11.6 Maximal zulässige Stromkreislänge

Transkript

1 Leitungen) ausgewählt wird, sowie Verlege- und Ugebungsbedingungen geäß DIN VDE vorliegen und die Hinweise des Abschnitts 7.1 von DIN VDE beachtet werden (Schutz durch eine geeinsae Überstroschutzeinrichtung), sind noralerweise keine besonderen Betrachtungen bei Schutz bei Kurzschluss erforderlich Maxial zulässige Strokreislänge Allgeeine Hinweise Grundlagen zur Berechnung der zulässigen Strokreislänge sind i Kapitel 8 ausführlich behandelt. Die Berechnung erfolgt nach de Berechnungsverfahren von Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100: , Abschnitt 4.1 und gilt u. a. für den Schutz durch autoatische Abschaltung der Stroversorgung (Fehlerschutz) und den Schutz bei Kurzschluss i TN-Sys te, wobei die autoatische Abschaltung der Stroversorgung ittels einer Überstroschutzeinrichtung (Leitungsschutzschalter, Leitungsschutzsicherungen) oder eine Leistungsschalter sichergestellt wird. Schutzeinrichtungen für Kabel- und Leitungen, die sowohl den Schutz bei Überlast als auch bei Kurzschluss sicherstellen, sind i Abschnitt aufgeführt. Dies gilt auch für Schutzeinrichtungen, die nur für den Schutz bei Kurzschluss eingesetzt werden dürfen. Für die Berechnung der zulässigen Kabel- und Leitungslänge i TN-Syste wird der kleinste einpolige Kurzschlussstro I k1in bei generatorferne Kurzschluss nach DIN EN (VDE 010) verwendet. Die Mindestkurzschlussströe beziehen sich auf die Einbaustelle der Schutzeinrichtung. Maxial zulässige Strokreislängen, die sich ab einer Anschlussstelle in einer elektrischen Anlage ergeben, sind abhängig vo Beessungsstro (Nennstro) der vorgeschalteten Schutzeinrichtung, de Leiterquerschnitt, de Mindestkurzschlussstro (Abschaltstro der Schutzeinrichtung) und der Schleifenipedanz vor der Schutzeinrichtung (Vor ipedanz). Ist die Voripedanz an der Anschlussstelle des betreffenden Stro kreises nicht bekannt, so können die Werte nach Abschnitt 8.1 als Richtwerte angesehen werden. I Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100 sind Tabellen enthalten, aus denen it den o. g. Paraetern die axial zulässige Strokreislänge erittelt werden kann. Die Berechnung der axial zulässigen Strokreislängen it de Progra ist i Abschnitt 8.6 (Berechnungsbeispiele) erläutert. Innerhalb des Progras Calckus V4-Zubehör (Berechnungstools) steht ein weiteres Dialogfeld zur Berechnung der zulässigen Strokreislänge zur Verfügung. 58

2 Weitere Inforationen zu diesen Prograen sind der Berechnungstools Hilfe zu entnehen, die innerhalb des Progras Calckus V4 zur Verfügung steht. I Auswahlenü wählen Sie die Option Maxial zulässige Strokreislängen Schutz durch autoatische Abschaltung der Stroversorgung und i folgenden Menü die erste Option Berechnung nach Bbl. 5 zu DIN VDE 0100 unter Berücksichtigung der Abschaltzeiten nach DIN VDE und der zulässigen Kurzschlussteperatur a Leiter (160 C) Der erforderliche Mindestkurzschlussstro (Abschaltstro) kann den Tabellen aus Bbl. 5 zu DIN VDE 0100, den Zeit-Stro-Bereichen nach Kapitel 6 oder Herstellerunterlagen entnoen werden. Dieses Dialogfeld (siehe hierzu Bild 11.16) kann auch für die Erittlung der axial zulässigen Länge bei Einsatz von Leis tungsschaltern benutzt werden. Der erforderliche Mindestkurzschlussstro ergibt sich durch eine Erhöhung des Einstellwerts des Kurzschlussstroauslösers auf I a So ist bei eine Einstellwert des Kurzschlussstroauslösers von 400 A ein Min- schlussstro von 480 A ergibt sich bei einer Schleifenipedanz vor der Schutzeinrichtung von 50 und eine Leiterquerschnitt von 50 eine zulässige Länge von 416. Für die Berechnung gelten die Gleichungen der Abschnitte 8. und 8.3 sowie 8.7, wobei der erforder liche Kurzschlussstro (Mindestkurzschlussstro) einzusetzen ist, der das autoatische Ansprechen der Überstroschutzeinrichtung innerhalb der geforderten Zeit bewirkt (spätestens nach 5 s) oder der die Abschaltung in einer Zeit bewirkt, ohne dass die zulässige Leiterteperatur erreicht wird. Die Erittlung der zulässigen Stro kreislänge wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert Berechnungsbeispiele Beispiel An einer Verteilung einer vorhandenen Anlage soll ein Kopressor it einer Leistung von 1 kw bei eine Grundschwingungs-Leistungsfaktor von cos ϕ 0,85 und de Wirkungsgrad von η 0,83 über eine Leitung NYM-J 4 4 angeschlos sen werden. Die axial zulässige Strokreislänge ist zu eritteln. Die Leitung wird durch einen Motorstarter (Motorschutzschalter) gegen Überlast geschützt. 59

3 Die Stroaufnahe des Motors beträgt: I P/kW 3 1kW A 3 U /V cosϕη V 0,85 0,83 n I 4,55A 5A Unter Beachtung des Motoranlaufstros erfolgt die Absicherung it einer Leitungsschutzsicherung 3 A/gG. An der Verteilung wurde eine Ipedanz (Schleifenipedanz) von Z V Z S 00 geessen. Die Korrektur des Messwerts ergibt eine Ipedanz von: ZV (korrigiert) 1,3 1,4 ZS(Messwert) 1,3 1,4 00Ω 3,4Ω Der Faktor 1,4 berücksichtigt die Teperaturerhöhung der Leitung von 0 C auf 80 C, der Faktor 1,3 den Messfehler. Bild zeigt den Netzschaltplan für die Erittlung der axial zulässigen Strokreislänge bei Schutz bei Kurzschluss für das Beispiel Für die Leitungsschutzsicherung it eine Beessungsstro 3 A der Betriebsklasse gg ist ein Abschaltstro I a (Mindestkurzschlussstro) nach Tabelle 5.4 von 150 A erforderlich, dait die Abschaltung bei einer Zeit t 5 s erfolgt. 3 Bild Netzschaltplan für die Erittlung der axial zulässigen Strokreislänge bei Schutz bei Kurzschluss Beispiel Mit den Ipedanzbelag von 5,655 / nach Tabelle 7.7 ergibt sich die zulässige Strokreislänge zwischen Strokreisverteiler und Motor nach Gl. (8.16) zu: cin Un /V 3 0,95 400V 3 ZV(korrigiert) /Ω 3,4Ω lax 3 Ia /A 3 150A Ω ZL 5,717 Ω l ax 99,7 530

4 Nach Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100, Tabelle 3 beträgt die axial zulässige Leitungslänge 105 bei einer Schleifenipedanz vor der Schutzeinrichtung von 300 Ω. Die Ausschaltzeit (Kurzschlussdauer) ergibt sich zu: A s k q n tk 9,40s (nach Bild 6.6b beträgt diese 5 s) I k1in 150 A Bild 11.1 zeigt das Dialogfeld (Berechnung axial zulässige Strokreislänge Schutz durch autoatische Abschaltung der Stroversorgung (Fehlerschutz)) und Schutz bei Kurzschluss it den Daten für das Berechnungsbeispiel In diese Fall ist die Grenzlänge für den Spannungsfall die begrenzende Größe, da bei eine zulässigen prozentualen Spannungsfall von 3 % und de Leiterquerschnitt von 4 sowie de Beessungsstro der Schutzeinrichtung von 3 A sich nach Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100, Tabelle 3 eine axial zulässige Leitungslänge von 47 ergibt (bei eine Spannungsfall von 4 % sind dies 63 ). Bild 11.1 Dialogfeld (Berechnung axial zulässige Strokreislänge Schutz durch autoatische Abschaltung der Stroversorgung (Fehlerschutz)) und Schutz bei Kurzschluss it den Daten für das Berechnungsbeispiel

5 Anerkung: Geringfügige Abweichungen gegenüber den Tabellenwerten von Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100 sind auf unterschiedliche Werte der Betriebsitteldaten (Resistanz- und Reaktanzbeläge) zurückzuführen, da in diesen Tabellen it eine Ipedanzwinkel von 8 gerechnet wurde, während i Progra die zulässige Länge nach den Gln. (8.16) und Gl. (8.7) und den Ipedanzbelägen der Tabelle 7.7 erittelt wird. Beispiel An einer vorhandenen Verteilung soll eine Förderpupe (Drehstroverbraucher) it einer Leis tung von P 7 kw it eine Grundschwingungs-Leistungsfaktor von cos ϕ 0,85 und eine Wirkungsgrad von η 0,83 über eine Leitung NYM-J 4,5 angeschlossen werden. Die Stroaufnahe der Förderpupe beträgt: I P/kW 3 7 kw A 3 U /V cosϕη V 0,85 0,83 n I 14,3 A 15A Unter Beachtung des Motoranlaufstros soll die Leitung it einer Sicherung von 5 A/gG bei Auftreten eines Kurzschlusses geschützt werden. Für die Leitungsschutzsicherung it eine Beessungsstro 5 A der Betriebsklasse gg ist ein Abschaltstro I a (Mindestkurzschlussstro) nach Tabelle 5.4 von 110 A erforderlich, dait die Abschaltung bei der Zeit t 5 s erfolgt. Die Schleifenipe danz a Hausanschluss wurde it Z S Z V 00 durch Messung erittelt. Zwischen Hausanschluss und Zählerplatz (Hauptverteilung) ist eine Leitung NYM-J 4 5 it einer Länge von l 1 6 verlegt. Die Länge der Leitung NYM-J 5 16 zwi schen de Zählerplatz und de Strokreisverteiler beträgt l 50. Der Schutz der Motorzuleitung gegen Überlast wird durch einen Motorstarter (Motor schutzschalter) sichergestellt. Die axial zulässige Länge der Leitung NYM-J 4,5 vo Strokreisverteiler bis zur Förderpupe ist zu eritteln. I Bild ist der Netzschaltplan für das Beispiel dargestellt. Rechengang Die Korrektur des Messwerts ergibt eine Ipedanz von: ZV(korrigiert) 1,3 1,4 ZV(Messwert) 1,3 1,4 00 Ω 3,4Ω 3 53

6 Bild Netzschaltplan für die Erittlung der axial zulässigen Strokreislänge bei Schutz bei Kurzschluss Beispiel Der Faktor 1,4 berücksichtigt die Teperaturerhöhung der Leitung von 0 C auf 80 C, der Faktor 1,3 den Messfehler. Die Ipedanz a Strokreisverteiler ergibt sich zu: ZV ZV (korrigiert) + ZL1 + ZL ZV (korrigiert) + ZL1 l1 + ZL l Z V 3,4 Ω+ 0,905 Ω / 6 + 1,49 Ω / ,160 Ω Die axial zulässige Leitungslänge zwischen Strokreisverteiler und Förder pupe ergibt sich it de erforderlichen Abschaltstro I a (Mindestkurzschlussstro) von 110 A nach Tabelle 5.4 zu: lax cin Un /V 3 0, V 3 ZV /Ω 475,04Ω 3 Ia /A 3 110A Ω ZL 9,189 Ω l ax 8,6 Nach Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100, Tabelle 3 beträgt die axial zulässige Leitungslänge 83 bei einer Schleifenipedanz vor der Schutzeinrichtung von 500 Ω. Berechnung it de Progra (Beispiel 11.14) Die Erittlung der Ipedanz a Strokreisverteiler und der zulässigen Strokreislänge erfolgt it de Progra Ik1inZv. Zur Erittlung der Voripedanz sind folgende Daten einzugeben: Voripedanz Z V (Ipedanz an der Anschlussstelle):

7 Auswahl Korrekturfaktor (entspricht etwa 1,4 1,3 1,61): 1,6 (Die Korrektur des Messwerts ergibt eine Ipedanz von 30 ) Länge l 1 : 6 Auswahl Bauart Leitung: NYM-J 4 5 Länge l : 50 Auswahl Bauart Leitung: NYM-J 5 16 Nach Eingabe der genannten Daten ergibt sich eine Voripedanz (Ipedanz a Ende der Leitung l ) von Z V 473,7. Das Dialogfeld zur Erittlung der zulässigen Strokreislänge wird i Menü Strokreislänge Abzweige und de Eintrag Abzweig Knoten aufgerufen. Nach Auswahl der Betriebsklasse gg und Auswahl des Nennstros von 5 A sowie Auswahl der Bauart und des Leiternennquerschnitts von,5 ergibt sich eine zulässige Strokreislänge von 8,7 und ein prozentualer Spannungsfall für eine vorhandene Länge l 3 (z. B. 40 ) von ε DS 3,7 %. Nach Auswahl der Leitung NYM-J 4,5 und Eingabe der Länge l 3 von 83 ergibt sich ein einpoliger Kurzschlussstro von 109,7 A. Soll das Berechnungsergebnis dokuentiert werden, so sind die Angaben (Anschlussstelle und Zielbezeichnung) einzugeben. Beispiel An einer Niederspannungsverteilung soll ein Kabel NYY-J 4 50 angeschlos sen werden, wobei nur Schutz bei Kurzschluss gefordert wird. Als Schutzeinrich tung wird eine Leitungsschutzsicherung (NH-Sicherung, Betriebsklasse gg) it eine Beessungsstro I n 400 A eingesetzt. Durch Messung wurde eine Ipedanz von Z V 50 an der Verteilung erittelt. Es ist die axi al zulässige Strokreislänge zu eritteln. Bild zeigt den Netzschaltplan für die Erittlung der axial zulässigen Kabellänge bei Schutz bei Kurzschluss. Bild Netzschaltschaltplan zur Erittlung der axial zulässigen Strokreislänge bei Schutz bei Kurzschluss für das Beispiel

8 Rechengang Aus den Kennlinien der Zeit-Stro-Bereiche für die Leitungsschutzsicherung von 400 A wird der Stro erittelt, der eine Abschaltung in 5 s gewährleistet. Nach Bild 6.6a ergibt sich aus de Schnittpunkt der Ordinate bei t 5 s und der oberen Kennlinie des Toleranzbands ein Stro von II p Mit Gl. (11.3) wird jetzt überprüft, ob bei diese Stro von 800 A eine rechtzeitige Abschaltung gegeben ist, dait die Teperatur i Kurzschlussfall nicht höher als 160 C wird (die axial zulässige Teperatur bei Kurzschluss für PVC-Isolierung beträgt 160 C). Die Kurzschlussdauer ergibt sich zu: 115 A s k q 50 t n k 4,s I 800 A Wie das Ergebnis zeigt, wird die Teperatur a Leiter von 160 C bereits nach einer Abschaltzeit t a 4, s erreicht. Dies hat jedoch eine unzulässig hohe Erwär ung zur Folge, da die Leitungsschutzsicherung den Kurzschlussstro erst nach 5 s abschaltet. Abhilfe Der Kurzschlussstro uss größer werden, dait schneller abgeschaltet wird. Aus der Ausschaltstrokennlinie ist für die Sicherung der Stro zu eritteln, der die Abschaltung in kürzerer Zeit gewährleistet. Unter Anwendung von Bild 6.6a und Gl. (11.3) ist der Stro zu eritteln, der in ausreichend kurzer Zeit die Abschaltung der Sicherung gewährleistet. Durch ehraliges Berechnen ergeben sich die in Tabelle 11.6 aufgeführten Ablesewerte und erittelten Kurzschlusszeiten (Kurzschlussdauer). Bei eine Kurzschlussstro von I I p A ist die zulässige Ausschaltzeit t k größer als die Abschaltzeit nach Bild 6.6a. Der Stro von A ist soit aßgebend für die Erittlung der zulässigen Kabellänge. Die Kurzschlusszeiten (Kurzschlussdauer) ergeben sich zu: 115 A s k q 50 t n k 3,67s I A 535

9 115 A s k q 50 t n k,70s I A Ablesewerte Bild 6.6a Kurzschlussdauer t k nach Gl. (11.3) Kurzschlussstro I I p A A Abschaltzeit t 4,00 s,00 s 3,67 s,70 s Tabelle 11.6 Tabellarische Aufstellung der Abschaltzeiten zur Erittlung des Kurzschlussstros zur Berechnung der axial zulässigen Strokreislänge Beispiel Bild Dialogfeld zur Berechnung der Kurzschlussdauer nach Tabelle 11.6 Beispiel Dait wird die höchstzulässige Leiterteperatur von 160 C i Kurzschlussfall nicht erreicht, sodass die Abschaltbedingung erfüllt ist. Mit de Kurzschlussstro I A ergibt sich die axial zulässige Strokreislänge zu: cin Un /V 3 0, V 3 ZV /Ω 50Ω lax 3 Ia /A A Ω ZL 0,487 Ω l ax

10 Eine Berechnung dieses Beispiels ist nach Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100 in diese Fall nicht öglich, da eine Leiternennquerschnitt von 50 nach Tabelle 0 ein axialer Beessungsstro von 50 A zugeordet ist. Die Berechnung ist nur it de Dialogfeld zur Berechnung der zulässigen Strokreislänge it Progra Calckus Zubehör Berechnungstools öglich. Das Dialogfeld it den Daten des Beispiels ist i Bild dargestellt. Bild Dialogfeld (Berechnung axial zulässige Strokreislänge Schutz durch autoatische Abschaltung der Stroversorgung (Fehlerschutz)) und Schutz bei Kurzschluss it den Daten für das Berechnungsbeispiel Mit k qn 115 A s A s und I ta 3 500A,0s As 537

11 A s As ist die Bedingung I t ( k q ) a < n erfüllt. Die Berechnung zur Überprüfung ist it de i Progra integrierten Dialogfeld öglich und ist i Bild dargestellt. Bild Dialogfeld zur Überprüfung der Bedingung I t ( k q ) Berechnungsbeispiel Beispiel a< n it den Daten für das Kabel und Leitungen it verinderte PEN oder Schutzleiterquerschnitt Für die Berechnung gelten die Gleichungen des Abschnitts 8., wobei der erforderliche Kurzschlussstro (Mindestkurzschlussstro), der das autoatische Ansprechen der Kurzschlussschutzeinrichtung innerhalb der geforderten Zeit bewirkt (spätestens nach 5 s), einzusetzen ist. Die Berechnung erfolgt nach Gl. (8.7) des Abschnitts 8.4. Die Erittlung der zulässigen Strokreislänge wird in den nachfolgenden Beispielen erläutert. Hinweis Bei der Verwendung verinderter Querschnitte für den PEN-Leiter ist die Oberschwingungsbelastung zu beachten. Durch steigende Oberschwingungspegel in Netzen kot es insbesondere in Niederspannungsnetzen zu einer starken Belastung der N- und PEN-Leiter durch die dritte Oberschwingung. Die Ausführung des N- bzw. PEN-Leiters it verinderte Querschnitt kann zu Überlastungen und zur Zerstörung des Leiters führen. Die Ausführung von Niederspannungsinstallationen it ver inderte N- bzw. PEN-Querschnitt ist in jede Fall unter de Gesichtspunkt der zu erwartenden Oberschwingungsbelastung sorgfältig zu prüfen. Inforationen 538