktionen und Systeme des Anlagenfunktionsschutzes gehen über Funktionen der vorgestellten Leistungs-schalter hinaus. Eaton löst diese Anforderungen beispielsweise mit dem einzigartigen Störlichtbogen-Schutzsys-tem ARCON®.

F Anlagenfunktionsschutz

E Anlagenschutz

D Betriebsmittelschutz

C Betriebsmittel-Basisschutz

B Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume

A Personenschutz

Trafo 1 Trafo 2

Kuppel­ feld

Feld 4 Feld 5 Feld 6 Feld 7

Stromwandler

Linienförmiger Lichtsensor

Zentrale Auswerteeinheit

Slavemodul für Stromerfassung

Slavemodul für Lichterfassung

Löschgerät

Leistungsschalter (Einspeisung, bzw. Kupplung)

Leistungsschalter (Abgang)

Linienförmiger Lichtsensor 1b

Verbindungsleitung Wandler Auswertung

Verbindungsleitung Auswerteelektronik

Ansteuerung Arbeitsstromauslöser

Schutzzone I und zugehörige Verbindungen

Schutzzone II und zugehörige Verbindungen

15

Erweiterter Schutz im Grenzbereich

Ende der neunziger Jahre wurde bei Eaton zur Darstellung der Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungstechnik das Kegelmodell der Schutzsysteme vorgestellt [9]. In mehre­ren Ebenen eines Kegels ordnet Eaton, entsprechend Bild 10, lange bekannte, sowie neuartige Schutzsysteme den Norm­begriffen oder selbst eingeführten Begriffen zu. Begriffe, wie Personenschutz, Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume, der Betriebsmittel- und der Anlagenschutz sind all­gemein bekannt. Neu geschaffen wurden der Betriebsmittel-Basisschutz und der Anlagenfunktionsschutz. Im Bereich des Anlagenfunktionsschutzes hat Eaton mit einer neuen Techno­logie eine bis heute unangefochtene Spitzenposition belegt. Als neues Schutzsystem wurde das, heute bereits in der zwei­ten Generation erfolgreich eingesetzte Störlichtbogenschutz­System ARCON® geschaffen. Für die hohen Anforderungen zur Vermeidung von Personen­ und Anlagenschäden und zur Sicherstellung einer außergewöhnlich hohen Anlagenverfüg­barkeit sind die bisher in diesem Aufsatz vorgestellten Schutz­systeme einfach zu langsam. Die Beherrschung der zerstöreri­schen Lichtbögen erfordert deren Löschung innerhalb der ers­ten beiden Millisekunden. Beim System ARCON® wird im Falle eines Störlichtbogens, die den Lichtbogen speisende Netz­spannung mit einem pyrotechnischen Kurzschließer (Bild 11) in weniger als 2 Millisekunden kurzgeschlossen. Die herkömm­lichen Leistungsschalter haben dann „nur noch“ die Aufgabe, die Schaltanlagen innerhalb der für Leistungsschalter üblichen Schaltzeiten vom Netz zu trennen. Mit dem System lassen sich die Schäden in Schaltanlagen nachweislich auf eine Ver­schmutzung der Anlage, bzw. maximal auf die Beschädigung von Bruchteilen eines Verteilerfeldes reduzieren. Der Totalaus­fall 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 Software Tools „CurveSelect“ darge­stellt werden können. ARCON® soll aber auch er wähnt wer­den, weil die Schutzfunktionen im extrem kurzen Zeitbereich, bei gleichzeitig extrem hohen Strömen, im vorigen Absatz als schwer darstellbar bezeichnet werden. Das bezieht sich aber nur auf die Möglichkeiten des vorgestellten Tools, es bedeu­tet nicht, dass Eaton diese schwierigen Aufgaben nicht souve­rän lösen kann.

Verbindlichkeit:

Der Aufsatz beschreibt den Stand der Normen und den Ent­wicklungsstand der Leistungsschalter NZM Ende 2013 sowie die Version V 1.22 der CurveSelect­Software. Verbindlich für die technischen Daten der beschriebenen Eaton Produkte aus der Moeller® series ist der jeweils gültige Eaton Hauptkatalog Industrie. Als Grundlage für die Sicherungskennlinien wurden Produktinformationen der Fa. Jean Müller, Eltville, verwendet. Technische Änderungen bleiben vorbehalten.

Danksagung:

Der Aufsatz entstand mit freundlicher Unterstützung der Ent­wickler der Leistungsschalter­Auslöseelektronik und der Kenn­linien­Software, den Herren Gerd Schmitz und Alexander Zum­beck, sowie Herrn Udo Theis vom Leistungsschalter­Pro­duktsupport.

Literatur:

[1] Wolfgang Esser „Hauptanwendungsgebiete von Leistungsschaltern“ Elektropraktiker, Huss­Medien GmbH Berlin, ep Heft

9­2003

[2] IEC / EN 60 364­4­41, modifiziert, bzw. DIN VDE 0100­410 „Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspan­nungen bis 1000 V, Teil 4­41: Schutzmaßnahmen, Schutz gegen elektrischen Schlag“ (2007­06­00)

[3] Wolfgang Esser, „Schalt­ und Schutzgeräte in Maschinensteuerungen“ Elektropraktiker, Huss­Medien GmbH Berlin, ep Heft 11­2003

[4] IEC / EN 60 204­1 „Sicherheit von Maschinen, Elekt­rische Ausrüstung von Maschinen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ (2005­10­00)

[5] Wolfgang Esser, „Kommunikation bei Leistungsschaltern immer

wichtiger“ Elektropraktiker, Huss­Medien GmbH Berlin,

ep Heft 1­2003, Sonderdruck VER 1230­930 D, Moeller GmbH

[6] IEC / EN 60 947­1, DIN VDE 0660 Teil 100 „Niederspan­nungs­Schaltgeräte, Teil 1, Allgemeine Festlegungen“ (2011­10­00)

[7] IEC / EN 60 947­2, VDE 0660 Teil 101 „Niederspannungs­Schaltgeräte, Teil 2: Leistungsschalter“ (2014­01­00)

[8] IEC / EN 60 947­4­1, DIN VDE 0660 Teil 102 „Nieder­spannungs­Schaltgeräte, Teil 4­1: Elektromagnetische Schütze und Motorstarter“ (2011­01­00)

[9] Wolfgang Esser „Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungs­

Technik – Das Kegelmodell der Schutzsysteme – TB 0200­023 D oder GB (englisch) Moeller GmbH, Bonn, 1998[10] Peter­Lorenz Könen, Dr. H. Schäfer „Störlichtbogenschutz in der Niederspannung –

eine Herausforderung in der Schutztechnik – VER 27­869 Moeller GmbH, Bonn 1998

[11] Peter­Lorenz Könen „Personen­ und Anlagenschutz im Störlichtbogenfall“ „etz“ Heft 15 /2003

[12] Systeminformation „Energie sicher beherrschen, schalten und Steuern“ W 4600­7542 Moeller GmbH, Bonn, 2003

[13] Produktinformation „ARCON® – der blitzschnelle

Airbag für Ihre Schaltanlage“ W4600­7560D

Article No. 285245 Moeller GmbH, Bonn 2007

Eatons Ziel ist es, zuverlässige, effiziente und sichere Stromver­sorgung dann zu bieten, wenn sie am meisten benötigt wird. Die Experten von Eaton verfügen über ein umfassendes Fachwissen im Bereich Energiemanagement in verschiedensten Branchen und sorgen so für kundenspezifische, integrierte Lösungen, um anspruchsvollste Anforderungen der Kunden zu erfüllen.

Wir sind darauf fokussiert, stets die richtige Lösung für jede Anwendung zu finden. Dabei erwarten Entscheidungsträger mehr als lediglich innovative Produkte. Unternehmen wenden sich an Eaton, weil individuelle Unterstützung und der Erfolg unserer Kunden stets an erster Stelle stehen. Für mehr Informationen besuchen Sie www.eaton.eu/electrical.

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