Aktiver Störlichtbogenschutz in NS-Schaltanlagen DEHN + SÖHNE / protected by ISO 16016

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1 Aktiver Störlichtbogenschutz in NS-Schaltanlagen Planerforum 2014

2 Aktiver Störlichtbogenschutz in NS-Schaltanlagen Risikobetrachtung Normung Risikobewertung Lösungsansatz Fazit

3 Referent Rainer Ziehmer Produktmanager Arbeitsschutz DEHN + SÖHNE GmbH + CO.KG. Hans-Dehn-Str Neumarkt Tel.: FAX: rainer.ziehmer@dehn.de

4 Referent Oliver Born stellv. Obmann DIN NABau Leiter Vertriebsmarketing Vertrieb Deutschland DEHN + SÖHNE GmbH + CO.KG. Hans-Dehn-Str Neumarkt Tel.: FAX: oliver.born@dehn.de

5 Risikobetrachtung Warum entstehen Störlichtbögen? Montagefehler Montagemängel, Wartungen und Inspektionen Arbeiten an stromführenden Teilen Ersetzen von Sicherungen und Anschlüssen Vergessenes Werkzeug bzw. Arbeitsmaterial Betriebsbedingte Fehler Isolationsfehler Schlechte Kontaktierung Verschmutzungen, Kondenswasser Überspannungen Unzureichende Dimensionierung Tiere Nagetierverbiss Bewegung von Nagetieren in der Anlage Das Schnecken -Problem / 7124_D_1

6 Risikobetrachtung Warum Störlichtbogenschutz? Personen- und Anlagenschutz Der Schutz der Mitarbeiter ist für jedes Unternehmen verpflichtend und im Arbeitsschutzgesetz verankert. Die Verfügbarkeit der NS-Schaltanlage ist unerlässlich. Der Ausfall von z. B. EDV- Anlagen, Rechenzentren, industrieller Prozesse oder auch Intensivstationen führt zu gefährlichen Zuständen und erheblichen finanziellen Verlusten.

7 Risikobetrachtung Welche Wirkung hat der Störlichtbogen? 1. Thermische Wirkung: Einwirkenergie / hohe Temperatur / heiße Partikel 2. Strahlungswirkung: Lichtblitz / elektromagnetische Strahlung (IR... UV) 3. Dynamische Wirkung: Druckwelle / Schall / mechanische Kräfte / berstende Anlagenteile 4. Toxische Wirkung: Pyrolyse / giftige Gase / Metalldämpfe Quelle: Hager Electro

8 Risikobetrachtung Welche Folgen entstehen durch den Störlichtbogen? Verletzung/Tötung von Menschen Produktionsstillstand finanzielle Verlust Errichtung neuer Schaltanlage Errichtung neuer Gebäude Quelle: Hager Electro

9 Risikobetrachtung Zeitliche Verläufe von Druck und Temperatur Durch die hohe Temperatur kommt es zu einer explosionsartigen Druckerhöhung. - 2 bar entsprechen dem Gewicht von kg/m² Der Lichtbogen bewegt sich mit hoher Geschwindigkeit (100m/s) in Stromrichtung weg von der Schadensursache. Somit ist der Störlichtbogenschaden nicht der Ort der Schadensursache. Quelle: TU-Illmenau, Fachgebiet Elektrische Geräte und Anlagen, Univ.-Prof. Dr.-Ing.. Frank Berger / 7124_D_1

10 Störlichtbogenprüfung 3,5 ms* / 50 ms / 300 ms NS-Schaltanlage 65 ka *mit Störlichtbogenschutzsystem DEHNshort Quelle: Hager Electro / 7286_D_1

11 Normung Normenübersicht /

12 Normung DIN VDE (VDE ): Einrichtungen zum Brandschutz und zum Schutz gegen thermische Einflüsse Störlichtbogenschutzeinrichtungen Ist in elektrischen Anlagen mit Störlichtbögen zu rechnen und bestehen besondere Brandschutzerfordernisse und/oder besondere Verfügbarkeitserfordernisse, sollten Schutzeinrichtungen ausgewählt werden, die bei Eintritt eines Störlichtbogens innerhalb kürzester Zeit die Löschung des Störlichtbogens einleiten und gleichzeitig die Fehlerstelle vom Netz trennen. ANMERKUNG: Um Fehlauslösungen vorzubeugen, sollte die Löschung des Störlichtbogens erst erfolgen, wenn Stromanstieg und Lichtwirkung des Störlichtbogens erfasst wurden. Die Ansprechwerte sollten einstellbar sein /

13 Normung DIN VDE (VDE ): Störlichtbogenschutzeinrichtungen Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Auftreten von Lichtbögen sollten installiert werden, wenn von der elektrischen Anlage hohe Anforderungen an die Verfügbarkeit erwartet werden. Solche Schutzeinrichtungen müssen die Lichtleistung des Lichtbogens und den Anstieg des Stromes in den Außenleitern erkennen Ferner müssen sie den Lichtbogen innerhalb von 5 ms löschen und die elektrische Anlage von der Versorgung abschalten. Das Löschen des Lichtbogens darf nicht erfolgen, bevor die vorgegebenen Grenzwerte für Licht und Strom überschritten wurden. Langsam reagierende Schutzeinrichtungen können die Beschädigung von Gütern nicht verhindern, wodurch eine Wiederinbetriebnahme der elektrischen Anlage innerhalb kurzer Zeit unmöglich werden kann. Im Allgemeinen bietet eine Abtrennung mittels einer Metalltafel nicht die geforderte Lichtbogenfestigkeit /

14 Risikobewertung Auswirkungen Störlichtbogen nach 50 ms Begrenzung der Lichtbogenenergie in 2500 kva Anlage (400 V, 3600 A, U k =6%) prospektiver Kurzschlussstrom I pros bei 2500 kva Anlagen: ca. 60 ka Lichtbogenspannung U LB im 400 V Niederspannungsnetz: bis zu 200 V Lichtbogenstrom I LB : bis zu 50% kleiner als der prospektive Kurzschlussstrom Der Einspeiseschalter schaltet nach 50 ms ab. Energie W LB eines 3-poligen Lichtbogens beträgt in diesem Fall: W LB = 3 U LB I LB t k = V 30 ka 50 ms = 519 kj Quelle: Hager Electro / 7284_D_1

15 Risikobewertung Auswirkungen Störlichtbogen nach 3,5 ms Begrenzung der Lichtbogenenergie in 2500 kva Anlage (400 V, 3600 A, U k =6%) Der Störlichtbogen wird innerhalb einer Zeit von ca. 2,5 ms detektiert Der dreipolige metallische Kurzschluss wird innerhalb einer weiteren Zeit von ca. 1 ms eingeleitet Die Lichtbogenenergie W LB eines 3-poligen Lichtbogens wird um den Faktor 15 reduziert, auf: W LB = 3 U LB I LB t k = V 30 ka 3,5 ms = 36 kj Quelle: Hager Electro / 7284_D_1

16 Risikobewertung Integriertes Störlichtbogenschutzsystem DEHNshort Auswirkungen nach Störlichtbogen mit Schutzsystem

17 Lösungsansatz Integriertes Störlichtbogenschutzsystem DEHNshort Detection device S4 S3 S2 Lightsensors S1 Fiber optic output Short circuiting unit T1 Circuit breaker >I Current transformer

18 Lösungsansatz Mobiles Störlichtbogenschutzsystem DEHNarc / 7153_D_1_OB

19 Fazit Personenschutz Anlagenverfügbarkeit

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit Planerforum 2014