Kabel- und Leitungsdimensionierung und Auswahl von Überstrom-Schutzeinrichtungen

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1 Technische Information Kabel- und Leitungsdimensionierung und Auswahl von Überstrom-Schutzeinrichtungen Bei der Auslegung von Kabel- und Leitungsanlagen sind Anforderungen zu berücksichtigen, die den sicheren Betrieb und den Schutz im Fehlerfall ermöglichen. Ziel ist, gegen thermische Überbeanspruchung sowohl im Überlastfall, als auch im Kurzschlussfall zu schützen und Kabel/Leitungen so auszulegen, dass die im Betrieb zu erwartenden Einflüsse keine unzulässigen Auswirkungen verursachen. Die in dieser Broschüre zusammengestellten Unterlagen basieren auf den Anforderungen aus DIN VDE 000. Sie spiegeln den Stand von Mitte 009 wider, können aber im Einzelfall das Lesen der entsprechenden Normen bzw. Normenteile nicht ersetzen. Die Auslegung von Kabel- und Leitungsanlagen bzgl. der Strombelastbarkeit für die Anwendung in und an Gebäuden erfolgt üblicherweise nach DIN VDE 098- (Geltungsbereich beachten!), wobei die Anforderungen im Zusammenhang mit der Ausrüstung von Maschinen in DIN EN 00- (VDE 03-) aufgeführt sind. CDC0007D00

2 Inhalt. Verlegearten und Strombelastbarkeit von Kabeln/Leitungen... 3 Maximale Leitungslängen Auslöse-Charakteristiken für Sicherungsautomaten im Vergleich Vorgehensweise bei Auslegung von Kabel- und Leitungssystemen und Auswahl von Überstrom-Schutzeinrichtungen Auslegungsbeispiel für einen Durchlauferhitzer.... Sicherungsautomaten für den Leitungs- und Geräteschutz sowie ihre Anwendungsbereiche... 7 Legende der verwendeten Formelzeichen Überstromschutzeinrichtungen Bemessungsstrom I festgelegter Nichtauslösestrom auch als t conventional non-tripping current oder f conventional non-fusing current bezeichnet I festgelegter Auslösestrom auch als I t conventional tripping current oder conventional fusing current bezeichnet I f Stromkreis I b (maximaler) Betriebsstrom eines Stromkreises der für die Abschaltung in einer vorgegebenen Zeit erforderliche Strom Z S die Gesamtimpedanz der Fehlerschleife (bestimmt den maximal möglichen Fehlerstrom) es gilt: Z S = Z V + Z KL Z V tatsächlicher Impedanzanteil vor der Überstrom- Schutzeinrichtung (Vorimpedanz einschließlich Netzschleifenimpedanz); Z KL Impedanzanteil von der Überstrom-Schutzeinrichtung bis zum Ende des Kabels oder der Leitung I a zugrunde zu legender Auslösestrom für die Schnellabschaltung nach DIN VDE Kabel/Leitung I Z zulässige Strombelastbarkeit maximal zulässige Länge eines Kabels/einer Leitung Z V0 angenommener Impedanzanteil vor der Überstrom- Schutzeinrichtung von 300 mω (Vorimpedanz einschließlich Netzschleifenimpedanz) f L Längenkorrekturfaktor (Näherungswert) für je 0 mω Abweichung von Z V0 = 300 mω t a geforderte Abschaltzeit R i Innenwiderstand Sicherungsautomat bei 0 C R L Leitungswiderstand bei 0 C Referenzumgebungstemperatur J R Sicherungsautomaten k Materialwert nach DIN VDE S Leiterquerschnitt f, f Reduktionsfaktoren für die Strombelastbarkeit Umgebungstemperatur T U Die farbig unterlegten Bereiche in Tabellen und Textpassagen beziehen sich auf das Auslegungsbeispiel aus Kapitel 5 CDC0007D00

3 . Verlegearten und Strombelastbarkeit von Kabeln/Leitungen Nach DIN VDE 098-/August 003 Gegenüber der Ausgabe von April 998 sind neu hinzugekommen: Auswirkung von Oberwellenströmen auf symmetrisch belastete Drehstromsysteme Beispiel weiterer Verlegearten und deren Zuordnung zu den Referenzverlegearten Referenzverlegeart D* Verlegung im Elektroinstallationsrohr oder Kabelschacht im Erdreich Überstromschutz Kabel, Leitungen und Geräte sind gegen Überlast und Kurzschluss zu schützen. Das ist eine wesentliche Forderung aus der DIN VDE 000. ABB-Sicherungsautomaten mit ihren verschiedenen Auslöse-Charakteristiken B, C, D, E, K und Z erfüllen die vielfältigen Anforde rungen der Praxis an den Überstromschutz. Begriffserläuterungen Größte dauernd zulässige Strombelastbarkeit Die größte dauernd zulässige Belastbarkeit I z eines Kabels oder einer Leitung ergibt sich aus der maximal zulässigen Betriebstemperatur (des Isolierwerkstoffes), der Umgebungstemperatur, der Verlegeart, der Anzahl der stromdurchflossenen Adern, dem Isolierwerkstoff, dem Leiterwerkstoff und dem Leiterquerschnitt. Abweichende Umgebungstemperaturen sowie eine Häufung von Leitungen müssen durch Umrechnungsfaktoren berücksichtigt werden (siehe hierzu Tabelle... 0). Überstrom Überstrom ist jeder Strom, der über der größten dauernd zulässigen Strombelastbarkeit I z liegt. Überstrom ist der Sammelbegriff für Überlaststrom im Überlastfall und Kurzschlussstrom im Kurzschlussfall. Überlast Überlast kann auftreten, ohne dass die elektrische Anlage schadhaft ist, z.b. bei gleichzeitiger Benutzung leistungstarker Verbrauchsgeräte an mehreren Steckdosen, die alle an denselben Stromkreis angeschlossen sind. Überlast kann ebenso bei zu starkem Belasten von Elektromotoren entstehen, z.b. wenn ein zu dickes Holz zu schnell gegen die Kreissäge geschoben wird. Bei Überlast muss also kein Fehler in der elektrischen Anlage vorliegen. Vielmehr kann ein Fehlverhalten des Betreibers der Grund für die Überlast sein. Bei einem geringen Überlaststrom wird gleichzeitig ein Teil der entstehenden Wärme an die kältere Umgebung abgeleitet, so dass erst nach längerer Zeit eine unzulässig hohe Betriebstemperatur erreicht wird. Wird der Leiter nach kurzzeitiger Belastung mit Überlaststrom abgeschaltet oder zumindest erheblich unter der größten dauernd zulässigen Belastbarkeit I z belastet, so dass er sich wieder auf die größte dauernd zulässige Betriebstemperatur abkühlen kann, muss noch nicht mit bleibender Schädigung des Isolierwerkstoffes gerechnet werden. Kurzschluss Kurzschluss entsteht infolge eines Fehlers an der elektrischen Anlage, bei dem der Widerstand des Betriebsstromkreises nahezu auf Null verringert wird. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn in die unter Putz liegende Leitung zu einer Leuchte ein Nagel eingeschlagen wird. Dabei wird vor dem elektrischen Verbrauchsmittel, welches mit großem Widerstand behaftet ist, die Zuleitung über den wesentlich geringeren Widerstand des Nagels kurzgeschlossen. Bei den Kurzschlussströmen, die oft das 00- bis 000-fache des Betriebsstromes betragen, wird zunächst die gesamte Wärmeenergie in dem Leiter gespeichert. Erst nach ca. 5 Sekunden kann der Leiter Wärmeenergie an seine kältere Umgebung abführen. Unter dem Gesichtspunkt, dass nach dem Kurzschlussstrom eine Abschaltung und somit eine längere stromlose Zeit eintritt, wird der Leitung eine höhere Temperatur als die größte dauernd zulässige Betriebstemperatur zugemutet (siehe Tabelle 5). * hier nicht weiter ausgeführt CDC0007D00 3

4 Referenz-Verlegearten für feste Verlegung in und an Gebäuden Tabelle Referenz- A A B B Verlegeart Darstellung Verlege- Verlegung in wärmegedämmten Wänden Verlegung in Elektroinstallationsrohren oder geschlossenen bedingung Elektroinstallationskanälen auf oder in Wänden oder in Aderleitungen mehradrige Kabel oder Kanälen für Unterflurverlegung oder einadrige Mantelleitungen Kabel/Mantelleitungen im im Elektro- direkt Aderleitungen oder mehradrige Kabel oder Elektro- installations- verlegt einadrige Kabel/Mantel- Mantelleitungen installationsrohr rohr oder leitungen oder -kanal -kanal Tabelle (Fortsetzung) Referenz- C E F G Verlegeart d d oder Darstellung 0,3d d d d d d d d Verlege- Direkte Verlegung auf oder in Stegleitungen Verlegung frei in Luft, an Tragseilen sowie auf bedingung Wänden/Decken oder in ungelochten Kabelwannen in Wänden/ Kabelpritschen und -konsolen oder in ungelochten Decken oder Kabelwannen Hohlräumen einadrige Kabel mehradrige mehradrige einadrige Kabel oder Mantelleitungen oder Mantel- Kabel oder Kabel oder leitungen Mantelleitungen Mantel- mit Berührung ohne Berührung, leitungen auch Aderleitungen auf Isolatoren Hinweis: Bei Installationen mit unterschiedlichen Verlegearten ist die Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung nach der ungünstigsten Verlegeart zu bestimmen. Die farbig unterlegten Bereiche in Tabellen und Textpassagen beziehen sich auf das Auslegungsbeispiel aus Kapitel 5 CDC0007D00

5 Strombelastbarkeit bei fester Verlegung und Dauerbetrieb ) Umgebungstemperatur 30 C Für Kupferleiter mit PVC-Isolierung. Betriebstemperatur der PVC-Isolierung 70 C. Tabelle Referenz-Verlegeart A A B B C Verlegung in wärmegedämmten Wänden in Elektroinstallationsrohren direkt Anzahl der gleichzeitig belasteten Adern Nennquerschnitt in mm Strombelastbarkeit I z in A ),5 5,5 3) 3,5 5,5 3) 3,0 7,5 5,5,5 5,0 9,5 7,5,5 9,5 8,0 8,5 7, Tabelle (Fortsetzung) Referenz-Verlegeart E F G Verlegung frei in Luft Anzahl der gleichzeitig belasteten Adern horizontal vertikal Nennquerschnitt in mm Strombelastbarkeit I z in A ),5 8,5, ) I z für Nicht-Dauerbetrieb siehe DIN EN 00- (VDE 03-) ) Die betriebsmäßige Belastung I b der Kabel und Leitungen darf nicht größer als die zulässige Belastbarkeit I z sein (I b I z ). Bei abweichenden Betriebsbedingungen, z.b. bei Umgebungstemperaturen < > 30 C, bei Häufung der Kabel und Leitungen und /oder bei gleichzeitiger Belastung von mehr als 3 Adern, sind die Strombelastbarkeitswerte mit den zutreffenden Umrechnungsfaktoren nach Tabelle 5 bis 9 zu multiplizieren. Bei Installationen mit unterschiedlichen Verlegearten ist die Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung nach der ungünstigsten Verlegeart zu bestimmen. Für das Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 000 V ist als höchste Betriebstemperatur für Kabel und Leitungen 70 C zugrunde zu legen, weil Installations-Einbaugeräte, Steckvorrichtungen, Klemmen und dgl. gewöhnlich für diese Anschlussstellentemperatur bestimmt sind. Kabel und Leitungen für höhere Betriebstemperaturen, z.b. 80 C oder 90 C, sind deshalb in der Gebäudeinstallation nur so hoch zu belasten, dass die Betriebstemperatur am Leiter 70 C nicht überschreitet (siehe DIN VDE 098-/003-08, Abschn. C.3.). 3) Bewertungsunterschiede (siehe DIN VDE 098-/003-08, Abschn. C.3.3). CDC0007D00 5

6 Strombelastbarkeit und Bemessungsströme von Schutzeinrichtungen bei fester Verlegung in und an Gebäuden und Dauerbetrieb Umgebungstemperatur 5 C In der Tabelle 3 sind die Werte der Strombelastbarkeit auf eine Umgebungstemperatur von 5 C umgerechnet. Damit wird den in Deutschland üblichen Betriebsbedingungen Rechnung getragen und dem Anwender der Norm das Ermitteln der Belastbarkeit für viele Fälle ohne Umrechnung erleichtert. Die Belastbarkeitswerte gelten ausschließlich bei der Umgebungstemperatur 5 C und den genannten Verlegearten ohne Häufung bei Dauerbetrieb. Wenn abweichende Betriebsbedingungen vorliegen, z. B. andere Umgebungstemperaturen und/oder Häufung, so sind die Ursprungstabellen, die sich auf die international und regional festgelegte (Bemessungs-) Umgebungstemperatur 30 C beziehen, zusammen mit den entsprechenden Umrechnungsfaktoren anzuwenden. Für Kupferleiter mit PVC-Isolierung. Betriebstemperatur der PVC-Isolierung 70 C. Zuordnung des Bemessungsstromes von Überstrom- Schutzeinrichtungen mit dem Auslösestrom I,5 I z nach DIN VDE /99. Tabelle 3 Referenz-Verlegeart A A B B C E Anzahl der gleichzeitig belasteten Adern Nennquerschnitt Strombelastbarkeit I z in A in mm Bemessungsstrom in A ),5 I z,5,5,5 8,5,5 7,5 8,5 3 9,5 ) 3 ) 3 0 0,5 I z 9 9,5 8, I z ) ) 0 35 I z I z ) 7 3 3) ) 3 3 3) 3 3 I z I z I z I z ) Der Bemessungstrom der Überstrom-Schutzeinrichtungen darf nicht größer als die zulässige Belastbarkeit I z des Kabels oder der Leitung sein ( I z ). Überstrom-Schutzeinrichtungen können außer dem Überstromschutz von Kabeln und Leitungen die Aufgabe haben, auch Verbraucher oder Geräte, z.b. Steckdosen A, gegen Überlast zu schützen. In diesem Fall darf der Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung nicht größer als der Bemessungsstrom des zu schützenden Verbrauchers oder Gerätes sein. Schmelzsicherungen mit = 3 A, 3 A und 0 A sowie Sicherungsautomat mit = 35 A sind in einigen Ländern genormt (S 700 mit = 35 A lieferbar). Ist es nicht der Fall, so ist die nächst niedrigere genormte Bemessungsstromstärke zu wählen. ) Bei thermisch ungünstigen Konstruktionen ist mit = 3 A zu schützen. 3) Gilt nicht für Verlegung auf einer Holzwand. In diesem Fall muss eine Stromstärke niedriger abgesichert werden. CDC0007D00

7 Strombelastbarkeit und Bemessungsströme von Schutzeinrichtungen bei fester Verlegung und Dauerbetrieb Nach DIN EN 00- (VDE 03-/007), Umgebungstemperatur 0 C Die Angaben in Tabelle gelten für PVC-isolierte Verdrahtung zwischen Gehäusen und einzelnen Teilen der Ausrüstung im Beharrungszustand. Für Kupferleiter mit PVC-Isolierung. Betriebstemperatur der PVC-Isolierung 70 C. Tabelle Referenz-Verlegeart B B C E Nennquerschnitt Strombelastbarkeit I z in A in mm Bemessungsstrom in A ) 0,75 I z 8, 8,5 9,8 0, (8) (8) (8) 0,0 I z 0,3 0,,7, ,5 I z 3,5 3, 5,, 3 3 3,5 I z 8,3 7, 0 0 I z I z (3) 35 (3) 0 I z I z I z I z I z ) Die betriebsmäßige Belastung I b der Kabel und Leitungen darf nicht größer als die zulässige Belastbarkeit I z sein (I b I z ). Bei abweichenden Betriebsbedingungen, z.b. bei Umgebungstemperaturen < > 0 C, bei Häufung der Kabel und Leitungen und /oder bei gleichzeitiger Belastung von mehr als 3 Adern, sind die Strombelastbarkeitswerte mit den zutreffenden Umrechnungsfaktoren nach Tabelle 5 bis 0 zu multiplizieren. Bei Installationen mit unterschiedlichen Verlegearten ist die Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung nach der ungünstigsten Verlegeart zu bestimmen. CDC0007D00 7

8 Umrechnungsfaktoren für von 30 C bzw. 0 C abweichende Umgebungstemperaturen Tabelle 5 Umgebungstemperatur 30 C Anwendung auf die Strombelastbarkeit nach Tabelle Zulässige Betriebstemperatur 0 C 70 C 80 C 90 C am Leiter Umgebungstemperatur C Umrechnungsfaktoren 0,9,,8,5 5,,7,, 0,5,,0,08 5,08,0,05,0 30,00,00,00, ,9 0,9 0,95 0,9 0 0,8 0,87 0,89 0,9 5 0,7 0,79 0,8 0, ,58 0,7 0,77 0,8 55 0, 0, 0,7 0,7 0 0,50 0,3 0,7 5 0,35 0,55 0,5 70 0,5 0, ,3 0, , 85 0,9 Tabelle Umgebungstemperatur 0 C Anwendung auf die Strombelastbarkeit nach Tabelle Zulässige Betriebstemperatur 70 C am Leiter Umgebungstemperatur C Umrechnungsfaktoren 30,5 35,08 0,00 5 0,9 50 0,8 55 0,7 0 0,58 8 CDC0007D00

9 Umrechnungsfaktoren für Häufung von Kabeln und Leitungen mit Nennlast im Dauerbetrieb Tabelle 7 Anwendung auf die Strombelastbarkeit nach Tabelle, 3 und Verlegeanordnung Anzahl der mehradrigen Kabel oder Leitungen oder Anzahl der Wechsel- oder Drehstromkreise aus einadrigen Kabeln oder Leitungen ( bzw. 3 stromführende Leiter) Gebündelt direkt auf der,00 0,80 0,70 0,5 0,0 0,57 0,5 0,5 0,50 0,8 0,5 0,3 0, 0,39 0,38 Wand, auf dem Fußboden, im Elektroinstallationsrohr oder -kanal, auf oder in der Wand Einlagig auf der Wand oder,00 0,85 0,79 0,75 0,73 0,7 0,7 0,7 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 0,70 auf dem Fußboden, mit Berührung Einlagig auf der Wand oder,00 0,9 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 0,90 auf dem Fußboden, mit Zwischenraum gleich dem Durchmesser d Einlagig unter der Decke, 0,95 0,8 0,7 0,8 0, 0, 0,3 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, 0, mit Berührung Einlagig unter der Decke, 0,95 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85 mit Zwischenraum gleich dem Außendurchmesser d Symbol für ein einadriges oder ein mehradriges Kabel oder eine einadrige oder eine mehradrige Leitung Hinweis: Die Umrechnungsfaktoren sind anzuwenden für die Ermittlung der Strombelastbarkeit gleichartiger und gleich hoch belasteter Kabel und Leitungen bei Häufung in derselben Verlegeart. Die Leiternennquerschnitte dürfen sich dabei höchstens um eine Querschnittstufe unterscheiden. Die Umrechnungsfaktoren beziehen sich auf den Dauerbetrieb mit einem Belastungsgrad von 00 % für alle aktiven Leiter (Nennlast). Ist die Belastung kleiner als 00 %, können die Umrechnungsfaktoren höher sein. Falls ein Leiter mit einem Strom nicht größer als 30 % seiner Belastbarkeit bei Häufung belastet wird, ist es zulässig, ihn bei der Bestimmung des Umrechnungsfaktors für die restlichen Kabel oder Leitungen dieser Gruppe zu vernachlässigen. Wenn der horizontale lichte Abstand zwischen benachbarten Kabeln und Leitungen das Zweifache ihres Außendurchmessers überschreitet, brauchen die Umrechnungsfaktoren nicht angewendet zu werden. CDC0007D00 9

10 Umrechnungsfaktoren für Häufung von mehradrigen Kabeln und Leitungen auf Kabelwannen und -pritschen Tabelle 8 Anwendung auf die Strombelastbarkeit nach Tabelle, 3 und Verlegeanordnung Anzahl der Anzahl der mehradrigen Kabel oder Leitungen Wannen oder Pritschen 3 9 Ungelochte mit Berührung 0,97 0,8 0,78 0,75 0,7 0,8 Kabelwannen 300 mm 0,97 0,83 0,7 0,7 0,8 0,3 (Löcher umfassen weniger 3 0,97 0,8 0,75 0,7 0, 0, als 30% der Gesamtfläche) 0 mm 0,97 0,8 0,73 0,9 0,3 0,58 Gelochte mit Berührung,00 0,88 0,8 0,79 0,7 0,73 Kabelwannen,00 0,87 0,80 0,77 0,73 0,8 300 mm 3,00 0,8 0,79 0,7 0,7 0, 0 mm,00 0,8 0,77 0,73 0,8 0, d d mit Zwischenraum,00,00 0,98 0,95 0,9,00 0,99 0,9 0,9 0, mm 3,00 0,98 0,95 0,9 0,85 0 mm mit Berührung,00 0,88 0,8 0,78 0,73 0,7,00 0,88 0,8 0,7 0,7 0,70 5 mm d d mit Zwischenraum,00 0,9 0,89 0,88 0,87,00 0,9 0,88 0,87 0,85 5 mm Kabelpritschen mit Berührung,00 0,87 0,8 0,80 0,79 0, mm,00 0,8 0,8 0,78 0,7 0,73 3,00 0,85 0,79 0,7 0,73 0,70 0 mm,00 0,83 0,7 0,73 0,9 0, d d mit Zwischenraum,00,00,00,00, mm,00 0,99 0,98 0,97 0,9 3,00 0,98 0,97 0,9 0,93 0 mm Hinweis: Die Umrechnungsfaktoren gelten nur für einlagig verlegte Gruppen von Kabeln oder Leitungen, wie oben dargestellt. Sie gelten nicht, wenn die Kabel oder Leitungen mit Berührung übereinander verlegt sind oder die angegebenen Abstände zwischen den Kabel wannen oder Kabelpritschen unterschritten werden. In solchen Fällen sind die Umrechnungsfaktoren zu reduzieren, z.b. nach Tabelle 7 Tabelle 9 Umrechnungsfaktoren für vieladrige Kabel und Leitungen (> 5 Adern) mit Leiternennquerschnitten bis 0 mm Anzahl der gleichzeitig Umrechnungsfaktoren belasteten Adern 5 0,75 7 0,5 0 0,55 0,50 9 0,5 0,0 0 0,35 0,30 Tabelle 0 Umrechnungsfaktoren für aufgewickelte Leitungen, z. B. Leitungsroller Anzahl der Lagen Umrechnungsfaktoren auf der Spule 0,80 0, 3 0,9 0, 5 0,38 Hinweis: Für spiralförmige Abwicklung gilt der Umrechnungsfaktor 0,80. 0 CDC0007D00

11 . Maximale Leitungslängen Ermittlung der maximalen Leitungslängen in elektrischen Anlagen unter Berücksichtigung von: Schutz gegen elektrischen Schlag und der Abschaltzeiten gemäß DIN VDE zulässigem Spannungsfall in Stromkreisen 30/00 V AC Schutz in Steuerstromkreisen V DC nach DIN EN 00- (VDE03-). Wesent liche Einflussfaktoren bei der Ermittlung von maximalen Leitungslängen Widerstandswert des Kupferleiters bei 70 C Betriebstemperatur. Innenwiderstände der Sicherungsautomaten, die gerade bei kleinen Bemessungsströmen einen hohen Anteil haben. Die Grenzlängen, resultierend aus den Abschaltzeiten, brauchen nicht beachtet werden, wenn der Fehlerschutz nach DIN VDE durch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung sicher gestellt wird.. Maximale Leitungslänge zur Einhaltung des Spannungsfalls in einem Stromkreis Der akzeptierte Spannungsfall ist oft die bestimmende Größe bei der Ermittlung der zulässigen Leitungslänge. Ausgewählte Werte für maximal zulässige Leitungslängen für einen zulässigen Spannungsfall von 3% sind in Tabelle aufgeführt. Umrechnungsfaktoren für andere Werte des zulässigen Spannungsfalls enthält Tabelle. Tabelle Maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen I max bei einem Spannungsfall von 3% Betriebs- maximal zulässige Kabel- u. Leitungslängen in m strom Leiternennquerschnitt in mm bei 00 V A,5, Leitertemperatur 30 C, Drehstromkreise, Nenn spannung der Anlage 00 V, 50 Hz. Tabelle Umrechnungsfaktoren für maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen I max von 3% abweichenden Spannungsfällen Spannungsfall Faktor % 0,33,5 % 0,50 % 0, %,33 5 %,7 8 %,7 0 % 3,33 Beispiel: Eine Leitung,5 mm wird mit einem Sicherungsautomat B geschützt. Nach Tabelle 3 ist die maximale Leitungslänge 8 m, wenn die Abschaltbedingung unter den vorgegebenen Randbedingungen eingehalten werden soll. Darf zusätzlich der Spannungsfall für den betrachteten Leitungsabschnitt 3% nicht überschreiten, ergibt sich eine reduzierte maximale Leitungslänge von 7 m bei 30 V. (Aus Tabelle : 3 m, zusätzlicher Faktor 0,5, da Einphasen-Wechselstromkreis) 3. Zulässige Leitungslänge zur Einhaltung der Abschaltzeiten nach DIN VDE DIN VDE fordert in der Ausgabe von für alle Endstromkreise bis 3 A kurze Abschaltzeiten für den Fehlerschutz: 0, s für TN-Systeme; 0, s für TT- Systeme bei 30/00 V AC. Der Fehlerschutz kann mit Sicherungsautomaten erreicht werden, wenn im Fehlerfall der für die Abschaltung in der vorgegebenen Zeit notwendige Strom zum Fließen kommt. Für andere Stromkreise (wie z.b. Verteilerstromkreise) werden Abschaltzeiten von 5 s bzw. s gefordert. Der im Fehlerfall tatsächlich fließende Strom ergibt sich aus der Leitungsspannung gegen Erde und den insgesamt in der Fehlerschleife vorhandenen Impedanzen. Diese sind insbesondere der Innenwiderstand der Stromquelle, die sogenannte Vorimpedanz des vorgelagerten Netzes, ggf. der Innenwiderstand des Sicherungsautomaten sowie die nachgeschaltete Impedanz in Form der Leitung. Hinweis: Für Einphasen-Wechselstromkreise 30 V sind die Längen mit dem Faktor 0,5 zu multiplizieren. Die farbig unterlegten Bereiche in Tabellen und Textpassagen beziehen sich auf das Auslegungsbeispiel aus Kapitel 5 Tabelle 3 zeigt die relevanten Parameter auf Basis des Beiblattes zu DIN VDE Bei den ermittelten Leitungslängen wurde ein Gesamtvorimpedanz von 300 mω angenommen. Bei abweichenden Werten ist gemäß dem Beispiel unterhalb der Tabelle umzurechnen. CDC0007D00

12 Maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen zur Einhaltung der Abschaltbedingungen nach DIN VDE 000-0* Tabelle 3 Leiternennquerschnitt Bemessungsstrom Innenwiderstand LS Char. B Innenwiderstand LS Char. C Innenwiderstand LS Char. K Innenwiderstand LS Char. Z Sicherungsautomaten nach DIN EN (VDE 0-) und DIN EN 097- (VDE 00-0) t a = 0, s; t a = 5 s (wird erreicht durch Schnellabschaltung t 0, s) S Char. B S Char. C S Char. K S Char. Z l a = 5 x l a = 0 x l a = x l a = 3 x Längenkorrekturfaktor Z s Z s Z s Z s f L mm A Ω Ω Ω Ω A Ω m A Ω m A Ω m A Ω m 0, 0,5-5,5000,300 0,000, ,0,9 3 7,0 3,99 9,5 53,9 5 -,00,5500,700 5, ,0 3,09 7,0,50 8 3,0 7,98, - 0,300 0,950,000 8,0 - -,0,3, 0,3 9,8 8, - 0,00 0,00 0,90 0, ,0, ,0 8,5 3,0 38,9 3 0,5-5,5000,300 0,000, ,0,9 0 7,0 3,99 9,5 53,9 807,0 -,00,5500,700 5, ,0 3,09 0,0, ,0 7, ,5, - 0,300 0,950,000 8,0 - -,0,3 7, 0,3 53,8 8, 5 0,05-0,00 0,00 0,90 0, ,0, ,0 8,5,0 38, ,500 0,50 0,00 5, ,0 7,70 39,0 5,50 7 9,0 5, 3 -,00,5500,700 5, ,0 3,09 3,0,50 5 3,0 7,98 58, - 0,300 0,950,000 8,0 - -,0,3 0, 0,3 7,8 8, 3 0,3-0,00 0,00 0,90 0, ,0,55 8 8,0 8,5 57,0 38,9 73 0,07 3-0,500 0,50 0,00 5, ,0 7,70 53,0 5, ,0 5, 8-0,00 0,00 0,90 0, ,0 5, ,0, 7,0 9,5 3, - 0,300 0,950,000 8,0 - -,0,3 9, 0,3 05,8 8, 503-0,00 0,00 0,90 0, ,0,55 8 8,0 8,5 8,0 38,9 0 0,5 3-0,500 0,50 0,00 5, ,0 7,70 78,0 5, ,0 5, 7 0, - 0,00 0,00 0,90 0, ,0 5, ,0, 0,0 9,5 00 0,0550 0,0550 0,050 0,00 30,0 7, ,0 3, ,0,75 8,0,83 3-0,00 0,00 0,90 0, ,0, ,0 8,5,0 38, ,500 0,50 0,00 5, ,0 7,70 7,0 5,50 8 9,0 5, 0 0,75-0,00 0,00 0,90 0, ,0 5, ,0,,0 9,5 99 0,,5,5 0,0550 0,0550 0,050 0,00 30,0 7,70 7 0,0 3,85 5 8,0, ,0, ,033 0,033 0,0 0,075 50,0, 8 00,0,3 3 0,0,5 30,0 7, ,500 0,50 0,00 5, ,0 7,70 5,0 5,50 0 9,0 5, 53-0,00 0,00 0,90 0, ,0 5,77 5,0, 8,0 9, ,0550 0,0550 0,050 0,00 30,0 7,70 5 0,0 3, ,0,75 5 8,0,83 0 0,033 0,035 0,0 0,075 50,0, 9 00,0,3 3 0,0,5 9 30,0 7, ,033 0,033 0,0-5,0 3, ,0,78 3 8,0, ,0070 0,0070 0,0077 0,009 80,0, ,0,,0,03 8,0,8 95-0,00 0,00 0,90 0, ,0 5, ,0,,0 9, ,0550 0,0550 0,050 0,00 30,0 7,70 3 0,0 3,85 3 8,0, ,0, ,033 0,035 0,0 0,075 50,0, 37 00,0,3 0,0,5 3 30,0 7, ,033 0,033 0,0-5,0 3, ,0,78 7 8,0, ,0070 0,0070 0,0077 0,009 80,0,89 8 0,0, 37,0,03 3 8,0, ,003 0,003 0,007 0,000 00,0,3 00,0,5 7 80,0 0,8 7 0,0 3,85 3 0,0550 0,0550 0,050 0,00 30,0 7, ,0 3, ,0,75 9 8,0, ,033 0,035 0,0 0,075 50,0, 7 00,0,3 0 0,0,5 7 30,0 7, ,033 0,033 0,0-5,0 3, ,0, ,0, ,0070 0,0070 0,0077 0,009 80,0, ,0,,0, ,0, ,003 0,003 0,007 0,000 00,0,3 0 00,0,5 5 80,0 0,8 8 0,0 3, ,0050 0,0050 0,00 0,00 5,0, ,0 0, ,0 0, 9 75,0 3,08 7 * Anmerkungen siehe Seite 3 m 0 mω 0,03 0, 0,3 0,50 CDC0007D00

13 Fortsetzung Tabelle 3* Leiternennquerschnitt Bemessungsstrom Innenwiderstand LS Char. B Innenwiderstand LS Char. C Innenwiderstand LS Char. K Innenwiderstand LS Char. Z Sicherungsautomaten nach DIN EN (VDE 0-) und DIN EN 097- (VDE 00-0) t a = 0, s; t a = 5 s (wird erreicht durch Schnellabschaltung t 0, s) S Char. B S Char. C S Char. K S Char. Z l a = 5 x l a = 0 x l a = x l a = 3 x Längenkorrekturfaktor Z s Z s Z s Z s f L mm A Ω Ω Ω Ω A Ω m A Ω m A Ω m A Ω m 0 0,033 0,035 0,0 0,075 50,0, 3 00,0,3 70 0,0,5 30,0 7,70 3 0,033 0,033 0,0-5,0 3, ,0,78 5 8,0, ,0070 0,0070 0,0077 0,009 80,0,89 8 0,0, 97,0,03 8,0, ,003 0,003 0,007 0,000 00,0, ,0, ,0 0,8 5 0,0 3, ,0050 0,0050 0,00 0,00 5,0, ,0 0, ,0 0, 3 75,0 3, ,003 0,003 0,0035 0,008 0,0, 97 30,0 0,7 3 8,0 0,5 8 9,0, ,033 0,033 0,0-5,0 3, ,0, ,0, ,0070 0,0070 0,0077 0,009 80,0, ,0,,0,03 9 8,0, ,003 0,003 0,007 0,000 00,0,3 5 00,0, ,0 0,8 7 0,0 3, ,0050 0,0050 0,00 0,00 5,0, ,0 0, ,0 0, 75,0 3, ,003 0,003 0,0035 0,008 0,0, 30,0 0,7 5 8,0 0,5 7 9,0, 8 0 0,0030 0,0030 0,008 0,005 00,0, ,0 0, ,0 0, 3 0,0, ,0050 0,0050 0,00 0,00 5,0, ,0 0, ,0 0, 77 75,0 3, ,003 0,003 0,0035 0,008 0,0, 5 30,0 0,7 90 8,0 0,5 5 9,0, ,0030 0,0030 0,008 0,005 00,0, ,0 0, ,0 0, 0,0,9 37, 50 0,003 0,003 0,003 0,008 50,0 0, ,0 0, 3 700,0 0, ,0, ,00 0,00 0,0007 0,003 35,0 0, ,0 0,37 88,0 0, 0 89,0, ,003 0,003 0,0035 0,008 0,0, ,0 0,7 8,0 0,5 7 9,0, ,0030 0,0030 0,008 0,005 00,0,5 9 00,0 0, ,0 0, 3 0,0, ,003 0,003 0,003 0,008 50,0 0, ,0 0, ,0 0, ,0,5 3 0,00 0,00 0,0007 0,003 35,0 0, ,0 0, ,0 0, 0 89,0, 3 m 0 mω 0,8, 3,5 Hinweis: Die Grenzlängen brauchen nicht beachtet werden, wenn der Fehlerschutz (Schutz bei indirektem Berühren) durch eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung sichergestellt wird. Beispiel für eine Längenkorrektur: Bei einer vorhandenen Vorimpedanz von Z v = 380 mω und einem Querschnitt von,5 mm berechnet sich die Korrekturlänge l wie folgt: 0 l = (Z vo -Z v ) x f L = (300 mω-380 mω) x 0,3 m mω = -,8 m, d.h. die nach Tabelle 3 ermittelte maximale Leitungslänge ist um,5 m zu reduzieren. * Maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen ermittelt in Anlehnung an DIN VDE Bbl. :00- bei 30/00 V für Cu-Leiter, Isolierung PVC oder Gummi Impedanz vor der Überstrom-Schutzeinrichtung Z vo = 300 mω. Bei abweichender Vorimpedanz Z v sind die Tabellenwerte mit folgender Korrekturlänge zu verwenden l = (Z vo - Z v ) x f L Zusätzlich sind die Innenwiderstände der Sicherungsautomaten berücksichtigt. I a bewirkt eine unverzögerte Abschaltung < 0, s bei Sicherungsautomaten. Achtung: gegebenenfalls zusätzlich maximalen Spannungsfall beachten!) Die farbig unterlegten Bereiche in Tabellen und Textpassagen beziehen sich auf das Auslegungsbeispiel aus Kapitel 5 CDC0007D00 3

14 Schutz empfindlicher Bauelemente und Brandschutz in Steuerstromkreisen V DC nach DIN EN 00- (VDE 03-) Damit im Sinne der Norm ein möglichst ausreichender Schutz empfindlicher Bauelemente, wie Kontakte, konfektionierte Leitungen von Sensoren/Endschaltern erreicht werden kann, ist folgendes sicherzustellen. Abb. Auslösecharakteristik Z für AC- und DC-Anwendungen I I I =.05 x l n I =. x l n J R = 0 C Bei Überstrom muss der unverzögerte Auslöser im Millisekunden-Bereich die Abschaltung bewirken. Hiermit wird der Stromwärmewert I t, der das Bauteil belastet, so klein wie möglich gehalten. Damit der unverzögerte Auslöser innerhalb des Toleranzbandes sicher anspricht, dürfen im Hinblick auf den Schleifenwiderstand max. Leitungslängen verlegt werden. Die Parameter zur Beurteilung hierfür sind: Schleifenwiderstand ( R i + R CU ) Kupfertemperatur: 80 C im Kurzschlussfall Spannungsfall Übergangswiderstände Hinweis: In der Summe ergibt das einen Reduktionsfaktor von /3 (DIN VDE : 008-0, C..3..) CDC0007D00

15 Beispiel : Standard-Netzgerät Beispiel : getaktetes Netzgerät R i = 0, Ω R L = ρ x l 0,08 Ω mm = x 0 m A,5 mm m R = 0, + 0,8 =, Ω nach DIN VDE , C..3..3: Z S x U 0 3 x 3 I a V,5 x A Z S = R,78 Ω = 0,8 Ω Ansprechwert unverzögert vom S 0 - Z/ =,5 = 9 A Ergebnis: Der ermittelte Wert liegt bei, Ω. Damit ist die Bedingung erfüllt. Die Abschaltung erfolgt unverzögert im ms-bereich. Der Sicherungsautomat S 0 benötigt < 0,s zur unverzögerten Abschaltung. Regelt das getaktete Netzgerät unverzögert im Kurzschlussfall nach unten, dann regelt das Netzgerät schneller als der S schalten kann. Folge: Keine selektive Fehlererkennung Ergebnis: Der Ausgang vom getakteten Netzgerät muss verzögert arbeiten (>00 ms) und auf diesen verzögert herabgeregelten Wert muss das Schutzorgan abgestimmt sein. Somit erreicht man eine selektive Fehlererkennung. CDC0007D00 5

16 Tabelle Maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen zum Schutz empfindlicher Bauelemente und Brandschutz bei DC-Anwendungen Leiternennquerschnitt Bemessungsstrom Innenwiderstand LS Char. B Innenwiderstand LS Char. C Innenwiderstand LS Char. Z Sicherungsautomaten nach DIN EN (DIN VDE 0-) und DIN EN 097- (VDE 00-0) t a < 0, s S Char. B S Char. C S Char. Z l a = 5 x,5 x l a = 0 x,5 x l a = 3 x,5 x Z s Z s Z s mm A Ω Ω Ω A Ω m A Ω m A Ω m 0,5-5,5000 0,000 3, ,5,3 0,3 8, 0 0, -,00,700 7, ,0, 0,5,05, - 0,300,000,0 - -,0 0,7 0 7,,53-0,00 0,90 5, ,0 0, 0 9,0,03 0,5-5,5000 0,000 3, ,5,3 0,3 8, 0,0 -,00,700 7, ,0, 0,5,05 0 0,5, - 0,300,000,0 - -,0 0,7 0 7,,53 8-0,00 0,90 5, ,0 0, 9,0, ,500 0,00, ,0 0, 3,5,35 -,00,700 7, ,0, 0,5,05, - 0,300,000,0 - -,0 0,7 7,,53 0,3-0,00 0,90 5, ,0 0, 9,0,03 3-0,500 0,00, ,0 0, 3,5,35 9-0,00 0,90 30, ,0 0,30 8,0,0, - 0,300,000,0 - -,0 0,7 7,,53-0,00 0,90 5, ,0 0, 9,0,03 0,5 3-0,500 0,00, ,0 0, 3,5,35 3-0,00 0,90 30, ,0 0,30 8,0,0 9 0,0550 0,0550 0,00 5,0 0, 3 90,0 0,0 7,0 0,8-0,00 0,90 5, ,0 0, 9,0, ,500 0,00, ,0 0, 3,5,35 9 0,75-0,00 0,90 30, ,0 0,30 8,0,0 0,0550 0,0550 0,00 5,0 0, 5 90,0 0,0 7,0 0, ,033 0,033 0,075 75,0 0, 3 50,0 0, 5,0 0, 3-0,500 0,00, ,0 0, 5 3,5,35 5-0,00 0,90 30, ,0 0,30 3 8,0,0 9 0,0550 0,0550 0,00 5,0 0, 7 90,0 0,0 7,0 0,8 0 0,033 0,033 0,075 75,0 0, 50,0 0, 5,0 0, 8 3 0,033 0,033-97,5 0,9 3 95,0 0,09-58,5 0,3-0,0070 0,0070 0,090 0,0 0,5 0,0 0,08 0 7,0 0,5-0,00 0,90 5, ,0 0, 3 9,0,03 7-0,00 0,90 30, ,0 0,30 5 8,0,0 8 0,0550 0,0550 0,00 5,0 0, 0 90,0 0,0 3 7,0 0,8 8,5 0 0,033 0,033 0,075 75,0 0, 50,0 0, 5,0 0, 3 0,033 0,033-97,5 0,9 95,0 0,09 58,5 0,3-0,0070 0,0070 0,090 0,0 0,5 3 0,0 0,08 7,0 0, ,003 0,003 0,000 50,0 0, 300,0 0,0 0 90,0 0,0 5 * Anmerkungen siehe Seite 7 CDC0007D00

17 Fortsetzung Tabelle * Leiternennquerschnitt Bemessungsstrom Innenwiderstand LS Char. B Innenwiderstand LS Char. C Innenwiderstand LS Char. Z Sicherungsautomaten nach DIN EN (DIN VDE 0-) und DIN EN 097- (VDE 00-0) t a < 0, s S Char. B S Char. C S Char. Z l a = 5 x,5 x l a = 0 x,5 x l a = 3 x,5 x Z s Z s Z s mm A Ω Ω Ω A Ω m A Ω m A Ω m 0,0550 0,0550 0,00 5,0 0, 7 90,0 0,0 7,0 0, ,033 0,033 0,075 75,0 0, 0 50,0 0, 3 5,0 0, 9,5 3 0,033 0,033-97,5 0,9 7 95,0 0,09 58,5 0,3-0,0070 0,0070 0,090 0,0 0,5 5 0,0 0,08 7,0 0, ,003 0,003 0,000 50,0 0, 300,0 0,0 0 90,0 0, ,0050 0,0050 0,00 87,5 0,0 375,0 0,05 0,5 0, 0 0,033 0,033 0,075 75,0 0, 7 50,0 0, 5 5,0 0, 3 3 0,033 0,033-97,5 0,9 95,0 0, ,5 0,3-0,0070 0,0070 0,090 0,0 0,5 9 0,0 0,08 7,0 0, ,003 0,003 0,000 50,0 0, 300,0 0,0 0 90,0 0, ,0050 0,0050 0,00 87,5 0,0 375,0 0,05 0,5 0, 0 3 0,003 0,003 0,008 0,0 0,08 80,0 0,0 0,0 0, ,033 0,033-97,5 0,9 7 95,0 0,09 58,5 0,3-0,0070 0,0070 0,090 0,0 0,5 3 0,0 0,08 3 7,0 0, ,003 0,003 0,000 50,0 0, 9 300,0 0,0 90,0 0, ,0050 0,0050 0,00 87,5 0,0 375,0 0,05 0,5 0, 5 3 0,003 0,003 0,008 0,0 0, ,0 0,0 0,0 0, ,0030 0,0030 0, ,0 0,0 00,0 0, ,0 0, ,0050 0,0050 0,00 87,5 0, ,0 0,05 0,5 0, 5 3 0,003 0,003 0,008 0,0 0, ,0 0,0 0,0 0, ,0030 0,0030 0, ,0 0,0 00,0 0, ,0 0,0 50 0,003 0,003 0, ,0 0, ,0 0,0 0 5,0 0, ,00 0,00 0,003 7,5 0,0 0 95,0 0,0 0 83,5 0, ,003 0,003 0,008 0,0 0, ,0 0,0 0,0 0, ,0030 0,0030 0, ,0 0,0 3 00,0 0, ,0 0, ,003 0,003 0, ,0 0, ,0 0,0 0 5,0 0,08 3 0,00 0,00 0,003 7,5 0,0 0 95,0 0,0 0 83,5 0,0 5 Hinweis: Die -Werte stellen den zusätzlichen Schutz empfindlicher Bauelemente sicher. Bei = 0 ist in jedem Fall der alleinige Überstromschutz der Leitung über den ver zögerten Auslöser sichergestellt. * Spannung in der Anlage: V DC Impedanz vor der Überstrom-Schutzeinrichtung Z v = 50 mω (Annahme). Für Leitertemperatur (im Kurzschlussfall 80 C) und für nicht erfassbare Impedanzen ist der Faktor /3 eingerechnet (DIN VDE ). Achtung: zusätzlich maximalen Spannungsfall beachten! CDC0007D00 7

18 3. Auslöse-Charakteristiken für Sicherungsautomaten im Vergleich In der 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. Durchlass I t / A s B, C In = 50, 3 A 3, 0 A 0, 5 A A 0, 3 A Cu-Leiter PVC-isol. mm,5,5,0 max. zul. I t-werte A s 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 Kurzschlussfall geschützt werden Prospektiver Kurzschlussstrom I CC /A Schmelzsicherung gl Sicherungsautomat A 0, 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 z () I,5 x I z () I b = Betriebsstrom der Leitung = 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 5 s 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. 3 Grenzbelastungskennlinie für PVC-isolierte Leitungen 8 CDC0007D00

19 DIN VDE /November 99; Abschnitt 5. Anmerkung 5 Die Bedingungen () und () garantieren in einzelnen Fällen nicht den vollständigen Schutz, z. B. bei lang anstehenden Überströmen, die kleiner als I sind. Sie führen auch nicht zwangsläufig zur wirtschaftlichsten Lösung. Deshalb ist vorausgesetzt, dass der Stromkreis so gestaltet ist, dass kleine Überlastungen von langer Dauer nicht regelmäßig auftreten werden. Ziel ist es, mit der ausgewählten Charakteristik ein Kabel/eine Leitung gemäß ihrer Grenzbelastbarkeit nach Abb. 3 zu schützen. Auslösezeit Sekunden Minuten I =.05 x l n I I= =.. x lx n J R J= R = 00 C C (K) (Z) I =.3 x l n I I= =.5.5 x lx n J R J= R = 3030 C C = Grenzkennlinie aus dem kalten Zustand 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 liegt (B, C, D:,5 x ) Z B C K D Vielfaches des Bemessungsstromes Leitertemperaturen PVC-isolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x 70 C, x 8 C,5 x 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. CDC0007D00 9

20 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 usw. erreicht werden kann, muss der unverzögerte Auslöser im Millisekunden-Bereich die Abschaltung bewirken. Es dürfen im Hinblick auf den Schleifenwiderstand maximale Leitungslängen nicht überschritten werden. Unter Berücksichtigung verschiedener Parameter ergeben sich beispielhaft folgende maximale Leitungslängen:,5 mm, -adrig, Cu Sicherungsautomat B max. 0 m Sicherungsautomat Z max. 7 m Sicherungsautomat 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 Sekunden Minuten I =.05 x l n I = I. =. x l n x J R = 0 J R = C 0 C (Z) I =.3 x l = I.5 =.5 x l n x IJ n R = 30 J R = C 30 C Z B = Grenzkennlinie aus dem kalten Zustand Vielfaches des Bemessungsstromes Leitertemperaturen PVC-isolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x 70 C, x 8 C,5 x 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. 0 CDC0007D00

21 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 vielen Jahren bewährt. Stromspitzen bis 0 x führen nicht zur ungewollten Abschaltung. Die Auslöse- Charakteristik C hält nur Stromspitzen bis 5 x stand. Hinweis Bei Gleichstrom erhöhen sich die Auslösewerte der elektromagnetischen Auslöser um den Faktor,5. Auslösezeit Sekunden Minuten I =.05 x l n I = I. =. x l n x J R = 0 J R = C 0 C (K) I =.3 x l n I = I.5 =.5 x l n x IJ n R = 30 J R = C 30 C = Grenzkennlinie aus dem kalten Zustand Schutz bei Überlast Hier wird deutlich, dass mit der Auslöse-Charakteristik K mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird C K Vielfaches des Bemessungsstromes Leitertemperaturen PVC-isolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x 70 C, x 8 C,5 x 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. CDC0007D00

22 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 x in < 0, s aus. Dagegen schaltet die Auslöse- Charakteristik D erst bei 0 x in < 0, s ab, was im Hinblick auf den Schleifenwiderstand sowie auch beim Leitungsschutz im Bereich 0-0 x nachteilig sein kann. Beispiel: Eine Steckdose ist mit einem Sicherungsautomat D abgesichert. Zur Einhaltung der Abschaltbedingung 0, s muß ein Kurzschlussstrom von 30 A sichergestellt werden. Hinweis Bei Gleichstrom erhöhen sich die Auslösewerte der elektromagnetischen Auslöser um den Faktor,5. Auslösezeit Sekunden Minuten I =.05 x l n I = I. =. x l n x J R = 0 J R = C 0 C I =.3 x x l n I = I.5 =.5 x l n x JR = 30 J R = C 30 C (K) = Grenzkennlinie aus dem kalten Zustand Schutz bei Überlast Hier wird deutlich, dass mit der Auslöse-Charakteristik K mehr Sicherheit beim Planen und im Betrieb erreicht wird K D Vielfaches des Bemessungsstromes Leitertemperaturen PVC-isolierter Leitungen bei Überlast Belastung Leitertemperatur*,0 x 70 C, x 8 C,5 x 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. CDC0007D00

23 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 Sicherungsautomat für Baubestimmung für Leistungsschalter Haushaltinstallationen und ähnliche Zwecke Auslösezeit Sekunden Minuten I II I =.3 x I l n I =.5 x I l n J R R= R = C C.05 I =.05 x l n I =. x J R R = 0 C I =. x l n J R = 0 C 0 0 = Grenzkennlinie aus dem = Grenzkennlinie aus dem 0 kalten Zustand kalten Zustand 0 Auslösezeit Sekunden Minuten B C D Z K Vielfaches des Bemessungsstromes Vielfaches des Bemessungsstromes 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. CDC0007D00 3

24 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. Tabelle 5 Auslösebedingungen für Sicherungsautomat für AC-Anwendungen Auslösecharakteristik B C D K Z Norm DIN EN in Anlehnung an (VDE 0-) DIN EN 097- (VDE 00-0) Zeit-Strom-Kennlinie* Zeiten x (30 C) Zeiten x (0 C) Nicht-Auslösen h für 3 A,3,05 h für 3A h für > 3 A,5, Auslösen... 0 s für 3 A > 0 s,5, s für > 3 s < s Sofort-Auslösung (magn.) Zeiten x Zeiten x Nicht-Auslösen 0, s , s 0 Auslösen 0, s , s 3 * Für abweichende Umgebungstemperaturen gelten Reduktionsfaktoren! CDC0007D00

25 . Vorgehensweise bei Auslegung von Kabel- und Leitungssystemen und Auswahl von Überstrom-Schutzeinrichtungen Die Auslegung von Kabel- und Leitungsanlagen erfordert die Berücksichtigung von unterschiedlichsten Parametern, wie: Betriebsstrom des Stromkreises Art der Verlegung von Kabeln/ Leitungen Leitungstyp Umgebungsbedingungen usw. Bei der Ermittlung der kennzeichnenden Werte hat sich folgende Vorgehensweise bewährt:. Festlegung des zu erwartenden maximalen Betriebsstroms I b des zu schützenden Stromkreises. Festlegung der Verlegeart(en), z. B. aufgrund von baulichen Gegebenheiten 3. Ermittlung erforderlicher Reduktionsfaktoren f, f, (z. B. bei Häufung, abweichender Umgebungstemperatur, etc.) ggf. Berechnung eines neuen, fiktiven Betriebsstroms I b,neu gemäß I I b,neu = b f f.... Bestimmung der notwendigen Strombelastbarkeit I z des Kabels/der Leitung auf Basis von I b bzw. I b,neu 5. Auswahl des Kabel-/Leitungstyps und -querschnitts. Zuordnung der Überstrom-Schutzeinrichtung (Typ, Charakteristik, Bemessungsstrom) unter Beachtung der angeschlossenen Betriebsmittel 7. Ermittlung der maximalen zulässigen Leitungslänge für jeden Leitungsabschnitt aufgrund des zulässigen angenommenen Spannungsfalls aufgrund der erforderlichen Abschaltzeiten für den Schutz gegen elektrischen Schlag (Fehlerschutz) soweit zutreffend ggf. Erhöhung des Leiterquerschnitts oder Reduzierung des Bemessungsstroms der Schutzeinrichtung CDC0007D00 5

26 5. Auslegungsbeispiel für einen Durchlauferhitzer Verbraucheranlage hydraulischer Durchlauferhitzer, 8 kw, in einem gewerblich genutzten Bauwerk. Nennspannung des Netzes U 0 /U = 30/00 V, TNS-System Betriebsstrom des Stromkreises Maximaler Betriebsstrom des Stromkreises I b = 30 A. Leitung, Verlegebedingungen und Strombelastbarkeit Mantelleitung NYM-J 5 x mm nach DIN VDE (VDE 050 Teil 0), teilweise auf Pritschen (nach Kapitel, Tabelle : Referenzverlegeart E), teilweise in Installationsrohren (Referenzverlegeart B) verlegt. Strombelastbarkeit nach Kapitel, Tabelle (T u = 30 C) nach der ungünstigsten Verlegeart (= Referenzverlegeart B) mit 3 belasteten Adern: I z = 3 A. Anmerkung Bei Häufung sind Umrechnungsfaktoren wie z. B. nach den Tabellen 5 bis 0 im Kapitel zu berücksichtigen. Schutz bei Überlast Schutzeinrichtung: Sicherungsautomat K-Charakteristik (mit I =, x ) Gewählt wird = 3 A. Damit sind die Bedingung I b I Z sowie I,5 x I Z eingehalten. Fehlerschutz (Schutz gegen elektrischen Schlag unter Fehlerbedingungen, Schutz bei indirektem Berühren) und Schutz bei Kurzschluss Abschaltung im TN-System mit Überstrom-Schutzeinrichtung, vorgeschriebene Abschaltzeit 0, s, Impedanz vor der Schutzeinrichtung Z V = 00 mω. Maximal zulässige Leitungslänge nach Kapitel, Tabelle 3 (gilt für Z V = Z V0 = 300 mω): 7 m. Da die Impedanz vor der Schutzeinrichtung Z V = 00 mω kleiner ist als der in Tabelle 3 zugrundeliegende Wert von 300 mω, ist die maximal zulässige Kabel- und Leitungslänge mit dem Längen-Korrekturfaktor f l (letzte Spalte der Tabelle) zu korrigieren. Für Querschnitt mm beträgt f L =, m/0 mω. Längenkorrektur: l = (Z V0 -Z V ) x f L = (300-00) mω x, m/0 mω =, m. Damit beträgt die maximal zulässige Leitungslänge: 7 m +, m = 5, m. Spannungsfall Der Gesamtspannungsfall soll nach DIN 805- hinter der Zähleranlage nicht mehr als 3 % betragen. Diese 3 % sind entsprechend auf die einzelnen Leitungsabschnitte bis zum Verbraucher zu verteilen. Für die Zuleitung zum Durchlauferhitzer wird hier ein zulässiger Spannungsfall von % angenommen. Nach Kapitel, Tabelle ist die maximal zulässige Leitungslänge 0 m bei einem Spannungsfall von 3 % und einem zugrunde gelegten Betriebstrom von 35 A. Dieser Wert ist nach Kapitel, Tabelle für einen Spannungsfall von % mit dem Faktor 0, umzurechnen. Dazu kommt ein weiterer Faktor,09 für die Umrechnung von 35 A auf 3 A. Demnach beträgt die maximal zulässige Leitungslänge 0 m x 0, x,09 = 3 m. Ergebnis Die maximal zulässige Leitungslänge des Stromkreises wird durch den Spannungsfall bestimmt: = 3 m. CDC0007D00

27 Notizen CDC0007D00 7

28 Kontakt ABB STOTZ-KONTAKT GmbH Postfach Heidelberg, Deutschland Telefon: Telefax: 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 00 ABB Alle Rechte vorbehalten Druckschrift Nummer CDC0007D00 gedruckt in Deutschland (07/0--ZVD)