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Koordination elektrischer Betriebsmittel

Elektrische Betriebsmittel können sich in einer elektrischen Anlage in ihrer Funktion gegenseitig beeinflussen, so dass derartige Auswirkungen bereits bei der Planung elektrischer Anlagen zu betrachten sind. Auch kann es notwendig sein, Betriebsmittel gezielt mit Einrichtungen so zu koordinieren, dass diese für anomale Betriebszustände den Schutz dieser Betriebsmittel sicherstellen.

Definition:

Koordination von Überstromschutzeinrichtungen Zuordnung von zwei oder mehr Überstromschutzeinrichtungen in Reihe zur Sicherung von Überstromselektivität, eines koordinierten Kurzschlussschutzes und/oder zum Back-up-Schutz.

Selektivität

Technisch gesehen beschreibt Selektivität ein besonderes Verhalten von mehreren (ab)schaltenden Schutzeinrichtungen im Fehlerfall zueinander. Selektivität liegt vor, wenn im Falle einer automatischen Abschaltung aufgrund eines Fehlers in der elektrischen Anlage bzw. an einem Betriebsmittel nur die Schutzeinrichtung abschaltet, die der Fehlerstelle unmittelbar vorgeschaltet ist. Weitere Schutzeinrichtungen, die einspeiseseitig vorgeschaltet sind bzw. solche, die parallele Stromkreise versorgen, bleiben dabei eingeschaltet, so dass nur der kleinstmögliche Teil der elektrischen Anlage vom Netz getrennt wird.

Vorteile der Selektivität können dem folgenden Blogbeitrag entnommen werden: Hier klicken

Liegt dieses Selektivverhalten für den gesamten Bereich aller möglichen Fehlerfälle vor, spricht man von vollständiger Selektivität. Wird Selektivität nur für einen (kleinen) Teil der möglichen Fehlerfälle erreicht, liegt Teilselektivität vor.

In der Anwendung führt Selektivität zur größtmöglichen Verfügbarkeit der Stromversorgung – sie ist also Voraussetzung für eine hohe Versorgungssicherheit. Selektivität wird deshalb für eine Reihe von Anlagen und Anlagenteile normativ oder auch von Planern und Betreibern gefordert:

  • in der Stromversorgung;
  • in der Übergabestation müssen Schutzeinrichtungen so ausgewählt und eingestellt sein, dass sie selektiv zu den übrigen Abschalteinrichtungen im Netz des Netzbetreibers wirken;
  • für Abgangsschaltfelder zu den nachgeschalteten elektrischen Anlagen des Kunden muss ein selektiver Kurzschlussschutz vorgesehen werden;
  • in medizinisch genutzten Bereichen;
  • für vorübergehenden Anschluss von Verbraucheranlagen;
  • für Anlagen für Sicherheitszwecke (z.B. Notbeleuchtung);
  • für Anlagen mit IT-Infrastruktur;
  • allgemein für Anlagen, in denen eine unnötige Abschaltung zu einem nicht tragbaren wirtschaftlichen Schaden führt (z.B. zur Versorgung von Produktionseinrichtungen);
  • aber auch allgemein in Anlagen zur Versorgung von Kunden der Stromversorgungsunternehmen (gemäß den Anschlussbedingungen).

Selektivität kann erreicht werden sowohl beim Schutz gegen Überlast und Kurzschluss (z.B. durch einen Sicherungsautomaten) wie auch beim Schutz gegen elektrischen Schlag – grundsätzlich also dort, wo es aufgrund eines Fehlers in der Anlage zu einer automatischen Abschaltung kommt.


Maßnahmen zur Erreichung eines Selektivverhaltens

  1. Eine zielgerichtete Planung der Stromkreise zur Versorgung von einzelnen Verbraucher(gruppen), d.h. eine angepasste Aufteilung der Stromkreise mit Zuordnung der Anschlussstellen zu den jeweiligen Schutzeinrichtungen;

  2. Einsatz von entsprechend geeigneten Schutzeinrichtungen mit ausgewiesenem Selektivverhalten für den Endstromkreisen vorgelagerte Verteilungsstromkreise.

Die Umsetzung von Punkt 2 erfordert entsprechende Angaben zur Selektivität bei den auszuwählenden Schutzeinrichtungen. Der theoretische Nachweis eines Selektivitätsverhaltens ist nur teilweise möglich, beispielsweise bei Überlastselektivität durch Vergleich von Auslösekennlinien.

Entscheidend für die Realisierung einer Selektivität in einer elektrischen Anlage ist zunächst die grundlegende Kenntnis der Funktionsweise der beteiligten Schutzeinrichtungen.

 

Allgemein können folgende Merksätze aufgestellt werden:


Überlastselektivität

Zum Schutz bei Überlast kommen in der Regel zeitlich verzögernd wirkende Schutzeinrichtungen zum Einsatz, wobei die Ausschaltzeit abhängig ist von der Höhe des Überlaststroms und dem Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung. Eine Koordinierung kann erfolgen anhand der Auslösekennlinien. Dies gilt für Sicherungen genauso wie für Schaltgeräte (Sicherungsautomat, Leistungsschalter). Bei Überlastselektivität ist zu beachten, dass die Auslösekurven, die miteinander verglichen werden, jeweils für die gleiche Umgebungstemperatur gelten müssen, ansonsten ist hier noch ein Korrekturfaktor zu berücksichtigen.

Kurzschlussselektivität

Der Selektivitätsnachweis unter Kurzschlussbedingungen kann nur bedingt durch den Anlagenplaner (z.B. durch Vergleich der technischen Angaben der einzelnen Schutzeinrichtungen) erbracht werden. Vielmehr sind hier vollständige Selektivitätsangaben von den Herstellern der Schutzeinrichtungen erforderlich – entweder durch entsprechende tabellarische Zusammenstellung der unterschiedlichen Konfigurationen oder auch Planungssoftware, die bereits diese Informationen enthalten.

Grundlegende Faustformeln für die Kombination von Schmelzsicherungen und Schaltgeräten


Grundlegende Faustformeln für die Kombination von Schmelzsicherungen und Schaltgeräten können dem Anwendungshandbuch entnommen werden.

Selektive Hauptleitungsschutzschalter (SH-Schalter, Hauptsicherungsautomaten), die den Schutzeinrichtungen für die Endstromkreise vorgeschaltet werden, arbeiten über einen weitenmBereich der Kurzschlussströme selektiv, i.d.R. bis zum Ausschaltvermögen des SH-Schalters. Erreicht wird dies über eine kurzzeitverzögerte Abschaltung bei Strömen, die den Ansprechstrom des Kurzschlusssensors überschreiten. Durch die Öffnung der Hauptkontakte ohne gleichzeitige Betätigung des Schaltschlosses erfolgt zudem eine zusätzliche Begrenzung der Durchlassenergie und damit eine deutliche Verbesserung der Selektivität zu vorgeschalteten Sicherungen, z.B. in der Einspeisung.

Diese Tabelle zeigt die Kurzschlussselektivität des Selektive-Hauptsicherungsautomat S750DR für die nachgeschalteten Sicherungsautomaten S200. Zu erkennen ist die vollständige Selektivität bis zu einem Grenz-Kurzschlussauschaltvermögen von 10 kA.


Verglichen zu einem nicht für selektiven Einsatz ausgelegtem Gerät, dem Hochleistungs-Sicherungsautomaten der Baureihe S800S.

Hier besteht für ein S203-B16 Gerät eine Kurzschlussselektivität durch ein vorgelagerten S803S-B125 bis zu einem maximalen Kurzschluss von 1,3 kA.


Weitere Kombinationen in den Tabellen des Anwendungshandbuches.

 

Backup-Schutz

Überschreitet der unbeeinflusste Kurzschlussstrom an der Einbaustelle eines Installationsgeräts den Wert, den dieses Installationsgerät selber abschalten oder ohne Schaden überstehen kann, muss dieses Gerät durch eine zugeordnete Kurzschlussschutzeinrichtung so geschützt werden, dass es zu keiner unzulässigen Überlastung oder Schädigung kommt. Der Hersteller eines Installationsgeräts muss die Art oder die kennzeichnenden Merkmale der Kurzschlussschutzeinrichtungen, die mit bzw. in dem Gerät verwendet werden sollen/dürfen, sowie den größten unbeeinflussten Kurzschlussstrom, für den die Kombination einschließlich der Kurzschlussschutzeinrichtung bei der zugehörigen Betriebsspannung geeignet ist, festlegen, so zum Beispiel für Last- und/oder Trennschaltern und Fehlerstromschutzschaltern (RCCBs). Dieser Kurzschlussstrom wird auch als bedingter Kurzschlussstrom bezeichnet.

Eine Sonderform des Backup-Schutzes ist der kombinierte Kurzschlussschutz. Nach den einschlägigen Vorgaben für den notwendigen Kurzschlussschutz von Kabeln und Leitungen darf das Bemessungsausschaltvermögen einer Schutzeinrichtung grundsätzlich nicht geringer sein als der zu erwartende maximale Kurzschlussstrom am Einbauort in der Anlage. Die Berücksichtigung eines kombinierten Schaltvermögens ist nur dann zulässig, wenn eine andere Schutzeinrichtung, die einspeiseseitig installiert wird, das geforderte Kurzschlussausschaltvermögen aufweist. In diesem Fall müssen die Charakteristiken der Schutzeinrichtungen so aufeinander abgestimmt sein, dass die Gesamtdurchlassenergie beider Einrichtungen nicht die Durchlassenergie überschreitet, welche sowohl von der Einrichtung auf der Abgangsseite als auch von den zu schützenden Leitern ohne Schaden überstanden wird.

Für die sachgerechte Bewertung eines Backup-Schutzes oder eines kombinierten Kurzschlussschutzes ist es unabdingbar, dass von den Herstellern Angaben zu geeigneten Kombinationen gemacht werden, die in aller Regel auf Prüfungen zurückgehen. Eine theoretische Betrachtung, beispielsweise über Durchlassintegrale und Durchlassströme der einzelnen Schutzeinrichtungen, führen im Allgemeinen nicht zum Ziel, da die gegenseitige Beeinflussung der beteiligten Geräte untereinander bei der Kurzschlussabschaltung nicht berücksichtigt werden können.


Beispiele einer geprüften Kombination

Dieser Tabelle ist zu entnehmen, dass ein Hochleistungs-Sicherungsautomat der Baureihe S800C, Auslösecharakteristik B, C, D (gelber Bereich) der entsprechenden Nennstromstärke herangezogen werden kann um einem Sicherungsautomaten der Baureihe S200M, Auslösecharakteristik B (grüner Bereich), der entsprechenden Nennstomstärke bis zu einem gemeinsamen Grenz-Kurzschlussschutz von 36 kA Backup-Schutz gewählt werden kann.

Weitere Kombinationen finden Sie in den Tabellen des Anwendungshandbuches.

 

Softwareplattform

ABB SOC Tool – Ausgewählte optimiert Koordinationstabellen für Selektivität und Backup-Schutz: Hier klicken