Zunächst zum aktiven Lichtbogenschutz. Wirksame Schutzmaßnahmen gegen Störlichtbogenzündungen lassen sich bereits in der Planungs- und Projektierungsphase realisieren. Geschehen kann das durch die Anlagendimensionierung, die Auswahl und Konzeption des Netz- und Kurzschlussschutzes und die Projektierung separater Lichtbogen-Schutzmaßnahmen.
Bei der Anlagendimensionierung kann eine Aufteilung der Schaltgerätekombination in Funktionseinheiten, der Aufbau von Abteilen und der Einsatz von Trennwänden zwischen den Funktionsräumen wie Sammelschienenraum, Geräteraum und Kabelanschlussraum (Abschottungen) der Störlichtbogensicherheit dienen.
Bei der Auswahl und Konzeption des Netz- und Kurzschlussschutzes sollten folgende Punkte beachtet werden:

• Einsatz von Hochstrom-Leistungsschaltern zum Netz- und Kurzschlussschutz mit äußerst geringer Gesamtabschaltzeit (≤30 ms) bei Nennströmen ≥630 A;
• Überwachung der Hauptkontakte an Leistungsschaltern (Kontaktabbrand, -abnutzung);
• Einsatz strombegrenzender Sicherungen zum Überstrom- und Kurzschlussschutz bei Nennströmen ≤630 A;
• Zum selektiven Netzaufbau: Einsatz von Sicherungen bis ≤630 A oder Hochstrom-Leistungsschaltern bei ≥630 A mit zonen-selektiver, „zeitverkürzter“ Selektivitäts-Steuerung, welche im Gegensatz zur zeit-selektiven Steuerung innerhalb weniger Millisekunden abschalten.

Bild 1: Ein weniger kompakter Aufbau und eine gründliche Kontrolle hätten die Zündung eines Lichtbogens und dessen Auswirkungen verhindert

Schnelle Abschaltung reduziert Durchlassenergie
Durch die äußerst schnelle Abschaltung der beiden unterschiedlichen Schutzorgane unmittelbar nahe dem Kurzschlusspunkt wird die Durchlassenergie und damit die Möglichkeit der Zündung eines Störlichtbogens deutlich reduziert und trotzdem eine volle Selektivität garantiert, ohne „lästige“ Zeitstufen ( bis zu ≥500 ms)!

Separate Schutzmaßnahmen
Es empfiehlt sich die Projektierung separater Lichtbogen-Schutzmaßnahmen. Folgende bieten sich an:

• Einsatz und Anordnung der Haupt- und Verteilsammelschienen mit höheren Luft- und Kriechstrecken als nach Normengruppe DIN EN 60664 (VDE 0110) erforderlich, um letztlich auch größeren Netz-Stoßspannungen/Netz-Überspannungen von ≥2.000 V standzuhalten;
• Elektrische Verbindungen an Stromschienen und Schaltgeräten mit definiertem, vorgegebenem Drehmoment nach DIN 43673 Teil 1 anziehen;
• Einsatz von Isolierstoff-Bauteilen wie Abdeckungen/Schottungen etc. aus schwer-entflammbarem, selbstverlöschendem Material nach DIN 4202 Teil 1, Baustoffe der Klasse B1 bzw. Materialien entsprechend VDE 0304 Teil 3, Stufe BH 2-30;
• Einsatz von Schaltgeräten, die elektrisch und/oder mechanisch gegen Fehlbedienung verriegelt sind;
• Eine Typprüfung mit abschließender Stückprüfung eines jeden einzelnen Feldes gewährleistet einen hohen Qualitätsstandard.

Die Störlichtbogen-Sicherheit, hier das Verhalten bei innerer Lichtbogen- Zündung, insbesondere der Personenschutz kann durch eine weitere, zu vereinbarende Prüfung nach VDE 0660 Teil 500, Beiblatt 2 bzw. EN 60439-1, Beiblatt 2 nachgewiesen werden. Die Auswirkungen eines Störlichtbogens lassen sich zusätzlich vermindern, indem die Größe und Dauer eines Kurzschlussstromes durch geeignete Mittel begrenzt wird.

Oberstes Schutzziel ist bei allen Maßnahmen die Begrenzung der Auswirkungen von inneren Fehlern nach außen (Personensicherheit) und auf benachbarte Funktionseinheiten (Anlagenschutz).

Nachrüstung durch eine Störlichtbogenüberwachung
Schaltanlagen und Verteilersysteme, die nicht unbedingt störlichtbogenfest nach DIN EN 60439-1 (VDE 0660 Teil 500), Beiblatt 2 geprüft und geliefert werden, können in begrenztem Umfang auch nachträglich ertüchtigt werden. Besonders schwer wiegt das Auftreten von Störlichtbögen im Einspeisebereich und im Kupplungsbereich; hier ist der Totalausfall älterer Schaltanlagen vorprogrammiert.
Hier kann durch die Nachrüstung einer Störlichtbogenüberwachung, z.B. durch den Lichtbogenwächter Typ TVOC der Firma ABB, eine Schadensbegrenzung erzielt und in Verbindung mit der heutigen Leistungsschaltertechnik in einer Zeit von weniger als 50 ms
die Schaltanlage abgeschaltet werden.

Zu empfehlen: Detektoren
Zu empfehlen ist eine Installation von Detektoren an den kritischen Stellen der Schaltanlage, insbesondere bei eingestellten Abschaltzeiten von >100 ms und hoher Kurzschlussleistung. Es können bis zu 9 Detektoren an einer Lichtbogenwächtereinheit angeschlossen werden; mit nur einer Einheit kann eine Schaltanlage von 8 bis 10 Feldern überwacht werden.
Die „Fischaugen“-Charakteristik der Detektoren mit einem Erfassungswinkel von fast 360° ermöglicht einen weiten Anwendungsbereich. Das Auslöse-Signal zum Leistungsschalter steht innerhalb von max. 2 ms zur Verfügung. Zusammen mit einer Stromwächtereinheit wird dieses Signal mit dem Wert des eingestellten Betriebsstromes verglichen und gegebenenfalls zur Auslösung weitergeführt. Diese stromabhängige Verknüpfung wird gewählt, um Fehlauslösungen durch Störlichtquellen zu verhindern.

Lichtbogenwächter minimieren Schaden
Durch den Einsatz oder die Nachrüstung einer Störlichtbogen-Überwachung mittels Lichtbogenwächter kann eine deutliche Schadensbegrenzung erzielt und in Verbindung mit schnellabschaltenden Leistungsschaltern in einer Zeit von weniger als 35 ms die Schaltanlage komplett abgeschaltet werden.
Hierbei nimmt das Überwachungssystem das lichtbogentypische Lichtspektrum auf und erfasst parallel dazu das entsprechende Stromsignal. Stehen nun beide Signale an, so wird über die Auslöseelektronik die Abschaltung des Leistungsschalters aktiviert.

Verheerende Auswirkung begrenzt
Durch die aufgrund der kurzen Abschaltzeit aufgebaute sehr geringe Lichtbogenenergie wird die verheerende Auswirkung des potentiellen Kurzschluss-Störlichtbogens stark begrenzt; das Ausmaß zerstörender thermischer Auswirkungen beginnt nämlich mit geringen thermischen Zerstörungen am unmittelbaren Entstehungsort (am Gerät) erst innerhalb einer Lichtbogenwirkzeit von etwa 20 bis 50 ms (siehe hierzu Bild 1).
Fazit: Effektiver Lichtbogenschutz findet in der Planungs- und Projektierungsphase statt. Wirksame Schutzmaßnahmen wie eine angemessene Anlagendimensionierung, eine den möglichen Belastungen entsprechende Auswahl und Konzeption des Netz- und Kurzschlussschutzes und eine Projektierung separater Lichtbogen-Schutzmaßnahmen lassen sich nur in dieser Phase realisieren. Eine Ertüchtigung bestehender Anlagen und Systeme ist allerdings möglich. Mittel der Wahl sind Detektoren verbunden mit Stromwächtereinheiten. Durch extrem kurze Abschaltzeiten können die verheerenden Auswirkungen eines Störlichtbogens zumindest minimiert werden. ■
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Dipl.-Ing. Hans J. Rübsam

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