4.10 Schutz gegen Auswirkungen von Überströmen

Transkript

1 4.9 Schutz gegen Auswirkungen von Überströmen 131 Ziel ist es, Kabel/Leitungen und Betriebsmittel gegen zu hohe Erwärmung durch ihre Lastströme und die dann möglichen Folgen (Entzündungen, Brände, Verbrennungen, Funktionsversagen) zu schützen. Das Prinzip des Schutzes besteht im Koordinieren der zu einem Stromkreis gehörenden elektrischen Betriebsmittel mit der Schutzeinrichtung, die bei zu hohen Strömen abschaltet. Bei der Wiederholungsprüfung ist durch Besichtigen festzustellen, ob die Koordination der Betriebsmittel bezüglich des Schutzes bei Überlast und bei Kurzschluss noch besteht (Bild 4.21) und ob sich die Schutzeinrichtungen in einem ordnungsgemäßen Zustand befinden. Es gehört nicht zur Wiederholungsprüfung nachzurechnen, ob die Schutzeinrichtung unter Beachtung der Art der Verlegung, der Häufung usw. einen ordnungsgemäßen Schutz gewährleistet. Das kann vorausgesetzt werden, sich die Anlage insgesamt in einem normengerechten Zustand befindet und beim Besichtigen keine Veränderungen gegenüber dem Originalzustand erkennbar sind. Hausanschluss Kurzschlussfestigkeit der Betriebsmittel Nennschaltvermögen der Schutzeinrichtung 6 ka oder 10 ka 10 ka Zählerplatz 25 ka Stromkreisverteiler 25 ka NH-Sicherung mit bis zu 50 ka Bild 4.21 Koordinierung des Kurzschlussschutzes in einer Installationsanlage

2 132 4 Schutzmaßnahmen, Verfahren der Wiederholungsprüfung Überlegungen zur Prüfung 1. Ergibt das Besichtigen (Bild 4.22) z.b., dass in Kanäle zusätzliche Leitungen eingebracht wurden, so ist dem Betreiber gegebenenfalls zu empfehlen, eine Nachrechnung entsprechend DIN VDE und -520 vorzunehmen ( Bild 5.3). 2. Zu kontrollieren ist auch, ob sich Abweichungen von dem im Bild 4.21 dargestellten Grundprinzip der Kurzschlussfestigkeit durch unsachgemäße Änderungen oder eine Erhöhung der Kurzschlussleistung durch das EVU ergeben haben. Möglich ist bei älteren Anlagen, dass die eingesetzten LS-Schalter nicht das ausreichende Nennschaltvermögen von 6 (10) ka aufweisen. Wird Derartiges festgestellt, so ist das zu dokumentieren und dem Betreiber eine Veränderung zu empfehlen ( Bild 5.3). 3. Der Nachweis der Wirksamkeit des Kurzschlussschutzes durch Messen des Innenwiderstands/Kurzschlussstroms ( Bild 4.10) ist nicht notwendig ( H 02), jedoch sinnvoll. 4. Die ordnungsgemäße Funktion der Überstromschutzeinrichtungen in Installationsanlagen kann innerhalb der Wiederholungsprüfung nicht vollständig nachgewiesen werden. Die dazu nötigen Messungen (Spannungsfall, Auslösezeit) sind zu aufwändig. Beim Besichtigen ist auf Anzeichen von Funktionsmängeln [Verfärbung, zu hohe Eigentemperatur ( Abs ), mechanischer Defekt usw.] zu achten und in Zweifelsfällen das Auswechseln zu fordern. 5. Beim Beurteilen der Temperaturen eines Leiters oder einer Klemmstelle muss der zeitliche Ablauf der Belastung/Erwärmung berücksichtigt werden. Es kann sinnvoll sein, die Wiederholungsprüfung zum Zeitpunkt der höchsten Belastung vorzunehmen, d. h. im Wohnbereich am Winterabend, in gewerblichen Bereichen 2 bis 3 Stunden nach Betriebsbeginn. 6. Besondere Aufmerksamkeit verdient die Belastung des Neutralleiters und das besonders, er einen geringeren Querschnitt als die Außenleiter aufweist. Befinden sich in der zu prüfenden Anlage Geräte/Maschinen, deren Betrieb Oberschwingungen zur Folge hat (Wechselrichter usw.), so führt der Neutralleiter die sich addierenden Oberschwingungen (150 Hz) der Ströme in den Außenleitern und kann somit überlastet werden. Hinzu kommt möglicherweise noch der Ausgleichstrom einer unsymmetrischen Lastverteilung. In diesen Fällen ist es unbedingt notwendig, den im Neutralleiter fließenden Strom und seine Oberschwingungsanteile mit einer geeigneten Strommesszange ( Bild 13.31) zu messen oder diese zu-

3 133 mindest abzuschätzen ( Bild 4.28). Wird eine Überlastung des Neutralleiters festgestellt, so muss der Betreiber sofort über die notwendige Veränderung der Betriebsführung und die gegebenenfalls durchzuführenden Veränderungen der Anlage (Erhöhung des Leitungsquerschnitts, veränderte Lastzuordnung, Einsatz eines Netzfilters) informiert werden [3.80]. 7. Bei allen Überlegungen ist mit zu bedenken, dass die Vorgaben in den VDE-Bestimmungen für den Schutz gegen elektrischen Schlag und bei Überstrom nur den Fall des satten, d. h. widerstandslosen Kurzschlusses berücksichtigen. Entsteht ein widerstandsbehafteter Schluss, so ist das rechtzeitige, d. h. vor einer zu hohen Erwärmung erfolgende, Abschalten durch Überstromschutzeinrichtungen nicht mit Sicherheit gewährleistet. Dieses Restrisiko kann nur für den Fall eines Schlusses zwischen einem aktiven Leiter und dem Schutzleiter (PE/E) und dann durch den Einsatz eines Fehlerstromschutzeinrichtungs beseitigt werden [4.6]. Weitere Informationen: VdS-Richtlinien, [4.5], [4.9], [4.16], [4.23], [4.26], [4.70], [4.74] Prüfen 1. Besichtigen Entsprechend Tabelle 4.4 unter besonderer Beachtung etwaiger Veränderungen der Leitungsführung, zusätzlich gelegter Leitungen, zusätzlicher Abdeckungen, Erwärmung durch fremde Systeme, Verschmutzungen auf Leiterbahnen und in Kanälen. Vorhandensein der Selektivität (Stichproben) (Bild 4.23) Anzeichen von Mängeln bzw. Überbeanspruchungen an den Überstromschutzeinrichtungen ( Verfärbung, hohe Erwärmung, Verformung) Vorhandensein von Passringen (Stichproben) Richtige Zuordnung der Charakteristik der LS-Schalter und Schmelzsicherungen zu den Verbrauchsgeräten Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Auslösung bei Überlast ( H 03) Bauliche Veränderungen, die sich auf die Abführung der Verlustwärme der Kabel und Leitungen auswirken Vorhandensein von Verbrauchern/Maschinen, die Oberschwingungen zur Folge haben 2. Messen Fund Erproben Temperaturkontrolle mit der Hand (Arbeitsschutz!) oder geeigneten Messgeräten an den Überstromschutzeinrichtungen (Stichproben) Erproben der mechanischen Funktion der Überstromschutzeinrichtungen (Stichproben) Messen des Stroms im Neutralleiter ( Bild 4.28) Dokumentieren Messwerte ( Bild 5.3b, 5.2c) festgestellte Mängel ( Bild 5.3d) Bild 4.22 Prüfprogramm Schutz gegen Überstrom

4 134 4 Schutzmaßnahmen, Verfahren der Wiederholungsprüfung a) Si 1 Si 2 Selektivität ist ausreichend I N1 1,6 I N2 ist noch sicherer I N1 2,0 I N2 b) Si 1 LS 2 Selektivität ist vorhanden (außer bei hohen Kurzschlussströmen) I N I N (in jedem Fall gilt: I N2 = max. 100 A) Bild 4.23 Bedingungen für das Vorhandensein der Selektivität zwischen hintereinander geschalteten Überstromschutzorganen Erläuterungen zum Bild 4.22 Allgemeines Das dargestellte Prüfprogramm enthält alle Schwerpunkte der Prüfung. Im Wesentlichen können die aufgeführten Prüfschritte mit dem ersten Besichtigen der Anlage ( Tabelle 4.4) und den Temperaturmessungen nach Abschnitt 4.9 erfolgen. Das Messen des Neutralleiterstroms sollte zusammen mit den Messungen der in den Potentialausgleichsleitern fließenden Ströme vorgenommen werden, da die gleichen Messmittel (Strommesszangen) verwendet werden müssen. Vor dem Beginn der Prüfung ist erforderlich: Klären, ob Verbrauchsgeräte/Maschinen vorhanden sind, die das Netz mit Oberschwingungen belasten und zu welchen Zeiten diese Geräte/Maschinen mit der höchsten Last betrieben werden. Feststellen, ob sich im Bereich der zu prüfenden Anlage oder im Bereich ihrer vorgeordneten Versorgung so genannte Leiter-Kabel befinden, die durch unsymmetrische Außenleiterströme oder die Oberschwingungen (150 Hz) des Neutralleiterstroms überlastet werden können [4.23]. Klären, ob beim Betrieb der Anlage oder einzelner Stromkreise Abschaltungen durch zu hohe Auslastung oder nicht erkannte Ursachen erfolgen. Durchführen der Prüfung Das Besichtigen zum Ermitteln von Mängeln und Veränderungen sollte gemeinsam mit den erforderlichen Strommessungen ( Bild 13.31) und Temperaturmessungen ( Bild ff.) erfolgen. Protokollieren Alle Mängel, die zu einer übermäßigen Erwärmung führen können, und gegebenenfalls die gemessenen Ströme [auch im Neutralleiter, ( H 03)] sowie die Temperaturen der Klemmen/Betriebsmittel/Leiter sind aufzuführen ( Bild 5.3). Achtung Arbeitsschutz! Um die Neutralleiterströme und die Temperaturen der LS-Schalter messen zu können, müssen die Abdeckungen entfernt werden. Unabhängig von der Art der Messeinrichtung ergibt sich damit immer ein Arbeiten an bzw. in der Nähe unter Spannung stehender Teile.

5 135 Hinweise zum Überstromschutz H 01 Leitungsschutzschalter mit L-Charakteristik In Anlagen, die vor etwa 1990 errichtet worden sind, werden noch LS-Schalter mit der so genannten L-Charakteristik oder der H-Charakteristik (sofortige Auslösung bei I > 3 I N ) vorhanden sein. Diese Schutzgeräte werden nicht mehr hergestellt und dürfen für neue Anlagen auch nicht mehr verwendet werden. Eine Anpassung wird nicht gefordert. Nunmehr sind LS-Schalter mit der B- Charakteristik einzusetzen. Der Nachteil der L- und der H-Charakteristik ist, dass bei geringer Überlast (etwa bis 1,5 I N ) keine Abschaltung erfolgt, sodass Stromkreise mit einer ständigen Belastung bis zu dieser Höhe thermisch nicht ausreichend geschützt sind und die Leitungen dadurch übermäßig altern. Bei der B-Charakteristik reicht dieser schlecht geschützte Bereich nur bis etwa 1,13 I N. Bei der Wiederholungsprüfung ist zu kontrollieren, ob die Auslastung der betreffenden Stromkreise das Auswechseln der LS-Schalter mit L- oder H-Charakteristik erforderlich macht. H 02 Nachweis des Kurzschlussschutzes durch eine Messung Eine messtechnische Kontrolle der Funktion des Kurzschlussschutzes kann durch die Messung des Netz-Innenwiderstands bzw. des Kurzschlussstroms erfolgen ( Bild 4.10). Wie beim Nachweis der Abschaltbedingung der Schutzmaßnahme gegen elektrischen Schlag (TN-/TT-System mit Überstromschutzeinrichtung) muss der gemessene Kurzschlussstrom größer sein als der Auslösestrom der Überstromschutzeinrichtung (30% Zuschlag beachten). Da die Widerstände des Neutral- und des Schutzleiters praktisch gleich groß sind, wird mit dem Nachweis der Abschaltbedingung der Schutzmaßnahme nach Bild 4.10 auch die ordnungsgemäße Funktion des Kurzschlussschutzes nachgewiesen. An die Zweckmäßigkeit der Messung des Netz- Innenwiderstands zum Nachweis des ordnungsgemäßen Zustands des Neutralleiters sei erinnert. H 03 Erwärmung und Auslösestrom Das ordnungsgemäße Auslösen eines LS- Schalters durch den thermischen Auslöser (Bimetall) erfolgt bei dem vorgegebenen Nenn-Auslösewert in der durch die Charakteristik vorgegebenen Zeit (B-Charakteristik: bei 1,13 I N in 1h), der LS-Schalter die vom Hersteller genannte Betriebstemperatur (z. B. 35 C) angenommen hat. Wird der betreffende Schalter durch neben ihm angeordnete LS-Schalter oder auf andere Weise von außen zusätzlich erwärmt, erfolgt das Auslösen bereits bei geringeren Stromwerten, mit denen die zu schützende Leitung noch nicht ausgelastet ist. Eine ähnliche Abweichung ergibt sich, die zu schützenden Leitungen durch Umgebungseinflüsse zusätzlich erwärmt werden, der Verteiler mit den LS-Schaltern sich jedoch in einem kühlen Raum befindet. Dann erfolgt das Auslösen erst bei Strömen, die über den Temperaturgrenzwerten ( Tabelle 4.11) der zu schützenden Leitung liegen. Derartige Fälle einer falschen Planung sind zwar selten, haben aber schon zu Ausfällen und Schäden geführt.