Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen

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1 Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen Auslösediagramm Auslösediagramm Allgemeine Angaben: Motorschutzrelais Leistungsschalter Leistungsschalter Firma: Moeller GmbH Bonn Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: Netz: 415 V / 50 Hz Auslösezeit Leitungsschutzschalter Schmelzsicherung frei konfigurierbare Kurve frei konfigurierbare Motorkennlinie Motorschutzschalter Auslösestrom [A] Energie sicher beherrschen, schalten, steuern. In der Industrie, im Gebäude und im Maschinenbau. Innovative Schutzkonzepte. Diagnose und Kommunikation eingebaut. In modernen Schaltanlagen verpackt. Fachaufsatz Dipl.-Ing. Wolfgang Esser Dipl.-Ing. Dirk Meyer 2. überarbeitete Ausgabe, 2007 Leistungsschalter NZM Leistungsschalter IZM Schaltanlagensysteme

2 Zusammenfassung für Schnellleser Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen - Erläuterungen zum Moeller Software-Tool CurveSelect V 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 Moeller Software- Tool CurveSelect ermöglicht mit sehr geringem Aufwand, die einfache, gemeinsame Darstellung der Kurven mehrerer Schutzgeräte in gleichen Zeitund Strommaßstäben. Dadurch wird die Beurteilung der Kurven wesentlich erleichtert. Das Tool ermöglicht die Beurteilung des Zusammenspiels der Moeller Leistungsschalter NZM und IZM, der Motorschutzschalter PKZM, der Leitungsschutzschalter FAZ (Auslösecharakteristik B, C und D), der Motorschutzrelais ZB und von Schmelzsicherungen gl oder gg. Bei den Leistungsschaltern werden auch die Kurven von älteren Schaltergenerationen angeboten, um Erweiterungen planen zu können. Neu ist in der Version 1.07 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 Moeller nicht liefert (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 Software-Tools noch einmal deutlich gestiegen. In der Read Me- Datei 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. Weiter- Auslösediagramm Motorschutzrelais Leistungsschalter Leistungsschalter Allgemeine Angaben: Firma: Moeller GmbH Bonn Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: Netz: 415 V / 50 Hz Auslösezeit Leitungsschutzschalter Schmelzsicherung frei konfigurierbare Kurve frei konfigurierbare Motorkennlinie Motorschutzschalter Auslösestrom [A] Bild 1: Darstellung der Auslösekennlinien unterschiedlicher Schutzorgane im gleichen Zeit- und Strommaßstab. Am oberen Ende der Kurven werden die Gerätedaten und Einstellwerte angegeben. 2

3 hin stellt Moeller das hilfreiche Tool im Internet und auf einer CD kostenlos zur Verfügung (Bild 1). Der Benutzer wird bei der Eingabe durch die Bereitstellung zulässiger Parameter geführt. Die Handhabung des lediglich aus einer Excel- Datei bestehenden Tools wird in diesem Aufsatz ebenfalls kurz vorgestellt. Das Ergebnis, die gemeinsame Darstellung der Kurven lässt sich als geschützte Projektierungs-Dokumentation 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 Moeller Software-Tools CurveSelect V1.071 nehmen und die Vorteile des neuen Tools beurteilen. Bild 2: Die vier Baugrößen der Moeller Kompakt-Leistungsschalter NZM. Die Baugrößen NZM 1, NZM 2 und NZM 3 verfügen über thermomechanische und elektromagnetische Auslöser. Die Baugrößen NZM 2 und NZM 3 verfügen alternativ, wie der NZM 4 und links gezeigten, offenen Leistungsschalter IZM über elektronische Auslöser. Ergänzend wird das einzigartige Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON von Moeller kurz vorgestellt. Das innerhalb weniger Millisekunden wirkende System verhindert schwere, bis tödliche Personen- und ruinöse Anlagenschäden. Für eine effektive Verhütung dieser Lichtbogenschäden sind alle auf dem Markt angebotenen, herkömmlichen Schutzorgane zu langsam. Dieser zusätzliche Schutz ist besonders wichtig, wenn in speziellen Situationen unter Spannung gearbeitet wird. Auswahlkriterien für Leistungsschalter 4 Hauptanwendungen 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 neuen Leistungsschaltern NZM erläutert. Die Einsatzgebiete der Leistungsschalter NZM, mit Auslösern für Überlast- und Kurzschlussströme und umfangreichem Systemzubehör, sind ebenfalls äußerst vielfältig. 1 MCCB = Molded Case Circuit Breaker Kompakt-Leistungsschalter NZM (MCCB 1 ) werden von Moeller 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 2000 A lückenlos und teilweise überlappend, mit den vielseitigeren, elektronischen Auslösern ab. Für größere Bemessungsströme werden ergänzend die offenen Leistungsschalter IZM (ICCB 2 ) in drei Baugrößen 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 Typen-Varianz am Beispiel der 3-poligen Schalter in der IEC 3 -Ausführung. Das Sortiment umfasst außerdem Schalter 2 ICCB = Insulated Case Circuit Breaker 3 IEC = International Electrical Commission nach den nordamerikanischen UL 4 - und CSA 5 - Standards und die regional üblichen 4-poligen 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 Niederspannungs-Energieverteilungsanlagen als Abgangsschalter eingesetzt. In kleinen bis mittleren Verteilungen dienen sie ebenso als Einspeiseschalter bis 2000 A. Ergänzend zu den reinen Energieverteilungsaufgaben, werden die Schalter zum Schutz verschiedenartiger Betriebsmittel, gegen Überlast und Kurzschluss, sowie zum Schutz der Schaltgeräte und der verbindenden 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). 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 Linienver- 4 UL = Underwriter s Laboratories ( 5 CSA = Canadian Standards Association ( 3

4 c) b) d) a) 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 teiler, 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 Motorschutz, 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 , VDE 0100 Teil 410) [2]. Die folgenden zusätzlichen Schutzfunktionen beeinflussen die notwendigen Schaltereinstellungen und die Auslösekurven nicht: 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 mög- 4

5 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 N = 50 ka H = 150 ka N = 50 ka H = 150 ka Einstellbereiche in A Einstellbereiche in A NZM..1 -A * ) NZM..1 -M NZM..1 -S NZM..2 -A NZM..2 -M ME NZM..2 -S NZM VE NZM AE NZM ME NZM VE NZM AE NZM ME NZM VE A.. -M.. -S.. Anlagen- und Kabelschutz Motorschutz Kurzschlussschutz (ohne Überlastschutz) -AE.. -ME.. -VE.. Anlagen- und Kabelschutz Motorschutz Anlagen- und Kabelschutz, Selektiv- und Generatorschutz * ) H = 100 ka Tabelle 1: Auslösern. Übersicht über die wesentlichen Auswahlkriterien für Leistungsschalter NZM und die Lösung mit elektromechanischen oder elektronischen lichst nur ein kurzschlussnahes Schutzorgan auslöst. Üblich sind folgende Schaltgeräte-Kombinationen, um Netze selektiv aufzubauen: Sicherung - Sicherung, Sicherung - Schutzschalter, Schutzschalter - Sicherung Schutzschalter - Schutzschalter. Bild 4 zeigt ein Beispiel für einen Netzaufbau mit Zeitselektivität, die durch Schalter mit unterschiedlicher Kurzzeitverzögerung der Kurzschlussauslöser erreicht wird. Moeller erleichtert dem Praktiker mit der Planungs-Software NetSelect oder NetPlan die optimale, selektive Projektierung, auch in Mischformen mit Schmelzsicherungen. Die Moeller Leistungsschalter NZM und IZM, mit elektronischen Auslösern, können in modernen Schaltanlagen zusätz- S1 S2 S3 S4 S5 Hochspannung Niederspannung A B C D Minuten Milli-Sekunden Sekunden 2h S5 250A S3 S4 S5 tv S4 S3 1000A 2000A 50ms 50ms ICC [A] 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. 5

6 a b c 2 Stunden (bei I 63 A, innerhalb von 1 Stunde) nicht auslösen (konventioneller Nichtauslösestrom). t I r b Überlastbereich t r 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 anwendungsspezifische Gestaltung der Auslösekurve ermöglichen. lich 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 außergewöhnlichen 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 Auslösekennlinie, im beherrschten, zulässigen Bereich, erfolgt keine Auslösung. Das I rmv t v I rm Strom / Zeit - Feld 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 üblicherweise in einem doppeltlogarithmischen Koordinatensystem dargestellt. Die Kurve umfasst entsprechend Bild 5 drei Bereiche: a Nicht-Auslöse-Bereich I 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 1,05-fachen des Einstellstromes I r des stromabhängig verzögerten Überlastauslösers innerhalb von 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 1,05- fachen und dem 1,2- bzw. 1,3-fachen Stromeinstellwert I r wird auch als Grenzstrombereich bezeichnet. Dieser Bereich ist für die normenkonforme Justierung der Schalter in der Fertigung von besonderer Bedeutung. Bei elektronischen Überstromauslösern an Leistungsschaltern lässt sich, z.b. für den Motorschutz, die Lage der Kurve auf der Zeitachse (t r ) zusätzlich verschieben, um einen Schweranlauf zu berücksichtigen. Die eingestellte Zeit t r gilt beim 6-fachen des Einstellstromes I r. 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 7,2-fachen des Einstellstromes I r angeben. Bei Relais ist die Standardeinstellung Class 10 A mit t r = 10 s. Eine Sonderform stellen Kurzschluss- Schutzschalter ohne Überlastauslöser 6

7 Eignung der Schalter in IEC-Ausführung für Haupt- und Nebenanwendungen Hauptanwendungen Nebenanwendungen Typ Kurzschlussschutz (ohne Überstromauslöser) Anlagenschutz Kabelschutz Generatorschutz Selektivschutz mit verzögertem Kurzschlussauslöser Motorschutz Hauptschalter 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. 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 IEC-Schaltanlagen. 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 I i (i = instantaneous) wird als Vielfaches des Bemessungsstromes des Schalters I n (höchster 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 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 Frühauslösungen, die besonders dann interessant sein kann, wenn der Ansprechwert eines Kurzschlussauslösers nicht einstellbar ist. Je nach Schutzschaltertyp unterscheidet man zwischen unverzögerten (I i ) und kurzzeitverzögerten (I sd ) 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 (t sd ) 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 (I i ) 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 Schutzschalter oder mit 7

8 höheren Auslösezeiten bei Motorschutzrelais (z.b. Class 40) gearbeitet wird, zum Beispiel beim Schweranlauf von großen Motoren, muss der Projekteur berücksichtigen, dass alle Geräte und Leitungen im gesamten Stromkreis für eine längere Zeit mit einem höheren Strom belastet werden. In derartigen Fällen muss er häufig die Schaltgeräte und die Leitungen 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 während 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 wird die Grundlage für einen weiteren, optimalen Schutz nach einer Betriebsunterbrechung oder bei einem intermittierenden Betriebsverlauf geboten. Das thermische 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. Unterschiedliche Anforderungen an Leistungsschalter für den Anlagen- oder Motorschutz 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) Anlagenschutz IEC / EN [6] IEC / EN [7] Herstellerangabe 40 C (bei Moeller) 1,05 x Stromeinstellwert **) 1 h bei 63 A 1,30 x Stromeinstellwert **) 1 h bei 63 A Motorschutz IEC / EN [6] IEC / EN [8] Normwert 20 C 1,05 x Stromeinstellwert 1,20 x Stromeinstellwert Phasenausfallempfindlichkeit Definition: darf nicht auslösen innerhalb von 2 h bei: muss innerhalb von 2 h auslösen bei: nicht vorgesehen nicht sinnvoll, da in der Anlage die Strombelastung der Phasen unsymmetrisch sein darf und häufig ist 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 Ansprechwert der Kurzschlussauslöser (Praxiswerte) I r = Einstellwert des Überstromauslösers Unempfindlichkeit gegenüber dem Anlaufstrom Selektivität Überstromauslöser Auslöseklassen Thermisches Gedächtnis ca x I r bedingt erforderlich bei mehreren in Reihe liegenden Schaltern meistens erforderlich müssen nicht einstellbar sein (sind bei NZM und IZM immer einstellbar) nicht vorgesehen sinnvoll ca x I r erforderlich sinnvoll einstellbar sinnvoll zur Anpassung an das Anlaufverhalten des Motors unbedingt erforderlich Tabelle 3: Unterschiedliche Anforderungen bei den beiden stückzahlstärksten Anwendungen der Leistungsschalter, dem Anlagenschutz nach IEC / EN [7] und dem Motorschutz nach IEC / EN [8] *) Begriffe sind aussagekräftig, werden aber nur in der IEC / EN verwendet **) siehe in zweiter Spalte 8

9 Die Nachbildung der Abkühlung erfolgt bei den elektronischen Auslösern mit der gleichen Zeitkonstante, mit der auch die Erwärmungskurve bestimmt wird. Bei Bimetall-Auslösern 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 einer Überlast-Auslösung 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 Thermistor-Temperaturfühler 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 Niederspannungs-Einspeisetransformator 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 Kurzschlussströme. 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 ausreichend 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 Auslösekurve, in Abhängigkeit von allen tatsächlichen Einstellungen 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 veränderte 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 ausdrucken. Das Tool kann zusätzlich zu den Auslösekurven für die vorgestellten, neuen Kompakt-Leistungsschalter 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 und für Schmelzsicherungen mit gl-charakteristik darstellen. Das Tool wird zukünftig um Kennlinien für weitere Komponenten, wie Motorschutzschalter PKZM und Motorschutzrelais 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 ausschließlich die Einstellung des Motornennstromes als Einstellstrom I r 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 9

10 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... Größe 12, 32, 65, , 0, 4 2 1, 2 2 3, 4 1, 2, 3 Einstellwert I r für Überlastauslöser Ansprechwert I rm für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser Ansprechwert I i für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser Ansprechwert I sd für verzögerten Kurzschlussstromauslöser - fest - fest fest Motorschutz Auslöseklasse CLASS fest fest fest fest - Trägheitsgradeinstellung t r für Überlastauslöser fest fest - fest Verzögerungszeit t sd für kurzzeitverzögerten Kurzschlussstromauslöser I 2 t-konstant-funktion fest fest Phasenausfallempfindlichkeit fest fest fest fest fest fest Bemessungsfehlerstrom I Δn fest Verzögerungszeit t v für Fehlerstromauslöser fest Ansprechwert I g für Erdschlussauslöser Verzögerungszeit t g für Erdschlussauslöser Tabelle 4: Feste und variable Parameter für stromabhängig wirkende Auslöser bei unterschiedlichen Schutzschalterarten. eine normenkonforme Phasenausfallempfindlichkeit und alle Varianten bieten eine Umgebungstemperaturkompensation. Sie erkennen und berücksichtigen den Ausfall eines beliebigen Außenleiters (Phase). Gleiches gilt für Motorschutzschalter PKZM 01, PKZM 0 und PKZM 4. Bei diesen Schutzschaltern sind die Ansprechwerte der zusätzlichen Kurzschlussauslöser fest eingestellt. Die Anlagen- und Motorschutzschalter PKZ 2 gehen einen Entwicklungsschritt weiter, da hier auch die Ansprechwerte der magnetischen Kurzschlussauslöser einstellbar sind. Direkt vergleichbar mit diesen Schutzgeräten sind die Leistungsschalter NZM 1 und die thermomagnetischen Leistungsschalter NZM 2 und NZM 3. Schutzgeräte mit elektronischen Auslösern, NZM 2 bis 4 oder IZM 1 bis 3, 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 Betriebs- 10

11 Auslösediagramm Motoranlaufkennlinie Allgemeine Angaben: Firma: Moeller Anlage: Bearb.: Datum: Netz: 400V / 50Hz Auslösezeit Auslösekennlinie Leistungsschalter mit thermischen Auslösern Leistungsschalter mit elektronischen Auslösern Auslösestrom [A] 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. mittel liegen wesentliche Vorteile der Leistungsschalter gegenüber Schmelzsicherungen. Als Beispiel für die verbesserte Schutzwirkung durch individuell einstellbare, elektronische Auslöser zeigt das Bild 6 eine typische Motoranlaufkennlinie, die nun auch 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 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 Moeller erweitern. Handhabung des Software-Tools CurveSelect V1.071 von Moeller 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 Software-Tool. Hier werden alle Kurven in einem einzigen Blatt zur leichten, 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 zum Download angeboten. Für die Nutzung ist eine kostenlose Registrierung erforderlich. 1. Das Programm wird als Excel- Datei in ein beliebiges 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 Doppelklikken auf Kennlinien....xls geöffnet. Es öffnet sich eine Excel- Arbeitsmappe 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 gewünschte Sprachversion gewählt. Auf diesem Blatt werden allgemeine Angaben zum bearbeiteten Projekt eingetragen, die automatisch in die Kurvendarstellungen übernommen werden. Mit der 11

12 Version des Programms sind z. Z. Anwendungen mit einer Betriebsspannung zwischen 240 und 690 V, Hz zu bearbeiten. 5. Es wird empfohlen, das Projekt nach dem Eintrag der projektbezogenen 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 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 (Sicherungen) wählt man die Art des Schutzgerätes, dessen 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 (FreeStyle- Curves = Freihandkennlinie) 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 Me-Datei. Die Freihandkennlinien lassen 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 angezeigt (Bild 1). Nachträgliche Eingabeänderungen auf den Produkt- Blättern werden bei der nächsten Kurvenanzeige automatisch berücksichtigt. 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 Kennlinien <> 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 Kenn- Beginn des elektrodynamischen Bereiches Kennlinienende bei I cu k 1,2k 1,5k 2k 2,5k 3k 4k 5k 7k 10k 12k 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k Auslösestrom [A] 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 Moeller Hauptkatalog verwiesen. 12

13 Auslösediagramm 2h 1h 20min 10min 5min 2min F2 gl 80A F1 gl 100A Q2 NZMN3 - VE630 In = 630A Ir = 1 x In tr = 2s Isd=2xIr tsd = 0ms I t =On Ii = 8 x In Q1 IZMB1 - U1600 In = 1600A Ir = 1 x In tr = 8s (I t) Isd = 3 x In tsd = 100ms I t =On Ii = 12 x In Allgemeine Angaben: Firma: Moeller Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: Netz: 400V / 50Hz 1min Auslösezeit Auslösezeit 20s 10s 5s 2s 1s 500ms 200ms 100ms 50ms 20ms 10ms 5ms 2ms 1ms k 1,2k 1,5k 2k 2,5k 3k 4k 5k 7k 10k 12k 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen. Nicht selektiver Bereich 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. 2h 1h 20min 10min 5min 2min 1min 20s 10s 5s 2s 1s 500ms F2 gl 80A F1 gl 100A Auslösestrom [A] Auslösediagramm Q2 NZMN3 - VE630 In = 630A Ir = 1 x In tr = 2s Isd=2xIr tsd = 300ms I t =On Ii = 8 x In Q1 IZMB1 - U1600 In = 1600A Ir = 1 x In tr = 8s (I t) Isd=3xIn tsd = 100ms I t =On Ii = 12 x In eingeschaltete I 2 t-funktion Allgemeine Angaben: Firma: Moeller Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: Netz: 400V / 50Hz 200ms 100ms 50ms 20ms 10ms 5ms 2ms 1ms k 1,2k 1,5k 2k 2,5k 3k 4k 5k 7k 10k 12k 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen. Auslösestrom [A] 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 I 2 t-funktion ist ein- und ausschaltbar. Sie verbessert die Selektivität mit Schmelzsicherungen. 13

14 F E D C B A Anlagenfunktionsschutz Anlagenschutz Betriebsmittelschutz Betriebsmittel-Basisschutz Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume Personenschutz Bild 10: Moeller stellt die unterschiedlichen Schutzsysteme der Niederspannungstechnik in einem Kegelmodell dar. Die Funktionen und Systeme des Anlagenfunktionsschutzes gehen über Funktionen der vorgestellten Leistungsschalter hinaus. Moeller löst diese Anforderungen beispielsweise mit dem einzigartigen Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON. 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 Kurzschluss-Selektivität wird durch umfangreiche Kurzschlussprüfungen im Prüflabor nachgewiesen. Für diesen Bereich sind Aussagen zur Selektivität in den Selektivitätstabellen im Moeller Hauptkatalog verbindlich. Die Kennlinie des jeweiligen Leistungsschalters endet mit dem, vom Gerätetyp und von der gewählten Bemessungsspannung abhängigen Wert des Grenzkurzschlussausschaltvermögens I cu. linien <> Curves mit einer geeigneten Software einzeln als PDF-Datei 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 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 Überlast-Selektivität 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 e d Einspeisung 1 Ende der neunziger Jahre wurde bei Moeller zur Darstellung der Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungstechnik das Kegelmodell der Schutzsysteme vorgestellt [9]. In mehreren Ebenen eines Kegels ordnet Moeller, entsprechend Bild 10, lange bekannte, sowie neuartige Schutzsysa 12. Selektivitätsprobleme lassen sich meistens durch eine andere Geräteauswahl oder manchmal durch geänderte Geräteeinstellung beseitigen (Bilder 8 und 9). Erweiterter Schutz im Grenzbereich a Master ARC-EM b Slave ARC-EL3 (für drei Liniensensoren ARC-SL..) c Linienförmiger Lichtsensor ARC-SL.. d Stromwandler e Löschgerät ARC-AT b b b Feld 1 Feld 2 Feld 3 Feld 4 Feld 5 Feld 6 Feld 7 Bild 11: Wenn die marktüblichen Leistungsschalter für die Verhütung von Störlichtbögen zu langsam 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. c 14

15 teme 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 Moeller mit einer neuen Technologie eine bis heute unangefochtene 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 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 erwähnt 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 Moeller diese schwierigen Aufgaben 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 der CurveSelect-Software. Verbindlich für die technischen Daten der beschriebenen Moeller Produkte ist der jeweils gültige Moeller Hauptkatalog (HPL). 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 Leistungsschalter-Auslöseelektronik und der Kennlinien-Software, den Herren Gerd Schmitz und Alexander Zumbeck, sowie Herrn Udo Theis vom Leistungsschalter-Produktsupport. Literatur: [1] Wolfgang Esser Hauptanwendungsgebiete von Leistungsschaltern Elektropraktiker, Huss-Medien GmbH Berlin, ep Heft [2] IEC / EN , modifiziert, bzw. DIN VDE * Klassifikation VDE 0100 Teil 410 Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V, Teil 4: Schutzmaßnahmen, Kapitel 41: Schutz gegen elektrischen Schlag (1992, 1997), Deutsche Fassung HD S2 (1996) und Entwurf A1 und Entwurf [3] Wolfgang Esser, Schalt- und Schutzgeräte in Maschinensteuerungen Elektropraktiker, Huss-Medien GmbH Berlin, ep Heft [4] IEC / EN , DIN VDE 0113 Teil 1 Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen (IEC 204-1: Corrigendum 1998) und Entwurf [5] Wolfgang Esser, Kommunikation bei Leistungsschaltern immer wichtiger Elektropraktiker, Huss-Medien GmbH Berlin, ep Heft , Sonderdruck VER D, Moeller GmbH [6] IEC / EN , DIN VDE 0660 Teil 100 "Niederspannungs- Schaltgeräte, Teil 1, Allgemeine Festlegungen" (1992, 2003) [7] IEC / EN , VDE 0660 Teil 101 Niederspannungs-Schaltgeräte, Teil 2: Leistungsschalter" (2004) [8] IEC / EN , DIN VDE 0660 Teil 102 "Niederspannungs- Schaltgeräte, Teil 4-1: Elektromagnetische Schütze und Motorstarter" (2003, 2004) [9] Wolfgang Esser Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungs-Technik Das Kegelmodell der Schutzsysteme TB D oder GB (englisch) Moeller GmbH, Bonn, 1998 [10] Peter-Lorenz Könen, Dr. H. Schäfer Störlichtbogenschutz in der Niederspannung eine Herausforderung in der Schutztechnik VER 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 Moeller GmbH, Bonn, 2003 [13] Produktinformation ARCON - der blitzschnelle Airbag für Ihre Schaltanlage W D Article No Moeller GmbH, Bonn