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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
10. RHEINSBERGER FACHTAGUNG „ARBEITSSICHERHEIT IN DER ENERGIEVERSORGUNG“
Selektivität beim Einsatz von Schutzeinrichtungen Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT GmbH, Heidelberg
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektivität von Schutzeinrichtungen
• nur die der Fehlerstelle unmittelbar vorgeschaltete Schutzeinrichtung löst bei einer automatischen Abschaltung aus
• hat somit Bedeutung beim Überstromschutz (Überlast / Kurzschluss) und beim Schutz gegen elektrischen Schlag
vollständige Selektivität selektives Verhalten über den gesamten Bereich der möglichen Fehler (z. B. Kurzschluss- oder Überlastströme )
Teilselektivität selektives Verhalten ist nur in einem Teilbereich gegeben
Selektivität – was versteht man darunter?
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektivitätsnachweise
• sind üblicherweise über Normen oder durch den Auftraggebern gefordert
• werden individuell erstellt, z.B. mit Hilfe von
• Berechnungs-/Simulationsprogrammen
• Herstellerunterlagen (Tabellen, Diagramme)
• Koordinationstabellen mit geprüften Kombinationen
Die auftretenden Fehler und daraus resultierende Ströme müssen bekannt sein !
Selektivität – was versteht man darunter?
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
• hohe Anlagenverfügbarkeit für den Anlagenbetreiber
• hohe Versorgungssicherheit für den öffentlichen oder privaten Netzbetreiber/Versorger
• hohe Sicherheit für den Anlagenbetreiber und Nutzer, da Stromkreise zur Versorgung von ggf. sicherheits-relevanten Einrichtungen (Beleuchtung, Lüftung/ Klimatisierung, Warn-/Meldeeinrichtungen, …) nicht unnötig abgeschaltet werden,
• einfache und schnelle Ortung der Fehlerquelle im Fehlerfall, da nur ein kleiner Teil der Anlage abge-schaltet wird
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Bedeutung der Selektivität in der Energieverteilung wird zunehmen !
Warum Selektivität?
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
in elektrischen Anlagen für Betriebsstätten, Räume und Anlagen besonderer Art nach VDE 0100-7xx:
landwirtschaftliche Betriebsstätten (-705) (Hauptstromkreise für die Lüftungsanlage bei Intensivtierhaltung)
medizinisch genutzte Bereiche (-710)
Ausstellungen, Shows und Stände (-711)
vorübergehend errichtete elektrische Anlagen für Aufbauten, Vergnügungseinrichtungen und Buden auf Kirmesplätzen, Vergnügungsparks und für Zirkusse (-740)
bei Notbeleuchtung nach VDE 0100-560
Wo ist Selektivität erforderlich?
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
in elektrischen Anlagen im Geltungsbereich der NAV:
Trennvorrichtung am Zählerplatz nach TAB bzw. VDE-AR-N 4101 (zukünftig: VDE-AR-N 4100)
in Wohngebäuden:
für Stromkreise in der Kundenanlage nach DIN 18015-1
bei der Zuordnung von Fehlerstrom-Schutzschaltern nach DIN 18015-2
in Schaltgerätekombinationen der Energieverteilung nach DIN EN 61439:
wenn die Betriebsbedingungen eine kontinuierliche Energieversorgung verlangen
Wo ist Selektivität erforderlich?
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
bereits heute Bestandteil bei der Auswahl von Schalt- und Steuergeräten nach VDE 0100-530 – siehe Abschnitt 535
seit 02/2014 liegt das HD 50573-5-57 vor („Co-ordination of electrical equipment for protection, isolation, switching and control”), dessen Inhalt in die zukünftige VDE 0100-530 (zu erwarten in 2018) integriert wird - mit Anforderungen zu:
Selektivität
Kurzschlussschutz und Backup-Schutz von BM
Überlastschutz von BM
Kernaussage: Hersteller müssen notwendige Informationen bereitstellen, insbes. dann, wenn Planer/Errichter keine eigenständige Bewertung durchführen können
Koordination von Betriebsmitteln
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“ October 24, 2017 Slide 9
Überlast- und Kurzschluss-Selektivität bei einem Verhältnis der Bemessungs-ströme von 1,6 : 1
• t ≥ 0,1s Vergleich der Zeit-/Strom-(Auslöse-)Kennlinien tschmelz (F2) > tgesamt (F4)
• t < 0,1s Vergleich der I²t-/Strom-(Durchlass-)Kennlinien
I2tschmelz (F2) > I2tgesamt (F4)
Selektivität bei Sicherungen
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektivität bei Schaltgeräten (allgemein)
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• Überlast: Vergleich der Auslösezeiten tauslöse (C2) < tauslöse (C1)
• Kurzschluss: ik(t) < Iauslöse (C1)
Kurzschluss-Selektivität stark eingeschränkt
C1 C2
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“ October 24, 2017 Slide 11
• Überlast: Vergleich der Auslösezeiten, tauslöse (C3) < tauslöse (F2)
• Kurzschluss: Vergleich der Energien, I2tgesamt (C3) < I2tschmelz (F2)
Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät
1kA 10kA IKS 100kA
I²t 106 A²s 105
104
103
Kurzschluss-Selektivität z. T. stark eingeschränkt
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
(1) unter Berücksichtigung der Schmelzintegrale nach VDE 0636 und der Durchlassintegrale nach DIN EN 60898
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Kurzschluss-Selektivität z. T. stark eingeschränkt
Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“ October 24, 2017 Slide 13
vollständige Kurzschluss-Selektivität mit SH-Schaltern
S S
Selektivitätsproblem bei Sicherung/Schaltgerät … und die Lösung
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
elektrische Energie mechanische Energie
Leitungsschutz-schalter, Sicherungsautomat (LS)
selektiver Haupt- Leitungsschutz-schalter (SH-Schalter), spannungsunabhängig (SHU)
Schaltwerk
Bimetall termische Auslösung
Magnetsystem Hauptkontakte
Bimetall Selektivauslösung
Selektiv- Widerstand
Trenn- kontakt
nicht vorhanden!
SHU
Schaltwerk
Bimetall
LS
Magnetauslöser +
Schlagspule
Funktionsweise LS und SH-Schalter
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Auslösebedingungen
E nach
DIN VDE 0641-21 E DIN VDE 0645
K nach
DIN VDE 0641-21
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Kurzschlussselektivität zu Sicherungen in der Einspeisung
Vergleich der Durchlassenergie der nachgeschalteten Überstromschutz-einrichtung(en) mit der erforderlichen Schmelzenergie einer vorgeschal-teten Schmelzsicherung
Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) zusätzliche Energiebegrenzung
0,1 1 10 Kurzschlussstrom IK / kA
100
1.000
10.000
100.000
i²t / A²s
Durchlass-I²t von LS+SHU
100 A gG (gL)
63 A gG (gL)
Schmelz-I²t der Sicherung
deutliche Verbesserung der Selektivität durch zusätzliche Energiebegrenzung in der Kombination LS + SH !
Durchlass-I²t eines LS
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Selektivitätsangaben
Beispiel einer Selektivitätstabelle für Kaskade 1 (Selektivitätsgrenzen in kA)
S750DR S200 Sicherung gG S200
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter) Selektivitätsangaben
Sicherung gG S750DR S200
Beispiel einer Selektivitätstabelle für Kaskade 2 (Selektivitätsgrenzen in kA)
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Schutz mit Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs)
Selektivität von Fehlerstrom-Schutzschaltern, die hintereinander geschaltet werden, wird erreicht durch:
• Selektiver Fehlerstrom-Schutzschalter (Typ S ) als Haupt-Fehlerstrom-Schutzschalter für den Fehlerschutz, der gleichzeitig auch Aufgaben zum Brandschutz übernehmen kann (I∆n ≤ 300 mA)
• nachgeschaltete Fehlerstrom-Schutzschalter des allgemeinen Typs zum Schutz von Endstromkreisen (z.B. zusätzlicher Schutz von Steckdosen nach DIN VDE 0100-410 mit FI oder FI/LS)
• Verhältnis der Bemessungsfehlerströme mind. 3:1
Weitere Beispiele für Selektivität
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
M
Hauptverteilung S
300 mA
30 mA 30 mA 10 mA
Unter-verteilung
Selektivität bei Fehlerstrom-Schutzschaltern
S
Selektivität, wenn
vom Typ
und I∆n ≥ 3 x I∆n von
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10. Rheinsberger Fachtagung „Arbeitssicherheit in der Energieversorgung“
Schutz mit Überspannungs-Schutzeinrichtungen (SPDs)
Selektivität beim Auftreten von Netzfolgeströmen:
Weitere Beispiele für Selektivität
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F1
F2 F2
F1