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Überlast- und Kurzschlussschutz

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Den richtigen Überstromschutz wählen.

Für Elektrofachkräfte gehört die Kenntnis der Überstrom-Schutzeinrichtungen sowie deren Auswahl und fachgerechter Dimensionierung, insbesondere im Zusammenspiel mit Kabel- und Leitungsanlagen, zur alltäglichen Praxis.

Überströme werden unterschieden in Überlast- und Kurzschlussströme.

Überlaststrom

Als Überlastströme werden Ströme bezeichnet, die den Bemessungswert des Betriebsmittels, einer Anlage oder von Kabeln und Leitungen überschreiten, ohne dass ein Kurzschluss vorliegt.

Kurzschlussstrom

Kurzschlussströme treten auf, wenn eine niederohmige Verbindung zwischen Außenleitern oder zwischen einem Außenleiter und dem Neutralleiter bzw. Schutzleiter im Elektroenergieversorgungsnetz eintritt.
Überlast- und Kurzschlussströme haben eine höhere als zulässige Erwärmung der Betriebsmittel sowie der Kabel und Leitungen zur Folge. Angegeben wird die zulässige Erwärmung durch die maximal zulässige Temperatur im Dauerbetrieb und durch die Kurzschlussendtemperatur. Diese Temperaturen gelten als Grenzwerte, bei denen eine unzulässige Schädigung der Isolierung von Kabeln und Leitungen noch vermieden wird.

Überlastschutz

Der Überlastschutz wird gewährleistet durch

  • die Auswahl der Betriebsmittel mit den entsprechenden Bemessungsgrößen oder des zutreffenden Kabel- bzw. Leitungstyps mit einem Leiterquerschnitt, der dem maximal zu erwartenden Betriebsstrom unter bestimmten Verlegebedingungen (VDE 0298-4) dauernd standhält, und
  • die Auswahl einer Einrichtung zum Schutz bei Überlast, die die Erwärmung der Betriebsmittel und Kabel bzw. Leitungen im Dauerbetrieb durch Abschaltung begrenzt.

Kurzschlussschutz

Elektrische Anlagen müssen im Kurzschlussfall den erhöhten mechanischen und thermischen Beanspruchungen standhalten. Schaltgeräte, die für eine Kurzschlussein- bzw. -ausschaltung vorgesehen sind, müssen in der Lage sein, den Kurzschlussstrom sicher zu schalten. Insbesondere der Ausschaltvorgang stellt hohe Forderungen an die Überstrom-Schutzeinrichtung bzw. das Schaltgerät.

Grundsatz

Die zu erwartende Kurzschluss-Stromgröße darf die jeweilige vom Hersteller angegebene Bemessungsgröße nicht überschreiten.

Überstrom-Schutzeinrichtungen

Überstrom-Schutzeinrichtungen sollen elektrische Anlagen und Betriebsmittel bei Überlast und Kurzschluss vor zu hoher thermischer und mechanischer Beanspruchung schützen.
Sie haben die Aufgabe, den Stromkreis beim Überschreiten der zulässigen Strombelastbarkeit, d.h. der Gefahr einer unzulässig hohen Erwärmung bis zum größten Strom bei vollkommenem Kurzschluss, in einer bestimmten kurzen Zeit zu unterbrechen.
Nach VDE 0100-430 werden die Organe für den Überstromschutz in elektrischen Anlagen in solche Betriebsmittel unterschieden,

  • die sowohl bei Überlast als auch bei Kurzschluss,
  • die nur bei Überlast und
  • die nur bei Kurzschluss

schützen.

Überlast- und Kurzschlussschutz

Schmelzsicherungen der Charakteristik gG und Leistungsschalter/Leitungsschutzschalter mit thermischem sowie elektromagnetischem Auslöser oder im Zusammenwirken mit Schmelzsicherungen sind sowohl für den Überlast- als auch für den Kurzschlussschutz geeignet.

Überlastschutz

Schutzeinrichtungen, die für den Überlastschutz vorgesehen sind, haben im Allgemeinen nur einen stromabhängig verzögerten Auslöser. Das Ausschaltvermögen darf kleiner sein als der Strom bei vollkommenem Kurzschluss an der Einbaustelle der Schutzeinrichtung.

Kurzschlussschutz

Für den Kurzschlussschutz vorgesehene Schutzeinrichtungen müssen in der Lage sein, größte Kurzschlussströme an ihrer Einbaustelle sicher zu unterbrechen.
Dazu zählen die Ganzbereichsschmelzsicherungen, speziell die dafür vorgesehenen Teilbereichssicherungen, und Leistungsschalter, die mit einem Kurzschlussauslöser ausgerüstet sind.

Einsatz von Überstrom-Schutzeinrichtungen

Überstrom-Schutzeinrichtungen müssen in allen Außenleitern vorgesehen werden. Die Abschaltung muss für den Leiter erfolgen, in dem der Überstrom fließt.
Hat die Abschaltung nur in einem Leiter einen anormalen Betriebszustand zur Folge, der auch eine Gefahr hervorrufen kann, muss für eine dreipolige Abschaltung gesorgt werden (z.B. Schutz von Asynchronmotoren).

In TT- oder TN-Systemen, in denen Stromkreise ohne Neutralleiter betrieben werden, darf in einem Außenleiter die Überstrom-Schutzeinrichtung fehlen, wenn eine Differenzstromeinrichtung bei einer ungleichmäßigen Belastung die Abschaltung des Stromkreises bewirkt.

In IT-Systemen, in denen ein Neutralleiter mitgeführt ist, ist in diesem eine Überstromerfassung vorzusehen, die eine Abschaltung in allen Leitern veranlasst.
Ausnahmen sind in VDE 0100-430 vorgesehen, wenn auf der Versorgungsseite der Kurzschlussschutz gewährleistet ist oder im Abnehmerstromkreis eine empfindliche Fehlerstrom-Schutzeinrichtung für eine Abschaltung sorgt.

Der Neutralleiter muss wie die Außenleiter gegen Überstrom geschützt sein. Dabei muss aber der Überstrom im Neutralleiter nicht erfasst und abgeschaltet werden. Wenn jedoch Oberwellenströme den Strom im Neutralleiter größer werden lassen als in den Außenleitern, ist eine Überstromerfassung im Neutralleiter erforderlich. Die Abschaltung muss auch in diesem Fall nicht unbedingt im Neutralleiter erfolgen. Es ist zulässig, wenn dies durch die Überstrom-Schutzeinrichtungen in den Außenleitern erfolgt (siehe „Neutralleiterbelastungen in elektrischen Anlagen erkennen und beurteilen“ unter Anhang H im Online-Bereich und auch als Broschüre, Art.-Nr. 1037, zu beziehen).

Auswahlkriterien

Je nach der zu erfüllenden Schutzaufgabe und den daraus abzuleitenden Anforderungen an die Schutzeinrichtungen, einschließlich der Gewährleistung von Selektivität, erfolgt die Auswahl nach folgenden Kriterien:

  • Bemessungsspannung
  • Bemessungsstrom
  • Bemessungsausschaltvermögen
  • Mindestausschaltstrom
  • Durchlassstrom
  • Strom-Zeit-Kennlinie
  • I2t-Werte (Joule-Integral)

Autor: Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kny

Den kompletten Fachartikel finden Sie in dem Produkt Die Elektrofachkraft in der betrieblichen Praxis.

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