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Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Aus
löse
zeit
Allgemeine Angaben:
Firma: Mustermann GmbH
Anlage: NSV Selektiv
Bearb.: Max Mustermann
Datum: 13. Nvember 2013
Netz: 415 V / 50 Hz
ZB
NZM
IZM
FAZ
Sicherung konfigurierbareKurve
PKZ(M)
Motorkennlinie
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.
Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen
des Vorsatzes ausgeschlossen.
Eaton CurveSelect
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Aus
löse
zeit
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH
Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann
Datum: 13. Nvember 2013
Netz: 415 V / 50 Hz
ZB
NZM
IZM
FAZ
SicherungkonfigurierbareKurvePKZ(M)
Motorkennlinie
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.
Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen
des Vorsatzes ausgeschlossen.
Eaton CurveSelect
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Aus
löse
zeit
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. Nvember 2013 Netz: 415 V / 50 Hz
ZB
NZM
IZM
FAZ
SicherungkonfigurierbareKurve
PKZ(M)
Motorkennlinie
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr.
Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen
des Vorsatzes ausgeschlossen.
Eaton CurveSelect
Eaton CurveSelect
White Paper
Dipl.-Ing. Wolfgang EsserDipl.-Ing. Dirk Meyer4. überarbeitete Ausgabe, 2014
Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammen wirken kompetent beurteilen
White PaperKennlinienprogramm CurveSelect www.eaton.de
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Au
slö
seze
it
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. Nvember 2013 Netz: 415 V / 50 Hz
ZB NZM IZM
FAZ Sicherung
konfigurierbare Kurve
PKZ(M)Motorkennlinie
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.
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Eaton CurveSelect
Zusammenfassung für Schnellleser
Sollen in einer Schaltanlage mehrere Schutzgeräte effektiv zusammenwirken, ist es erforderlich deren Auslösekennlinien zu vergleichen, um ihre Selektivität für eine hohe Anlagenverfügbarkeit zu beurteilen. Wichtig ist es, bei allen Untersuchungen Kurven zu verwenden, die die tatsächlichen, individuellen Einstellungen an den Schutzorganen berücksichtigen. Das ist mit gedruckten Kurvendarstellungen aus Katalogen praktisch nicht möglich. Im Aufsatz werden die gerätespezifischen Einstellmöglichkeiten unterschiedlicher Schutzgeräte vorgestellt und den unterschiedlichen elektrischen Betriebsmitteln zugeordnet. Das Eaton SoftwareTool „CurveSelect“ ermöglicht mit sehr geringem Aufwand die einfache, gemeinsame Darstellung der Kurven mehrerer Schutzgeräte in gleichen Zeit und Strommaßstäben. Dadurch wird die Beurteilung der Kurven wesentlich er leichtert. Das Tool ermöglicht die Beurteilung des Zusammenspiels der Eaton Leistungsschalter NZM und IZM, der Motorschutzschalter PKZM, der Leitungsschutzschalter FAZ (Auslöse charakteristik B, C und D), der Motorschutzrelais ZB und von Schmelz sicherungen gL oder gG. Bei den Leistungsschaltern werden auch die Kurven von älteren Schaltergenerationen angeboten, um Erweiterungen planen zu können.
Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen– Erläuterungen zum Eaton SoftwareTool „CurveSelect“
Bild 1: Darstellung der Auslösekennlinien unterschiedlicher Schutzorgane im gleichen Zeit- und Strommaßstab. Am oberen Ende der Kurven werden die Gerätedaten und Einstellwerte angegeben.
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Au
slö
seze
it
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: NSV Selektiv Bearb.: Max Mustermann Datum: 13. November 2013 Netz: 415 V / 50 Hz
ZB NZM IZM
FAZ Sicherung
konfigurierbare Kurve
PKZ(M)Motorkennlinie
Erwähnenswert ist die frei definierbare Darstellung von Motorhochlaufkurven, um festzustellen, ob das gewählte Motorschutzorgan den störungsfreien Hochlauf eines Drehstrom Asynchronmotors ermöglicht.Da es auch notwendig sein kann, das Zusammenspiel mit Produkten, die nicht in CurveSelect aufgeführt sind (z.B. Mittelspannungsschutzgeräte oder Schutzgeräte von Wettbewerbern) zu überprüfen, bietet das Programm nun die Möglichkeit, dass der Nutzer selbst Auslösekennlinien frei definieren kann.Durch diese zusätzlichen Nutzungsmöglichkeiten ist der Wert des in 11 Sprachen einsetzbaren SoftwareTools noch einmal deutlich gestiegen. In der Read MeDatei des Programms wird die Handhabung in den 11 wählbaren Sprachen vorgestellt und auch die Handhabung der Eingabemasken und die Darstellung der Ergebnisse erfolgt durchgängig in der gewählten Landessprache. Weiterhin stellt Eaton das hilfreiche Tool im Internet zur Verfügung (Bild 1). Der Benutzer wird bei der Eingabe durch die Bereitstellung zulässiger Parameter geführt. Die Handhabung des lediglich aus einer ExcelDatei bestehenden Tools wird in diesem Aufsatz ebenfalls kurz vorgestellt. Das Ergebnis, die gemeinsame Darstellung der Kurven lässt sich als
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.
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geschützte ProjektierungsDokumentation mit den individuellen Projektbezeichnungen speichern, ausdrucken oder auch in andere Dokumente exportieren.
Auch wer bereits mit den physikalischen Grundlagen der Auslösekurven und den Besonderheiten der einzelnen Betriebsmittel vertraut ist, sollte sich die Zeit für das Lesen des Absatzes „Handhabung des Eaton SoftwareTools CurveSelect“ nehmen und die Vorteile des verbesserten Tools beurteilen.
Auswahlkriterien für Leistungsschalter – 4 Hauptanwen-dungen und der Personenschutz –
Unter den Schutzgeräten der Niederspannungstechnik bieten Leistungsschalter die höchste Komplexität bei der Einstellung ihrer Auslösekriterien. Beispielhaft werden diese vielfältigen Einstellmöglichkeiten an den bewährten Leistungsschaltern NZM erläutert. Die Einsatzgebiete der Leistungsschalter NZM, mit Auslösern für Überlast und Kurzschlussströme und umfangreichem Systemzubehör, sind ebenfalls äußerst vielfältig.
KompaktLeistungsschalter NZM (MCCB 1) werden von Eaton mit elektronischen Auslösern und mit unterschiedlichen anwendungsabhängige Variablen für Bemessungsbetriebsströme zwischen 15 und 1600 A angeboten. Die kleinste Schalterbaugröße NZM 1 und einfache Standardvarianten der Baugrößen NZM 2 und NZM 3 verfügen als besonders preiswerte Schutzschalter und als unterste, unverzögerte Stufe in einer Selektivitätskette, über keine elektronischen, sondern ausschließlich über elektromechanische Auslöser. Drei Schalterbaugrößen, mit den Bezeichnungen NZM 2, NZM 3 und NZM 4 decken den Strombereich bis 1600 A lückenlos und teilweise überlappend, mit den vielseitigeren, elektronischen Auslösern ab. Für größere Bemessungsströme werden ergänzend die offenen Leistungsschalter IZM (ICCB 2) in drei Bau
1 MCCB = Molded Case Circuit Breaker2 ICCB = Insulated Case Circuit Breaker
Bild 2: Das Programm ist an wendbar für unterschiedliche
Schalt- und Schutzgeräte mit thermomechanischen oder
elektronischen Auslösern unterschiedlicher Komplexität.
größen bis 6300 A angeboten (Bild 2). Alle Schalterbaugrößen verfügen jeweils über mehrere Varianten mit unterschiedlich hohem Kurzschlussausschaltvermögen. Die Preise der Schalter sind u.a. nach der Leistungsfähigkeit bei ihrem Kurzschlussausschaltvermögen gestaffelt. Dadurch kann der Projekteur die projektbezogene Schalterdimensionierung wirtschaftlich an die für die Anlage notwendige Kurzschlussleistung anpassen. Das gewählte Schaltvermögen definiert, entsprechend Bild 7, das untere Ende der später vorgestellten Auslösekurven. Die Tabelle 1 zeigt die angebotene TypenVarianz am Beispiel der 3poligen Schalter in der IEC 3Ausführung. Das Sortiment umfasst außerdem Schalter nach den nordamerikanischen UL 4 und CSA 5Standards und die regional üblichen 4poligen Schutzschalter. Die in der Tabelle 1 zusätzlich dargestellte anwendungsspezifische Varianz der Schalter wird später beschrieben.
Die vorgestellten Schalter NZM werden mit unterschiedlichen Schutzaufgaben praktisch in allen Arten von Nieder spannungsEnergieverteilungsanlagen als Abgangsschalter eingesetzt. In kleinen bis mittleren Verteilungen dienen sie ebenso als Einspeiseschalter bis 1600 A. Ergänzend zu den reinen Energieverteilungsaufgaben, werden die Schalter zum Schutz verschiedenartiger Betriebsmittel, gegen Überlast und Kurzschluss, sowie zum Schutz der Schaltgeräte und der ver bindenden Kabel und Leitungen auch in Maschinen und Anlagensteuerungen eingesetzt. Sie beherrschen umfassend die vier wesentlichen Hauptapplikationen:
• den Anlagenschutz, • den Motorschutz, • den Transformatorschutz und • den Generatorschutz (Bild 3).
3 IEC = International Electrical Commission4 UL = Underwriter’s Laboratories (http://www.ul.com)5 CSA = Canadian Standards Association (http://www.csa.ca)
4
c)
b) ➜
➜
a) ➜d) ➜
Unter dem Anlagenschutz versteht man den Schutz von Kabeln und Leitungen, aber auch den Schutz von Sammelschienensystemen. Diese haben eine hohe Bedeutung in Schaltanlagen zur Energieverteilung (Punktverteilern), aber nicht zu vergessen, auch als Linienverteiler, der häufig vorteilhafteren Alternative zu Kabeln.
Unter den Anlagenschutz fällt auch der Schutz der in die Schaltanlagen eingebauten Schalt, Schutz und Befehlsgeräte, sowie der Automatisierungssysteme. Die Einsatzgebiete Motor-schutz, Generatorschutz und Transformatorschutz dienen dem spezifischen Schutz der aufgezählten Betriebsmittelarten [1]. Für einen optimalen Schutz und eine wirtschaftliche Nutzung dieser Betriebsmittel müssen die Auslösekurven der Schutzgeräte, durch die später beschriebenen Einstellungen, möglichst genau an die individuelle Leistungsfähigkeit der zu schützenden Betriebsmittel angepasst werden. Zum wirtschaftlichen Betrieb gehört es auch, dass die Schutzorgane nicht ungewollt bzw. unnötig auslösen.Neben diesen, mehr auf den Schutz von Wirtschaftsgütern ausgerichteten Funktionen, dürfen die zusätzlich erfüllten Anforderungen des Personenschutzes nicht übersehen werden. Der Personenschutz erfolgt bei allen Schaltervarianten, als Schutz gegen elektrischen Schlag, durch das schnelle automatische Abschalten gefährlicher Berührungsspannungen. Ausreichend kurze Auslösezeiten sind durch die Projektierung und Schalterdimensionierung sicherzustellen, z.B. durch die Einhaltung der „Nullungsbedingungen“ (IEC / EN 60 364441, VDE 0100 Teil 410) [2].
Die folgenden zusätzlichen Schutzfunktionen beeinflussen die notwendigen Schaltereinstellungen und die Auslöse kurven nicht:
Bild 3: Die vier großen Hauptanwendungen der Kompakt-Leistungsschalter NZM, für die teilweise bei hohen Strömen auch offene Leistungsschalter IZM ein-gesetzt werden: a) Anlagenschutz / Leitungsschutz b) Transformatorschutz c) Motorschutz d) Generatorschutz
• einige Schalterbaugrößen verfügen über optionale, getrennt einstellbare Fehlerstrom bzw. Erdschluss-Schutzfunktionen,
• bei allen Baugrößen erfolgt der Personenschutz durch die schnelle Freischaltung von Abgängen und Betriebsmitteln,
• eine zusätzliche Schutzfunktion, den Unterspannungsschutz, können die Leistungsschalter übernehmen, wenn sie mit einem Unterspannungsauslöser ausgestattet sind,
• in diesem Fall gewährleisten sie gleichzeitig den Schutz gegen selbsttätigen Wiederanlauf nach einer Spannungsunterbrechung,
• alle vorgestellten Leistungsschalter NZM und IZM können die Hauptschalter und Trennereigenschaften [3, 4] sicherstellen.
Im Bereich der Energieverteilung sind Lasttrenn und Leistungsschalter die wichtigsten Schalt und Schutzgeräte generell. An den kritischen Knotenpunkten der elektrischen Energieversorgung, von denen die Stromversorgung ganzer Fabriken oder ganzer Stadtteile abhängt, ist gerade der schmelzsicherungslose Schutz durch Leistungsschalter mit seiner schnellen Wiedereinschaltbereitschaft, ohne Ersatzteilbeschaffung, von zentraler Bedeutung. Ein selektiver Schutz in verschiedenen Netzebenen, stellt eine hohe Anlagen und Prozessverfügbarkeit sicher. Darunter versteht man, dass möglichst nur ein kurzschlussnahes Schutzorgan auslöst. Üblich sind folgende SchaltgeräteKombinationen, um Netze selektiv aufzubauen:
• Sicherung Sicherung, • Sicherung Schutzschalter, • Schutzschalter Sicherung• Schutzschalter Schutzschalter.
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Baugrößen, Anwendungen, Schaltvermögen, Einstellbereiche der Leistungsschalter NZM, IEC-Ausführung, 3-polige Schalter
Typ
Elektromechanische Auslöser Elektronische Auslöser
IECSchaltvermögen bei 400 V IECSchaltvermögen bei 400 V
B = 25 kA C = 35 kA N = 50 kA H = 150 kA N = 50 kA H = 150 kA
Einstellbereiche in A Einstellbereiche in A
NZM..1 -A.. 15 160 15 160 15 160 15 160 *) -
NZM..1 -M.. 16 100 16 100 -
NZM..1 -S.. 40 100 40 100 40 100 -
NZM..2 -A.. 125 300 125 300 125 300 125 300 -
NZM..2 -M.. 100 200 100 200 16 200 -ME.. 45 220 45 220
NZM..2 -S.. 125 200 125 200 40 200 -
NZM..2 - -VE.. 50 250 50 250
NZM..3 -A.. 260 500 260 500 260 500 -AE.. 125 630 125 630
NZM..3 - -ME.. 110 450 110 450
NZM..3 - -VE.. 125 630 125 630
NZM..4 - -AE.. 315 1600 315 1600
NZM..4 - -ME.. 275 1400 275 1400
NZM..4 - -VE.. 315 1600 315 1600
-A.. Anlagen und Kabelschutz -M.. Motorschutz -S.. Kurzschlussschutz (ohne Überlastschutz)
-AE.. Anlagen und Kabelschutz -ME.. Motorschutz -VE.. Anlagen und Kabelschutz, Selektiv und Generatorschutz
Tabelle 1: Übersicht über die wesentlichen Auswahlkriterien für Leistungsschalter NZM und die Lösung mit elektromechanischen oder elektronischen Auslösern.
Bild 4: Beispiel für einen kaskadenförmigen Netzaufbau.
Die Schalter in den verschiedenen Netzebenen sollen selektiv abschalten. Dies lässt sich
mit einer Zeitselektivität realisieren. Der Schalter der
untersten Ebene (im Beispiel S 5) besitzt unverzögerte
Kurzschlussstromauslöser, alle vorgeschalteten Schalter
sind um 50 ms, 100 ms usw. kurzzeitverzögert.
*) H = 100 kA
A
S1
S2
S3
S4
S5
S3S4S5
B
C
D
2h100
40
250A 1000A 2000A
10
10
40
4
1
1
4
400
10
50ms
50ms40
100
1
4
I[A]
CC
tv
100 200 400 1000 2000 4000 10000 20000
S3
S4
S5
Hochspannung
Niederspannung
Min
uten
M
illi-S
ekun
den
Seku
nden
6
a b c
t Ir
tr
Irmv
tvIrm
I
Bild 4 zeigt ein Beispiel für einen Netzaufbau mit Zeitselektivität, die durch Schalter mit unterschiedlicher Kurzzeitverzögerung der Kurzschlussauslöser erreicht wird. Eaton erleichtert dem Praktiker mit der PlanungsSoftware xSpider die optimale, selektive Projektierung, auch in Mischformen mit Schmelzsicherungen. Die Eaton Leistungsschalter NZM und IZM, mit elektronischen Auslösern, können in modernen Schaltanlagen zusätzlich komfortabel vernetzt werden [5]. Auch für diese Vernetzungsaufgaben stehen geeignete Softwaretools zur Verfügung.
Funktionsbereiche in den Auslösekennlinien und thermisches Gedächtnis der Auslöser
Auslösekennlinien stellen mehrere Funktionsbereiche der Schutzgeräte dar. Für die unterschiedlichen Funktionsbereiche sind z.T. unterschiedliche Auslöser im gleichen Gerät verantwortlich. Die Auslösekennlinie beschreibt das Verhalten eines Schutzgerätes in Abhängigkeit von den in unterschiedlicher Höhe fließenden Strömen und von den Stromflusszeiten. Durch die Auslösekurve wird speziell das Verhalten eines Leistungsschalters unter betriebsmäßigen, wie auch unter außerge-wöhnlichen Bedingungen beschrieben. Konstruktive Merkmale der Schutzschalter können Einfluss auf die spezifische Auslösekurve nehmen. Die Auslösekennlinien müssen den Erfordernissen der zu schützenden Betriebsmittel entsprechen. Unterhalb, beziehungsweise links der Aus lösekennlinie, im beherrschten, zulässigen Bereich, erfolgt keine Auslösung. Das Strom / ZeitFeld unterhalb / links der Auslösekennlinie kann betriebsmäßig genutzt werden (betriebsmäßige Bedingungen). In diesem Feld arbeiten z.B. auch Antriebe im Aussetzbetrieb, die für eine kurze Zeit einen höheren Strom (im Überlastbereich) aufnehmen. In den Aussetzpausen können Betriebsmittel und Schutzorgan wieder abkühlen. Das Feld oberhalb, bzw. rechts der Auslösekurve stellt den Bereich der außergewöhnlichen Bedingungen mit den möglichen Störungen durch Überlast oder Kurzschluss dar. Die Kennlinie wird üb licherweise in einem doppeltlogarith
Bild 5: Das Bild zeigt eine beispielhafte Auslösekennlinie mit den Funktionsbereichen1. Nichtauslösebereich /
Betriebsbereich, links bzw. unter der roten Auslösekennlinie,
2. Überlastbereich, kurzzeitiges Überschreiten ist möglich,
3. Kurzschlussbereich.Das Bild zeigt außerdem die varia-blen Parameter entsprechend der Tabelle 4, die eine anwendungs-spezifische Gestaltung der Auslö-sekurve ermöglichen.
mischen Koordinatensystem dargestellt. Die Kurve umfasst entsprechend Bild 5 drei Bereiche:
a Nicht-Auslöse-Bereich
Im ersten Bereich wird sichergestellt, dass der Schalter nicht ohne Grund auslöst, wenn das Betriebsmittel nicht gefährdet ist. Deshalb darf der Schalter, ausgehend vom kalten Zustand, bei allpoliger Belastung und bei Bezugstemperatur bis zum 1,05fachen des Einstellstromes Ir des strom-abhängig verzögerten Überlastauslösers innerhalb von 2 Stunden (bei I 63 A, innerhalb von 1 Stunde) nicht auslösen (konven tioneller Nichtauslösestrom).
b Überlastbereich
Der zweite Bereich ist der Überlastbereich. In diesem Bereich wirken die stromabhängig, thermisch (Bimetall) oder stromabhängig, elektronisch verzögerten Überlastauslöser. Bei den Leistungsschaltern NZM sind die Überlastauslöser, abgesehen von speziellen Geräten für den nordamerikanischen Markt, immer einstellbar. Bei geringen Überströmen ist die Auslösezeit lang, sie wird bei größeren Strömen kürzer. Diese Kurvenform entspricht der Belastbarkeit der zu schützenden Betriebsmittel. Die zulässigen Überströme lassen sich nicht beliebig erhöhen, weil die thermischen und die dynamischen Belastungen für Betriebsmittel, Verkabelung, Schaltanlage und Schalter mit dem Quadrat des Stromes zunehmen (das muss z.B. bei der Projektierung von schweranlaufenden Motoren berücksichtigt werden). Der Überlastbereich reicht bis zum, der Anwendung entsprechend, einstellbaren Ansprechwert der magnetischen Kurzschlussschnellauslöser (vergleichbar mit einer Notbremse). Der Bereich zwischen dem 1,05fachen und dem 1,2 bzw. 1,3fachen Stromeinstellwert Ir wird auch als Grenzstrombereich bezeichnet. Dieser Bereich ist für die normenkonforme Justierung der Schalter in der Fertigung von besonde
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rer Bedeutung. Bei elektronischen Überstromauslösern an Leistungsschaltern lässt sich, z.B. für den Motorschutz, die Lage der Kurve auf der Zeitachse (tr) zusätzlich verschieben, um einen Schweranlauf zu berücksichtigen. Die eingestellte Zeit tr gilt beim 6fachen des Einstellstromes Ir. Bei elektronischen Motorschutzrelais kennt man für die gleichartige Funktion die Bezeichnung der „Auslöseklassen“ (Class 5, 10, 20 usw.), die statt dessen die max. Auslösezeit beim 7,2fachen des Einstellstromes Ir angeben. Bei Relais ist die Standard einstellung Class 10 A mit tr = 10 s.
Eine Sonderform stellen KurzschlussSchutzschalter ohne Überlastauslöser dar. Diese Schalter werden mit zusätzlichen Überlastschutzorganen kombiniert. Diese Kombinationen wählt man für den Schutz von Motoren mit langen Anlaufzeiten oder wenn der Schutzschalter bei einer sich selbst aufhebenden Überlast nicht auslösen soll. Diese Schalter besitzen in Nordamerika eine größere Bedeutung, als in IECSchalt anlagen.
c Kurzschlussbereich
Hier wird die Grenze der für die Betriebsmittel und den Schalter zulässigen Überlast überschritten, es beginnt der Kurzschlussbereich, in dem der unzulässig überhöhte Strom möglichst schnell abgeschaltet werden muss. Der Ansprechwert der Kurzschlussauslöser Ii (i = instantaneous) wird als Vielfaches des Bemessungsstromes des Schalters In (höchs ter Einstellstrom) gewählt. Dieses Vielfache ist in Abhängigkeit von der Anwendung, also der Art des zu schützenden Betriebsmittels, einstellbar. Wenn der Bemessungsstrom des Schalters nicht voll ausgenutzt wird, wird das Vielfache, bei dem der Schalter auslöst, größer, als das am Schalter eingestellte Vielfache. Werden zum Beispiel Motoren geschützt, muss der Ansprechwert der Kurzschlussauslöser so gewählt werden, dass sie beim Anlauf des
Eignung der Schalter in IEC-Ausführung für Haupt- und Nebenanwendungen
Hauptanwendungen Nebenanwendungen Typ
Kurzschlussschutz
(ohne Über
stromauslöser)
Anlagenschutz
Kabel schutz
Generatorschutz
Selektivschutz
mit verzögertem Kurzschlussauslöser
Motor schutz
Hauptschalter
NotAus
gelb und „E“ = elektronische
Auslöser
blau = elektromechanische
Auslöser
X X N....
X (X) * X X NZM.. ..S..
X X X X NZM.. ..(4)A..
X X X X NZM.. ..(4)AE..
X (X) ** (X) ** NZM.. ..M..
X (X) ** (X) ** NZM.. ..ME..
X X X X X X NZM.. ..(4)VE..
* nur in Kombination mit geeignetem Schütz und Motorschutzrelais
** nur für einzelne Motorstarter
(4) Typenzusatz für 4polige Schalter
Tabelle 2: Applikationsabhängige Haupt- und Nebenanwendungen der Leistungsschalter NZM mit elektromechanischen oder elektronischen Auslösern.
Motors nicht durch dessen Einschaltstromspitzen (Anlaufstrom) ausgelöst werden. In diesem Fall und beim Schutz von Transformatoren ist es beispielsweise günstiger, wenn der Schutzschalter nicht auf Höchstmarke eingestellt werden muss. Das ergibt eine zusätzliche Sicherheit gegen Früh auslösungen, die besonders dann interessant sein kann, wenn der Ansprechwert eines Kurzschlussauslösers nicht einstellbar ist. Je nach Schutzschaltertyp unterscheidet man zwischen unverzögerten (Ii) und kurzzeitverzögerten (Isd) Kurzschlussauslösern. Ein kurzzeitverzögerter Kurzschlussauslöser wird im gleichen Schalter immer mit einem (höher eingestellten) unverzögerten Kurzschlussauslöser kombiniert.
Bei den verzögerten Auslösern werden der Strom und die zusätzliche Verzögerungszeit (tsd) nach den Gegebenheiten der zu schützenden Betriebsmittel eingestellt. Beim Überschreiten des eingestellten Stromes des verzögerten Auslösers wird die Verzögerungszeit gestartet. Vor der Einleitung einer Auslösung wird geprüft, ob der eingestellte Strom immer noch über dem Schwellwert liegt. Die eingestellte Verzögerungszeit selbst ist stromunabhängig. Der höher eingestellte, unverzögerte Kurzschlussschnellauslöser (Ii) löst den Schalter aus, falls sein Einstellwert während der Verzögerungszeit überschritten wird. Der unverzögerte Kurzschlussauslöser bildet in dieser Kombination dann sozusagen die letzte Notbremse.
Bei einem kaskadenförmigen, selektiven Netzaufbau muss der nachgeordnete, störungsnahe Schutzschalter im Fehlerfall innerhalb der Verzögerungszeit des übergeordneten Schalters ansprechen, um den Strom rechtzeitig zu reduzieren / zu unterbrechen, sonst besteht die Gefahr, dass der übergeordnete, verzögerte Schalter ebenfalls auslöst. Immer, wenn mit verzögerten Auslösern der Schutz-schalter oder mit höheren Auslösezeiten bei Motor-
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schutzrelais (z.B. Class 40) gearbeitet wird, zum Beispiel beim Schweranlauf von großen Motoren, muss der Pro-jekteur berücksichtigen, dass alle Geräte und Leitun-gen im gesamten Stromkreis für eine längere Zeit mit einem höheren Strom belastet werden. In derartigen Fällen muss er häufig die Schaltgeräte und die Leitun-gen angemessen überdimensionieren.Wichtig für einen sicheren Schutz der Betriebsmittel und Leitungen ist das „thermische Gedächtnis“ der Auslöser. Das thermische Gedächtnis bildet die Erwärmung der zu schützenden Betriebsmittel wäh rend des normalen Betriebes und während der Überlastphase nach. Es speichert permanent die Wärmebilanz, damit nach einer Auslösung eines Schalters oder nach einem Spannungsausfall der thermische Zustand des Betriebsmittels weiter bekannt ist. So
Merkmal
relevante Normen
Grenzstrombereich
Umgebungstemperatur
konventioneller Nichtauslösestrom *) für die stromabhängig verzögerte Auslösung (darf nicht auslösen innerhalb von 2 h **), bei allpoliger Belastung, bei Bezugstemperatur)
konventioneller Auslösestrom *) für die stromabhängig verzögerte Auslösung (muss früher als in 2 h **) auslösen, nach Belastung mit dem Nichtauslösestrom)
Phasenausfallempfindlichkeit
Definition:
darf nicht auslösen innerhalb von 2 h bei:
muss innerhalb von 2 h auslösen bei:
Ansprechwert der Kurzschlussauslöser (Praxiswerte) Ir = Einstellwert des Überstromauslösers
Unempfindlichkeit gegenüber dem Anlaufstrom
Selektivität
Überstromauslöser
Auslöseklassen
Thermisches Gedächtnis
Anlagenschutz
IEC / EN 60 9471 [6] IEC / EN 60 9472 [7]
Herstellerangabe 40 °C (bei Eaton)
1,05 x Stromeinstellwert **) 1 h bei ≤ 63 A
1,30 x Stromeinstellwert **) 1 h bei ≤ 63 A
nicht vorgesehen
nicht sinnvoll, da in der Anlage die Strombelastung der Phasen unsymmetrisch sein darf und häufig ist
ca. 6...10 x Ir
bedingt erforderlich
bei mehreren in Reihe liegenden Schaltern meistens erforderlich
müssen nicht einstellbar sein (sind bei NZM und IZM immer einstellbar)
nicht vorgesehen
sinnvoll
Motorschutz
IEC / EN 60 9471 [6] IEC / EN 60 94741 [8]
Normwert 20 °C
1,05 x Stromeinstellwert
1,20 x Stromeinstellwert
alternativ zulässig
sinnvolle Schutzfunktion, da die Stromverteilung der Phasen bei Motoren symmetrisch sein soll
2 Pole 1,0 x Stromeinstellwert, 1 Pol 0,9 x Stromeinstellwert
2 Pole 1,15 x Stromeinstellwert, 1 Pol 0 x Stromeinstellwert
ca. 8...14 x Ir
erforderlich
sinnvoll
einstellbar
sinnvoll zur Anpassung an das Anlaufverhalten des Motors
unbedingt erforderlich
Unterschiedliche Anforderungen an Leistungsschalter für den Anlagen- oder Motorschutz
Tabelle 3: Unterschiedliche Anforderungen bei den beiden stückzahlstärksten Anwendungen der Leistungsschalter, dem „Anlagenschutz“ nach IEC / EN 60 947-2 [7] und dem „Motorschutz“ nach IEC / EN 60 947-4-1 [8]
*) Begriffe sind aussagekräftig, werden aber nur in der IEC / EN 60 947-2 verwendet **) siehe in zweiter Spalte
wird die Grundlage für einen weiteren, optimalen Schutz nach einer Betriebsunterbrechung oder bei einem intermittierenden Betriebsverlauf geboten. Das ther mische Gedächtnis berücksichtigt beim Abbau der gespeicherten Erwärmung die typische Zeitkonstante für die Abkühlung der Last (Kabel oder Motor), mit der auch das Kabel oder der Motor thermisch entlastet wird. Die Nachbildung der Abkühlung erfolgt bei den elektronischen Auslösern mit der gleichen Zeitkonstante, mit der auch die Erwärmungskurve bestimmt wird. Bei BimetallAuslösern ergibt sich diese Funktion automatisch dadurch, dass die erhitzten Bimetalle abkühlen müssen, um sich wieder in ihre Grundstellung zu richten. Mit dem thermischen Gedächtnis wird in der Praxis verhindert, dass die Last, z.B. ein Motor, durch ein zu schnelles Wiedereinschalten nach
9
einer ÜberlastAuslösung thermisch überlastet wird. Gleichzeitig wird durch das thermische Gedächtnis beim Eintreten einer Überlastung die Vorerwärmung des Betriebsmittels berücksichtigt. Eine Wiedereinschaltung ist erst möglich, wenn die elektronische Simulation bzw. dem Rückbiegevorgang der Bimetalle ergibt, dass der Motor ausreichend abgekühlt ist. Wenn durch ungünstige Kühlungsverhältnisse zu erwarten ist, dass sich der Motor schneller erwärmt und / oder gegenüber der Simulation verzögert abkühlt, muss der Motor beispielsweise durch ThermistorTemperaturfühler und ein Auswertegerät EMT 6 zusätzlich geschützt werden.
Notwendigkeit von variablen Auslösekennlinien bei modernen Leistungsschaltern
Die spezifischen Schutzaufgaben und die applikationsabhängigen Betriebsbedingungen (Gebrauchskategorien) der aufgezählten Betriebsmittel erfordern unterschiedliche Schaltereinstellungen. Dieser Zusammenhang führt über die unterschiedlichen, einstellbaren Variablen zu anwendungsspezifischen Schaltervarianten, entsprechend der Tabellen 1 und 2. Die Anforderungen an das Spektrum der Einstellmöglichkeiten steigen, wenn mehrere Schutzorgane in Reihe liegen. Dies ist fast immer der Normalfall, wenn zwischen dem NiederspannungsEinspeisetransformator und dem Betriebsmittel beispielsweise mehrere Haupt und Unterverteiler angeordnet sind. In diesen Fällen sind die Schalter und die Kabel und Leitungen für die einzelnen Teilstrecken häufig für unterschiedlich hohe Ströme zu dimensionieren. Dadurch liegen häufig Schalter unterschiedlicher Baugrößen im Stromfluss in Reihe.
Die vier aufgezählten Anwendungsgebiete stellen, wie in Tabelle 3 am Beispiel des Anlagen und des Motorschutzes dargestellt, jeweils etwas andere Anforderungen an die Schalter. Die wichtigsten anwendungsabhängigen Parameter für die Leistungsschalterauswahl sind hierbei
• das Auftreten einer symmetrischen oder unsymmetrischen Last,
• die unterschiedlichen, typischen Einschaltspitzenströme der zu schützenden Betriebsmittel, mit ihren unterschiedlichen Strom/Zeitverhalten,
• die regulären Betriebsströme, • die möglichen Überlastströme mit ihren unterschiedlichen
Strom/Zeitverhalten und• schließlich die Höhe der möglicherweise auftretenden Kurz
schlussströme.
Bei den Kurzschlussströmen stellt sich nicht nur die naheliegende Frage, wie hoch diese maximal werden können, sondern auch, ob die Ströme im Fehlerfall überhaupt über den Überlastbereich hinausgehend in den Kurzschlussstrombereich kommen, um den Schalter aus reichend schnell auszulösen und dadurch die nachgeschalteten Betriebsmittel, sowie Personen vor Schäden zu schützen. Die Frage nach der ausreichenden Stromhöhe stellt sich hauptsächlich bei schwachen Generatoren oder in Stromkreisen mit großen Leitungslängen, also bei hoher Leitungsimpedanz und hohem Spannungsfall. Aus diesem Grund gibt es beispielsweise Generatorschutzschalter mit besonders niedrigen Einstellwerten. Zeitkritisch ist für den Personenschutz aber auch die rasche Abschaltung der im Fehlerfall entstehenden gefährlichen Berührungsspannungen. Zusätzlich kann es im Kurzschlussfall auch zu unerwünschten, starken Spannungsabsenkungen kommen, die undefinierte Schaltzustände der Schütze oder der spannungsabhängigen
Auslöser in der Anlage bewirken können und die deshalb ebenfalls eine rasche Abschaltung des Kurzschlusses verlangen. Hier können Unterspannungsauslöser unterstützend wirken.
Das in diesem Aufsatz vorgestellte Tool ermöglicht eine einfache Darstellung von Auslösekurven, für bekannte (ausgewählte) Schalter am PC und den einfachen, optischen Vergleich der Auslösekurven von mehreren Schaltern und Schmelzsicherungen, die im Stromfluss in verschiedenen Netzebenen in Reihe liegen (Bild 4). Ziel ist es, zu prüfen, ob die Schalter einen sicheren Betrieb zulassen und ob eine Selektivität im Überlast und Kurzschlussbereich zwischen den eingesetzten Schutzgeräten besteht. Der wesentliche Vorteil dieses Tools, gegenüber jeder gedruckten Darstellung in Katalogen, besteht darin, dass die ganz spezifische Auslöse-kurve, in Abhängigkeit von allen tatsächlichen Einstellun-gen an dem Schalter, generiert und dokumentiert wird. Voraussetzung für die Verbindlichkeit der Auslösekurve ist, dass im Tool und in der Schaltanlage identische Schaltertypen auswählt werden und dass die Schaltereinstellungen richtig in das Tool übertragen werden. Wenn das Tool zeigt, dass ver-änderte Einstellungen am Schalter erforderlich sind, müssen die erforderlichen Einstellungen manuell wieder richtig auf den Schalter übertragen werden. Alle Ergebnisse lassen sich mit Angaben zur Geräteidentifikation abspeichern, kopieren und aus drucken.
Das Tool kann zusätzlich zu den Auslösekurven für die vorgestellten, neuen KompaktLeistungsschalter NZM 1 bis NZM 4, auch die Kurven für die Vorgängergeneration NZM 7, NZM 10 und NZM 14, sowie für die offenen Leistungsschalter IZM 1 bis IZM 3, IZM20 bis IZM 63, IZM X16 und für Schmelzsicherungen mit glCharakteristik darstellen.
Konstante und variable Parameter für die Kurven-darstellungen
Schutzgeräte mit Bimetallauslösern, wie die Motorschutzrelais ZB 12, ZB 32, ZB 65 oder ZB 150, ermöglichen ausschließlich die Einstellung des Motornennstromes als Einstellstrom Ir der Überlastauslöser. Der weitere Verlauf der Auslösekurven wird bei der Konstruktion durch die Dimensionierung der Bimetalle so festgelegt, dass die Bimetallcharakteristik der Wärmecharakteristik der Motoren ausreichend genau entspricht. Als einzigen, nicht einstellbaren Zusatznutzen, bieten diese Varianten für den Motorschutz eine normenkonforme Phasenausfallempfindlichkeit und alle Varianten bieten eine Umgebungstemperaturkompensation. Sie erkennen und berücksichtigen den Ausfall eines beliebigen Außenleiters (Phase). Gleiches gilt für Motorschutzschalter PKE, PKZM 01, PKZM 0 und PKZM 4. Bei diesen Schutzschaltern sind die Ansprechwerte der zusätzlichen Kurzschlussauslöser fest eingestellt.
Schutzgeräte mit elektronischen Auslösern, NZM 2 bis 4, IZM 1 bis 3 oder IZM X16, IZM 20 bis 63 bieten zusätzliche Freiheitsgrade bei der Einstellung und der Definition ihrer Schutzwirkungen und im Zusammenspiel mit weiteren, im gleichen Stromkreis angeordneten Schutzgeräten. Die Tabelle 4 zeigt die bei den unterschiedlichen Schutzschalterarten wirksamen Parameter, die entweder fest eingestellt sind, oder die variabel sind. In der Möglichkeit dieser individuellen Anpassungen an die unterschiedlichen Betriebsmittel liegen wesentliche Vorteile der Leistungsschalter gegenüber Schmelzsicherungen. Als Beispiel für die verbesserte Schutzwirkung durch individuell einstellbare, elektronische Auslöser zeigt das
10
Bild 6 eine typische Motoranlaufkennlinie, die mit dem Tool dargestellt werden kann, und den Schutz, einerseits mit einem Leistungsschalter mit thermischen Überlastauslösern, bei denen die Kurzschlussauslöser auf den maximalen Strom eingestellt sind, sowie andererseits den wesentlich besser angepassten Schutz mit elektronischen Auslösern eines Leistungsschalters. Im ersten Fall kann der Einschaltspitzenstrom trotzdem noch zu einer Schalterauslösung führen. Im zweiten Fall ist der Motor während des Hochlaufs wesentlich besser geschützt.
Die einstellbaren Fehlerstrom oder Erdschlussauslöser sind optionale Zusatzausrüstungen, die im Kennlinienprogramm nicht berücksichtigt werden. Wie bereits beschrieben, ermöglichen die kurzzeitverzögerten Schalter die Realisierung eines
Einstellmöglichkeiten bei stromabhängig wirkenden Auslösern bei unterschiedlichen Schutzschalterarten
Die Auslöser können teilweise optional vorhanden sein oder die Angaben gelten nur bei bestimmten Schaltervarianten, siehe gültiger Eaton Hauptkatalog Industrie
Elektromechanische Auslöser Elektronische Auslöser
Parameter mit Einfluss auf die Auslösekennlinie
Typ ZB... PKZM... PKZ... NZM... NZM... IZM...
Größe12, 32, 65, 150
01, 0, 4 2 1, 2 2 3, 4 1, 2, 3
Einstellwert Ir für Überlastauslöser var. var. var.var.
var. var.
Ansprechwert Irm für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser
fest var.fest
var.
Ansprechwert Ii für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser
fest fest
var. var.
Ansprechwert Isd für verzögerten Kurzschlussstromauslöser
var.var.
Motorschutz Auslöseklasse CLASS fest fest fest fest var.
Trägheitsgradeinstellung tr für Überlastauslöser fest fest
var. var.
Verzögerungszeit tsd für kurzzeitverzögerten Kurzschlussstromauslöser
var. var.
I2tkonstantFunktion fest fest
var. var.
Phasenausfallempfindlichkeit fest fest
fest fest fest fest
Bemessungsfehlerstrom I∆n fest
var.
Verzögerungszeit tv für Fehlerstromauslöser fest
var.
Ansprechwert Ig für Erdschlussauslöser var. var.
Verzögerungszeit tg für Erdschlussauslöser var. var.
Tabelle 4: Feste und variable Parameter für stromabhängig wirkende Auslöser bei unterschiedlichen Schutzschalterarten.
zeitselektiven Anlagenkonzepts. Die kurzzeitverzögerten Auslöser werden auch bei Motoren mit langer Hochlaufzeit eingesetzt. Bei dieser Applikation lässt sich die Schutzfunktion noch durch zusätzliche Thermistorschutzrelais EMT6 von Eaton erweitern.
Handhabung des Software-Tools „CurveSelect“ von Eaton
Bisher war es schwierig individuelle Auslösekurven darzustellen und miteinander zu vergleichen. Oft scheiterte die Auswertung bereits an den unterschiedlichen Maßstäben für die Koordinaten der Kurvendarstellungen für Schutzschalter und Schmelzsicherungen. Das ändert sich nun mit dem neuen SoftwareTool. Hier werden alle Kurven in einem einzigen Blatt zur leichten, optischen Auswertung dargestellt.
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Eaton CurveSelect
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: Bearb.: Datum: Netz: 400V / 50Hz
Die Handhabung ist sehr einfach, da dem Anwender die zulässigen Variablen in den typspezifischen Eingabeblättern bereits angeboten werden. Es müssen nur die zutreffenden Variablen manuell in die Masken eingetragen werden. Das Programm wird im Internet unter http://www.eaton.eu/DE/Europe/ Electrical/CustomerSupport/ConfigurationTools/Characteristics Program/index.htm zum Download angeboten. Für die Nutzung ist eine kostenlose Registrierung erforderlich.
1. Das Programm wird als Excel-Datei in ein beliebi-ges Verzeichnis auf einen Rechner kopiert, auf dem Microsoft Excel® bereits installiert ist. Es ist keine weitere Installation erforderlich. Die Datei kann für beliebig viele Projekte verwendet werden.
2. Die Datei wird durch Doppelklicken auf „Kennlinien... .xls“ geöffnet. Es öffnet sich eine ExcelArbeitsmappe mit mehreren Blättern für die notwendigen Eingaben und für die Darstellung der Kurven.
3. Umfassende, weiterführende Informationen zum Programm enthält das Blatt „Read Me“.
4. Im Blatt „General“ wird die ge wünschte Sprachversion gewählt. Auf diesem Blatt werden „allgemeine Anga-ben“ zum bearbeiteten Projekt eingetragen, die auto-matisch in die Kurvendarstellungen übernommen wer-den. In der aktuellen Version des Programms sind z. Z. Anwendungen mit einer Be triebsspannung zwischen 240 und 690 V, 50...60 Hz zu bearbeiten.
5. Es wird empfohlen, das Projekt nach dem Eintrag der projektbezogenen Grunddaten, über „Datei“ / „Spei-chern unter“ unter einer beliebigen Bezeichnung in
Bild 6: Leistungsschalter mit elektronischen Auslösern ermöglichen, durch vielseitigere Einstellmöglichkeiten, eine exaktere Anpassung an die typische Stromaufnahmekurve eines anlaufenden Drehstrommotors, als dies beispielsweise mit dem Schalter mit thermischen Überlastauslösern möglich ist.
Auslösekennlinie Leis-tungsschalter mit
thermischen Auslösern
Leistungsschalter mit elektronischen
Auslösern
Auslösestrom [A]
Au
slö
seze
it
Auslösediagramm
Motoranlaufkennlinie
einem beliebigen Verzeichnis zu sichern. Dadurch bleibt die OriginalProgrammdatei „Kennlinien... .xls“ für die weitere Nutzung ohne projektspezifische Einträge erhalten. Es wird empfohlen, später die weiteren Eingaben ebenfalls regelmäßig durch „Datei“ / „Speichern“ zu sichern.
6. Mit den Blätter „NZM...“, „IZM...“, „PKZ“, „ZB“, „MCB“ (Leitungsschutzschalter oder „Fuses“ (Siche-rungen) wählt man die Art des Schutzgerätes, des-sen Auslösekurve man als nächstes darstellen möchte. Pro Blatt und Projekt können die Daten für 2 bis 3 Schutzgeräte der gleichen Bauart und größe in den Feldern „Eingabe“ erfasst werden. Jedes Produktblatt wird pro Projekt maximal einmal genutzt. Alle Eingaben können bei Bedarf gelöscht, bzw. überschrieben werden. Die jeweils zulässigen Einträge werden, entsprechend des gewählten Grundtyps in den Feldern „zulässiger Einstellbereich“ angeboten. Die zulässigen Werte können nicht kopiert werden, sondern sie werden manuell in die Eingabefelder eingetragen. Auf unzulässige Eintragungen wird in den Feldern „Fehler“ hingewiesen. Es erfolgt, sofern möglich, eine informative Anzeige von „Kontroll und Grenzwerten“ und bei Bedarf von „Warnhinweisen“. Jede Auslösekurve kann nur grafisch dargestellt werden, wenn das Gerät im Feld „Bezeichnung“ einen beliebigen Eintrag erhielt.
Auf den Blättern „FSC“ (FreeStyleCurves = Freihand-kennlinie) und „Mot“ (Motorkennlinie) werden die frei definierbaren Kurven für Schutzgeräte bzw. für eine Motorhochlaufkurve eingegeben. Für die Handhabung der frei definierbaren Kurve, siehe bitte weitere Informationen in der Read MeDatei. Die Freihandkennlinien lassen sich mehrfach nutzen, indem das Projekt unter unterschiedlichen Namen abgespeichert wird.
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.
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7. Nach der Eingabe der Daten zum ersten Schutzge-rät und nach jeder weiteren Eingabe, wird die Auslö-sekennlinie / werden die Auslösekennlinien auf dem Blatt „Kennlinien <> Curves“ angezeigt (Bild 1). Nachträgliche Eingabeänderungen auf den „Produktblättern“ werden bei der nächsten Kurvenanzeige automatisch berück sichtigt. Die Darstellung erfolgt im doppeltlogarithmischen Koordinatensystem mit 5 x 7 Dekaden, von 1 A bis 100 kA und von 1 ms bis 2 h, in Absolutwerten.
8. Die gesamte Arbeitsmappe oder nur das Blatt „Kennli-nien <> Curves“ kann ausgedruckt werden. Die projektbezogene Datei kann auf jedem Rechner, auf dem Excel installiert ist angezeigt, bearbeitet und ausgedruckt werden. Das Blatt „Kennlinien <> Curves“ kann markiert und in die Zwischenablage des Rechners kopiert und anschließend in andere Dokumente eingefügt werden. Nach Änderungen auf den Eingabeseiten, muss das Blatt „Kennlinien <> Curves“ bei Bedarf neu kopiert und eingefügt werden.
9. Nach Fertigstellung der projektspezifischen Datei kann diese im Windows Explorer® optional mit einem Schreibschutz gesichert werden. (Datei im Windows Explorer suchen und markieren, dann mit „Eigenschaften“ / „Schreibgeschützt“ schützen.) Besonders empfehlenswert ist es, das Blatt „Kennlinien <> Curves“ mit einer geeigneten Software einzeln als PDFDatei zu speichern und bei Bedarf zu schützen. Dadurch wird in der Projektakte Speicherplatz gespart und das Dokument kann gegen nachträgliche Änderungen geschützt werden.
10. Folgende Randbedingungen sind bei der Auswertung der Diagramme zu beachten:
Alle Kurven werden ausgehend vom kalten Zustand und ohne Darstellung der normenkonformen Toleranzen der Ansprechwerte, sowie der Auslösezeiten, als Mittelwerte der parametrierten Auslösekennlinie dargestellt. Diese Darstellung entspricht der Kurvendarstellung in Katalogen. Im
Bild 7: Am unteren Endbereich der Kurven lässt sich das dynamische Verhalten der Schalter nicht mit vertretbarem Aufwand berechnen. Für verbindliche Aussagen zur Selektivität in diesem Bereich wird auf die Prüfergebnisse in den Selektivitätstabellen im Eaton Hauptkatalog Industrie verwiesen.
NZMN4 -Q 3
VE630In = 630AIr = 1 x Intr = 8sIsd = 6 x Irtsd = 300msIt = O nIi = 12 x In
200AglF 12h
1h
20min
10min
5min
2min
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300250200150120100705040302520151210 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Q 2NZMN2 -ME140In = 140AIr = 0,7 x Intr = 10sIi = 8 x Ir
Q 4IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (It)Isd = 6 x Intsd = 300msIt =O nIi = 12 x In
Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:
400V / 50Hz4.10.2004W.EsserTest f. AufsatzMoeller GmbH, Bonn
Q 1NZMN1 -M40In = 40AIr = 38AIi = 460A
Allgemeine Angaben:
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.
Beginn deselektrodynamischenBereiches
Kennlinienendebei Icu
Auslösestrom [A]
Bereich des unverzögerten Überlastauslösers wird die Mindestbefehlsdauer dargestellt, also die Stromflusszeit bis zur irreversiblen Auslösung. Das entspricht der Schmelzzeit bei Sicherungen. Die strom, spannungs und phasenlageabhängige Gesamtausschaltzeit, die sich aus Ansprechverzug, Schaltverzug und Lichtbogenlöschzeit ergibt, wird bei den dargestellten Kurven nicht berücksichtigt.
11. Für die Sicherstellung einer Selektivität im Überlastbereich dürfen sich die dargestellten Kurven der Schutzschalter untereinander und mit den Kurven von Schmelzsicherungen weder kreuzen, noch berühren. Man sollte die Toleranzen der Kurven, die im Überlastbereich bei ± 20 % liegen dürfen, berücksichtigen. An Berührungs oder Kreuzungspunkten ist die Grenze der ÜberlastSelektivität zwischen den ausgewählten Geräten erreicht.
Im Kurzschlussbereich spielen elektrodynamische, von der Schalterkonstruktion individuell abhängende Vorgänge eine wichtige Rolle. Die strombegrenzenden Eigenschaften der Leistungsschalter, infolge der elektrodynamischen Einwirkungen auf den Kontakt und Löschapparat, lassen sich für dieses einfache Tool im Hochstrombereich nicht mit vertretbarem Aufwand berechnen. Der Bereich dieser elektrodynamischen Grenze wird im Diagramm mit dem Ansprechwert des unverzögerten Überlastauslösers durch eine senkrechte, gestrichelte Linie gekennzeichnet (Bild 7). Die KurzschlussSelektivität wird durch umfangreiche Kurzschlussprüfungen im Prüflabor nachgewiesen. Für diesen Bereich sind Aussagen zur Selektivität in den Selektivitätstabellen im Eaton Hauptkatalog Industrie verbindlich. Die Kennlinie des jeweiligen Leistungsschalters endet mit dem, vom Gerätetyp und von der gewählten Bemessungsspannung abhängigen Wert des Grenzkurzschlussausschaltvermögens Icu.
12. Selektivitätsprobleme lassen sich meistens durch eine andere Geräteauswahl oder manchmal durch geänderte Geräteeinstellung beseitigen (Bilder 8 und 9).
13
Bild 9: Hier wurde gegenüber Bild 8 der blau dargestellte Leistungsschalter neu ausgewählt. Durch die veränderten Einstellungen ist eine Selektivität im Überlast- und Kurzschlussbereich gegeben. Die hier erkennbare Selektivität im Kurzschlussbereich wird durch die erprüften Selektivitätsangaben im Haupt-katalog Industrie bestätigt. Die I 2t-Funktion ist ein- und ausschaltbar. Sie verbessert die Selektivität mit Schmelzsicherungen.
Bild 8: Unselektive Schutzorgane sind an sich kreuzenden oder (fast) berührenden Kurven erkennbar. Die grüne Kurve stellt einen Abgangsschalter IZM in einem Hauptverteiler dar. Der Einspeiseschalter NZM eines nachgeordneten Unterverteilers wird blau dargestellt. In diesem Verteiler sollen die rot darge-stellten Schmelzsicherungen verschiedene Motorstarter mit Motorschutzrelais schützen.
Ii = 8 x InI t̋ = Ontsd = 0msIsd = 2 x Irtr = 2sIr = 1 x InIn = 630AVE630NZMN3 -Q2
100AglF12h
1h
20min
10min
5min
2min
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300250200150120100705040302520151210 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Q1IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (I t̋)Isd = 3 x Intsd = 100msI t̋ =OnIi = 12 x In
80AglF2
Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:
400V / 50Hz13.07.2007Mey1Moeller
Allgemeine Angaben:
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.
Eaton CurveSelect
Nicht selektiver Bereich
Q2NZMN3 -VE630In = 630AIr = 1 x Intr = 2sIsd = 2 x Irtsd = 300msI t̋ = OnIi = 8 x In
100AglF12h
1h
20min
10min
5min
2min
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
12k10k7k5k4k3k2,5k2k1,5k1,2k1k700500400300250200150120100705040302520151210 15k 20k 25k 30k 40k 50k 70k 100k
Q1IZMB1 -U1600In = 1600AIr = 1 x Intr = 8s (I t̋)Isd = 3 x Intsd = 100msI t̋ =OnIi = 12 x In
80AglF2
Netz:Datum:Bearb.:Anlage:Firma:
400V / 50Hz13.07.2007Mey1Moeller
Allgemeine Angaben:
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen desVorsatzes ausgeschlossen.
Eaton CurveSelect
eingeschalteteI2t-Funktion
Au
slö
seze
itA
usl
öse
zeit
Auslösediagramm
Auslösediagramm
Auslösestrom [A]
Auslösestrom [A]
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz
Allgemeine Angaben: Firma: Mustermann GmbH Anlage: 1 Bearb.: Mey Datum: 13.07.2007 Netz: 400 V / 50 Hz
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.
Für die Richtigkeit übernimmt Eaton keine Gewähr. Die Haftung ist insoweit mit Ausnahmen in Fällen des Vorsatzes ausgeschlossen.
14
1a
1b
2a
2b
2c
3
4a
4b
F Anlagenfunktionsschutz
E Anlagenschutz
D Betriebsmittelschutz
C Betriebsmittel-Basisschutz
B Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume
A Personenschutz
1a
4a
3
4b 4b 2b
2c 2c
1a
4a2c2c
4b 4b
3
1b
2a
4a
Bild 11: Wenn die marktüblichen Leistungsschalter für die Verhütung von Störlicht-bögen zu langsam sind, empfiehlt sich der Einsatz des Störlichtbogen-Schutzsys-tem ARCON® von Eaton. Es detektiert Lichtbögen und schließt die treibende Span-nung innerhalb von 2 ms lichtbogenlöschend kurz.
Bild 10: Eaton stellt die unterschiedlichen Schutzsysteme der Niederspannungstechnik in einem Kegelmodell dar. Die Funktionen und Systeme des Anlagenfunktionsschutzes gehen über Funktionen der vorgestellten Leistungs-schalter hinaus. Eaton löst diese Anforderungen beispielsweise mit dem einzigartigen Störlichtbogen-Schutzsys-tem ARCON®.
F Anlagenfunktionsschutz
E Anlagenschutz
D Betriebsmittelschutz
C Betriebsmittel-Basisschutz
B Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume
A Personenschutz
Trafo 1 Trafo 2
Kuppel feld
Feld 4 Feld 5 Feld 6 Feld 7
Stromwandler
Linienförmiger Lichtsensor
Zentrale Auswerteeinheit
Slavemodul für Stromerfassung
Slavemodul für Lichterfassung
Löschgerät
Leistungsschalter (Einspeisung, bzw. Kupplung)
Leistungsschalter (Abgang)
Linienförmiger Lichtsensor 1b
Verbindungsleitung Wandler Auswertung
Verbindungsleitung Auswerteelektronik
Ansteuerung Arbeitsstromauslöser
Schutzzone I und zugehörige Verbindungen
Schutzzone II und zugehörige Verbindungen
15
Erweiterter Schutz im Grenzbereich
Ende der neunziger Jahre wurde bei Eaton zur Darstellung der Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungstechnik das Kegelmodell der Schutzsysteme vorgestellt [9]. In mehreren Ebenen eines Kegels ordnet Eaton, entsprechend Bild 10, lange bekannte, sowie neuartige Schutzsysteme den Normbegriffen oder selbst eingeführten Begriffen zu. Begriffe, wie Personenschutz, Schutz für besondere Betriebsstätten und Räume, der Betriebsmittel- und der Anlagenschutz sind allgemein bekannt. Neu geschaffen wurden der Betriebsmittel-Basisschutz und der Anlagenfunktionsschutz. Im Bereich des Anlagenfunktionsschutzes hat Eaton mit einer neuen Technologie eine bis heute unangefochtene Spitzenposition belegt. Als neues Schutzsystem wurde das, heute bereits in der zweiten Generation erfolgreich eingesetzte StörlichtbogenschutzSystem ARCON® geschaffen. Für die hohen Anforderungen zur Vermeidung von Personen und Anlagenschäden und zur Sicherstellung einer außergewöhnlich hohen Anlagenverfügbarkeit sind die bisher in diesem Aufsatz vorgestellten Schutzsysteme einfach zu langsam. Die Beherrschung der zerstörerischen Lichtbögen erfordert deren Löschung innerhalb der ersten beiden Millisekunden. Beim System ARCON® wird im Falle eines Störlichtbogens, die den Lichtbogen speisende Netzspannung mit einem pyrotechnischen Kurzschließer (Bild 11) in weniger als 2 Millisekunden kurzgeschlossen. Die herkömmlichen Leistungsschalter haben dann „nur noch“ die Aufgabe, die Schaltanlagen innerhalb der für Leistungsschalter üblichen Schaltzeiten vom Netz zu trennen. Mit dem System lassen sich die Schäden in Schaltanlagen nachweislich auf eine Verschmutzung der Anlage, bzw. maximal auf die Beschädigung von Bruchteilen eines Verteilerfeldes reduzieren. Der Totalausfall einer Schaltanlage wird auf eine stundenweise Betriebsunterbrechung reduziert. Weitere Literatur stellt dieses einmalige System ausführlich vor [9 bis 13]. Seine Wirkung reicht weit über die Schutzfunktionen hinaus, die mit den Möglichkeiten des vorgestellten Software Tools „CurveSelect“ dargestellt werden können. ARCON® soll aber auch er wähnt werden, weil die Schutzfunktionen im extrem kurzen Zeitbereich, bei gleichzeitig extrem hohen Strömen, im vorigen Absatz als schwer darstellbar bezeichnet werden. Das bezieht sich aber nur auf die Möglichkeiten des vorgestellten Tools, es bedeutet nicht, dass Eaton diese schwierigen Aufgaben nicht souverän lösen kann.
Verbindlichkeit:
Der Aufsatz beschreibt den Stand der Normen und den Entwicklungsstand der Leistungsschalter NZM Ende 2013 sowie die Version V 1.22 der CurveSelectSoftware. Verbindlich für die technischen Daten der beschriebenen Eaton Produkte aus der Moeller® series ist der jeweils gültige Eaton Hauptkatalog Industrie. Als Grundlage für die Sicherungskennlinien wurden Produktinformationen der Fa. Jean Müller, Eltville, verwendet. Technische Änderungen bleiben vorbehalten.
Danksagung:
Der Aufsatz entstand mit freundlicher Unterstützung der Entwickler der LeistungsschalterAuslöseelektronik und der KennlinienSoftware, den Herren Gerd Schmitz und Alexander Zumbeck, sowie Herrn Udo Theis vom LeistungsschalterProduktsupport.
Literatur:
[1] Wolfgang Esser „Hauptanwendungsgebiete von Leistungsschaltern“ Elektropraktiker, HussMedien GmbH Berlin, ep Heft
92003
[2] IEC / EN 60 364441, modifiziert, bzw. DIN VDE 0100410 „Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V, Teil 441: Schutzmaßnahmen, Schutz gegen elektrischen Schlag“ (20070600)
[3] Wolfgang Esser, „Schalt und Schutzgeräte in Maschinensteuerungen“ Elektropraktiker, HussMedien GmbH Berlin, ep Heft 112003
[4] IEC / EN 60 2041 „Sicherheit von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen, Teil 1: Allgemeine Anforderungen“ (20051000)
[5] Wolfgang Esser, „Kommunikation bei Leistungsschaltern immer
wichtiger“ Elektropraktiker, HussMedien GmbH Berlin,
ep Heft 12003, Sonderdruck VER 1230930 D, Moeller GmbH
[6] IEC / EN 60 9471, DIN VDE 0660 Teil 100 „NiederspannungsSchaltgeräte, Teil 1, Allgemeine Festlegungen“ (20111000)
[7] IEC / EN 60 9472, VDE 0660 Teil 101 „NiederspannungsSchaltgeräte, Teil 2: Leistungsschalter“ (20140100)
[8] IEC / EN 60 94741, DIN VDE 0660 Teil 102 „NiederspannungsSchaltgeräte, Teil 41: Elektromagnetische Schütze und Motorstarter“ (20110100)
[9] Wolfgang Esser „Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungs
Technik – Das Kegelmodell der Schutzsysteme – TB 0200023 D oder GB (englisch) Moeller GmbH, Bonn, 1998[10] PeterLorenz Könen, Dr. H. Schäfer „Störlichtbogenschutz in der Niederspannung –
eine Herausforderung in der Schutztechnik – VER 27869 Moeller GmbH, Bonn 1998
[11] PeterLorenz Könen „Personen und Anlagenschutz im Störlichtbogenfall“ „etz“ Heft 15 /2003
[12] Systeminformation „Energie sicher beherrschen, schalten und Steuern“ W 46007542 Moeller GmbH, Bonn, 2003
[13] Produktinformation „ARCON® – der blitzschnelle
Airbag für Ihre Schaltanlage“ W46007560D
Article No. 285245 Moeller GmbH, Bonn 2007
Eatons Ziel ist es, zuverlässige, effiziente und sichere Stromversorgung dann zu bieten, wenn sie am meisten benötigt wird. Die Experten von Eaton verfügen über ein umfassendes Fachwissen im Bereich Energiemanagement in verschiedensten Branchen und sorgen so für kundenspezifische, integrierte Lösungen, um anspruchsvollste Anforderungen der Kunden zu erfüllen.
Wir sind darauf fokussiert, stets die richtige Lösung für jede Anwendung zu finden. Dabei erwarten Entscheidungsträger mehr als lediglich innovative Produkte. Unternehmen wenden sich an Eaton, weil individuelle Unterstützung und der Erfolg unserer Kunden stets an erster Stelle stehen. Für mehr Informationen besuchen Sie www.eaton.eu/electrical.
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