Dimensionierung von Energieverteilungssystemen (2)

Dimensionierung von Energieverteilungssystemen (Teil 2)

Fortsetzung aus dem ersten Teil: Dimensionierung von Energieverteilungssystemen (1)

Schaltungstypen

Verteilerschaltung

Die Dimensionierung von Kabeltrassen und Geräten folgt den maximal zu erwartenden Lastströmen auf dieser Verteilungsebene.

Als Regel:

ich_{b max} = ∑ installierte Kapazität x Gleichzeitigkeitsfaktor

Schalt- / Schutzgerät und Anschlussleitung sind hinsichtlich Überlast- und Kurzschlussschutz aufeinander abzustimmen.

Um einen Überlastschutz zu gewährleisten, mussStandardisierte (Nicht-) Auslöseströme, die sich auf die in der Anwendung befindlichen Geräte beziehen, sind zu beachten. Eine Überprüfung basiert lediglich auf dem Nennstrom des Geräts oder der Einstellwert I_r wäre nicht ausreichend.

Grundregeln zur Gewährleistung des Überlastschutzes:

Nennstromregel

Nicht einstellbare Schutzausrüstung

ich_b ≤ I_n ≤ I_z

Der Nennstrom ich_n des ausgewählten Geräts muss zwischen dem berechneten maximalen Laststrom liegen ich_b und der maximal zulässige Laststrom ich_z des ausgewählten Übertragungsmediums (Kabel oder Stromschiene).

Einstellbare Schutzausrüstung

ich_b ≤ I_r ≤ I_z

Der Nennstrom ich_r des Überlastauslösers muss zwischen dem berechneten maximalen Laststrom liegen ich_b und der maximal zulässige Laststrom ich_z des ausgewählten Übertragungsmediums (Kabel oder Stromschiene).

Auslösestromregel

ich₂ ≤ 1,45 x I_z

Der maximal zulässige Laststrom ich_z des ausgewählten Übertragungsmediums (Kabel oder Stromschiene) muss über dem konventionellen Auslösestrom liegen ich₂/ 1.45 des ausgewählten Geräts.

Der Testwert ich₂ ist standardisiert und variiert je nach Art und Eigenschaften der verwendeten Schutzausrüstung.

Grundregeln zur Gewährleistung des Kurzschlussschutzes:

Energie kurzschließen

K²S² ≥ I²t

(K = Materialkoeffizient; S = Querschnitt)

Die Menge an Energie, die freigesetzt wird, wenn aEin Kurzschluss tritt auf - und bis zu dem Zeitpunkt, an dem er automatisch gelöscht wird - muss weniger als die Energie sein, die das Übertragungsmedium maximal aufnehmen kann, da sonst ein irreparabler Schaden entsteht. Standardmäßig gilt diese Grundregel im Zeitbereich bis zu max. 5 s.

Wenn Geräte mit einer Auslöseeinheit verwendet werden,Die Einhaltung dieser Regel über die gesamte Gerätekennlinie muss überprüft werden. Eine bloße Überprüfung im Bereich des maximal angelegten Kurzschlussstroms (ich_{k max}) ist nicht immer ausreichend, insbesondere wenn zeitverzögerte Freigaben verwendet werden.

Kurzschlusszeit

t_ein (ICH_{k min}) ≤ 5 s

Die resultierende Stromunterbrechungszeit der ausgewählten Schutzeinrichtungen muss sicherstellen, dass der berechnete minimale Kurzschlussstrom erreicht wird ich_{k min} am Ende der Übertragungsleitung oder der geschützten Leitung wird automatisch gelöscht innerhalb von höchstens 5 s.

Überlast- und Kurzschlussschutz müssen nichtunbedingt von ein und demselben Gerät bereitgestellt werden. Bei Bedarf können diese beiden Schutzziele durch eine Gerätekombination realisiert werden. Die Verwendung von separaten Schaltschutzeinrichtungen könnte ebenfalls in Betracht gezogen werden, d.h. am Anfang und Ende einer Kabelstrecke. Geräte, die am Ende einer Kabeltrasse eingesetzt werden, können in der Regel nur den Überlastschutz für diese Leitung gewährleisten.

Endkreise

Die Methode für koordinierender Überlast- und Kurzschlussschutz ist für Verteilungs- und Endstromkreise praktisch identisch. Neben dem Überlast- und Kurzschlussschutz ist der Schutz des menschlichen Lebens für alle Stromkreise wichtig.

Schutz vor elektrischem Schlag

t_ein (ICH_{k1 min}) ≤ t_{eine Dauerwelle}

Wenn eine 1-phasiger Fehler gegen Erde (I_{k1 min}) tritt das Ergebnis auf Stromunterbrechungszeit t_ein für die gewählte Schutzausrüstung muss kürzer sein als die maximal zulässige Schaltzeit t_{eine Dauerwelle} Dies ist für diese Schaltung nach IEC 60364-4-41 / DIN VDE 0100-410 erforderlich, um den Personenschutz zu gewährleisten.

Da die erforderliche maximale Stromunterbrechungszeit abhängig von der Systemnennspannung und der Art der angeschlossenen Last (stationäre und nicht stationäre Lasten), Schutzanforderungen bezüglich Mindestbruchzeiten t_ein perm kann von einem Lastkreis auf andere Stromkreise übertragen werden. Alternativ kann dieses Schutzziel auch durch Beobachtung einer maximalen Berührungsspannung erreicht werden.

Soweit die Wahl des SchaltschutzesBei den betroffenen Geräten ist zu beachten, dass lange Verbindungsleitungen durch hohe Impedanzen und damit starke Dämpfung der berechneten Kurzschlussströme gekennzeichnet sind.

Abhängig von der Systembetriebsart (Kupplung offen, Kupplung geschlossen) und das Versorgungsmedium (Transformator oder Generator), die Schutzeinrichtungen und ihre Einstellungen müssen für den ungünstigsten Fall für Kurzschlussströme konfiguriert werden.

Im Gegensatz zu Versorgungs- oder VerteilerkreisenWenn die Wahl eines hochwertigen Auslösegeräts als sehr wichtig erachtet wird, gibt es keine besonderen Anforderungen an die Schutzeinrichtungen der Endstromkreise hinsichtlich des zu erreichenden Selektivitätsgrades.

Die Verwendung einer Auslöseeinheit mit LI-Charakteristik ist normalerweise ausreichend.

Referenz: Siemens - Power Engineering Guide Edition 7.0 (Kap. Schaltanlagen und Unterstationen)