WANDEL DER ELEKTROTECHNIK

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1 WANDEL DER ELEKTROTECHNIK OHNE STROM GEHT AUCH IN DER DIGITALEN WELT NICHTS Begriffe, Charakteristiken, Bauarten und Typen von Schmelzsicherungen, FI-Schutzschaltern, Leitungsschutzschaltern, Überspannungsableiter sowie Kabel und Leitungen in Betrachtung zum Schutz von Personen und Geräten mit Information über Abschaltbedingungen, insbesondere über Änderung 4 aus der ÖNORM/ÖVE E

2 TOP TECHNIK TOP INFORMATION SCHRACK TECHNIK ist Marktführer im Bereich Energie- und Datentechnik und bietet optimierte, aufeinander abgestimmte Systeme und Lösungen für den Privat-, Gewerbeund Industriebereich. In dieser Broschüre finden Sie Interessantes und Wissenswertes zum Thema Entwicklung der Elektrotechnik von den Anfängen bis hin zu einer Vorschau auf die Zukunft. ENERGIETECHNIK Gehäuse und Schränke für die Energieverteilung, Schutzschaltgeräte Reiheneinbau, Steuer-, Schalt-, Melde- und Zusatzgeräte Reiheneinbau, Überspannungsschutz, Sicherungsmaterial, Anschluss- und Verlegetechnik INDUSTRIE UND SCHALTTAFELBAU Relais, Trafos und Netzgeräte, Messen und Zählen, Leistungsschalter und Lasttrennschalter, Schütze und Motorschutzschalter, Hauptschalter, Befehls- und Meldegeräte GEBÄUDEINSTALLATIONSTECHNIK Flächenschalter, Installationsmaterial, Gebäudesystemtechnik, Sprechanlagen und Zutrittskontrolle SICHERHEITSBELEUCHTUNG UND ANLAGENTECHNIK Sicherheitsbeleuchtung, Anlagentechnik, USV-Anlagen, Kompensationsanlagen, CO-Anlagen NETZWERKTECHNIK Kupferverkabelung, LWL-Verkabelung, Aktive Komponenten, Netzwerkschränke, Rechenzentrum-Verkabelung KABEL UND LEITUNGEN PVC-Ader-, Mantel- und Schlauchleitungen, PVC-Steuerleitungen, Fern- und Brandmeldekabel, Starkstromkabel, Koaxialkabel, Industriekabel, Elektronikleitungen LICHTTECHNIK Innen- und Außenleuchten, technische Leuchten, Dekorationsleuchten, Sonderleuchten, Leuchtmittel 2

3 INHALT SEITEN EINE HELDENGESCHICHTE 4 AUSWIRKUNGEN DES ELEKTRISCHEN STROMS AUF DEN MENSCHEN 6 VERUNREINIGUNG DER STROMNETZE DURCH ELEKTRONIK 7 SCHMELZSICHERUNGEN 8 DIE GESCHICHTE 8 DAS PRODUKT 9 DIE NORM 10 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER 14 DIE GESCHICHTE 14 DAS PRODUKT 15 DIE NORM 18 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER 23 DIE GESCHICHTE 23 DAS PRODUKT 23 DIE NORM 29 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER 32 DIE GESCHICHTE 32 DAS PRODUKT 34 AUSWAHL DER RICHTIGEN ABLEITER 37 KABEL UND LEITUNGEN 39 DIE GESCHICHTE 39 DAS PRODUKT 40 BEISPIELE FÜR KABELTYPEN UND DEREN BEVORZUGTE ANWENDUNG 43 DIE NORM 44 ZUSAMMENFASSUNG 48 3

4 EINE HELDENGESCHICHTE Das wohl bekannteste und spektakulärste natürliche Auftreten von Elektrizität ist der Blitz. Blitze waren die erste Erfahrung der Menschen mit Elektrizität. Dabei entladen sich hohe, durch Reibung in den Gewitterwolken aufgebaute elektrostatische Ladungen (Reibungselektrizität). Im Verlauf einer solchen Entladung werden sowohl positiv wie auch negativ geladene Teilchen bewegt. Die technische Nutzung des elektrischen Stromes begann in der Mitte des 19. Jahrhunderts mit der Telegrafie und der Galvanik. Für diese Anwendungen reichte zunächst die Leistung von Batterien aus. Mit der Entwicklung größerer Einheitsleistungen von Generatoren, e e Transformatoren ato und Abnehmeranlagen e age verlagerten sich die Standorte der Energieerzeugungsanlagen in die Nähe der primären Energiequellen. Gleichzeitig gewann der Transport elektrischer Energie quantitativ und Dadurch die Höhe der Übertragungsspannung an Bedeutung. Anfang des 20. Jahrhunderts kam die erste 110 kv Leitung zum Einsatz, der rasch eine 220 kv Leitung folgte. Die Ära der Höchstspannungsleitungen mit 380 kv begann erst ab

5 EINE HELDENGESCHICHTE Aus unserem Alltag ist Elektrizität nicht mehr wegzudenken, was den Menschen meistens erst bei Ausfällen von Versorgungsnetzen wieder bewusst wird. Seit über einem Jahrhundert bestimmen Anwendungen von Elektrizität, wie Licht, Wärme und Kraft mehr und mehr das menschliche Leben. Eine ständig wachsende Bedeutung erlangt diese Elektrizität heute in der Kommunikations- und Informationstechnologie. Spannung, Strom und Zeit miteinander multipliziert ergeben bei ohmschen Lasten die elektrische Energie: Elektrizität ist von der vorhandenen elektrischen Energie abhängig, wobei die Auswirkungen von Elektrizität ität mit steigender Energie ebenfalls steigen können. Piezoelektrische Zünder, zum Beispiel für Feuerzeuge oder Gasherde, erzeugen hohe Spannungen (zirka 2000 Volt), sind jedoch wegen der geringen Stromstärke und der geringen Zeit des Stromflusses nahezu unschädlich. Elektrizität hat je nach Stärke unterschiedliche Auswirkungen auf den menschlichen Körper. Entscheidend für die Auswirkung ist die Stärke der Durchströmung in der Maßeinheit A (Ampere) und die Zeitdauer des Stromflusses. Starke und anhaltende Durchströmungen, insbesondere bei Wechselstrom, ab zirka 30 Milliampere können gefährlich sein und tödlich wirken. 5

6 EINE HELDENGESCHICHTE AUSWIRKUNGEN DES ELEKTRISCHEN STROMS AUF DEN MENSCHEN Bei Wechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz kann der Strom ab 0,5 ma wahrgenommen werden. Ab 10 ma kommt es zu Krampfwirkung und zu Beschwerden der Atmung. Ein Loslassen ist durch die Krampfwirkung kaum mehr möglich. Bei ca. 50 ma wird die Herzkammerflimmer-Schwelle überschritten, wodurch Lebensgefahr gegeben ist. Natürlich ist die Zeitkomponente stets ein wichtiger Faktor bei der Gefahr, wie man der nachfolgenden Grafik entnehmen kann: Fehlerstromschutzschalter Der tödliche Ausgang von Elektrounfällen wird vor allem durch Herzkammerflimmern verursacht. Das durch elektrische Reize verursachte Flimmern bewirkt das Auflösen der synchronen Tätigkeit der Herzkammerwände, einzelne Muskelpartien kontraktieren unkoordiniert und der Blutkreislauf bricht zusammen. Durch die Auslösekurve eines FI- Schalter mit I n 30 ma ist mit größtmöglicher Sicherheit ein Auslösen vor Eintritt in den Flimmerschwellenbereich bei einem gesunden Menschen anzunehmen. 6

7 EINE HELDENGESCHICHTE VERUNREINIGUNG DER STROMNETZE DURCH ELEKTRONIK In der Vergangenheit waren zumeist rein ohmsche Lasten, wie zum Beispiel Glühlampen, Herde oder Heizungen, die Verbraucher im Haushalt. Dies hat sich im Wandel der Zeit verändert. Es wurden immer mehr nicht lineare Lasten, wie Schaltnetzteile zum Beispiel für Computer, Flatscreens, TV-Geräte, Monitore, Stromsparlampen, Lichtdimmer oder frequenzgesteuerte Drehzahlregler usw. eingesetzt. Dadurch kommt es vermehrt zu Verunreinigungen (Verzerrungen Oberwellen) in Stromnetzen, auch in heutigen Haushalten. Aufgrund dieser Erkenntnisse entwickelte sich weltweit ein Sicherungskonzept, an dem SCHRACK TECHNIK maßgeblich beteiligt ist: Von der Schmelzsicherung bis zum Fehlerstromschutzschalter, Sicherungsautomaten sowie Blitzstrom- und Überspannungsableiter schützen SCHRACK Produkte durch den professionellen Einsatz Mensch, Tier und Geräte. 7

8 SCHMELZSICHERUNGEN Eine Schmelzsicherung ist eine Überstromschutzeinrichtung, die einen Stromkreis bei Überstrom durch die thermische Wirkung des Stroms unterbricht und dadurch Schutz bietet. DIE GESCHICHTE Um eine Nutzbarkeit der elektrischen Energie für die Allgemeinheit zu ermöglichen, wurde 1890 von W. M. Mordey eine Hochleistungssicherung patentiert, die einen Schmelzleiter, umgeben von körnigem Löschmittel (z.b. Sand) gefüllten Gehäuse, nutzt. Dies ist das Prinzip, auf dem die heutige Schmelzsicherung beruht. Etwas sperrig wird mit Sicherungen mit Sicherungseinsätzen mit Messerkontaktstücken in der internationalen Norm die NH (Niederspannungs-Hochleistungssicherung) bezeichnet, was vor allem auf das hohe Ausschaltvermögen von bis zu 100 ka zurückzuführen ist. Die NH-Lasttrennschalter brachten hier im Gegensatz zu den NH- Unterteilen eine wesentliche Erleichterung in der Bedienung und an Sicherheit. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde eine runde Schraubsicherung mit dem Namen Diazed entwickelt. Der Vorteil dieser war die einfache Handhabung und das günstige Preis- Leistungsverhältnis. Die normmäßige Type lautet für diese Sicherung D. Es folgten in den 1960er Jahren die kompakteren Neozed -Sicherungen. Nach der Norm EN werden diese Sicherungen mit Typ D0 (D-Null) bezeichnet. Diazed und Neozed sind Herstellerbezeichnungen, die aber im heutigen Sprachgebrauch nicht wegzudenken sind. D Sicherungen Typ Gewinde Nennströme Schaltvermögen Nennspannung D II E27 2 A bis 25 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 500 V, DC 500 V D III E33 35 A bis 63 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 500 V, DC 500 V D IV G 1 ¼ 80 A und 100 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 500 V, DC 500 V D0 Sicherungen Typ Gewinde Nennströme Schaltvermögen Nennspannung D01 E14 2 A bis 16 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 400 V, DC 250 V D02 E18 20 A bis 63 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 400 V, DC 250 V D03 M 30x2 80 A und 100 A AC 50 ka, DC 8 ka AC 400 V, DC 250 V 8

9 SCHMELZSICHERUNGEN Vorteile einer Schmelzsicherung Einfache Selektivität Hohes Schaltvermögen Sichtbare Trennstrecke Strombegrenzung Außerdem ist durch Austausch der Patrone das Sicherungselement neuwertig. Das sind die Gründe, weshalb der ältesten Sicherung auch heute noch oftmals der Vorzug gegeben wird. DAS PRODUKT 9

10 SCHMELZSICHERUNGEN Höchstwerte te der Bemessungsströme essu e von NH-Sicherungen Baugröße gg AC 400V I n AC 500V I n AC 690V I n A 100 A 63 A A 160 A 100 A A 160 A 100 A A 250 A 200 A A 400 A 315 A A 630 A 500 A A 800 A 4a 1250 A 1250 A 1000 A DIE NORM Kennlinien der Schmelzsicherungen nach IEC NH-Sicherungen und D0-Sicherungen sind eigentlich im deutschsprachigen Gebiet entstanden, wodurch die Bezeichnungen auch deutschsprachig gehalten sind. Der 1. Buchstabe zeigt den Ausschaltbereich der Sicherung g = Ganzbereichsschutz Diese Sicherungen decken nicht nur den Kurzschluss-Schutz ab, sondern lösen auch bei geringerem g Überstrom nach einer definierten Zeit aus. a = Teilbereichssicherungen Diese Sicherungen decken nur einen von der Anwendung abhängigen Teilbereich ab, z.b. Kurzschlussauslösung als Back-Up-Absicherungen für Motorstromkreise. Der 2. Buchstabe zeigt die Charakteristik der Sicherung G = Kabel- und Leitungsschutz (ehemals L) M = Schaltgeräteschutz R = Halbleiterschutz 10

11 SCHMELZSICHERUNGEN CHARAKTERISTIKEN UND DEREN EINSATZMÖGLICHKEITEN Betriebsklasse Anwendungsgebiet (Charakteristik) gg am gr ss ar gtr Ganzbereichssicherung für allgemeine Anwendungen, hauptsächlich Kabel und Leitungsschutz Teilbereichssicherung für den Kurzschluss Schutz von Motorstromkreisen Ganzbereichssicherung für den Schutz von Halbleiterbauelementen (flinker als gs) Ganzbereichssicherungen für den Schutz von Halbleiterbauelementen, für erhöhte Leistungsauslastung Teilbereichssicherung für den Kurzschluss Schutz von Halbleiterbauelementen Ganzbereichssicherungen für den Transformatorenschutz, Bemessung in Transformator Scheinleistung (kva) statt Nennstrom (A) Veraltete Bezeichnungen gl veraltete VDE Betriebsklasse ersetzt durch gg gt veraltete VDE Betriebsklasse (Träge) ersetzt durch gg gf veraltete VDE Betriebsklasse (Flink) ersetzt durch gg gi veraltete IEC Betriebsklasse (Träge) ersetzt durch gg gii veraltete IEC Betriebsklasse (Flink) ersetzt durch gg 11

12 SCHMELZSICHERUNGEN Die meist eingesetzten Schmelzsicherungen sind gg (ehemals gl) zum Schutz von Kabel und Leitungen. Das Prüfverfahren der Schmelzsicherungen ist jedoch nicht mit der von Schutzschaltgeräten, wie zum Beispiel Sicherungsautomaten zu vergleichen. Laut Norm werden die Schmelzsicherungen der Charakteristik gg Sicherungen mit dem großen Prüfstrom 1,6 I n geprüft. Das ist der obere Grenzwert des Auslösebereichs nach 60 Minuten. Ein Beispiel Eine 25 A D02 Sicherungspatrone, Charakteristik gg kann maximal 40 A (25 A x 1,6) bis zu einer Stunde lang führen. Leitungen sind bis zu 45% überlastbar, weshalb die Überstromschutzeinrichtung bei 1,45fachen Nennstrom nach mehr als 60 Minuten auslöst. Die heutigen D-Sicherungen >10 A Nennstrom und NH-Sicherungen >16 A erfüllen dies. Durch die Reduktion des Leiters in einer Schmelzsicherung entsteht im Normalbetrieb Wärme. Dies führt zu thermische Belastungsfaktoren in Verteilungen, weshalb Belastungsfaktoren einzuhalten sind. Zahl der Stromkreise Belastungsfaktor , , ,7 10 0,6 Selektivität Selektivität bietet die optimale Lösung für den Schutz bei gleichzeitig höchster Anlagenverfügbarkeit. In diesem Fall wird lediglich das Schutzelement abgeschaltet, das dem Fehler am Nächsten ist. Dadurch wird nur der kleinstmögliche Teil der Anlage abgeschaltet, alle anderen Anlagenteile bleiben damit auch weiterhin verfügbar. Mit Schmelzsicherungen der gleichen Kennlinie ist eine Selektivität einfach zu ermitteln. 12

13 SCHMELZSICHERUNGEN Abschaltoszillogramm einer Schmelzsicherung (Begrenzung des Kurzschlussstromes) Ist die Schmelzzeit der vorgeschaltenen Schmelzsicherung größer als die Ausschaltzeit t A der nachgeschaltenen Schmelzsicherung, so ist die Selektivität zwischen den Sicherungen erreicht. Am einfachsten ist die Selektivität durch das Verhältnis 1:1,6 über den kompletten Bereich zwischen den Schmelzsicherung en der Kennlinie gg zu realisieren. Schmelzsicherungen 13

14 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Ein Fehlerstromschutzschalter, FI-Schutzschalter, FI-Schalter oder RCCB (Residual Current Operated Circuit Breaker) ist eine Schutzeinrichtung unter anderem für den Fehler- und Zusatzschutz in Stromnetzen. DIE GESCHICHTE Das Prinzip des Differentialschutzes mit Erfassung des Fehlerstromes durch einen Ringstromwandler war in der Hochspannungstechnik bereits seit längerem bekannt, als es auch für die Schutzschaltung in Niederspannungsanlagen vorgeschlagen wurde. Interessanterweise war es sofort für den Schutz beim direkten Berühren aktiver Teile gedacht, welches auch aus der Patentschrift aus dem Jahre 1928 ersichtlich ist. In den folgenden Jahren wurde kaum an der Weiterentwicklung gearbeitet wurde ein Handmuster mit einem Summenstromwandler und einem polarisierten Relais mit einer Auslösestromstärke von 10 ma gebaut. Der Durchbruch im Bereich der Technik gelang Prof. Dr. Biegelmeier mit der von ihm entwickelten Energiespeicherschaltung. Die Schutzziele haben sich allerdings seither verändert. Zum ursprünglich angestrebten Brandschutz, der auch heute aktueller denn je ist, und durch den FI-Schutzschalter realisiert wird (auch in genullten Netzen), kam der indirekte Berührungsschutz. Durch den technischen Fortschritt bei der Herstellung der FI-Schutzschalter und durch die Erkenntnisse in Tests wurde auch der Einsatz des FI- Schalters für den direkten Berührungsschutz möglich brachte SCHRACK den ersten FI-Schalter in 45 mm Reiheneinbauform auf den österreichischen Markt. Anfang der 1980er Jahre kamen die ersten stoßstromfesten und 1987 die ersten G- (kurzzeitverzögerten) FI-Schutzschalter auf den Markt. 14

15 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER DAS PRODUKT Formen der Fehlerströme Die Kurvenform der Fehlerströme, die sich aus der Form des Laststromes ergibt, der wieder von der Art des Verbrauchers abhängig gg ist (ohmsche Verbraucher, Leistungselektronik, getaktete Netzteile), bestimmen die Sensitivität und die Anwendung der FI-Schutzschalter. Die Typen AC, A und B sind wie folgt definiert: Typ AC oder wechselstromsensitiv (IEC / EN 61008) Fehlerstromschutzschalter, bei dem die Auslösung bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen, die plötzlich oder langsam ansteigend auftreten, sichergestellt ist. Man spricht hier vom wechselstromsensitiven Typ AC Fehlerstromschutzschalter, wie er auch in Österreich standardmäßig eingesetzt wird. 15

16 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Typ A oder pulsstromsensitiv (IEC / EN 61008) RCCB, bei dem die Auslösung bei sinusförmigen Wechselfehlerströmen und pulsierenden Gleichfehlerströmen, die plötzlich oder langsam ansteigend auftreten, sichergestellt ist. Man spricht hier von pulsstromsensitiven Fehlerstrom- Schutzschaltern. Für Betriebsmittel mit eventuellen Gleichstromanteilen im Fehlerfalle (speziellen Waschmaschinen oder Elektronik) kommen auch pulsstromsensitive FI-Schalter Typ A zur Anwendung. 16

17 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Typ B oder allstromsensitiv Allstromsensitive FI-Schutzschalter sind zur Erfassung von Fehlerströmen, die vom Typ A nicht mehr wahrgenommen werden, einsetzbar. Sie bestehen aus einem netzspannungsunabhängigen Teil zur Erfassung von sinusförmigen i Wechselund pulsierenden Gleichfehlerströmen Typ A mit der Grundfrequenz 50 Hz sowie einem netzspannungsabhängigen Teil zur Erfassung von Fehlerströmen im pulsierendem Gleichstrombereich Gec beec (SCHRACK Type FID-B hat einen Frequenzbereich 0 Hz bis 1 MHz). Die Geräte sind für den Einsatz in ein- und mehrphasigen Wechselstromnetzen (z.b. bei Frequenzumrichtern) vorgesehen. Sie sind nicht zum Einsatz in Gleichstromnetzen bestimmt. 17

18 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER DIE NORM Gerätenorm IEC/EN Diese Norm beschreibt den Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter ohne eingebautem Überstromschutz (RCCBs), zum Beispiel für Hausinstallationen. Die Abkürzung RCCB kommt aus dem Englischen und bedeutet: Residual Current Operated Circuit Breaker. Die Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter mit eingebautem Überstromschutz (LS-FI-Schalter) werden in der Gerätenorm IEC/EN näher beschrieben. Nachstehende Anwendungsbereiche werden in der Norm erklärt: Zum Schutz gegen gefährliche Körperströme Zum Schutz von Personen bei indirektem Berühren Zum zusätzlichen Schutz bei Versagen der Schutzmaßnahme (I n <30 ma) Aber zum größten Teil finden sich in der IEC/EN Begriffsdefinitionen, Klassifikationen, charakteristische Eigenschaften, Normbeschriftungen, Anforderungen an die Konstruktion, Normbedingungen für den Betrieb und Prüfungen. 18

19 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Bauart G Gerätenorm ÖVE/ÖNORM E8601, Typ G Ein österreichisches Spezifikum stellt der G-Schalter dar, der durch die höhere Stoßstromfestigkeit und Kurzzeitverzögerung Fehlauslösungen minimiert und ebenfalls der Grundnorm IEC/EN entspricht. Der FI-Schutzschalter Bauart G muss beim 5fachen Nennfehlerauslösestrom I n eine Verzögerung von mindestens 10 ms haben. Weiters muss dieser Schalter, wie jeder FI-Schutzschalter, bei 5fachen I n innerhalb von 40 ms auslösen. Zusätzlich hat ein FI-Schutzschalter Bauart G eine Stoßstromfestigkeit von 3 ka (8/20 µs). Bei 1fachen I n muss der Auslösebereich zwischen 10 ms und 300 ms liegen. Normwerte der Nichtauslösezeiten (s) bei Fehlerströmen (I ) gleich: Typ I n I n A A I n 2 I n 5 I n G jeder Wert jeder Wert 0,01 0,01 0,05 Kürzeste Nichtauslösezeiten Es werden zum Teil auch Schalter mit dem Kennzeichen K (kurzzeitverzögert) angeboten. Diese können jedoch unterschiedlich h zu Geräten der Bauart G sein. 19

20 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Bauart S oder selektiv Ein FI-Schutzschalter der Bauart S muss eine Auslöseverzögerung von 40 ms vorweisen und muss bei 5fachen I n innerhalb von 150 ms auslösen. Zusätzlich muss der selektive FI-Schutzschalter eine Stoßstromfestigkeit von 5 ka (8/20 µs) aufweisen. Bei 1fachen I n ist der Auslösebereich zwischen 130 ms und 500 ms. In der ÖVE/ÖNORM E Abschnitt 12 wird die Anwendung der FI- Schutzeinrichtung geregelt Bei Serienschaltung von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, z.b. für den Fehlerschutz und den Zusatzschutz, sind folgende Bedingungen einzuhalten: (1) Die Auslösekennlinien von zwei in Serie geschalteten Fehlerstrom- Schutzeinrichtungen müssen so aufeinander abgestimmt sein, dass ein Fehler in einem durch diese Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen geschützten Anlagenteil nicht zum Auslösen jener Fehlerstrom- Schutzeinrichtung führt, die netzseitig vorgeschaltet ist. (2) Bei zwei in Serie geschalteten Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen ist dies sichergestellt, wenn eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung h t i ht der Bauart stoßstromfest-selektiv (S) einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung üblicher Bauart oder der Bauart G vorgeschaltet ist und der Nennwert des Auslösefehlerstromes I n1 der vorgeschalteten Fehlerstrom- Schutzeinrichtung mindestens dreimal so groß ist, wie der Nennwert des Auslösefehlerstromes I n2 der nachgeschalteten Fehlerstrom- Schutzeinrichtung Für Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen der Bauart S oder mit einstellbarer Ausschaltzeit gemäß muss der Nennfehlerstrom I n 0,1 A sein. Ebenso sind die Normwerte der Abschalt- und Nichtauslösezeiten reglementiert und in nachfolgender Tabelle e ersichtlich: c Normwerte der Abschaltzeit (s) und der Nichtauslösezeit (s) bei Fehlerströmen (I ) gleich: I n I n Typ A A I n 2 I n 5 I n allgemein jeder Wert jeder Wert 0,30 0,15 0,04 Höchstzulässige Abschaltzeiten S 25 > 0, , , ,15 Höchstzulässige Abschaltzeiten 0,13 0,06 0,05 Kürzeste Nichtauslösezeiten 20

21 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Thermische Vorsicherung von FI-Schutzschaltern Wie schon zuvor erwähnt, ist der große Prüfstrom bei Schmelzsicherungen der Charakteristik gg der 1,6fache Nennstrom. Das bedeutet, dass z.b. eine 35 A D02 Patrone einen Strom von 56 A (35 A x 1,6 = 56 A) führen kann, ohne auszulösen. Deshalb muss der FI-Schutzschalter auf diese Werte ausgelegt werden. In der ÖNORM/OVE E unter Punkt wird darauf hingewiesen, dass der FI- Schutzschalter gegen thermische Überlast und gegen Kurzschluss zu schützen ist. Hier sind die Angaben des Herstellers, wie bei SCHRACK üblich, zu beachten. Fehlt diese Angabe, so muss der Nennstrom des FI-Schutzschalters größer/gleich dem großen Prüfstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung sein. SCHRACK bietet auch spezielle vorsicherungsfeste Typen an: SCHRACK FI PRIORI Innovation hat Priorität Diese netzspannungsunabhängigen FI-Schutzschalter können als Fehler- und Zusatzschutz gemäß Errichtungsbestimmungen eingesetzt werden. SCHRACK PRIORI warnt vor Fehlerströmen, die durch defekte Geräte wie z.b. Kühlschrank, Waschmaschine, E-Herd, Bügeleisen, Geräte mit Schaltnetzteilen (z.b. PC, LCD-TV) usw. verursacht werden. Bevor der FI unerwartet auslöst, visualisiert dieser den Level des Fehlerstromes, damit einer Auslösung vorgebeugt werden kann. Zusätzlich zeigt SCHRACK PRIORI erhöhten Fehlerstrom, verursacht durch Beleuchtung, Netzteile usw. an, um einer Auslösung und dadurch Datenverlust oder Ausfallzeiten vorzubeugen. So werden z.b. Norm- und Vorzugswerte u.a. für den Nennstrom, Fehlerstrom und Frequenz angegeben: A I n I n I no 0,01-0,03-0,1-0,3-0,5 A 0,5 I (Nichtauslösefehlerstrom) Vorzugswert der Bemessungsfrequenz ist 50 Hz Umgebungstemperatur -5 C bis +40 C / -25 C bis +40 C 21

22 FEHLERSTROMSCHUTZSCHALTER Zusatzschutz durch Fehlerstrom-Schutzschalter mit I n 30 ma n In der ÖVE/NORM E / 6 wird der Zusatzschutz geregelt: Stromkreise mit Steckvorrichtungen bis 25 A Nennstrom sind bei Anwendung der Maßnahmen des Fehlerschutzes Schutzerdung, Nullung oder Fehlerstrom- Schutzschaltung durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit einem Nennfehlerstrom I n 0,03 A zu schützen Eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung darf nicht gleichzeitig für Fehler- und Zusatzschutz verwenden werden. Sind keine zu großen Ableitströme zu erwarten, wird für Steckvorrichtungen über 25 A der Zusatzschutz empfohlen. Dies gilt bei der Anwendung der Schutzmaßnahme Nullung, Schutzerdung und Fehlerstrom-Schutzschaltung für alle Arten von Verbraucheranlagen. Der Nennfehlerstrom muss 0,03 A betragen Werden Anlagen, durch deren unbeabsichtigtes Ausschalten mittelbare Personen- oder Sachschäden entstehen können (z.b. Tiefkühltruhen, Intensivtierhaltung, Computer), durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen, geschützt, muss deren Auslösezeit mindestens 10 ms betragen (z.b. Fehlerstrom-Schutzschalter der Bauart S oder Bauart G). Wenn die Fehlerstrom-Schutzschaltung als Fehlerschutz verwendet wird, darf der Zusatzschutz nur mit einer zweiten Fehlerstromeinrichtung realisiert werden. Das bedeutet zwei FI-Schalter in Serie, die auch zueinander selektiv sein müssen. Der Zusatzschutz durch Potentialausgleich (Abschnitt 15) wirkt ergänzend und kann die Fehlerstromeinrichtung (I n 0,03 A) nicht ersetzen. 22

23 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Ein Leitungsschutzschalter oder Sicherungsautomat, auch englisch MCB (Miniature Circuit Breaker) genannt, ist ein mechanisches Schutzschaltgeräte, das dazu dient, selbständig den Stromkreis vom Netz zu trennen, wenn ein bestimmter Maximalwert durch Überlast, Kurzschluss oder Erdschluss überschritten wird. Weiters dient er durch Handbetätigung zum Verbinden und Trennen des Netzes. Zu seinen Aufgaben zählen: der Personenschutz (Schutz gegen gefährliche Körperströme bei zu hoher Berührungsspannung durch Isolationsfehler, Masseschluss im TN-System) und der Brandschutz (Schutz von Kabel und Leitungen gegen zu hohe Erwärmung). DIE GESCHICHTE Der Aufwand zum Wechseln von Schmelzsicherungen ist nicht zu Vernachlässigen, deshalb wurde nach einer neuen Lösung gesucht 1924 erhielt Hugo Stotz die Patentschrift für die Erfindung des Sicherungsautomaten, der dann 1925 in Serie produziert wurde brachte SCHRACK wahrscheinlich den weltweit ersten Leitungsschutzschalter in Schmalbauweise auf den Markt. DAS PRODUKT SCHRACK Sicherungsautomaten beinhalten einen elektromagnetischen Schnellauslöser und einen Bimetall-Auslöser. Der elektromagnetische Schnellauslöser hat die Aufgabe bei Kurschluss-Strömen innerhalb weniger Millisekunden abzuschalten. Der Bimetall-Auslöser funktioniert in der Form, dass sich ein Bimetall durch die Überschreitung der in den Normen festgelegten Auslöseströme verformt und dadurch einen Auslösemechanismus aktiviert. Die Auslösezeit ist natürlich von der Höhe der Überlast abhängig. Natürlich verfügt ein jeder Sicherungsautomat über eine manuelle Auslösung, um Stromkreise voneinander zu trennen. 23

24 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Der Betätigungshebel g ist bei SCHRACK Sicherungsautomaten vom Schaltwerk entkoppelt, dadurch ist es möglich, dass der Leitungsschutzschalter auch bei Aufschalten auf einen Fehler sofort wieder auslöst. Eine zuverlässige Information über die Schaltstellung der Kontakte gibt, die bei SCHRACK standardmäßige, Schaltstellungsanzeige. Verschiedene Anwendungen bedürfen auch verschiedener Auslösebereiche. Früher wurde die Kennlinie L gemäß ÖVE SN52/79, VDE 0641/6.78, CEE-Publikation 19 (1973) für Leitungsschutz eingesetzt, die Kennlinie U gemäß ÖVE SN52/79 und G nach CEE-Publikation 19/59 für Leistungsabgänge und G für Geräteschutz. Im Jahr 1993 stellte SCHRACK auf die internationalen Kennlinien B, C und D, die in der EN definiert sind, um. Alte Kennlinien L, U und G 24

25 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Auslösekennlinien B, C und D Typische Einsatzbereiche der Auslösecharakteristika B zum Leitungs- und Kabelschutz in Wohnhaus-Installationen (Licht- und Steckdosenstromkreise) C zum Leitungs- und Kabelschutz, besonders für elektrische Betriebsmittel mit höheren Einschaltströmen (Steckdosenstromkreise, Lampengruppen) D Leitungs- und Kabelschutz, besonders für elektrische Betriebsmittel mit sehr hohen h Einschaltströmen t (Motoren, Trafos) Kurzschlussfestigkeit und Energiebegrenzungsklassen Die Kurzschlussfestigkeit gibt an bis zu welche Ströme in Kiloampere ein Leitungsschutzschalter selbständig abschalten Kann. Diese ist laut Norm EN im oberen Rechteck beim Aufdruck sichtbar. Die Back Up Sicherung muss so ausgelegt sein, dass dieser Wert nicht überschritten wird. Bis auf wenige Ausnahmen bieten die SCHRACK Sicherungsautomaten zumindest eine Kurzschlussfestigkeit von 10 ka. 25

26 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Die Energiebegrenzungsklasse ebeg e gs (=Selektivitätsklasse) e täts gibt den Wert der maximal a zulässigen Durchlassenergie bekannt. Ein Beispiel: Bei Sicherungsautomaten bis 16 A, Charakteristik C mit einer Kurzschlussfestigkeit von 10 ka sind bei Energiebegrenzungsklasse 1 kein Grenzwert bei Energiebegrenzungsklasse A²s bei Energiebegrenzungsklasse A²s in der EN im Anhang ZA festgelegt. Die Energiebegrenzungsklasse ist im unteren Quadrat des gezeigten Symbols sichtbar In Österreich ist die Selektivitätsklasse 3 gefordert. Durchlassenergie-Diagramm Serie BMSO / Beispiel Kennlinie C 26

27 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Selektivität Die Überstromselektivität ist die Koordination zwischen in Reihe geschalteten Überstromschutzeinrichtungen, wie z.b. der Leitungsschutzschalter zu der Back-Up- Sicherung in Form einer Schmelzsicherung oder eines Leistungsschalters. Eine volle Selektivität ist gegeben, wenn die Schutzeinrichtung auf der Lastseite den Schutz übernimmt, ohne dass die andere Schutzeinrichtung wirksam wird. Der Grenzstrom bei Selektivität (I s ) ist der Strom im Schnittpunkt der vollständigen Zeit- Strom-Kennlinie der Schutzeinrichtung auf der Lastseite mit der Ansprechkennlinie (Sicherung) oder der Auslösekennlinie (Leitungsschutzschalter) der anderen Schutzeinrichtung. Kurzschluss-Selektivität für Sicherungsautomaten Serie BMSO zu D0 Schmelzsicherungen Im Kurzschlussfall besteht zwischen dem Leitungsschutzschalter und der vorgeschalteten Schmelzsicherung Selektivität bis zu den angegebenen Werten des Selektivitätsgrenzstromes I s [ka], d.h. bei auftretenden Kurzschlussströmen I ks unter I s löst nur der Leitungsschutzschalter aus, bei Kurzschlussströmen darüber sprechen beide Schutzorgane an. 27

28 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Kurzschluss-Selektivität für Sicherungsautomaten Serie BMSO NH-00 Schmelzsicherungen Natürlich gelten auch bei NH00-Schmelzsicherungen, der Charakteristik gg, die gleichen Selektivitätseigenschaften wie bei D0 Sicherungen. Auch hier gilt die Selektivität zwischen den Leitungsschutzschalter und der Schmelzsicherung bis zu den angegebenen Werten des Selektivitätsgrenzstromes I s [ka]. Bei höheren Kurzschlussströmen sprechen beide Schutzorgane (Sicherungsautomat und Schmelzsicherung) an. 28

29 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER DIE NORM Neuheiten der ÖVE / EN / 4 In Abschnitt 10 ist definiert, dass die Nullung als Maßnahme des Fehlerschutzes die Herstellung eines TN-Systems erfordert. Punkt Bedingungen g für die Nullung In diesem Punkt wird festgeschrieben, dass bei Kurz- und Körperschluss innerhalb einer angemessenen Zeit der fehlerbehaftete Stromkreis ausgeschaltet werden muss. Die zulässigen Ausschaltzeiten werden in verschiedene Anlagen unterteilt 1. Aus Punkt Abschaltbedingungen in Verteilungsnetzen, in denen die Querschnitte und Längen der Leiter so ausgelegt sein müssen, damit diese folgende Bedingungen erfüllen: Verteilungsnetze bis 400/230 V gilt: Z s x 1,6 x I n U n Verteilungsnetze mit höherer Spannung: Z s x 2,5 x I n U n = Impedanz der Schleife (errechnet oder gemessen) Z s I n = Nennstrom der Sicherung U n = Nennspannung gegen Erde Innerhalb von elektrisch versorgten Objekten muss nach Punkt 2 gehandelt werden. Können die oben angeführten Ausschaltbedingungen nicht erfüllt werden, dann ist eine andere Maßnahme des Fehlerschutzes, z.b. Fehlerstrom-Schutzschaltung anzuwenden. 2. Aus Punkt Abschaltbedingungen in Verteilungsleitungen, in Verbraucheranlagen und Endstromkreisen über 32 A. Hier ist es erforderlich, dass die Ausschaltzeit von maximal 5 s eingehalten wird. Der Kurzschlussstrom bei einem Körperschluss muss durch Berechnung oder Messung der Impedanz ermittelt werden. Die Einhaltung der Ausschaltzeit muss durch die Charakteristik der Überstrom- Schutzeinrichtung nachgewiesen werden. 29

30 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER 3. Aus Punkt Abschaltbedingungen von Endstromkreisen bis 32 A. Für diese Stromkreise gilt eine zulässige Ausschaltzeit von 0,4 s für eine Nennspannung bis 230 V gegen Erde sowie von 0,2 s für Nennspannungen bis 400 V gegen Erde. Auch hier ist der Kurzschlussstrom bei einem Körperschluss wie zuvor zu ermitteln. Alternativ zu Punkt 2 und 3 kann auch per Ausschaltstromfaktoren ermittelt werden. Z s x IA U n Z s = Impedanz der Fehlerschleife (Ermittlung durch Rechnung oder Messung) I A = Ausschaltstrom der vorgelagerten Überstrom-Schutzeinrichtung U n = Nennspannung gegen Erde I A =mxi N m = Ausschaltstromfaktoren I N = Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung Art der Überstrom Schutzeinrichtung Schmelzsicherungen bis 125 A Kennlinie gg Endstromkreise mit Nennstrom 32 A Verteilungsleitungen und Endstromkreise > 32 A 10 3,5 Leitungsschutzschalter B 5 3,5 Leitungsschutzschalter C 10 3,5 Leitungsschutzschalter D 20 3,5 Leistungsschalter oder andere geeignete Schaltgeräte Ausschaltstrom-Zeitverhalten gemäß Punkt 2 ( ) bzw. 3 ( ) Ist es auf Grund der hohen Impedanz wegen langer Stromkreise nicht möglich die Ausschaltstromfaktoren einzuhalten, so kann für den Fehlerschutz auch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung verwendet werden, wenn ein Ausschaltstromfaktor von mindestens 2,5 (unabhängig zur vorhergehenden Tabelle) eingehalten wird. Der Ausschaltfaktor 2,5 ist notwendig, damit auch bei einem Fehler zwischen Außenleiter und Neutralleiter eine Auslösung möglich ist. Ist ein Zusatzschutz, z. B. für Steckdosenkreise, notwendig, so ist dieser mit einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (z.b. FI-Schalter oder LSFI) mit einem I N 30 ma zu realisieren. 30

31 LEITUNGSSCHUTZSCHALTER Beispiel e aus der ÖVE / ÖNORM E / A4 Bild 103 Es bedeutet: 1 Fehlerstrom-Schutzschalter zur Erfüllung der Ausschaltbedingung für die Stromkreise 4 und 5. 2 Fehlerstrom-Schutzschalter für den Zusatzschutz. 3 Stromkreise, bei denen die Ausschaltbedingung durch die vorgeschaltenen Überstrom-Schutzeinrichtungen erfüllt ist. 4 Stromkreis ohne Steckdosen, bei dem die Ausschaltbedingung aufgrund der Leitungslänge nicht erfüllt ist, jedoch mindestens 1 Ausschaltstromfaktor von m=2,5 eingehalten wird. 5 Stromkreis mit Steckdosen, bei dem die Ausschaltbedingung aufgrund der Leitungslänge nicht erfüllt ist, jedoch mindestens 1 Ausschaltstromfaktor von m=2,5 eingehalten wird. 6 Das strichpunktierte Rechteck symbolisiert den Bereich, innerhalb dessen die Ausschaltbedingung aufgrund der Leitungslänge erfüllt ist. 31

32 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER Ein Überspannungsableiter ist ein Gerät oder Bauteil zum Begrenzen gefährlicher Überspannungen in elektrischen Leitungen und Geräten. Ein Blitzschutzsystem wird in den äußeren und inneren Blitzschutz unterteilt. Im Bereich des äußeren Blitzschutzes fallen Fangeinrichtungen, zum inneren Blitzschutz gehören die Blitz- und Überspannungsableiter. Ein Blitz- und Überspannungsschutzsystem ist nur dann voll wirksam, wenn alle Zugänge zum System abgesichert werden. Das umfasst in Gebäuden alle eintretenden Leitungen, wie z.b. Datenkabel (Kabelfernsehen, Telefon), metallene Gebäudeteile und Rohrleitungssysteme. DIE GESCHICHTE Bereits um das Jahr 1170 v. Chr. wurden unter Ramses III. am Tempel von Madinat Habu und am Chontempel von Theben vergoldete Masten angebracht. Man nimmt an, dass sie die Funktion von Blitzableitern hatten. der Als Erfinder des Blitzableiters gilt Benjamin Franklin, der am 15. Juni 1752 in einem Versuch mit einem Drachen seine Theorie bestätigte und erklärte, dass Blitze nichts anderes als Funken in riesigem Maßstab sind. In den Anfangszeiten der Blitzableiter war man der Meinung, dass Blitzableiter nicht nur am höchsten Punkt des zu schützenden Objektes angebracht, sondern auch besonders spitz sein müssen. Die Form des höchsten Punktes hat jedoch keinerlei Einfluss auf die Funktion. Es ist offensichtlich, dass der technologische Fortschritt im Privatbereich bei weitem noch nicht seinen Höhepunkt erreicht hat. Themen wie PC als TV-Gerät, TV als Internet Browser, die Digicam als Webcam, das TV-Gerät als großes Fotoalbum oder der Drucker als Fotoentwickler sind keine Utopie mehr. 32

33 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER Und natürlich verändert sich auch die Wohnsituation permanent. Eine Entwicklung, die von der Elektrotechnik neue Installationslösungen verlangt, um ein Eigenheim auch optimal zu schützen. Überspannungsschutz ist ein Segment, mit dem SCHRACK im Speziellen bei Elektroinstallateuren bereits langjährig geschätzter Partner ist. Elektrotechniker und Elektroinstallateure, Versicherungen und natürlich auch Endkunden suchen nach sicheren Problemlösungen. Es wird immer größerer Wert auf zuverlässigen Schutz gegen die Auswirkungen von Überspannungen bzw. Blitzeinwirkungen gelegt. Für die Industrie bedeuten Überspannungen, die möglicherweise Schäden entstehen lassen bzw. Betriebsausfälle verursachen, enorme Kosten. Diese können effizient durch den Einsatz der richtigen Ableiter auf ein Minimum reduziert werden. Ebenso können auch im Privatbereich Schäden größtenteils erfolgreich vermieden werden. Die steigende Anzahl von Elektroschäden durch Überspannungen in Niederspannungsanlagen führte zum Umdenken bei Planern und Sachverständigen. Ursachen für Überspannungen Überspannungen in Elektroanlagen treten aufgrund verschiedenster Ursachen auf. Die häufigsten sind: Direkte Blitzeinwirkung Indirekte Blitzeinwirkung Schalthandlungen in Niederspannungsnetzen Die größten Schäden treten bei Blitzeinschlägen auf und führen sehr oft zu Bränden. Die gewaltige Energiefreisetzung ist Auslöser für diese und weitere extreme Schäden. 33

34 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER Lösung Für den Schutz von Betriebsanlagen, Einfamilienhäusern oder jeder anderen Art von Gebäuden und Geräten ist es wichtig, die richtigen Ableiter zu installieren. Damit wird das Risiko von Schäden erheblich minimiert. Die mittlerweile aber wieder sinkende Anzahl von Blitzschäden oder Überspannungsschäden ist auf das erhöhte Bewusstsein in Bezug auf Überspannungsschutz zurückzuführen. Unabhängig von der Ursache schützt die richtige Kombination von SCHRACK Ableitern Maschinen und Geräte vor Schäden, die durch Überspannungen oder Blitzeinwirkungen entstehen. DAS PRODUKT Blitzstromableiter So genannte Blitzstromableiter werden gegen direkte Blitzeinwirkungen eingesetzt. Das Besondere ist die Blitzstromtragfähigkeit dieser Ableiter, die nach der internationalen standardisierten Ableiterklasse I (IEC ) geprüft sind. Zum Unterschied zu anderen Ableitertypen werden diese Ableiter mit der Kurvenform 10/350 μs geprüft (diese Kurvenform erfüllt die Anforderungen für Energie und Ladung). Entscheidende Parameter dabei: Stromscheitelwert I imp Spezifische Energie Ladung Im späteren Vergleich ist ersichtlich, dass diese Ableiter ein Vielfaches mehr an Energie im Gegensatz zum Überspannungsableiter führen können. Die SCHRACK Blitzstromableiterserie ist nicht nur für direkte Blitzeinwirkungen geprüft, sondern auch für indirekte und nach beiden Klassen (I & II) zertifiziert. 34

35 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER Vergleich des Energiegehaltes g unterschiedlicher Prüfkurven bei gleichen Stoßströmen Überspannungsableiter Geprüfte Ableiter nach Klasse II (alte Bezeichnung C ) besitzen keine Blitzstromtragfähigkeit und dürfen daher nicht gegen direkte Blitzeinwirkung eingesetzt werden. Diese Ableiter dienen zum Schutz von Verbraucheranlagen gegen Ferneinschläge (indirekte Blitzeinwirkungen) und Überspannungen, die von Schalthandlungen oder anderen Ereignissen im elektrischen System verursacht werden. Die Prüfstoßwelle für Testklasse II Ableiter ist mit den Zeitparameter 8/20 μs genormt und durch den Scheitelwert definiert. Der führbare Energiegehalt eines Überspannungsableiters ist um ein vielfaches niedriger, als jener eines Blitzstromableiters. 35

36 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER Vergleich Testklasse I (10/350) und Testklasse II (8/20 Kurvenform) Die Flächen unter den Kurven stellen ein Maß für den Energiegehalt bei gleichem Stromscheitelwert dar: Feinschutzelement (Gerätefeinschutz) Für empfindliche Endgeräte ist es notwendig, noch einen koordinierten Gerätefeinschutz einzusetzen. Dieser Ableiter, gekennzeichnet mit T3 oder III (alte Bezeichnung D ), wird Mittels eines Hybridgenerators geprüft und durch Leerlaufspannung U oc und Kurzschlussstrom I sc definiert. Der sehr geringe Schutzpegel schützt empfindliche Geräte vor Schäden. Wichtig beim Einsatz dieser Geräte ist, dass die Leitungslänge g zu den schützenden Endgeräten 10 m nicht übersteigt, damit das Feinschutzelement seine volle Schutzfunktion ausüben kann. Eine Kombination mit Testklasse I bzw. Testklasse II Ableitern ermöglicht den größtmöglichen Schutz gegen Überspannungen am Endgerät. 36

37 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER AUSWAHL DER RICHTIGEN ABLEITER Die Auswahl der richtigen Ableiter ist eines der wichtigsten Themen, wenn man seine Verbraucheranlage schützen möchte. Mit der Schrack Überspannungsableiter Auswahlmatrix ist es möglich, den richtigen Ableiter schnell und einfach zu finden. 37

38 BLITZSTROM- UND ÜBERSPANNUNGSABLEITER DIE NORM Für den Einsatz von Blitzstrom- und Überspannungsschutzgeräten ist die EN8001-1/A2 eines der bedeutendsten Dokumente in Österreich. Der Abschnitt 18 beschreibt den Schutz elektrischer Anlagen gegen transiente Überspannungen Überspannungsschutzmaßnahmen und bestimmt die Auswahl und Errichtung von: Überspannungsschutzgeräten (SPDs -Surge Protection Devices) im Verteilungsnetz Überspannungsschutzgeräten (SPDs) für elektrische Installationen von Gebäuden zum Schutz gegen indirekte Blitzeinwirkungen, d.h. zur Begrenzung transienter Überspannungen infolge atmosphärischer Entladungen, die über das Niederspannungs-Verteilungsnetz in die Verbraucheranlage gelangen, und gegen Schaltüberspannungen Überspannungsschutzgeräten (SPDs) für den Schutz gegen direkte Blitzeinwirkungen, d.h. transiente Überspannungen, die durch direkte Blitzschläge in Gebäude oder Blitzschläge in unmittelbarer Nähe von Gebäuden mit Blitzschutzanlage erzeugt werden Im Punkt wird der Schutz gegen Blitzeinwirkungen beschrieben. Unterschieden wird dabei zwischen direkten und indirekten Blitzeinwirkungen: Unter direkter Blitzeinwirkung i i versteht man z.b. einen Direkteinschlag i in das elektrische System einer Verbraucheranlage. In diesem Fall sind Klasse I Ableiter (Blitzstromableiter) erforderlich, da nur diese Ableiter den sehr hohen Energiegehalt von direkten Einschlägen gegen Erde ableiten können. In Österreich eingesetzte Blitzstromableiter müssen (ausgenommen eine detaillierte Berechnung liegt vor) 12,5 ka nach Klasse I (10/350) vorweisen (SCHRACK Combtec). In speziellen Fällen, wie z.b. Schulen, Museen, usw. sind 25 ka (10/350) notwendig der SCHRACK Protec erfüllt auch diese Anforderung Überspannungen, die durch Ferneinschläge, Schalthandlungen oder anderen äußeren Einflüssen entstehen können, werden als indirekte Blitzeinwirkung beschrieben. Dafür sind Überspannungsableiter der Klasse II in jeder Verbraucheranlage erforderlich. Die Mindestanforderung für Phase-Nullleiterableiter sind dabei 5 ka (8/20) als Nennableitstoßstrom bzw. 15 ka für Ableiter die gegen Erde eingesetzt sind Die Dauerspannung U c eine notwendige Größe, die bei jedem Ableiter angegeben sein muss, hatte bereits einige differente Mindestwerte. Gemäß der EN8001-1/A2 ist eine Dauerspannung des Ableiters von mindestens 1,1 x U 0 = 1,1 x 230 V = 253 V Mindestanforderung. Alle Schrack Ableiter erfüllen diese Anforderung. 38

39 KABEL UND LEITUNGEN Die Begriffe Kabel und Leitungen sind bisher nicht klar einzeln in einer Norm definiert. In der ÖVE EN 1 Teil 3 werden immer Kabel und Leitungen genannt. DIE GESCHICHTE Besonders in der Zeit, in der die Elektrizität noch in den Kinderschuhen steckte, standen Stromunglücke an der Tagesordnung. Die Menschen hatten also zum Anfang der Elektrizität und der Verwendung von Kabel - Leitungen großen Respekt vor elektrischem Strom. Heutige Kabel und Leitungen sind gegen die früheren, fast nicht isolierten, Modelle, sehr sicher. Zudem sind fast alle Stromkreise und Verlängerungssteckdosen mit einem Überspannungsschutz ausgerüstet. Auch viele moderne Gerätschaften besitzen diese technische Beigabe. Dies schützt vor allem vor einem Ausfallen der Maschinen durch Beschädigung durch Überspannungen, aber auch vor Stromunfällen und Brandentwicklungen. Zur Zeit der Anfänge des elektrischen Lichts wurde ein riesiges Lichtermeer in New York aufgebaut. Man stellte zu diesem Zwecke die gerade frische Erfindung der Glühbirne von Thomas Edison zu tausenden Stück her. Das Lichtermeer beeindruckte die Menschen so sehr, dass ab diesem Zeitpunkt der Weg für die Verwendung von Kabel, Leitungen und elektrischen Geräten Berg frei war. Auch für die Nachrichtentechnik war die fortschrittliche Entwicklung von Kabel und Leitungen Mitte des 19. Jahrhunderts maßgeblich. Die ersten mit Guttapercha, einem gummiartigen Pflanzensaft, nahtlos isolierten, unterirdischen Leitungen entstanden. In den 1950er-Jahren zeichnete sich mit der zunehmenden Industrialisierung ein hoher Bedarf an Kabeln und Leitungen ab und es stellte sich die Frage: Wie lässt sich die gängige Methode das zeitaufwändige manuelle Einziehen von Einzeladern und Schaltlitzen in Schläuche optimieren? Die Antwort: Die Erfindung der ersten industriell gefertigten flexiblen Steuerleitung mit Farbcodierung. 39

40 KABEL UND LEITUNGEN DAS PRODUKT Seit vielen Jahren bestehen die bereits europaweit harmonisierten Bezeichnungen. Hier möchten wir die einzelnen Kennzeichen zusammenfassen und auch in zwei Beispielen darstellen: Bezeichnung der Kabel H07V-K 1,5 Bekannt als 1,5mm² feindrähtige Leitung mit PVC Isolierung (YE 1,5) A05VVC4-F 10 G 1,5 Bekannt als PVC-Schlauchleitung (YMM 1,5) Der 1. Buchstabe sagt aus, ob es sich hier um eine in Europa harmonisierte oder um eine nationale Type handelt. H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 H = Harmonisierte Bestimmung A = Anerkannter Nationaler Typ Die Kennzahlen auf der 2. und 3. Stelle definiert die Nennspannung des Kabels oder der Leitung. H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 Nennspannung U0 Erde > Ader Nennspannung U Ader > Ader V 100 V V 300 V V 500 V V 750 V Die anschließenden Kennbuchstaben geben nicht nur Aufschluss über das verwendete Isolationsmaterial. Damit kann man auch erkennen, ob es sich um eine Aderleitung oder um eine Mantelleitung handelt. Bei einer Aderleitung sind 4 Zeichen vor dem Bindestrich (Beispiel H07V-K 1,5), bei Mantelleitungen (Beispiel A05VVC4-F 10 G 1,5) sind mehr Zeichen notwendig. 40

41 KABEL UND LEITUNGEN V V2 V3 V5 R B G S Z Z1 Q N2 J T T2 PVC Standard dbis +70 C PVC wärmebeständig bis +90 C PVC kältebeständig bis 25 C PVC ölbeständig Natur und/oder synthetischer Kautschuk bis +60 C Ethylenpropylen Kautschuk bis +90 C Synthetischer Kautschuk bis +110 C Silikon Kautschuk wärmebeständig bis +180 C Halogenfreie vernetzte Mischung Halogenfreie thermoplastische Mischung Polyurethan Spezialmischung aus Chloroprenkautschuk Glasfasergeflecht Textilgeflecht Textilgeflecht mit flammwidriger Masse In unseren beiden Beispielen sehen wir, dass die Aderleitung H07V-K 1,5 eine einfache Isolierung, und dass A05VVC4-F 10 G 1,5 eine Mantelleitung mit einer zusätzlichen PVC Isolierung ist. Bei Mantelleitungen wird ab den letzten zwei Stellen vor dem Bindestrich der Aufbau definiert. H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 H H2 H7 H8 D3 D5 C4 Flache, aufteilbare Leitung Flache, nichtaufteilbare Leitung Zweischichtig extrudierte Leitung für Lichtketten Wendelleitung Tragelement (Textil oder Metall) Kerneinlauf (kein Tragelement) Cu Geflechtsschirm über verseilte Adern 41

42 KABEL UND LEITUNGEN Das Kennzeichen nach dem Bindestrich erläutert die Ausführung der Leitung. U Eindrähtig (Ye) R Mehrdrähtig (Ym) K Feindrähtig bei Leitungen für feste Verlegung (Yf) F Feindrähtig bei flexiblen Leitungen (YML) H Feinstdrähtig bei flexiblen Leitungen (YZwL) H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 E Feinstdrähtiger Leiter für Schweißleitungen (H01N2) D Feindrähtiger Leiter für Schweißleitungen (H01N2) Anschließend an diese Ausführung wird bei Mantelleitungen die Anzahl der Adern vermerkt und ob ein Schutzleiter inkludiert ist oder nicht. H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 Anzahl der Leiter 3, 4, 5, 7, 10, Schutzleiter X Ohne Schutzleiter G Mit Schutzleiter Die letzte Zahl gibt dann den Querschnitt der Aderleiter bekannt. H07V-K 1,5 A05VVC4-F 10 G 1,5 1,5 1,5 mm² Querschnitt 2,5 2,5 mm² Querschnitt mm² Querschnitt In der EN1 Teil 3 40 wird auf die Farbgebung der Kabel und Leitungen eingegangen. Darin wichtig enthalten ist, zum Beispiel, dass grün-gelb nur für Leitungen mit Schutzfunktion (PE oder PEN) verwendet werden dürfen. Bei Umstellung vorhandener Anlagen dürfen vorhandene N-Leiter in blau oder grau weiter verwendet werden, wenn diese mindestens 10 mm² (oder Aluminium 16 mm²) und ein dauerhaftes Kennzeichen als PEN Leiter tragen. 42

43 KABEL UND LEITUNGEN BEISPIELE FÜR KABELTYPEN UND DEREN BEVORZUGTE ANWENDUNG H07V-U (Ye) PVC-Aderleitung H07V-K (Yf) PVC-Aderleitung Diese Aderleitung ist eine harmonisierte eindrähtige Type mit PVC-Mantel bis zu einer Spannung (U 0 /U) 450V/700V. Vor allem eingesetzt in trockenen Räumen, in Schalt- und Verteileranlagen sowie zur Verlegung im Rohr, Auf- und Unterputz H07V-R (Ym) PVC Aderleitung Auch diese feindrähtige, PVC-Isolierte Aderleitung (max. Spannung U 0 /U 450/700V) wird im gleichen Bereich wie die H07V-K eingesetzt sowie in Betriebsmitteln, als Potentialausgleichsleitung und bei geschützter Verlegung in und an Leuchten. Auch für die innere Verdrahtung von Geräten (Nennspannung bis 1000V AC, 750V DC gegen Erde). H05VV-F (YMM) Mehrdrähtige Kupferleiter upe e e mit PVC- Isolierung mit max. Spannung U 0 /U 450/700 V. Sehr oft in verschiedensten Bereichen eingesetzt, wie z.b. zur Verlegung im Rohr, Auf- und Unterputz, in Vereiler- und Schaltanlagen, in trockenen Räumen sowie ohne Rohr auf geeigneten Isolierkörpern. NYM (N)YM 2x 12x 1,5mm²-16mm² PVC Schlauchleitung u für mittlere e mechanische Beanspruchung. Wird in trockenen, feuchten und nassen Räumen für den Anschluss von Elektrogeräten (z.b. Waschmaschinen, Kühlschränke)eingesetzt, jedoch nicht für Wärmegeräte, bei denen Gefahr besteht, dass die Leitung mit heißen Teilen in Berührung kommen kann. XYMM K35 Eindrähtig (RE) - mehrdrähtig (RM) Dieses XYMM K35 - Kabel wird vor allem als Eines der wichtigsten t Installationskabel ti l ist Baustellenleitung l in Österreich eingesetzt t das oft genannte (N)YM - Kabel für feste und ist in gelber Farbe ausgeführt. Verlegung in diversen Bereichen. E-YY (E-AYY) 43 Dieses Energiekabel wird vorzugsweise für feste Verlegung in Kabelkanälen und Innenräumen, im Freien, im Wasser sowie in Erde, wenn nachträglich keine Beschädigungen zu erwarten sind, eingesetzt.

44 KABEL UND LEITUNGEN DIE NORM Die folgende Tabelle zeigt Beispiele für die ortsfeste Verlegung von Isolierten Energieleitungen nach ÖVE-EN 1 Teil 3 40 PVC Aderleitungen PVC Aderleitungen für feste Verlegung mit geringer Entwicklung von Rauch und Korrosiven trocken, heiß, feucht oder naß H07V U H07V R H07V K H07Z U H07Z R H07Z K Ye Ym Yf in Rohren (1) (1) (1) (1) (1) (1) in Kanälen (6) (6) (6) (6) (6) (6) In und Unterputz Über oder Aufputz (Wand) auf Rosten und Wannen in Beton Rohren oder Kanälen (1,6) (1,6) (1,6) (1,6) (1,6) (1,6) in Beton direkt Brandgefährdet in Rohren in Kanälen (6) (6) (6) (6) (6) (6) In und Unterputz Über oder Aufputz (Wand) auf Rosten und Wannen in Beton Rohren oder Kanälen (6) (6) (6) (6) (6) (6) in Beton direkt im Freien ungeschützt geschützt (4) in Künetten oder Kabelgraben ungeschützt geschützt (4) 44

45 bevorzugt erlaubt verboten ( 1 ) Nur in trockenen und heißen Räumen bevorzugt ( 2 ) Verlegung gemäß ÖVE L20 bis zu einer Länge von 50m im Schutzrohr ( 3 ) Wenn der Hersteller Amgaben sadrüber düb macht, dann ist eine Ständige Anwendung im Freien zulässig ( 4 ) Geschützt gegen direkte Sonnenbestrahlung ( 5 ) Herstellerangaben sind zu beachten ( 6 ) Nicht zulässg in Elektroinstallationskanälen deren Zugangsabdeckung ohne Werkzeug entfernbar ist Leichte Mittlere PVC Gummi PVC KABEL UND LEITUNGEN Schlauchleitung Schlauchleitung Mantelleitung rund rund flach H05RR F A05RR F H05VV F A05VV F H05VVH2 F A05VV U A05VV R GML CML YMM YMM YMMfl YM YM trocken, heiß, feucht oder naß in Rohren in Kanälen In und Unterputz Über oder Aufputz (Wand) auf Rosten und Wannen in Beton Rohren oder Kanälen in Beton direkt Brandgefährdet in Rohren in Kanälen In und Unterputz Über oder Aufputz (Wand) auf Rosten und Wannen in Beton Rohren oder Kanälen in Beton direkt im Freien (3) (3) ungeschützt (3) (3) geschützt (4) in Künetten oder Kabelgraben ungeschützt (2) (2) (2) (2) (2) geschützt (4) 45

46 KABEL UND LEITUNGEN Neuheiten in der ÖVE/EN / A4 Im Abschnitt 10 wird sehr deutlich darauf eingegangen, dass es nur eine definierte Nullungsverbindung in einer Anlage geben darf. Danach ist in Neuanlagen keine Weiterführung eines PEN-Leiters ab dem Anschlusspunkt der Nullung mehr zulässig. Ab dem Anschlusspunkt müssen N- und PE-Leiter als getrennte Leiter ausgeführt sein. Der PEN-Leiter endet damit am Anschlusspunkt der Nullungsverbindung gemäß der nachfolgenden Skizzen. Der Anschlusspunkt ist mit einem festgelegten Symbolzeichen zu kennzeichnen, wie z.b. durch einen Aufkleber. Falls ausschließlich ein TN-S-System ab der Stromquelle vorhanden ist, ist nur eine definierte Verbindung des N-Leiters mit der Erde herzustellen (Betriebserder). 46

47 KABEL UND LEITUNGEN Es bedeutet: 1 Erster geeigneter Sicherungs- oder Verteilerkasten in der Verbraucheranlage 2 Erdungsanlage der Verbraucheranlage 3 Haupterdungsschiene (Potenzialausgleichsschiene PAS) 4 Potenzialausgleichsleiter 5 Erdungsleiter 6 Nullungsverbindung (hier in Form einer Verbindung zwischen Mehrfachklemmen ausgeführt) 7 Zu kennzeichnender Anschlusspunkt der Nullungsverbindung 8 Überspannungs-Schutzeinrichtung Im Abschnitt wird auch auf die Nullungsverbindung selbst eingegangen: Hier steht festgeschrieben, dass diese Verbindung mit dem PEN-Leiter des Verteilungsnetzes im ersten dafür geeigneten Sicherungs- oder Verteilerkasten der Verbraucheranlage zu sein hat, direkt oder über den Hauptpotenzialausgleich mit dem Schutzleiter der Anlage verbunden werden. Diese Verbindung muss möglichst kurz und elektrisch gut leitfähig ausgeführt sein. Weiters wird in diesen Anhang über den Sternpunkt-Verbindungs- Leiter (SVL) unter Punkt 10 eingegangen. In der Zeichnung wird auf eine Einbindung eines Generators in die Versorgung eingegangen. 47

48 ZUSAMMENFASSUNG ZUSAMMENFASSUNG In dieser vorliegenden Broschüre wollten wir einfach die Charakteristiken, Kennlinien und Typen der Energietechnik im Bereich der Absicherung und der Kabel sammeln und erklären. Wie sich auch der Bedarf der Verbraucher im Wandel der Zeit ändert, so ändern sich auch unsere Aufgaben als Elektrotechniker. Denn eines ist klar, das einzig Beständige in der heutigen Zeit ist der Wandel. 48

49 ZUSAMMENFASSUNG Vor 15 Jahren kannte man Internet oder Mobiltelefon kaum, heute ist der Alltag ohne diese Dinge nicht vorstellbar und morgen wird diese Technologie längst veraltet sein. Eines muss uns aber bewusst sein, egal ob Heizung, Licht, Smartphone, Flat-Screen- TV, HD-Receiver oder Mobiltelefon, ohne elektrische Energie geht heute gar nichts, auch nicht in der digitalen Welt. 49