Auslöse-Charakteristiken für Sicherungsautomaten im Vergleich

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1 Technische Information Auslöse-Charakteristiken für Sicherungsautomaten im Vergleich In DIN VDE sind die Anforderungen für den Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom festgelegt. Sicherungsautomaten dienen dem Kabel- und Leitungsschutz in der Installation. Sie sollen selbsttätig abschalten, sobald der Strom durch Anstieg und Zeitdauer eine für die Leitung oder ein Betriebsmittel zu hohe Erwärmung erzeugt. Ausl sezeit 0 I I II =.3.3 x x Il n II =.5.5 x Il n = R = 30ß 30 C C R 0 0 = Grenzkennlinie aus dem B C D Die Abschaltung erfolgt dabei über zwei unterschiedliche Auslöser. Zum Schutz bei Kurzschluss wird der zeitlich nahezu unverzögerte Elektromagnetauslöser eingesetzt. Dieser arbeitet nur stromabhängig. Der Thermo-Bimetall-Auslöser dient zum Schutz bei Überlast. Das Auslösen wird durch die Erwärmung, d.h. durch die Faktoren Strom und Zeit verursacht. Bei der Auswahl von Sicherungsautomaten zum Überstromschutz nach DIN VDE wird der Durchlasswert I x t bei sehr kurzen Ausschaltzeiten (<0,s) dem maximal zulässigen Stromwärmeimpuls k x S der Leitung gegenübergestellt, um den ausreichenden Schutz bei Kurzschluss nachzuweisen. Die einzelnen Auslösekennlinien von Elektromagnet-Auslöser und Thermo-Bimetall-Auslöser ergeben zusammen eine gemeinsame Auslösekennlinie für den Überlastschutz. Diese Auslösekennlinie stellt bezogen auf die jeweilige Auslösecharakteristik das Zeit-/Stromverhalten eines Sicherungsautomaten dar. Dem Wunsch nach größtmöglichem Schutz, was höchste Empfindlichkeit der Sicherungsautomaten bedeutet, stehen die unterschiedlichen Betriebseigenschaften der zu schützenden Verbrauchsgeräte gegenüber. Zum Einen müssen Stromspitzen ungehindert passieren können, zum Anderen muss aber schon bei verhältnismäßig niedrigen, länger anstehenden Überströmen eine Abschaltung herbeigeführt werden. Deshalb sind je nach Art des zu schützenden Betriebsmittels verschiedene Auslösecharakteristiken für Sicherungsautomaten erhältlich: B, C und D für den Überstromschutz von Leitungen nach DIN EN (DIN VDE 0-) K zum Schutz von Wicklungen bei Motoren und Transformatoren bei gleichzeitigem Überstromschutz der Leitungen Z für Steuerstromkreise mit hohen Impedanzen, für Spannungswandlerkreise und für Halbleiterschutz bei gleichzeitigem Überstromschutz von Leitungen

2 Schutz bei Kurzschluss Die Abbildung zeigt die typische Durchlasskennlinie I t von Überstromschutzschaltern. Für den Sicherungsautomat S0-B ergibt sich daraus bei einem möglichen prospektiven Kurzschlussstrom von i cc = ka, dass die Durchlassenergie auf ca A s begrenzt wird. Dieser Wert liegt weit unterhalb A s. Damit können PVC-isolierte Cu-Leiter,5 mm im Kurzschlusfall geschützt werden. Durchlass I t / A s B, C In = 50, 3 A 3, 0 A 0, 5 A A 0, 3 A A Cu-Leiter PVC-isol. mm,5,5,0 0,75 max. zul. I t-werte A s Prospektiver Kurzschlussstrom I CC /A Schmelzsicherung gl Leitungsschutzschalter Abb. Durchlassenergie I t Überlastschutz nach DIN VDE Für den Schutz bei Überlast ist das Schutzgerät in Abhängigkeit der Strombelastbarkeit I z der Leitung zu wählen: I b I n I z () I,5 x I z () I b = Betriebsstrom der Leitung I n = Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung I z = Strombelastbarkeit der Leitung nach DIN VDE 098- I = festgelegter Auslösestrom der Schutzeinrichtung 0 Jahre Bereich vollkommener Wärmeableitung bei Dauerstrom I z zul. Betriebstemperatur 70 C t Bereich begrenzter Wärmeableitung bei Überlast I,5 x I z h 3 Bereich ohne Wärmeableitung bei maximaler Kurzschlussdauer 5s I t = konstant, zul. Kurzschlusstemperatur 0 C 5 s 0, s 3 Bei Ausschaltzeit < 0,s muss I t des Sicherungsautomaten kleiner als k S der Leitung sein (k = Materialwert nach DIN VDE ; S = Leitungsquerschnitt in mm ) I z,5 I z 0 I z 00 I z I I,5 I 0 I 00 I I I z Abb. Grenzbelastungskennlinie für PVC-isolierte Leitungen CDC0000D00

3 DIN VDE :00/0; Abschnitt 33. Die Bedingungen () und () garantieren in einzelnen Fällen nicht den vollständigen Schutz, z. B. bei lang anstehenden Überströmen, die kleiner als I sind. In solchen Fällen sollte ein größerer Querschnitt des Kabels/der Leitung gewählt werden. Allgemeines Ziel ist, mit der ausgewählten Charakteristik ein Kabel/eine Leitung gemäß ihrer Grenzbelastbarkeit nach Abb. zu schützen. Auslösezeit I =.05 x l n I n I I = =.. x x l n I n J= R = 00ß C C(K, Z) I =.3 x l n I n I I = =.5.5 x x l n I n J= R = 3030ß C C(B, C, D) = Grenzkennlinie aus dem Schutz bei Überlast Es wird deutlich, dass mit den Auslöse-Charakteristiken K und Z mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird, da der festgelegte Auslösestrom bei, x I n liegt (B, C, D:,5 x I n ) Z B C K D 0 30 Leitertemperaturen PVCisolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x I n 70 C, x I n 8 C,5 x I n C Lebensdauer von PVC-isolierten Leitungen nach Arrhenius Leitertemperatur Lebensdauer 70 C 0,0 Jahre 90 C,5 Jahre 00 C,0 Jahr * 90 % des Temperaturwertes werden aus dem betriebswarmen Zustand heraus nach 5 Minuten erreicht. CDC0000D00 3

4 Vergleich der Auslöse-Charakteristiken Z und B Steuerstromkreise V DC Damit im Sinne der Norm ein möglichst ausreichender Schutz empfindlicher Bauelemente (wie Kontakte, konfektionierte Leitungen von Sensoren/Endschaltern ) erreicht werden kann, muss der unverzögerte Auslöser im Millisekunden-Bereich die Abschaltung bewirken. Es dürfen im Hinblick auf den Schleifenwiderstand max. Leitungslängen nicht überschritten werden. Unter Berücksichtigung verschiedener Parameter ergeben sich beispielhaft folgende maximale Leitungslängen:,5 mm, -adrig, Cu LS B max. 0 m LS Z max. 7 m LS Z max. 8 m Bei Verwendung der Z-Charakteristik lassen sich aufgrund des niedrigen Sofortauslösestroms die größten Leitungslängen realisieren. Hinweis Bei Gleichstrom erhöhen sich die Auslösewerte der elektromagnetischen Auslöser um den Faktor,5. Schutz bei Überlast Hier wird deutlich, dass mit der Auslöse-Charakteristik Z mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird. Auslösezeit I =.05 x x l n I I n =. x l n I J n R J = 0 0ß C R C (Z) I =.3.3 x x l n I I n =.5.5 x l n I J n R J = R 30 30ß C C (B) Z B = Grenzkennlinie aus dem Leitertemperaturen PVCisolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x I n 70 C, x I n 8 C,5 x I n C Lebensdauer von PVC-isolierten Leitungen nach Arrhenius Leitertemperatur Lebensdauer 70 C 0,0 Jahre 90 C,5 Jahre 00 C,0 Jahr * 90 % des Temperaturwertes werden aus dem betriebswarmen Zustand heraus nach 5 Minuten erreicht. CDC0000D00

5 Vergleich der Auslöse-Charakteristiken C und K K löst den Zielkonflikt von Betriebssicherheit bei Stromspitzen und schneller Abschaltung im Kurzschlussfall. In Stromkreisen, wo Einschaltstromspitzen durch Motoren, Ladegeräte, Schweißtransformatoren, usw. auftreten können, hat sich die Auslöse-Charakteristik K seit über 70 Jahren bewährt. Stromspitzen bis 0 I n führen nicht zur ungewollten Abschaltung. Die Auslöse- Charakteristik C hält nur Stromspitzen bis 5 I n stand. Hinweis Bei Gleichstrom erhöhen sich die Auslösewerte der elektromagnetischen Auslöser um den Faktor,5. Auslösezeit sez eit I =.05 x l n I n I =. x li n n = 0ß C C (K) I =.3 x l n I n I =.5 x li n J R = 30ß C C (C) = Grenzkennlinie aus dem Schutz bei Überlast Hier wird deutlich, dass mit der Auslöse-Charakteristik K mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird C K 0 30 Leitertemperaturen PVCisolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x I n 70 C, x I n 8 C,5 x I n C Lebensdauer von PVC-isolierten Leitungen nach Arrhenius Leitertemperatur Lebensdauer 70 C 0,0 Jahre 90 C,5 Jahre 00 C,0 Jahr * 90 % des Temperaturwertes werden aus dem betriebswarmen Zustand heraus nach 5 Minuten erreicht. CDC0000D00 5

6 Vergleich der Auslöse-Charakteristiken K und D K löst den Zielkonflikt von Betriebssicherheit bei Stromspitzen und schneller Abschaltung im Kurzschlussfall. Die Auslöse-Charakteristik K löst spätestens I n in <0, Sekunden aus. Dagegen schaltet die Auslöse- Charakteristik D erst bei 0 I n in <0, Sekunden ab, was im Hinblick auf den Schleifenwiderstand sowie auch beim Leitungsschutz im Bereich 0-0 x I n nachteilig sein kann. Beispiel: Eine Steckdose ist mit einem LS D abgesichert. Zur Einhaltung der Abschaltbedingung 0, s muß ein Mindest-Kurzschlussstrom von 30 A sichergestellt werden. Hinweis Bei Gleichstrom erhöhen sich die Auslösewerte der elektromagnetischen Auslöser um den Faktor,5. Auslösezeit I =.05 x x l n I n I =. x l n I n = 0 0ß C C (K) II =.3 x x l n I I n =.5 x x l n I J n R = = 30 30ß C C (D) = Grenzkennlinie aus dem Schutz bei Überlast Hier wird deutlich, dass mit der Auslöse-Charakteristik K mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird K D 0 30 Leitertemperaturen PVCisolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x I n 70 C, x I n 8 C,5 x I n C Lebensdauer von PVC-isolierten Leitungen nach Arrhenius Leitertemperatur Lebensdauer 70 C 0,0 Jahre 90 C,5 Jahre 00 C,0 Jahr * 90 % des Temperaturwertes werden aus dem betriebswarmen Zustand heraus nach 5 Minuten erreicht. CDC0000D00 CDC0000D00

7 Auslöse-Charakteristiken B, C, D, K, Z Auslöse-Charakteristik B, C, D Auslöse-Charakteristik K, Z nach DIN EN (VDE 0-) nach DIN EN 097- (VDE 00-0) Baubestimmung für Leitungsschutzschalter für Baubestimmung für Leistungsschalter Haushaltinstallationen und ähnliche Zwecke Ausl sezeit I I I =.3 x Il n.05 I n. I n JR I 0ß C =.5 x l n I n J R= = 30ß C R C I =.05 x l n I =. x l n = 0 C 0 0 = Grenzkennlinie aus dem = Grenzkennlinie aus dem 0 0 Ausl sezeit B C D Z K Gegenüber den Auslöse-Charakteristiken B, C und D, bieten K und Z mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb. Zuordnung B, C und D für den Überstromschutz von Leitungen nach DIN EN (DIN VDE 0-) K zum Schutz von Wicklungen bei Motoren und Transformatoren bei gleichzeitigem Überstromschutz der Leitungen Z für Steuerstromkreise mit hohen Impedanzen, für Spannungswandlerkreise und für Halbleiterschutz bei gleichzeitigem Überstromschutz von Leitungen Empfehlung In Steckdosen-Stromkreisen empfehlen wir entsprechend DIN VDE eine FI/LS-Kombination. CDC0000D00 7

8 Weitere Kriterien bei der Auswahl von Sicherungsautomaten Um den Stromkreis bestmöglich abzusichern, sind zusätzliche Randbedingungen bei der Auswahl der Sicherungsautomaten zu berücksichtigen: Der Sicherungsautomat ist auf den Bemessungsstrom des angeschlossenen Gerätes oder der Strombelastbarkeit der Leitung abzustimmen, je nachdem welcher der niedrigere Wert ist. Umgebungstemperatur Gegenseitige Beeinflussung bei Anordnung von mehreren Sicherungsautomaten nebeneinander Abweichende Umgebungstemperatur Die thermischen Auslöser werden vom Hersteller auf eine Bezugsumgebungstemperatur eingestellt. Diese beträgt für K und Z 0 C, für B, C und D 30 C. Bei höheren Umgebungstemperaturen verringern sich die maximalen Betriebsströme um ca. % je +0 C Temperaturdifferenz. Für genaue Berechnungen und sehr hohe bzw. niedrige Umgebungstemperaturen müssen Referenztabellen herangezogen werden. Gegenseitige Beeinflussung bei gleichmäßiger Belastung Bei dichter Aneinanderreihung und gleichmäßig hoher Auslastung der Sicherungsautomaten muss ein Korrekturfaktor berücksichtigt werden: und 3 Sicherungsautomaten: Faktor 0,9 und 5 Sicherungsautomaten: Faktor 0,8 und mehr Sicherungsautomaten: Faktor 0,75 Werden Füll- bzw. Distanzstücke eingesetzt, finden diese Faktoren keine Anwendung. Auslösebedingungen für Sicherungsautomaten für AC-Anwendungen Auslösecharakteristik B C D K Z Norm DIN EN 0898-, - in Anlehnung an DIN EN 097 (VDE 0-, -) (VDE 00) Zeit-Strom-Kennlinie* x I n (30 C) Zeiten x I n (0 C) Zeiten Nicht-Auslösen,3 h (I n 3 A) h (I n > 3 A),05 h Auslösen, s (I n 3 A)... 0 s (I n > 3 A), h Auslösen, s (I n 3 A)... 0 s (I n > 3 A),5 < 0 s > s Sofort-Auslösung (magn.) x I n Zeiten x I n Zeiten Nicht-Auslösen , s 0 0, s Auslösen , s 3 0, s * Für abweichende Umgebungstemperaturen gelten Reduktionsfaktoren! 8 CDC0000D00

9 Sicherungsautomaten für den Leitungs- und Geräteschutz sowie ihre Anwendungsbereiche Anwendungsbereiche S 00 B 00 P S 0 S 800 S 700 S 00 S 00 M S 00 U/UP S 500 HV S 750 (DR) SMISSLINE S 00 UDC S 800 PV WT 3 S 80 UC Industrienetze 90 V AC S 0 S V AC S 500 HV Motorschutz Trafo S 00-K S 00 P-K S 0-K S 800-K S 700-K S 00 M-K S 00 M-K S 80 UC-K S 800-D WT 3 S 00 M-D S 750 DR-K USV 50 V DC bis Photovoltaik 00 V DC S 80 UC S 800 UC S 00 M-UC C S 800 PV Halbleiterschutz Steuerstrom- S 00-Z S 00 P-Z S 00 M-UC Z kreise S 00 M-Z V DC Selektivität S 700 S 750 (DR) Trennfunktion S 00 S 00 P S 0 S 800 S 700 S 00 nach DIN VDE S 00 M S 750 (DR) S 00 M USA, Kanada 80 V AC S 00 UP 89 0 V AC S 00 U 0 V DC S 00 UDC USA, Kanada 00 V AC S V AC S 00 S 00 P 0 V DC S 00 S 00 P 500 V DC S 80 UC Schiffsklassifikationen S 00 S 00 P S 800 S 700 (GL) S 00 M GL LRS BV DNV Bemessungsschalt- 000 max max max vermögen I cn /A (30/00 V AC) I n /A 3 0, als selektiver Gruppen- oder Vorautomat CDC0000D00 9

10 Kontakt ABB STOTZ-KONTAKT GmbH Postfach Heidelberg, Deutschland Telefon: +9 (0) Telefax: +9 (0) info.desto@de.abb.com Hinweis: Technische Änderungen der Produkte sowie Änderungen im Inhalt dieses Dokuments behalten wir uns jederzeit ohne Vorankündigung vor. Bei Bestellungen sind die jeweils vereinbarten Beschaffenheiten maßgebend. Die ABB AG übernimmt keinerlei Verantwortung für eventuelle Fehler oder Unvollständigkeiten in diesem Dokument. Wir behalten uns alle Rechte an diesem Dokument und den darin enthaltenen Gegenständen und Abbildungen vor. Vervielfältigung, Bekanntgabe an Dritte oder Verwertung seines Inhaltes auch von Teilen ist ohne vorherige schriftliche Zustimmung durch die ABB AG verboten. Copyright 0 ABB Alle Rechte vorbehalten Druckschrift Nummer CDC D00 gedruckt in Deutschland (.-0-ZVD)