Kurzschluss im Griff. Kurzschlussauslegung Steuerschrank

Transkript

1 Kurzschluss im Griff Kurzschlussauslegung Steuerschrank. Alle Rechte vorbehalten. www. siemens.de/schaltschrank

2 Haftungsausschluss Die in dieser Präsentation gezeigten Applikationen sind beispielhaft ausgewählt und erheben keinen Anspruch auf Vollständigkeit hinsichtlich denkbarer Konfigurationen und Anwendungen. Applikationsbeispiele sollen Ihnen eine Orientierung zur Bewältigung typischer Aufgabenstellungen bieten. Die Anwendung der Normen und Richtlinien basiert auf der Interpretation der Siemens AG. Die Siemens AG übernimmt für die Richtigkeit und/oder Vollständigkeit ihrer Interpretation keine Gewähr. Die Prüfung, ob Ihr Schaltschrank und Applikation den gültigen Normen und Richtlinien entspricht, obliegt Ihnen. Sie sind für die sichere und sachgemäße Installation Ihrer Produkte/Anlagen sowie für die Ermöglichung ihrer sicheren Inbetriebnahme, Nutzung und Wartung verantwortlich. Viele Tabellen und Texte in dieser Präsentation wurden zum Zeitpunkt der Präsentationserstellung aus den entsprechenden Normen und technischen Datenblättern entnommen. Die Normen und technischen Datenblätter unterliegen einer regelmäßigen Überarbeitung. Aus diesem Grund sollte jeder Nutzer dieser Präsentation die zitierten Passagen auf Aktualität prüfen. Die Siemens AG behält sich das Recht vor, Änderungen an dieser Präsentation jederzeit und ohne Ankündigung durchzuführen. Die Vervielfältigung dieser Präsentation sowie deren Weitergabe, Verwertung und Mitteilung ihres Inhalts an Dritte ist nicht gestattet. Seite 2

3 Warum Kurzschlussstrombetrachtung? Mögliche Störungen Video: Kurzschlussprüfung Überlast Überströme Überlastströme Kurzschlussstrom Seite

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5 Kurzschlussschutz von elektrischen Ausrüstungen Rechtliche und Normative Rahmenbedingungen in der EU sowie IEC Welt Risiken aus elektr. Kurzschluss identifizieren Vermeidung von Schäden für Menschen, Tiere und der Umwelt Maßnahmen gegen die Überlastung von Geräten und Leitungen treffen. IEC Elektrische Ausrüstung von Maschinen Die IEC fordert in der neuen Ausgabe von 2016 die Ermittlung des Bemessungskurzschlussstroms. Zur Ermittlung empfiehlt die Norm die Anwendung von Konstruktionsregeln, Berechnung oder Tests, ggf. unter Berücksichtigung der IEC Seite 5

6 Relevante Daten für Einspeisung und Maschinensteuerschank Einspeisung maximaler unbeeinflusster Kurzschlussstrom Icp (Ik3max) maximaler Bemessungsstoßstrom Ipk Ik3max Ik3max Maschinensteuerschrank Ausschaltvermögen der Schutzorgane Kurzschlussfestigkeit der einzelnen Bauteile Kurzschlussfestigkeit des Schaltschranks Icp Ipk Icp Ipk Seite 6

7 Kurzschlussstrom an der Maschineneinspeisung Einflüsse Der maximale Kurzschluss-Strom am Einspeisepunkt ist von mehreren Faktoren abhängig: NSHV Hauptschalter NSHV Abgang Z Leitung Maximaler Kurzschlussstrom des Trafos: = der Strom der bei einem Kurzschluss direkt an den Trafoanschlüssen maximal vom Trafo geliefert wird. Der Strom ist im wesentlichen abhängig von der Trafoleistung und der relativen Kurzschlussspannung Netzimpendanz: = die Summe aller Schweinwiderstände vom Trafo bis zum Einspeisepunkt des Schaltschranks Innenwiderstand des Trafos + Leitungswiderstand aller Kabel und Leitungen = Schleifenimpedanz am Einspeisepunkt (Netzimpendanz) Seite 7

8 Kurzschlussströme am Transformator S n in kva uk in % Anfangs-Kurzschlusswechselstrom in ka In in A , ,2 180 I k , , , , , , , , , , Seite

9 Kurzschlussstrom an der Maschineneinspeisung Beispiel: Ermittlung der Werte mit SIMARIS design SnT = kva Ik3max = 82,622 ka SnT = kva Ik3max = 32,783 ka 1. Einfluss der Trafoleistung Ik3max = 79,953 ka Ik3max = 31,67 ka 10 m 3x70/35 10 m 3x70/35 2. Einfluss der Leitungsdämpfung Ik3max = 50,367 ka Ik3max = 26,398 ka Seite 9

10 Ermittlung des Bemessungskurzschlussstroms eines Maschinensteuerschranks DIN EN Die DIN EN definiert den erforderlichen Wert des Bemessungskurzschlussstroms. Der Wert (Icc) muss grösser oder gleich dem zu erwartenden maximalen Effektivwert des Kurzschlussstroms (Icp) an der Einspeisung des Maschinensteuerschranks sein. Geräte und Bauteile, die die Kurzschlussfestigkeit einer Schaltgerätekombination bestimmen - Kurzschlussausschaltvermögen der Schutzgeräte z.b. Leistungsschalter, Sicherungen - Kurzschlussfestigkeit der Bauteile ohne eigenen Kurzschlussschutz z.b. Schütze, Frequenzumrichter, Lasttrennschalter - Festigkeit der mechanischen Aufbauten bei Kurzschluss z.b. Sammelschienensysteme Seite 10

11 Kurzschlussausschaltvermögen der Schutzgeräte Motorschutzschalter 3RV2 Kompaktleistungsschalter 3VA20 Icu: Zweimaliges Abschalten des Kurzschlusses bei der Prüfung Ics: Dreimaliges Abschalten des Kurzschlusses bei der Prüfung Seite 11

12 Kurzschlussfestigkeit der Bauteile ohne eigenen Kurzschlussschutz Lasttrennschalter 3KD Die vorgeschaltete Sicherung verhindert die gefahrbringende Zerstörung des Lasttrennschalters bei Kurzschluss Der Lasttrennschalter muss nach dem Kurzschluss noch Freischalten können. Die vorgeschriebene Sicherung inkl. Ic und I²t Wert sollte in der Dokumentation angegeben werden. Seite 12

13 Kurzschlussfestigkeit der Bauteile ohne eigenen Kurzschlussschutz Motorschutzschalter 3RV2 + Schütz 3RT2 Der Motorschutzschalter verhindert die gefahrbringende Zerstörung des Schützes bei Kurzschluss Seite 13

14 Kurzschlussfestigkeit der Bauteile ohne eigenen Kurzschlussschutz Motorschutzschalter 3RV2 + Frequenzumrichter PM240-2 Der Motorschutzschalter verhindert die gefahrbringende Zerstörung des Frequenzumrichters bei Kurzschluss Seite 14

15 Festigkeit der mechanischen Aufbauten bei Kurzschluss Sammelschienensystem 8US DIN EN Für die Kurzschlussfestigkeit eines Sammelschienensystems ist der Stoßkurzschlussstrom Ipk die relevante Größe Icp x n = Ipk 50kA x 2,1 = 105kA Der Ipk kann mit den Werten aus Tabelle 7 errechnet werden, wenn der tatsächliche Ipk nicht bekannt ist. Seite 15

16 Festigkeit der mechanischen Aufbauten bei Kurzschluss Stromdurchlasskurve eines Leistungsschalters z.b. 3VA2 Ipk Der Scheitelwert des Durchlassstroms Ic kann als Ipk zur Dimensionierung des Sammelschienensystems verwendet werden. Die Strombegrenzung des begrenzenden Leistungsschalters darf NICHT zeitverzögert sein! z.b. 4ms 10ms Ic Ermittlung Ic mit SIMARIS curves Die Anwendung eines strombegrenzenden Schutzorgans sollte in der Dokumentation erwähnt werden, damit bei einem Gerätetausch die Strombegrenzung überprüft wird! Seite 16

17 Kurzschlussfestigkeit des Schaltschranks Einspeisung Ik3max ermitteln, mit dem Kunden vereinbaren oder festlegen SnT=3.150kVA Ik3max=83kA Ipk ermitteln, mit dem Kunden vereinbaren oder festlegen Sicherung vorgeben Ik3max=80kA Ik3max=80kA Maschinensteuerschrank Kurzschlussfestigkeit der einzelnen Bauteile nach Herstellerangaben ermitteln Falls notwendig, die Strombegrenzung für die Sammelschienenplanung berücksichtigen Ic= 19kA Ic=19kA Icu=55kA Iq= 150kA Ik3max=50kA Ipk=79kA Icu= 100kA Icc= 55kA Ic= 7kA Icc=100kA Iq= 150kA Icu= 100kA Ik3max=50kA Ic=7kA I²t=19kA Ipk=79kA Icc= 55kA Kleinster Wert ergibt die Kurzschlussfestigkeit des Schaltschranks Gesamt Icc = 55kA Gesamt Icc = 55kA Seite 17

18 Nachweis der Kurzschlussfestigkeit nach IEC Nachweis der Bemessungsströme des Kurzschlusses durch Vergleich mit einer Referenzkonstruktion (Checkliste oder Berechnung) Prüfung Der Nachweis der Kurzschlussfestigkeit darf entfallen bei A Schaltgerätekombinationen B Schaltgerätekombinationen, C Für mit Bemessungskurzzeitstromfestigkeit I cw oder bedingtem Bemessungskurzschlussstrom I cc von höchstens 10 ka Effektivwert geschützt durch strombegrenzende Einrichtungen, deren Durchlassstrom maximal 17 ka (I peak ) nicht überschreitet. Hilfsstromkreise: U N2 110V, P N 10kVA und uk 4% U N2 < 110V, P N 1,6kVA und uk 4% Seite 18

19 Kurzschlussnachweis nach IEC SIMARIS curves Beispiel mit SIMARIS curves Leistungsschalter 3RV2032, 32 A, I cu = 100 ka I = 100 ka I c = 14.2 ka I c 17 ka! Kein Nachweis der Kurzschlussfestigkeit erforderlich! Seite 19

20 Tools and Daten für effizientes Schaltschrankdesign CAx-data Einfacher Zugriff auf tausende von CAx Produktdaten wie zum Beispiel 3D Modelle, 2 dimensionale Zeichnungen, EPLAN Makros und vieles mehr Seite 20

21 Tools und Daten für effizientes Schaltschrankdesign Der einfache Weg zum optimalen Schaltschrank z.b. IEC-Leitfaden für Steuerschränke nach internationalen IEC-Normen und Europäischen Richtlinien schaltschrank Seite 21

22 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Besuchen Sie uns im Anschluss auf der Microfair. Wir stehen Ihnen gerne für Fragen zur Verfügung! Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. Alle Erzeugnisbezeichnungen können geschützte Marken oder sonstige Rechte des Siemens Konzerns oder Dritter enthalten, deren unbefugte Benutzung die Rechte der Inhaber verletzen kann. siemens.de/schaltschrank Seite 22