Sicherheitsanforderungen

Die wichtigsten Definitionen und Anforderungen der Selektivität gemäß internationalen Normen.

Hier finden Sie die wichtigsten Informationen und Begriffe zur Selektivität aus folgenden Normen:

IEC 60947-1
"Niederspannungsschaltgeräte – Teil 1: Allgemeine Regeln".
IEC 60947-2
"Niederspannungsschaltgeräte – Teil 2: Leistungsschalter".
IEC 60947-2 – Anhang A
IEC/TR 61912-2
"Niederspannungsschaltgeräte - Überstrom-Schutzeinrichtungen - Teil 2: Selektivität unter Überstrombedingungen".

IEC 60947-1

IEC 60947-2

IEC 60947-2 – Anhang A

IEC/TR 61912-2

In der Norm IEC 60947-1 sind folgende Definitionen in Bezug auf Selektivität enthalten.

Überstromschutz-Koordinierung von Überstromschutzeinrichtungen (2.5.22)
Koordinierung von zwei oder mehr Überstromschutzeinrichtungen in Serie, um die Überstrom-Diskriminierung (Selektivität) und/oder den Back-up-Schutz sicherzustellen.

Überstromselektivität (2.5.23)
Koordinierung der Betriebseigenschaften von zwei oder mehr Überstromschutzeinrichtungen, so dass beim Auftreten von Überströmen in den angegebenen Grenzen das Gerät, das innerhalb dieser Grenzen funktionieren soll, auslöst, während andere Geräte nicht auslösen.

In der Norm IEC 60947-2 sind folgenden Definitionen in Bezug auf die Selektivität enthalten.

Überstromselektivität (2.17.1)
Koordinierung der Betriebseigenschaften von zwei oder mehr Überstromschutzeinrichtungen, so dass beim Auftreten von Überströmen in den angegebenen Grenzen das Gerät, das innerhalb dieser Grenzen funktionieren soll, auslöst, während andere Geräte nicht auslösen.

Volle Selektivität (2.17.2)
Überstromselektivität bei Vorhandensein von zwei Überstromschutzeinrichtungen in Reihe, wobei die Schutzeinrichtung auf der Lastseite den Schutz bestimmt, ohne eine andere Schutzeinrichtung in Betrieb zu setzen.

Teil-Selektivität (2.17.3)
Überstromselektivität bei Vorhandensein von zwei Überstromschutzeinrichtungen in Reihe, wobei die Schutzeinrichtung auf der Lastseite den Schutz bis zu einem gewissen Überstromniveau bestimmt, ohne eine andere Schutzeinrichtung in Betrieb zu setzen.

Selektivitätsgrenzstrom Is (2.17.4)
Der Selektivitätgrenzstrom ist ein Grenzwert des Stroms:

unterhalb dessen bei zwei Überstromschutzeinrichtungen in Reihe die Schutzeinrichtung auf der Lastseite rechtzeitig den Ausschaltvorgang ausführt, um andere Schutzeinrichtungen am Auslösen zu hindern (d.h. die Selektivität ist gewährleistet);
oberhalb dessen bei Vorhandensein von zwei Überstromschutzeinrichtungen in Reihe die Schutzeinrichtung auf der Lastseite den Ausschaltvorgang nicht rechtzeitig abschließen kann, um eine andere Schutzeinrichtung am Auslösen zu hindern (d.h. die Selektivität ist nicht gewährleistet).

Selektivitätskategorien (4.4)
Die Selektivitätskategorie eines Leistungsschalters wird dahingehend bestimmt, ob er unter Kurzschlussbedingungen durch eine absichtliche Zeitverzögerung in Bezug auf andere in Reihe geschaltete Leistungsschalter auf der Lastseite speziell für die Selektivität vorgesehen ist.

Selektivitätskategorie A: Leistungsschaltertyp ohne Icw (angegeben für die Energieselektivität)
Selektivitätskategorie B: Leistungsschaltertyp mit Icw (angegeben für die Zeitselektivität)
Icw: Bemessungskurzzeitstromfestigkeit (weitere Informationen siehe Artikel 4.3.5.4 von IEC 60947-2 Ausgabe 4.2)

Weitere Informationen finden Sie in den Punkten 4.4 und Tabelle 4 der Norm IEC 60947-2 Ausgabe 4.2

Koordinierung unter Kurzschlussbedingungen zwischen einem Leistungsschalter und einer weiteren Kurzschlussschutzeinrichtung
Dieser Anhang enthält Leitlinien für Anforderungen an die Koordinierung der Leistungsschalter mit anderen Kurzschlussschutzeinrichtungen, die in derselben Schaltung verbunden sind, und zwar sowohl in Bezug auf die Selektivität als auch in Bezug auf den Back-up-Schutz.

Dieser Anhang stell Folgendes dar:

die allgemeinen Anforderungen an die Koordinierung eines Leistungsschalters mit einer anderen Kurzschlusseinrichtung;
die Methoden und die Tests (wenn notwendig) zur Überprüfung, ob die Bedingungen für die Koordinierung erfüllt wurden.

Um die Koordinierung unter Kurzschlussbedingungen zwischen einem Leistungsschalter (C1) und einer weiteren Kurzschlussschutzeinrichtung in derselben Schaltung sicherzustellen, ist es notwendig, die Eigenschaften jeder der beiden Einrichtungen sowie deren Verhalten im Verbund zu prüfen.

HINWEIS: Eine Kurzschlussschutzeinrichtung kann zusätzliche Schutzvorrichtungen besitzen, zum Beispiel Überlastauslöser.

Die Kurzschlussschutzeinrichtung kann aus einer Sicherung (oder einem Satz von Sicherungen) oder aus einem anderen Leistungsschalter (C2) bestehen (siehe Abbildung unten).

C1 = strombegrenzender Leistungsschalter (L) (Ausschaltzeit-Kennlinie)
C2 = Nicht strombegrenzender Leistungsschalter (N) (Auslösekennlinie)

C1 = Nicht strombegrenzender Leistungsschalter (N) (Auslösekennlinie)
C2 = Leistungsschalter mit intentionaler Kurzzeitverzögerung (STD) (Auslösekennlinie)

Volle Selektivität zwischen zwei Leistungsschaltern
Der Vergleich der einzelnen Betriebseigenschaften jeder der beiden zugehörigen Einrichtungen ist nicht ausreichend, wenn auf das Verhalten der zwei in Reihe geschalteten Einrichtungen Bezug genommen werden muss, da die Impedanz der Einrichtungen nicht immer vernachlässigt werden kann. Es empfiehlt sich, das zu berücksichtigen. Für Kurzschlussströme empfiehlt es sich, I²t anstelle der Zeit zu berücksichtigen.

Der Begriff "Koordinierung" umfasst die Berücksichtigung der Selektivität (siehe 2.5.23 von IEC 60947-1 und auch 2.17.2 und 2.17.3) sowie die Berücksichtigung des Back-up-Schutzes. Die Prüfung der Selektivität kann entweder als Studie oder durch einen Test erfolgen, während die Überprüfung in der Regel Tests erfordert.

3.1 Überprüfung der Selektivität
Selektivität kann normalerweise allein durch eine Studie geprüft werden, also durch einen Vergleich der Betriebseigenschaften von C1 und der zugehörigen Kurzschlussschutzeinrichtung, beispielsweise wenn die Kurzschlussschutzeinrichtung ein Leistungsschalter (C2) mit Zeitverzögerung ist. Die Hersteller von C1 und der Kurzschlussschutzeinrichtung müssen ausreichende Daten über die entsprechenden Betriebseigenschaften liefern, um ls für jede einzelne Verbindung zu bestimmen.
In bestimmten Fällen können Tests der Verbindung durchgeführt werden, zum Beispiel, wenn C1 strombegrenzend wirkt und C2 nicht mit einer Zeitverzögerung ausgestattet ist.
Um bei der Verwendung eines Leistungsschalters die gewünschte Selektivität zu erhalten, wird eine absichtliche Kurzzeitverzögerung für C2 erforderlich.
Die Selektivität kann bis zum Bemessungskurzschlussschaltvermögen Icu von C1 teilweise oder absolut sein. Für die absolute Selektivität muss die Nichtauslösekennlinie von C2 über der Auslösekennlinie (Ausschaltzeit) von C1 liegen.

Weitere Informationen finden Sie im Anhang A der IEC 60947-2, Ausgabe 4.2

Dieser technische Bericht ist ein Anwendungsleitfaden für die Bestimmung der Selektivität zwischen Überstromschutzeinrichtungen von Niederspannungsschaltanlagen. Er gibt einen Überblick über die Definitionen der Terminologie und enthält Anwendungsbeispiele. Dieser Bericht befasst sich nicht mit anderen Schutzformen wie Leistungsumkehr-, Distanz- und Lichtbogenschutz.

Selektivität zwischen Leistungsschaltern

Verfahren zur Bestimmung der Selektivität zwischen Leistungsschaltern Überlast und Fehlerstrom sind unten angegeben.

UD = Vorgeschaltetes Gerät:
bei der Überprüfung der Selektivität zwischen zwei Überstromschutzeinrichtungen, wobei die Überschutzeinrichtung an den Schaltkreis angeschlossen ist, welcher der Versorgungsquelle am nächsten ist.

DD = nachgeschaltetes Gerät (Downstream Device):
bei der Überprüfung der Selektivität zwischen zwei Überstromschutzeinrichtungen, wobei die Überschutzeinrichtung die sofort nach dem nachgeschalteten Gerät auf der Lastseite befindliche ist.

Überlast (von Überstrom):
Strombereich, der den Nennstrom der Überstromschutzeinrichtung überschreitet, der durch die Last erzeugt wird.

Fehlerstrom (von Überstrom):
Strombereich, der den Überlaststrom übersteigt, der bei einem Fehler erzeugt wird.

5.1.1.1 Leistungsschalter - Selektivität im Überlastbereich
Die Überprüfung der Selektivität im Überlastbereich erfolgt durch den Vergleich der Zeit/Strom-Kennlinien, siehe 1a und 1b (1b gilt nur für Kompaktleistungsschalter und offene Leistungsschalter). Die Trennung der Kennlinien sowohl auf der Zeit- als auch auf der Strom-Achse sorgt für einen selektiven Betrieb der nachgeschalteten Geräte in Bezug auf das vorgeschaltete Gerät in dieser Zone. Es tritt eine Toleranz der Kennlinie auf, die berücksichtigt werden muss. Die Daten des Herstellers sollten das Toleranzband anzeigen oder anderenfalls die geltende Toleranz gemäß Produktnorm angeben.

Vergleich der Betriebseigenschaften des Leistungsschalters im Überlastbereich.

Abbildung 1a

Vergleich der thermischen Zeit/Strom-Kennlinien im Überlastbereich

Abbildung 1b

Vergleich der elektronischen Zeit/Strom-Kennlinien im Überlastbereich

HINWEIS:

Die Kennlinien unterliegen Toleranzen, die berücksichtigt werden müssen.
Die Stromskalen müssen zum Vergleich dieser Kurven in Ampere (oder kA) angegeben sein. Die von den Herstellern veröffentlichten Kennlinien können entweder in Ampere oder einem Vielfachen des Nennstroms gegeben sein.
Eine Kombination von thermischen/magnetischen und elektronischen Kennlinien wird ebenfalls häufig verwendet.

5.1.1.2 Leistungsschalter - Selektivität im Fehlerstrombereich
Die Selektivität zwischen Leistungsschaltern ist in den Produktnormen IEC 60947-2, Anhang A und IEC 60898-1, Anhang D, dargestellt, gegebenenfalls einschließlich der Tests zur Bestimmung der Selektivität im Fehlerstrombereich. Die angewandten Verfahren sind nachstehend aufgeführt.

HINWEIS:

Aufgrund ihres Grundaufbaus sind Sicherungsautomaten (MCBs) nach IEC 60898-1 generell hochselektiv gegenüber Kompaktleistungsschaltern, die IEC 60947-2 entsprechen.

5.1.1.2.1 Leistungsschalter - Selektivitätsbestimmung im Fehlerstrombereich durch einen Vergleich der Kennlinien
Die Bestimmung der Selektivität zwischen zwei Leistungsschaltern im Fehlerstrombereich beschränkt sich auf den Fall, wenn ein vorgeschaltetes Gerät einen Kurzschlussauslöser mit Zeitverzögerungsfunktion für die elektronische Auslösung zur Verfügung gestellt. Selektivität bei Fehlerströmen, die eine sofortige Auslösung des vorgeschalteten Geräts sowohl für die elektronische als auch für den elektromagnetischen Auslöser generiert, muss mit den Testdaten bestimmt werden, die der Hersteller bereitstellt.

5.1.1.2.2 Leistungsschalter - Selektivitätsbestimmung durch Test im Fehlerstrombereich bei Fehlerströmen, die sofort zur Auslösung führen
Bei allen Kombinationen von Leistungsschaltern wird der Selektivitätsgrenzstrom mithilfe von Tests bestimmt und der Hersteller liefert die Daten in der Regel in Form eines Diagramms. In jedem Fall kann die Selektivität wie folgt absolut oder partiell sein:

absolute Selektivität: Das bedeutet Selektivität für alle Überströme bis zum Wert des Ausschaltvermögens, d.h. bei Überstrom bis zu dieser Höhe funktioniert allein das nachgeschaltete Gerät (in der Stellung AUSGELÖST).
Teilselektivität: Das bedeutet Selektivität bis zu einem Überstromwert, der unter dem Ausschaltvermögen des nachgeschalteten Geräts liegt. Der Selektivitätgrenzstrom wird durch einen Vergleich der Zeit/Strom-Kennlinie oder, im Falle der Schnellauslösung von UD, mithilfe der bei den Tests des Herstellers erhaltenen Daten ermittelt.

HINWEIS:

Die Daten für den Selektivitätsgrenzstrom im Fehlerbereich für eine unverzögerte Auslösung des Leistungsschalter können den Testdaten entnommen werden und sind für jeden Gerätetyp spezifisch. Es gibt keine anerkannte Methode zur Substitution für Geräte anderer Hersteller.
Proprietäre Softwaresysteme zur Bestimmung der Selektivität sind verfügbar, sie arbeiten ausgehend von Zeit/Strom-Daten, die von den einzelnen Herstellern geliefert werden.

Selektivität bei Niederspannungssicherungen

Der technische Bericht umfasst alle Anforderungen für die Überprüfung der Koordinierung, wenn Sicherungen vorhanden sind, insbesondere:

Abschnitt 5.1.2.1 beschreibt die Überprüfung der Selektivität für die Kombination von vorgeschaltetem Leistungsschalter und nachgeschalteter Sicherung im Überlastbereich.
Abschnitt 5.1.2.2 beschreibt die Überprüfung der Selektivität für die Kombination von vorgeschaltetem Leistungsschalter und nachgeschalteter Sicherung im Kurzschlussbereich.
Abschnitt 5.2.1.1 definiert Selektivität zwischen vorgeschalteter Sicherung und nachgeschaltetem Leistungsschalter im Überlastbereich.
Abschnitt 5.2.1.2 definiert Selektivität zwischen vorgeschalteter Sicherung und nachgeschaltetem Leistungsschalter in der Kurzschlusszone.
Abschnitt 5.2.2 erklärt Selektivität zwischen Sicherungen in den Überlast- und Kurzschlusszonen.

Der Technische Leitfaden CEI 99-4, auch wenn für den italienischen Markt und dessen Regeln bestimmt, basiert auf einer Reihe von IEC-Normen, die wichtige Vorschriften und Regeln für die Entwicklung und den Bau von MS/NS-Umspannwerken von Endkunden/Anwendern (passive Nutzer) enthalten.
Insbesondere Anhang F des Leitfadens fokussiert die wichtigsten Aspekte der selektiven Koordinierung von Schutzvorrichtungen. Er definiert die verschiedenen Methoden der selektiven Koordinierung und gibt einige praktische Beispiele, wie Selektivität für MS/NS-Geräte erreicht werden kann.

Die Methoden, die selektive Koordinierung zwischen den Schutzvorrichtungen zu realisieren, sind:

Koordinierung durch Variation der Auslösezeiten:
Diese Koordinierung ist erreichbar durch den Einsatz von Schutzvorrichtungen mit abhängiger oder unabhängiger Auslösezeitfunktion, oder bei einer Kombination von beidem, die in geeigneter Weise eingestellt sind. Die Auslösezeiten müssen mit zunehmender Nähe zur Energiequelle erhöht werden.

Koordinierung durch verschiedene Fehlerströme:
Dieser Typ von Koordinierung eignet sich besonders im Falle von Schutzvorrichtungen, die an beiden Enden von Verbindungen mit signifikanter Impedanz positioniert sind (Transformatoren, strombegrenzende Blindwiderstände, Niederspannungsleitungen). Die Selektivität zwischen den beiden Geräten wird für alle Stromwerte garantiert, für die gilt:

I > a • I''_k2

wobei:

I''_k2Kurzschlussstrom ist, wenn ein Fehler nach der Impedanz a der Koeffizient ist, wobei die Stromasymmetrie zu berücksichtigen ist.

Für die Stromwerte, welche die obigen Formel verifizieren, benötigt die Schutzvorrichtung auf der Versorgungsseite keine beabsichtigten Verzögerungen. Für niedrigere Stromwerte kann Selektivität durch Timing erreicht werden.

Koordinierung durch Beschränkung der durchgelassenen Energie:
Diese Koordinierung findet in NS-Systemen Anwendung, und zwar durch die Nutzung von in Reihe geschalteten Schutzvorrichtungen, die aufeinander abgestimmt sind, so dass die Energie, die von der nachgeschalteten Vorrichtung begrenzt wird, kleiner als die Energie ist, die das vorgeschaltete Gerät auslöst. Diese Art der selektiven Koordinierung wird durch strombegrenzende Sicherungslasttrennschalter und Leistungsschalter mit Sofortauslöseeinheit erreicht.

Koordinierung durch Dialog (Datenaustausch):
Diese Art der selektiven Koordinierung wird mit Schutzvorrichtungen erreicht, die in Reihe geschaltet und über Steuerleitung oder IEC 61850-Protokoll verbunden sind. Die Geräte, die einen Stromfluss erkennen, der höher als die Auslöseschwelle ist, senden ein Warte- oder Sperrsignal/eine Meldung an das Gerät, das unmittelbar vorgeschaltet ist, um es zu blockieren. Das Gerät, das unmittelbar vor dem Fehler geschaltet ist, erhält das Warte- oder Sperrsignal/die Meldung nicht, und es wird erst nach der Verzögerung ausgelöst, die für den Datenaustausch erforderlich ist. Dies macht es möglich, die gleiche Auslösezeit für alle Geräte in der Selektivitätskette festzulegen. Diese Koordinierung eignet sich besonders, wenn mehrere Geräte verwendet werden.

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