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Dipl.-Ing. Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT, Heidelberg, 09-2013

Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungenbei Oberschwingungsströmen

6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 2© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 2

Übersicht

Aktuelle Normen zu Kabel- und Leitungsanlagen

Auswahl und Errichtung von Kabel- und Leitungsanlagen

Neuausgabe DIN VDE 0100-520 in 06/2013

Strombelastbarkeit (allgemein)

Neuausgabe DIN VDE 0298-4 in 06/2013

Strombelastbarkeit bei Lastströmen mit Oberschwingungsanteilen

DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3:2012-10

Bernd Siedelhofer 06221 / 701-592

[email protected]


Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3

bisher:

VDE 0100-430 Überwachung des Neutralleiters

VDE 0298-4 Anwendung von Korrekturfaktoren

neu erschienen ist im Oktober 2012:

DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in

3-phasigen Verteilungsstromkreisen beiLastströmen mit Oberschwingungsanteilen

DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in

3-phasigen Verteilungsstromkreisen beiLastströmen mit Oberschwingungsanteilen



Ursachen für Oberschwingungsströme

• besonders auffällig sind Geräte kleinerer Leistung, weil hier diezulässigen Grenzwerte großzügiger angesetzt sind als beihöheren Leistungen, z. B.

• bei Lampen ≤ 25W

• bei sonstigen Geräte < 75W (keine Grenzwerte einfacheSchaltungsarten hohe Stromverzerrungen)

hier macht´s dann die Vielzahl der angeschlossenenGeräte, die von einem gemeinsamen Verteilungs-stromkreis versorgt werden



9-W-Kompaktsparlampe

Stro

mS

pann

ung

Quelle: „Dirty Power“ - Oberschwingungen durch nichtlineare VerbraucherDipl.-Ing. (FH) Günter Höck, GMC-I Gossen-Metrawatt GmbHQuelle: „Dirty Power“ - Oberschwingungen durch nichtlineare VerbraucherDipl.-Ing. (FH) Günter Höck, GMC-I Gossen-Metrawatt GmbH

Kompakt-Energiesparlampemit ElektronischemVorschaltgerät (EVG):• extrem verzerrte Stromkurven-

form mit hohen relativenOberschwingungsamplitudenbis in den kHz-Bereich

• Grundschwingungsstromnur ca. 40mAeff,

• Gesamtstrom aber ca. 70mAeff

• Spitzenwert über 300mAS(entspricht CrestfaktorCFI = 300/70 = 4,3)



Veranlassung

bereits in der Vergangenheit wurde in verschiedenenRegelwerken darauf hingewiesen, dass bei der Festlegungvon Leiterquerschnitten bzw. bei der Ermittlung vonStrombelastbarkeitswerten eine eventuelle zusätzlicheBelastung des Neutralleiters bei Oberschwingungen zuberücksichtigen ist

aber: Was ist genau zu tun???



Sachlage:

die bisher üblicherweise genutzte Vorgehensweise nach DINVDE 0298-4 hat 2 Fälle berücksichtigt:

2 belastete Adern - bei einem 1-phasigen Stromkreis

3 belastete Adern - bei einem 3-phasigen Stromkreis bei

a) symmetrischer Belastung der Außenleiter kein zusätzlicher Strom im N

b) unsymmetrischer Belastung der Außenleiter zusätzlicher Strom im N – aber mind. 1 Außenleiterführt einen niedrigeren Strom



Sachlage:

a) verursachen elektrische (elektronische) VerbrauchsmittelOberschwingungsanteile im Laststrom, und

b) sind diese Verbrauchsmittel 1-phasig auf mehrereAußenleiter verteilt,

dann werden sich diese Oberschwingungsströme selbst beisymmetrischer Lastverteilung auf die Außenleiter imNeutralleiter des vorgelagerten Verteilungsstromkreises (3-phasig) nicht kompensieren – wenn sie eine bestimmteOrdnungszahl haben (durch 3 teilbar)



symmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit linearen Lasten

unsymmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit linearen Lasten

symmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit nichtlinearen Lasten

die Strombelastbarkeitswerte in VDE 0298-4für 3 belastete Adern gelten

Strombelastbarkeitswertefür 3 belastete Adern

müssen reduziert werden



Sachlage:

in DIN VDE 0298-4 gab es bereits in der Ausgabe von 1998 denHinweis

In einem Drehstromkreis wird symmetrische Belastung angenommen.

Wenn darüber hinaus der Neutralleiter belastet wird, ohne dass dieAußenleiter entsprechend entlastet werden, muss der Neutralleiter beider Festlegung der Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung mitberücksichtigt werden.

Solche Ströme im Neutralleiter können beispielsweise durch einenausgeprägten Oberschwingungsstrom in Drehstromkreisen verursachtwerden.



Sachlage:

in DIN VDE 0298-4 Ausgabe 2003 wurde dann ein informativerAnhang B dazu aufgenommen mit der Angabe vonReduktionsfaktoren:



• Anteil der Oberschwingungsströme am Laststrom ≤ 15 %• kein vergrößerter Neutralleiterquerschnitt empfohlen

(Neutralleiterbelastung von höchstens 45 % des Außenleiterstroms, Zunahme derVerlustwärme im gesamten Kabel/in der gesamten Leitung um 6 % gegenüber derNennbelastbarkeit)

• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 15 … 33 %• Neutralleiterstrom ggf. gleich hoch wie in jedem Außenleiter• Kabel-/Leitungslast muss um einen Faktor von 0,86 vermindert werden



• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 33 … 45 %• das Kabel/die Leitung ist nach dem Neutralleiterstrom auszuwählen• und: die zulässige Last wird zusätzlich um den Faktor 0,86 reduziert

• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 45 %• das Kabel/die Leitung muss nach dem Neutralleiterstrom (≥135 % des

Außenleiterstroms) ausgewählt werden• kein zusätzlicher Reduktionsfaktor erforderlich, da die Außenleiter jetzt

überdimensioniert sind



Auswahl und Errichtung von Kabeln und Leitungen

Cu, 4 … 300mm²

Al, 25 … 300mm²

alle Verlegearten

Belastbarkeit für feste Verlegung in und an Gebäuden, Verlegearten A, B, C, D, E, F und G,Betriebstemperatur 70 °C, Umgebungstemperatur: 25 °C in Luft, 20 °C im Erdboden

3 Bereiche derOberschw.-anteile

IZ = 24A, wenn Ober-schwingungsanteil 0…15%

Werte gerechnetfür 60%



… aber:

Wie kommt man an die Oberschwingungsanteile?

Beiblatt 3 zu VDE 0100-520 zeigt 2 Vorgehensweisen auf:

a) Abschätzung des Oberschwingungsanteils im Laststromanhand von typischen Messergebnissen (siehe Tabelle A.2)

alternativ:

b) Anwendung von Reduktionsfaktoren in Abhängigkeit des AnteilsOberschwingungen verursachender Verbrauchsmittel (sieheTabelle 2)



• Büroetage mit 6 Räumen à 8 Arbeitsplätze• je Arbeitsplatz 1 PC + Bildschirm• je Raum 1 Kopierer, 1 FAX, 8 Leuchten mit je 2 KLL

Beispiel

Gerät Anzahl Leistungs-aufnahme

Last-strom

Verzerrungs-strom

Außen-leiter-strom

Verzerrungsstromje

Außenleiterim

NeutralleiterW A mA A A A

KLL 58Wpar. komp. 96 62 0,3 67 9,6 2,14 6,43

PC 1) 48 85 0,48 270 7,68 4,32 12,96Bildschirm 1) 48 32 0,24 137 3,84 2,19 6,58Kopierer 1) 6 103 0,61 144 1,22 0,29 0,86FAX 1) 6 22 0,17 83 0,34 0,17 0,5

gesamt 22,7 27,33




Beispiel

ergibt für den versorgenden Verteilungsstromkreis bei Verlegeart B2,PVC, 25°C, keine Häufung:

Laststrom je Außenleiter = 22,7A

zusätzlicher Strom im Neutralleiter = 27,3A

erforderlicher Mindestquerschnitt (ohne Berücksichtigung vonweiteren Verbrauchsmitteln und irgendwelchen Reservefaktoren):

4mm² ohne Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung

6mm² mit Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung




Beispiel

alternative Vorgehensweisefür eine (grobe) Abschätzung:

Anteil der Leistung(a)

in %Umrechnungsfaktor

(für Verteilerstromkreise)

0 … 15 1

> 15 … 25 0,95

> 25 … 35 0,90

> 35 … 45 0,85

> 45 … 55 0,80

> 55 … 65 0,75

> 65 … 75 0,70

> 75 0,65

(a) Verhältnis der Summe der Leistungaller Oberschwingungenverursachenden Verbraucher, diedurch die betrachtete Verteilungversorgt werden, zur Gesamtleistungaller durch die Verteilung versorgtenVerbrauchsmittel



• Büroetage mit 6 Räumen à 8 Arbeitsplätze• je Arbeitsplatz 1 PC + Bildschirm• je Raum 1 Kopierer , 1 FAX, 8 Leuchten mit je 2 KLL

Beispiel

Anteil derLeistung(a)

in %

Umrechnungs-faktor

(für Verteiler-stromkreise)

0 … 15 1

> 15 … 25 0,95

> 25 … 35 0,90

> 35 … 45 0,85

> 45 … 55 0,80

> 55 … 65 0,75

> 65 … 75 0,70

> 75 0,65

• mehr als 75% der Verbrauchsgeräte, die durch die Verteilungversorgt werden, sind nichtlineare Lasten

• der Reduktionsfaktor kann mit 0,65 angenommen werden

• der korrigierte Außenleiterstrom beträgt somit:

22,7A / 0,65 = 34,9 A

• das Kabel/die Leitung ist für eine Strombelastbarkeit vonmind. 34,9A auszulegen

• nach VDE 0298-4, Tabelle A.1 (TU=25°C) mit Verlegeart B2und 3 belasteten Adern ist jetzt ebenfalls ein Leiterquerschnittvon mind. 6 mm² erforderlich


Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520

die Auswahl und die Errichtung von Kabel- und Leitungen fürNiederspannungsanlagen erfolgt grundsätzlich nach DIN VDE 0100-520

Ergebnis internationaler Normenarbeit:

IEC 60364-5-52:2009IEC 60364-5-52:2009

Modifikationen beiCENELEC

Modifikationen beiCENELECplus

HD 60364-5-52:2011HD 60364-5-52:2011

plus nationale Zusätze fürDE (grau)

nationale Zusätze fürDE (grau)



Ergebnis internationaler Normenarbeit

aber: Abschnitt 523 wird (wie bisher) in Deutschland eigenständig alsDIN VDE 0298-4 veröffentlicht

entgegenstehende nationale Normen (DIN VDE 0100-520:2003-06 undDIN VDE 0298-4:2003-08) müssen bis 24.1.2014 zurückgezogen werden

Neuausgabe gilt ab Datum der Veröffentlichung (Juni 2013)

die zu diesem Zeitpunkt bereits in Planung oder Bau befindlichenAnlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestelltwerden



wesentliche Änderungen:

der Abschnitt 521 „Arten von Kabel- und Leitungsanlagen“ wurdeneu strukturiert (viele nationale Regelungen - „Grauschattierungen“)

kleinere Änderungen im Hinblick auf Schienenverteiler undStromschienensysteme (521.4)

Anforderungen an die Auswahl und Errichtung von elektrischenBetriebsmitteln (auch Geräte- und Verbindungsdosen und Verteiler)in Hohlwänden jetzt in 521.17 - bisher in DIN VDE 0100-482,Abschnitt 482.2.2

Änderungen bezüglich des maximal zulässigen Spannungsfallszwischen Hauseinführung und Verbrauchsmittel (525)



wesentliche Änderungen:

kleinere Änderungen bezüglich elektrischer Verbindungen einschl.zusätzlicher Ausnahmen für die Prüfung von Verbindungen undzusätzliche Anmerkungen

zusätzliche Anforderungen im Hinblick auf Näherungen unterirdischerStarkstromkabel und Fernmeldekabel

kleinere Änderungen bezüglich Auswahl und Errichtung von Kabel-und Leitungsanlagen in Bezug auf Instandhaltung einschließlichReinigung

Tabelle mit Übersicht der Verlegearten zukünftig nur noch inVDE 0298-4



Spannungsfall (Empfehlung)

zwischen Übergabestelle (Hausanschluss) und Anschlusspunkt für einVerbrauchsmittel sollten folgende Werte nicht überschritten werden:

versorgt aus … Beleuchtung andere el.Verbrauchsmittel

A öffentlichemVerteilungsnetz 3 % 5 %

B privatemVerteilungsnetz 6 % 8 %

• im Fall B sollten für Endstromkreise die Werte von A eingehalten werden• Anhang G enthält eine Berechnungsgrundlage



Veröffentlichung gemeinsam mit DIN VDE 0100-520 im Juni 2013

Übernahme von Abschnitt 523 von VDE 0100-520 in Deutschland alseigenständige Norm

entgegenstehende nationale Normen (DIN VDE 0298-4:2003-08)müssen bis 24.1.2014 zurückgezogen werden

Neuausgabe gilt ab Datum der Veröffentlichung (Juni 2013)

die zu diesem Zeitpunkt bereits in Planung oder Bau befindlichenAnlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestelltwerden



wesentliche Hinweise und Änderungen

Belastbarkeitsangaben für isolierte Starkstromleitungen wurden ausdem aktuellen HD 60364-5-52 übernommen

Referenzverlegeart D1 „Verlegung im Elektro-Installationsrohr oder ineinem Kabelschacht im Erdreich“ wurde aus dem aktuellen HD 60364-5-52 als Verlegeart D übernommen - direkte Verlegung im Erdreich(„D2“) ist weiterhin in den zugehörigen Kabelbauarten festgelegt

die Übersicht der Kabel- und Leitungsbauarten wurde aktualisiert undan die EN 50525 (VDE 0285-525) angepasst

Strombelastbarkeitswerte für große Nennquerschnitte (≥ 150mm² beiVerlegart B1 und B2) wurden gemäß HD 60364-5-52 ergänzt

kleine Änderungen bzgl. der Leiterdimensionierung beiOberschwingungen


Danke für Ihre Aufmerksamkeit

Noch Fragen ??

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