Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen

www.moeller.net
Auslösekennlinien einstellungsspezifisch
darstellen und ihr Zusammenwirken
kompetent beurteilen
Aus
löse
diag
ram
m
ZB
Auslö
Au
Aus
Au
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ö
eze
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eit
it
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gram
m
NZM
ZB
Aus
A
Au
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us
lös
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ö
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ez
zeit
it
Mot
ZB
FAZ
NZM
Auslösezeit
FAZ
IZ
ZM
Moto
rkenn
lin
li
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ie
Sic
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ung
FAZ
FA
Auslösezeit
NZM
Motorkennlinie
AusSiccheru
löse rung
stro
m
Auslö
löses
Sicherung
trom
[[A
A]
FAZ
PKZ(M)
Auslöse
strom [A
]
Auslösestrom [A]
Fachaufsatz
Dipl.-Ing. Wolfgang Esser
Dipl.-Ing. Dirk Meyer
3. überarbeitete Ausgabe, 2009
Firma:
Anlage:
Bearb.:
Datum:
Netz:
IZM
PKZ(M
(M)
Firm
Fir
rm
ma
ma::
An
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llag
la
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Bearb.:
Datum:
Netzz:
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NSV
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Max
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14 11 200 mann
9
415 V /
konfiig
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Kurve bare
Moeller GmbH Bonn
Allgemeine Angaben:
PKZ((M
M)
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PKZ
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:
NSV
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4.11
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Anga 15 V / 50 H
Firma:
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Datum
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Nettzz: 4.11.2009
415 V
/ 50 H
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IZM
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Auslösediagramm
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NZM
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NSV Selektiv
Max Mustermann
13.11.2006
415 V / 50 Hz
konfiig
gurriierb
rba
Kurve rre
[A]
konfigurierbare
Kurve
Zusammenfassung für Schnellleser
Auslösekennlinien einstellungsspezifisch darstellen
und ihr Zusammenwirken kompetent beurteilen
- Erläuterungen zum Moeller Software-Tool „CurveSelect“
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 Moeller Software-Tool „CurveSelect“ ermöglicht
mit sehr geringem Aufwand die einfache, gemeinsame Darstellung der Kur-
ven mehrerer Schutzgeräte in gleichen
Zeit- und Strommaßstäben. Dadurch
wird die Beurteilung der Kurven
wesentlich erleichtert. Das Tool ermöglicht die Beurteilung des Zusammenspiels der Moeller Leistungsschalter
NZM und IZM, der Motorschutzschalter
PKZM, der Leitungsschutzschalter FAZ
(Auslösecharakteristik B, C und D), der
Motorschutzrelais ZB und von Schmelzsicherungen gL oder gG. Bei den Leistungsschaltern werden auch die Kurven
von älteren Schaltergenerationen
angeboten, um Erweiterungen planen
zu können.
Neu ist seit der Version 1.07 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
Moeller nicht liefert (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 Software-Tools 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. Wei-
Auslösediagramm
Allgemeine Angaben:
Auslösezeit
ZB
NZM
IZM
Firma:
Anlage:
Bearb.:
Datum:
Netz:
Moeller GmbH Bonn
NSV Selektiv
Max Mustermann
13.11.2006
415 V / 50 Hz
konfigurierbare
Kurve
FAZ
Motorkennlinie
Sicherung
PKZ(M)
Auslösestrom [A]
Bild 1: Darstellung der Auslösekennlinien unterschiedlicher Schutzorgane im gleichen Zeit- und Strommaßstab. Am oberen Ende der Kurven werden die
Gerätedaten und Einstellwerte angegeben.
2
terhin stellt Moeller das hilfreiche Tool
im Internet und auf einer CD kostenlos
zur Verfügung (Bild 1). Der Benutzer
wird bei der Eingabe durch die Bereitstellung zulässiger Parameter geführt.
Die Handhabung des lediglich aus einer
Excel-Datei bestehenden Tools wird in
diesem Aufsatz ebenfalls kurz vorgestellt. Das Ergebnis, die gemeinsame
Darstellung der Kurven lässt sich als
geschützte Projektierungs-Dokumentation 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 Moeller Software-Tools CurveSelect V1.09“ nehmen und die Vorteile des verbesserten
Tools beurteilen.
Bild 2: Das Programm ist anwendbar für unterschiedliche Schalt- und Schutzgeräte mit thermomechanischen oder elektronischen Auslösern unterschiedlicher Komplexität.
angebotene Typen-Varianz am Beispiel
der 3-poligen Schalter in der IEC 3-Ausführung. Das Sortiment umfasst außerdem Schalter nach den nordamerikanischen UL 4- und CSA 5- Standards und
die regional üblichen 4-poligen Schutzschalter. Die in der Tabelle 1 zusätzlich dargestellte anwendungsspezifische Varianz der Schalter wird später
beschrieben.
Kompakt-Leistungsschalter NZM
(MCCB 1) werden von Moeller mit elektronischen Auslösern und mit unter-
schiedlichen 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 Baugrößen 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
1
3
5
Ergänzend wird das einzigartige Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON® von
Moeller kurz vorgestellt. Das innerhalb
weniger Millisekunden wirkende System verhindert schwere, bis tödliche
Personen- und ruinöse Anlagenschäden. Für eine effektive Verhütung dieser Lichtbogenschäden sind alle auf
dem Markt angebotenen, herkömmlichen Schutzorgane zu langsam. Dieser zusätzliche Schutz durch ARCON ist
besonders wichtig, wenn Anlagen hoch
verfügbar sein müssen.
Auswahlkriterien für Leistungsschalter – 4 Hauptanwendungen 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 Überlastund Kurzschlussströme und umfangreichem Systemzubehör, sind ebenfalls
äußerst vielfältig.
2
MCCB = Molded Case Circuit Breaker
ICCB = Insulated Case Circuit Breaker
4
IEC = International Electrical Commission
UL = Underwriter’s Laboratories (http://www.ul.com)
Die vorgestellten Schalter NZM werden mit unterschiedlichen Schutzaufgaben praktisch in allen Arten von Niederspannungs-Energieverteilungsanlagen
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 verbindenden 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).
CSA = Canadian Standards Association
(http://www.csa.ca)
3
➜ c)
➜
b) ➜
d)
a) ➜
Bild 3:
Die vier großen Hauptanwendungen der Kompakt-Leistungsschalter NZM, für die teilweise bei hohen Strömen auch offene Leistungsschalter
IZM eingesetzt werden:
a) Anlagenschutz / Leitungsschutz
b) Transformatorschutz
c) Motorschutz
d) Generatorschutz
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 Motorschutz, 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.
4
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 60 364-4-41, VDE 0100 Teil 410) [2].
Die folgenden zusätzlichen Schutzfunktionen beeinflussen die notwendigen
Schaltereinstellungen und die Auslösekurven nicht:
• 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 Anlagenund Prozessverfügbarkeit sicher. Dar-
Baugrößen, Anwendungen, Schaltvermögen, Einstellbereiche der Leistungsschalter NZM,
IEC-Ausführung, 3-polige Schalter
Elektromechanische Auslöser
Elektronische Auslöser
IEC-Schaltvermögen bei 400 V
IEC-Schaltvermögen bei 400 V
Typ
B = 25 kA
C = 35 kA
N = 50 kA
H = 150 kA
N = 50 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..
-M..
-S..
*
H = 150 kA
-AE..
-ME..
-VE..
Anlagen- und Kabelschutz
Motorschutz
Kurzschlussschutz (ohne Überlastschutz)
Anlagen- und Kabelschutz
Motorschutz
Anlagen- und Kabelschutz,
Selektiv- und Generatorschutz
) H = 100 kA
Tabelle 1: Übersicht über die wesentlichen Auswahlkriterien für Leistungsschalter NZM und die Lösung mit elektromechanischen oder elektronischen
Auslösern.
•
•
•
•
Sicherung - Sicherung,
Sicherung - Schutzschalter,
Schutzschalter - Sicherung
Schutzschalter - Schutzschalter.
S5
250A
2h
100
10
4
1
40
S2
Niederspannung
A
10
4
S3
1
S3
S4
400
B
S4
C
Milli-Sekunden
S5
Bild 4 zeigt ein Beispiel für einen Netzaufbau mit Zeitselektivität, die durch
Schalter mit unterschiedlicher Kurzzeitverzögerung der Kurzschlussauslöser erreicht wird. Moeller erleichtert
dem Praktiker mit der Planungs-Software NetSelect oder NetPlan die optimale, selektive Projektierung, auch in
Mischformen mit Schmelzsicherungen.
Die Moeller Leistungsschalter NZM und
IZM, mit elektronischen Auslösern, können in modernen Schaltanlagen zusätz-
S4
S3
1000A 2000A
40
Hochspannung
Minuten
S1
Sekunden
unter versteht man, dass möglichst nur
ein kurzschlussnahes Schutzorgan auslöst. Üblich sind folgende SchaltgeräteKombinationen, um Netze selektiv aufzubauen:
100
tv
50ms
40
50ms
10
4
S5
D
1
100
200
400
1000
2000
4000
10000 20000
ICC
[A]
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.
5
b Überlastbereich
b
a
t
c
Ir
tr
Irmv
tv
Irm
I
Bild 5: Das Bild zeigt eine beispielhafte Auslösekennlinie mit den Funktionsbereichen
1. Nichtauslösebereich / Betriebsbereich, links bzw. unter der roten Auslösekennlinie,
2. Überlastbereich, kurzzeitiges Überschreiten ist möglich,
3. Kurzschlussbereich.
Das Bild zeigt außerdem die variablen Parameter entsprechend der Tabelle 4, die eine anwendungsspezifische Gestaltung der Auslösekurve ermöglichen.
lich 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 außergewöhnlichen 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 Auslösekennlinie, im beherrschten, zulässigen Bereich, erfolgt keine Auslösung.
Das Strom / Zeit - Feld unterhalb / links
der Auslösekennlinie kann betriebsmä-
6
ßig 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
üblicherweise in einem doppelt-logarithmischen 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 1,05-fachen des Einstellstromes Ir des stromabhängig verzögerten Überlastauslösers innerhalb
von 2 Stunden (bei I ⱕ 63 A, innerhalb von 1 Stunde) nicht auslösen
(konventioneller Nichtauslösestrom).
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 1,05-fachen und dem 1,2- bzw.
1,3-fachen Stromeinstellwert Ir wird
auch als Grenzstrombereich bezeichnet. Dieser Bereich ist für die normenkonforme Justierung der Schalter in der Fertigung von besonderer
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 6-fachen 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 7,2-fachen des Einstellstromes
Ir angeben. Bei Relais ist die Standardeinstellung Class 10 A mit tr = 10 s.
Eine Sonderform stellen Kurzschluss-Schutzschalter 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 Schal-
Eignung der Schalter in IEC-Ausführung
für Haupt- und Nebenanwendungen
Hauptanwendungen
Kurzschlussschutz
Anlagenschutz
(ohne Über-
Nebenanwendungen
Selektivschutz
Kabelschutz
Generatorschutz
stromauslöser)
mit verzögertem Kurzschlussauslöser
X
gelb und „E“ = elektronische
Motorschutz
Hauptschalter
Auslöser
Not-Aus
blau = elektromechanische
Auslöser
(X) *
X
X
N..-..
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
*
nur in Kombination mit geeignetem Schütz und Motorschutzrelais
**
nur für einzelne Motorstarter
(-4)
Typenzusatz für 4-polige Schalter
Tabelle 2:
Typ
NZM.. ..(-4)-VE..
Applikationsabhängige Haupt- und Nebenanwendungen der Leistungsschalter NZM mit elektromechanischen oder elektronischen Auslösern.
ter besitzen in Nordamerika eine größere Bedeutung, als in IEC-Schaltanlagen.
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 (höchster 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 Motors nicht durch dessen Einschaltstromspitzen (Anlauf-
strom) 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 Frühauslösungen,
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 Schutzschalter oder mit höheren Auslösezeiten bei Motorschutzrelais (z.B.
Class 40) gearbeitet wird, zum
Beispiel beim Schweranlauf von
großen Motoren, muss der Projekteur berücksichtigen, dass alle
Geräte und Leitungen im gesamten Stromkreis für eine längere
Zeit mit einem höheren Strom
belastet werden. In derartigen Fäl-
7
len muss er häufig die Schaltgeräte und die Leitungen 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 während 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 wird die Grundlage
für einen weiteren, optimalen Schutz
nach einer Betriebsunterbrechung
oder bei einem intermittierenden
Betriebsverlauf geboten. Das thermische 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 Bimetall-Auslösern 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,
Unterschiedliche Anforderungen an Leistungsschalter
für den Anlagen- oder Motorschutz
Merkmal
Anlagenschutz
Motorschutz
relevante Normen
IEC / EN 60 947-1 [6]
IEC / EN 60 947-2 [7]
IEC / EN 60 947-1 [6]
IEC / EN 60 947-4-1 [8]
Umgebungstemperatur
Herstellerangabe
40 °C (bei Moeller)
Normwert
20 °C
konventioneller Nichtauslösestrom
*) für die stromabhängig verzögerte
Auslösung
1,05 x Stromeinstellwert
1,05 x Stromeinstellwert
(darf nicht auslösen innerhalb von 2 h **), bei
allpoliger Belastung, bei Bezugstemperatur)
**) 1 h bei ≤ 63 A
konventioneller Auslösestrom *)
für die stromabhängig verzögerte
Auslösung
1,30 x Stromeinstellwert
(muss früher als in 2 h **) auslösen, nach
Belastung mit dem Nichtauslösestrom)
**) 1 h bei ≤ 63 A
Grenzstrombereich
Phasenausfallempfindlichkeit
1,20 x Stromeinstellwert
nicht vorgesehen
alternativ zulässig
nicht sinnvoll, da in der Anlage die
Strombelastung der Phasen unsymmetrisch sein darf und häufig ist
sinnvolle Schutzfunktion, da die Stromverteilung der Phasen bei Motoren
symmetrisch sein soll
Definition:
darf nicht auslösen innerhalb von 2 h bei:
2 Pole 1,0 x Stromeinstellwert,
1 Pol 0,9 x Stromeinstellwert
muss innerhalb von 2 h auslösen bei:
2 Pole 1,15 x Stromeinstellwert,
1 Pol 0 x Stromeinstellwert
Ansprechwert der Kurzschlussauslöser
(Praxiswerte)
ca. 6...10 x Ir
ca. 8...14 x Ir
Unempfindlichkeit gegenüber dem
Anlaufstrom
bedingt erforderlich
erforderlich
Selektivität
bei mehreren in Reihe liegenden
Schaltern meistens erforderlich
sinnvoll
Überstromauslöser
müssen nicht einstellbar sein
einstellbar
Ir = Einstellwert des Überstromauslösers
(sind bei NZM und IZM immer einstellbar)
Auslöseklassen
nicht vorgesehen
Thermisches Gedächtnis
sinnvoll
sinnvoll
zur Anpassung an das Anlaufverhalten des Motors
unbedingt erforderlich
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
8
**) siehe in zweiter Spalte
dass die Last, z.B. ein Motor, durch
ein zu schnelles Wiedereinschalten
nach einer Überlast-Auslösung 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
Thermistor-Temperaturfühler 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 Niederspannungs-Einspeisetransformator
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 Kurzschlussströme.
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
ausreichend 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 Auslösekurve, in Abhängigkeit von allen
tatsächlichen Einstellungen 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 veränderte 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 ausdrucken.
Das Tool kann zusätzlich zu den Auslösekurven für die vorgestellten, neuen
Kompakt-Leistungsschalter 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 gl-Charakteristik darstellen. Das Tool wird zukünftig um
Kennlinien für weitere Komponenten,
wie Motorschutzschalter PKZM , Leitungssschutzschalter FAZ und Motorschutzrelais ZB erweitert.
Konstante und variable Parameter
für die Kurvendarstellungen
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. Die Anlagen- und Motorschutzschalter PKZ 2 gehen einen Entwicklungsschritt weiter, da hier auch die
9
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 Moeller Hauptkatalog
Elektromechanische Auslöser
Typ
Parameter mit Einfluss auf
die Auslösekennlinie
Größe
Elektronische Auslöser
ZB...
PKZM...
PKZ...
NZM...
12, 32,
65, 150
01, 0, 4
2
1, 2
var.
var.
var.
NZM...
IZM...
2
1, 2, 3
3, 4
var.
Einstellwert Ir für Überlastauslöser
var.
var.
-
-
fest
fest
var.
var.
fest
Ansprechwert Irm für unverzögerten
Kurzschlussschnellauslöser
-
Ansprechwert Ii für unverzögerten Kurzschlussschnellauslöser
-
Ansprechwert Isd für verzögerten Kurzschlussstromauslöser
-
var.
var.
Motorschutz Auslöseklasse CLASS
-
-
var.
-
-
-
fest
fest
fest
Trägheitsgradeinstellung tr für Überlastauslöser
-
-
-
-
Verzögerungszeit tsd für kurzzeitverzögerten Kurzschlussstromauslöser
-
-
-
-
I2t-konstant-Funktion
-
-
-
-
fest
var.
-
fest
fest
var.
var.
var.
var.
fest
fest
var.
var.
-
-
-
-
fest
fest
fest
fest
-
-
fest
Bemessungsfehlerstrom IΔn
-
Verzögerungszeit tv für Fehlerstromauslöser
-
Ansprechwert Ig für Erdschlussauslöser
-
-
-
Verzögerungszeit tg für Erdschlussauslöser
-
-
-
Tabelle 4:
var.
-
fest
Phasenausfallempfindlichkeit
-
-
-
fest
-
var.
-
fest
-
var.
-
-
-
var.
var.
-
-
var.
var.
-
-
-
Feste und variable Parameter für stromabhängig wirkende Auslöser bei unterschiedlichen Schutzschalterarten.
Ansprechwerte der magnetischen Kurzschlussauslöser einstellbar sind. Direkt
vergleichbar mit diesen Schutzgeräten
sind die Leistungsschalter NZM 1 und
die thermomagnetischen Leistungsschalter NZM 2 und NZM 3.
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 wei-
10
fest
teren, 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 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
Auslösediagramm
Allgemeine Angaben:
Auslösezeit
Motoranlaufkennlinie
Firma: Moeller GmbH
Anlage:
Bearb.:
Datum:
Netz: 400V / 50Hz
Auslösekennlinie Leistungsschalter mit
thermischen Auslösern
Leistungsschalter
mit elektronischen
Auslösern
Auslösestrom [A]
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.
Fall ist der Motor während des Hochlaufs wesentlich besser geschützt.
Kurven in einem einzigen Blatt zur leichten, optischen Auswertung dargestellt.
Die einstellbaren Fehlerstrom- oder Erdschlussauslöser sind optionale Zusatzausrüstungen, die im Kennlinienprogramm nicht berücksichtigt werden.
Wie bereits beschrieben, ermöglichen
die kurzzeitverzögerten Schalter die
Realisierung eines 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 Moeller
erweitern.
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 www.
moeller.net/de/support zum Download
angeboten. Für die Nutzung ist eine
kostenlose Registrierung erforderlich.
Handhabung des Software-Tools
„CurveSelect“ von Moeller
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 Software-Tool. Hier werden alle
1. Das Programm wird als ExcelDatei in ein beliebiges 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
gewünschte Sprachversion
gewählt. Auf diesem Blatt werden „allgemeine Angaben“ zum
bearbeiteten Projekt eingetragen,
die automatisch in die Kurvendarstellungen übernommen werden. Mit der Version 1.071 des Programms sind z. Z. Anwendungen
mit einer Betriebsspannung zwischen 240 und 690 V, 50...60 Hz
zu bearbeiten.
5. Es wird empfohlen, das Projekt
nach dem Eintrag der projektbezogenen Grunddaten, über
„Datei“ / “Speichern unter“ unter
einer beliebigen Bezeichnung in
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 regelmä-
11
ßig durch „Datei“ / „Speichern“ zu
sichern.
6. Mit den Blätter „NZM...“,
„IZM...“, „PKZ“, „ZB“, „MCB“
(Leitungsschutzschalter oder
„Fuses“ (Sicherungen) wählt man
die Art des Schutzgerätes, dessen 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 „Kontrollund 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 = Freihandkennlinie) 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.
7. Nach der Eingabe der Daten zum
ersten Schutzgerät und nach
jeder weiteren Eingabe, wird die
Auslösekennlinie / werden die
Auslösekennlinien auf dem Blatt
„Kennlinien <> Curves“ angezeigt (Bild 1). Nachträgliche Eingabeänderungen auf den „ProduktBlättern“ werden bei der nächsten
Kurvenanzeige automatisch berücksichtigt. 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.
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 PDF-Datei 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:
8. Die gesamte Arbeitsmappe oder
nur das Blatt „Kennlinien <> Curves“ kann ausgedruckt werden.
Die projektbezogene Datei kann
auf jedem Rechner, auf dem Excel
installiert ist angezeigt, bearbeitet
Alle Kurven werden ausgehend vom
kalten Zustand und ohne Darstellung der normenkonformen Toleranzen der Ansprechwerte, sowie
der Auslösezeiten, als Mittelwerte
Beginn des
elektrodynamischen
Bereiches
300
400 500
700
1k 1,2k 1,5k
Kennlinienende
bei Icu
2k
2,5k 3k
4k
5k
7k
10k 12k
15k
20k
25k 30k
40k
50k
70k
100k
Auslösestrom [A]
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 Moeller Hauptkatalog verwiesen.
12
Auslösediagramm
2h
F2
F1
Q2
Q1
gl
80A
gl
100A
NZMN3 VE630
In = 630A
Ir = 1 x In
tr = 2s
Isd = 2 x Ir
tsd = 0ms
I≤t = On
Ii = 8 x In
IZMB1 U1600
In = 1600A
Ir = 1 x In
tr = 8s (I≤t)
Isd = 3 x In
tsd = 100ms
I≤t =On
Ii = 12 x In
1h
20min
Allgemeine Angaben:
Angaben:
Allgemeine
Firma:
Firma:
Anlage:
Anlage:
Bearb.:
Bearb.:
Datum:
Datum:
Netz:
Netz:
10min
5min
2min
Moeller GmbH
Moeller
11
Mey
Mey
13.07.2007
13.07.2007
400V
50Hz
400
V / 50
Hz
Auslösezeit
1min
20s
10s
5s
2s
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
Nicht selektiver
Bereich
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
10
12
15
20
25
30
40
50
70
100 120 150
200 250 300
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.
Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen des
Vorsatzes ausgeschlossen.
400 500
700
1k 1,2k 1,5k
2k
2,5k 3k
4k
5k
7k
10k 12k 15k
20k
25k 30k
40k
50k
70k
100k
Auslösestrom [A]
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
dargestellten Schmelzsicherungen verschiedene Motorstarter mit Motorschutzrelais schützen.
Auslösediagramm
2h
F2
F1
Q2
Q1
gl
80A
gl
100A
NZMN3 VE630
In = 630A
Ir = 1 x In
tr = 2s
Isd = 2 x Ir
tsd = 300ms
I≤t = On
Ii = 8 x In
IZMB1 U1600
In = 1600A
Ir = 1 x In
tr = 8s (I≤t)
Isd = 3 x In
tsd = 100ms
I≤t =On
Ii = 12 x In
1h
20min
Allgemeine Angaben:
Angaben:
Allgemeine
Firma:
Firma:
Anlage:
Anlage:
Bearb.:
Bearb.:
Datum:
Datum:
Netz:
Netz:
10min
5min
2min
Moeller GmbH
Moeller
11
Mey
Mey
13.07.2007
13.07.2007
400V
50Hz
400
V // 50
Hz
1min
Auslösezeit
20s
10s
5s
2s
eingeschaltete
I2t-Funktion
1s
500ms
200ms
100ms
50ms
20ms
10ms
5ms
2ms
1ms
10
12
15
20
25
30
40
50
Für die Richtigkeit übernimmt Moeller keine Gewähr.
Die Haftung ist insoweit mit Ausnahme in Fällen des
Vorsatzes ausgeschlossen.
70
100 120 150
200 250 300
400 500
700
1k 1,2k 1,5k
2k
2,5k 3k
4k
5k
7k
10k 12k 15k
20k
25k 30k
40k
50k
70k
100k
Auslösestrom [A]
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
Hauptkatalog bestätigt. Die I2t-Funktion ist ein- und ausschaltbar. Sie verbessert die Selektivität mit Schmelzsicherungen.
13
12. Selektivitätsprobleme lassen sich
meistens durch eine andere Geräteauswahl oder manchmal durch
geänderte Geräteeinstellung beseitigen (Bilder 8 und 9).
F
Anlagenfunktionsschutz
E
Anlagenschutz
D
Betriebsmittelschutz
C
Betriebsmittel-Basisschutz
B
Schutz für besondere
Betriebsstätten und Räume
A
Personenschutz
Erweiterter Schutz im Grenzbereich
Bild 10: Moeller stellt die unterschiedlichen Schutzsysteme der Niederspannungstechnik in einem
Kegelmodell dar. Die Funktionen und Systeme des Anlagenfunktionsschutzes gehen über Funktionen der vorgestellten Leistungsschalter hinaus. Moeller löst diese Anforderungen beispielsweise mit
dem einzigartigen Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON®.
der parametrierten Auslösekennlinie dargestellt. Diese Darstellung
entspricht der Kurvendarstellung in
Katalogen. Im 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.
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 Moeller Hauptkatalog verbindlich. Die Kennlinie des jeweiligen
Leistungsschalters endet mit dem,
vom Gerätetyp und von der gewählten Bemessungsspannung abhängigen Wert des Grenzkurzschlussausschaltvermögens Icu.
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.
Ende der neunziger Jahre wurde bei
Moeller zur Darstellung der Systematik der Schutzsysteme in der Niederspannungstechnik das Kegelmodell
der Schutzsysteme vorgestellt [9]. In
mehreren Ebenen eines Kegels ordnet
Moeller, 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 Moeller 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
a Master ARC-EM
b Slave ARC-EL3
c Slave ARC-EC1
Einspeisung 1
d Linienförmiger Lichtsensor ARC-SL…
1
e Standard Stromwandler
RUN
INSTALL
INFO
TEMP SET
TEMP
CURRENT
POWER
TRP1
COM
TRP2
ERROR
TRP3
f Löschgerät
TRP4
ERROR
S
IA
SA
E
ARCON
ARC-EM
5
Einspeisung 2
2
2
4
3
5
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
14
6
2
2
Feld 1
Feld 2
Feld 3
Feld 4
Feld 5
Kuppelfeld
Feld 6
6
Feld 7
Feld 8
Feld 9
Feld 10
Feld 11
Bild 11: Wenn die marktüblichen Leistungsschalter für die Verhütung von Störlichtbögen zu langsam sind, empfiehlt sich der Einsatz des Störlichtbogen-Schutzsystem ARCON® von Moeller. Es
detektiert Lichtbögen und schließt die treibende Spannung innerhalb von 2 ms lichtbogenlöschend
kurz.
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
erwähnt 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 Moeller diese schwierigen Aufgaben nicht souverän lösen kann.
Gerd Schmitz und Alexander Zumbeck,
sowie Herrn Udo Theis vom Leistungsschalter-Produktsupport.
[10] Peter-Lorenz Könen, Dr. H. Schäfer
„Störlichtbogenschutz in der Niederspannung – eine Herausforderung in der Schutztechnik –
VER 27-869
Moeller GmbH, Bonn 1998
Literatur:
[1]
[2]
Wolfgang Esser
„Hauptanwendungsgebiete von
Leistungsschaltern“
Elektropraktiker, Huss-Medien
GmbH Berlin, ep Heft 9-2003
IEC / EN 60 364-4-41, modifiziert, bzw. DIN VDE 0100-410
„Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis
1000 V, Teil 4-41: Schutzmaßnahmen, Schutz gegen elektrischen
Schlag“ (2007-06-00)
[3]
Wolfgang Esser,
„Schalt- und Schutzgeräte in
Maschinensteuerungen“
Elektropraktiker, Huss-Medien
GmbH Berlin, ep Heft 11-2003
[4]
IEC / EN 60 204-1 „Sicherheit
von Maschinen, Elektrische Ausrüstung von Maschinen, Teil 1:
Allgemeine Anforderungen“
(2005-10-00)
[5]
Wolfgang Esser,
„Kommunikation bei Leistungsschaltern immer wichtiger“
Elektropraktiker, Huss-Medien
GmbH Berlin, ep Heft 1-2003,
Sonderdruck VER 1230-930 D,
Moeller GmbH
[6]
IEC / EN 60 947-1, DIN VDE 0660
Teil 100 „NiederspannungsSchaltgeräte, Teil 1, Allgemeine
Festlegungen“ (2008-04-00)
[7]
IEC / EN 60 947-2, VDE 0660 Teil
101 „Niederspannungs-Schaltgeräte, Teil 2: Leistungsschalter“
(2007-04-00)
[8]
IEC / EN 60 947-4-1, DIN VDE
0660 Teil 102 „NiederspannungsSchaltgeräte, Teil 4-1: Elektromagnetische Schütze und Motorstarter“ (2006-04-00)
Wolfgang Esser
„Systematik der Schutzsysteme
in der Niederspannungs-Technik
– Das Kegelmodell der Schutzsysteme –
TB 0200-023 D oder GB (englisch)
Moeller GmbH, Bonn, 1998
[11] Peter-Lorenz Könen
„Personen- und Anlagenschutz im
Störlichtbogenfall“
„etz“ Heft 15 /2003
[12] Systeminformation
„Energie sicher beherrschen,
schalten und Steuern“
W 4600-7542
Moeller GmbH, Bonn, 2003
[13] Produktinformation
„ARCON® - der blitzschnelle
Airbag für Ihre Schaltanlage“
W4600-7560D
Article No. 285245
Moeller GmbH, Bonn 2007
Verbindlichkeit:
Der Aufsatz beschreibt den Stand der
Normen und den Entwicklungsstand
der Leistungsschalter NZM im März
2007, sowie die Version V 1.071 der
CurveSelect-Software. Verbindlich für
die technischen Daten der beschriebenen Moeller Produkte ist der jeweils
gültige Moeller Hauptkatalog (HPL). Als
Grundlage für die Sicherungskennlinien
wurden Produktinformationen der Fa.
Jean Müller, Eltville, verwendet. Technische Änderungen bleiben vorbehalten.
[9]
Danksagung:
Der Aufsatz entstand mit freundlicher
Unterstützung der Entwickler der Leistungsschalter-Auslöseelektronik und
der Kennlinien-Software, den Herren
15
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