Was ist Selektivität von Leitungsschutzschaltern + Prinzipien der Selektivitätsberechnung

Selektivität von Leitungsschutzschaltern ist ein Schlüsselfaktor für die zuverlässige Funktion des Stromkreises. Diese Funktion trägt zur Vermeidung von Störfällen bei und erhöht die Sicherheit auf ein höheres Niveau.

Im Falle einer Überlastung oder eines Kurzschlusses wird nur der Schutz der beschädigten Leitung aktiviert; der Rest der Elektroinstallation bleibt in Betrieb. Warum das so ist, erläutern wir in diesem Artikel ausführlich. Wir betrachten die Hauptaufgaben des selektiven Schutzes, die Anschlussschemata und deren Besonderheiten.

Außerdem widmen wir uns der Berechnung der Selektivität und den Regeln zur Erstellung einer Selektivitätskarte, untermauert mit anschaulichen Schemata, Tabellen und Fotos. Ergänzt wird der Artikel durch detaillierte Erklärungen in Videos.

Bedeutung und Hauptaufgaben des selektiven Schutzes

Sicherer Betrieb und stabile Funktion von Elektroanlagen sind die Aufgaben, die dem selektiven Schutz übertragen werden. Er erkennt und trennt die beschädigte Zone sofort, ohne die Stromversorgung der intakten Bereiche zu unterbrechen. Die Selektivität reduziert die Belastung der Anlage und verringert die Folgen von Kurzschlüssen.

Bei optimal abgestimmter Arbeit der Leitungsschutzschalter werden die Anforderungen an eine unterbrechungsfreie Stromversorgung und damit an den technologischen Prozess bestmöglich erfüllt.

Wenn die automatische Ausrüstung, die die Trennung durchführt, infolge eines Kurzschlusses ausfällt, erhalten die Verbraucher dank der Selektivität dennoch normale Spannung.

Die Regel, dass der Strom, der durch alle hinter dem Eingangsschutzschalter installierten Verteilungsschalter fließt, kleiner ist als der Nennstrom des Eingangsschutzschalters, bildet die Grundlage des selektiven Schutzes.

Insgesamt können diese Nennwerte auch größer sein, aber jeder einzelne muss mindestens eine Stufe unter dem Eingangswert liegen. Wenn am Eingang ein 50-Ampere-Leistungsschalter installiert ist, wird danach ein Leistungsschalter mit einem Nennstrom von 40 A installiert.

Der Schutzschalter besteht aus folgenden Bauteilen: Hebel (1), Schraubklemmen (2), beweglichen und festen Kontakten (3, 4), Bimetallstreifen (5), Einstellschraube (6), Magnetspule (7), Lichtbogenlöschgitter (8) und Riegel (9).

Mit dem Hebel wird der Strom zu den Klemmen ein- und ausgeschaltet. Die Kontakte werden an die Klemmen angeschlossen und fixiert. Der bewegliche Kontakt mit Feder dient zum schnellen Trennen, und die Verbindung des Stromkreises erfolgt über den festen Kontakt.

Die Auslösung erfolgt bei Überschreitung des Schwellenwerts durch Erwärmung und Verbiegung der Bimetallplatte sowie der Magnetspule.

Die Auslöseströme werden mit der Einstellschraube eingestellt. Um die Entstehung eines Lichtbogens beim Öffnen der Kontakte zu verhindern, ist ein Lichtbogenlöschgitter in die Schaltung eingebaut. Zur Fixierung des Gehäuses des Schutzschalters gibt es einen Riegel.

Selektivität als Merkmal des Relaisschutzes ist die Fähigkeit, einen fehlerhaften Systemknoten zu erkennen und ihn vom aktiven Teil des Stromversorgungssystems zu trennen.

Hier ist das Schaltschrankschema dargestellt, das anschaulich zeigt, wie die Last in der Wohnung verteilt wird. Vor der Installation eines Schutzschalters muss die Gesamtleistung der daran anzuschließenden Geräte berechnet werden.

Die Selektivität von Schutzschaltern ist ihre Eigenschaft, nacheinander zu arbeiten. Wenn dieses Prinzip verletzt wird, werden sowohl die Schutzschalter als auch die elektrischen Leitungen heiß.

Infolgedessen kann es zu einem Kurzschluss auf der Leitung, einem Durchbrennen der Schmelzkontakte und der Isolierung kommen. All dies führt zum Ausfall der Elektrogeräte und zu einem Brand.

Angenommen, auf einer langen Stromübertragungsleitung tritt eine Notsituation auf. Gemäß der Hauptregel der Selektivität spricht der dem Schadensort nächstgelegene Schutzschalter zuerst an.

Wenn in einer normalen Wohnung in einer Steckdose ein Kurzschluss auftritt, sollte am Schaltschrank der Schutz der Leitung auslösen, zu der diese Steckdose gehört. Wenn dies nicht geschieht, ist der Leitungsschutzschalter am Schaltschrank an der Reihe und erst danach der Hauptschutzschalter.

Absolute und relative Selektivität des Schutzes

Das Konzept der Selektivität ist in GOST IEC 60947-1-2014 definiert. Es werden zwei Arten der Selektivität unterschieden: absolute und relative. Wenn die Schutzkoordination so gestaltet ist, dass der Schutz ausschließlich innerhalb der geschützten Zone auslöst, deutet dies auf absolute Selektivität hin.

Unter diesen Umständen wird der maximale Selektivitätsstrom dem maximalen Ausschaltvermögen des nachgeordneten Schutzschalters gleichgesetzt.

Das Auslösen als Reserve, wenn die Abschaltung im problematischen Bereich nicht erfolgt ist, wird als relativer selektiver Schutz bezeichnet. Dabei werden die übergeordneten Schalter ausgelöst.

Bei Überschreitung des eingestellten Stromwerts des Schutzschalters, d.h. bei Abwesenheit von großen Überlastungen, arbeitet der selektive Schutz praktisch störungsfrei. Viel schwieriger ist dies bei Kurzschlüssen zu erreichen.

Die Daten zu den hergestellten Produkten des Unternehmens werden auf dem Gehäuse des Geräts und auf den eigenen Websites bereitgestellt. Es ist wichtig, die Kennzeichnung der Leistungsschalter richtig zu lesen – Schalterkombinationen werden nur nach den Tabellen eines bestimmten Herstellers gebildet. Es ist zu beachten, dass die nach dem Relativprinzip aufgebauten Gruppen eine größere Anzahl von Funktionen aufweisen.

Selektivitätstabellen, die die Hersteller ihren Produkten beifügen, erleichtern die Aufgabe. Mit ihrer Anwendung werden Gruppen mit Auslöseselektivität gebildet.

Der Buchstabe 'T' in der Tabelle kennzeichnet die vollständige Selektivität eines Gerätepaars, die Zahl die teilweise Selektivität. Wenn der erwartete Grenzwert des Kurzschlussstroms niedriger ist als die in der Tabelle angegebene Zahl, ist die Selektivität gewährleistet.

Um die Selektivität zwischen einem übergeordneten und einem untergeordneten Schutzschalter zu prüfen, findet man die Kreuzung von Vertikale und Horizontale. Die Gewährleistung der Selektivität ist eine sehr wichtige Aufgabe bei der Versorgung von Verbrauchern einer besonderen Kategorie.

Bei ihrem Fehlen kann es zu einem Stillstand des Produktionsprozesses, zur Beschädigung von Leitungen, zur Abschaltung von Klimatisierungs-, Rauchabzugs- und anderen Systemen kommen.

Arten selektiver Anschlussschemata

Neben der absoluten und relativen Selektivität gibt es noch 7 Arten von selektivem Schutz:

• Zonen-;
• Zeitstrom-;
• energetische;
• zeitliche;
• vollständige;
• teilweise;
• Strom-.

Um die erforderliche Selektivität des Selbstschutzes des Stromnetzes mit Leistungsschaltern zu gewährleisten, werden verschiedene Methoden eingesetzt. In jedem Fall ist es jedoch wichtig, den Leistungsschalter korrekt zu installieren, indem Sie dem ausgewählten Schema und den Montageregeln folgen.

Typ #1 – Vollständiger und teilweiser Schutz

Vollständiger Schutz bedeutet, dass bei einem in Reihe geschalteten Paar von Schutzschaltern das Auftreten von Überströmen die Auslösung desjenigen verursacht, der sich in der Nähe der Fehlerzone befindet.

Der teilweise Schutz funktioniert nach dem gleichen Prinzip wie der vollständige, jedoch erst nachdem der Strom einen festgelegten Schwellenwert erreicht hat.

Die durch die Schutzschalter (A und B) gewährleistete Abschaltselektivität besteht darin, dass ein Kurzschluss, unabhängig davon, an welcher Stelle der elektrischen Anlage er auftritt, durch den nächstgelegenen Schalter oberhalb dieser Stelle abgeschaltet wird. Die übrigen Geräte werden nicht ausgelöst.

Wenn die Selektivität bis zum kleineren der beiden Stromwerte der zwei Schutzschalter (AV) gewährleistet ist, gibt es Grund, von einer vollständigen Selektivität zwischen ihnen zu sprechen. In diesem Fall ist der Grenzwert des zu erwartenden Kurzschlussstroms der Anlage unter allen Umständen gleich oder kleiner als der Stromwert der beiden Schutzschalter.

Typ #2 – Stromabhängige Selektivität

Das Hauptkriterium der Stromselektivität ist der maximale Stromwert. Vom Objekt bis zum Eingang werden die Werte aufsteigend angeordnet. Die Wirkungsweise dieser Selektivität von Schutzvorrichtungen basiert auf derselben Grundlage wie die der Zeitselektivität.

Der Unterschied besteht lediglich darin, dass die Verzögerung anhand des Stromwerts erfolgt – je näher der Kurzschlusspunkt am Eingang liegt, desto höher sind die Kurzschlussstromwerte. Die Zeitverzögerung der Abschaltung kann gleich sein.

Die durch einen Kurzschluss beschädigte Zone wird durch Einstellen der Auslöseschwellen auf unterschiedliche Stromgrößen ermittelt. Vollständige Selektivität ist nur unter Bedingungen möglich, bei denen der Kurzschlussstrom niedrig ist und zwischen zwei Schutzschaltern ein Gerät mit hohem ohmschen Widerstand vorhanden ist. In diesem Fall unterscheiden sich die Kurzschlussströme erheblich.

Diese Art der Selektivität wird hauptsächlich in Endverteilern eingesetzt. Hier werden ein geringer Nennstrom und ein Kurzschlussstrom mit großer Impedanz der Anschlusskabel kombiniert.

Diese Variante der Selektivität ist wirtschaftlich, einfach und wirkt sofort. Dennoch ist diese Selektivität oft nur teilweise, da der maximale Strom in der Regel klein ist.

Auf dem Foto ist die Stromselektivität mit Schutzschaltern dargestellt. Bei dieser Art der Selektivität gibt es eine Verschiebung auf der Stromachse der Stromkennlinien der hintereinander angeordneten Schutzschalter.

Wenn die Werte Isd1 und Isd2 identisch oder extrem nah beieinander liegen, dann ist Is – der maximale Selektivitätsstrom – gleich Isd2. Wenn diese Werte stark voneinander abweichen, ist Is = Isd1.

Die Bedingung für die Gewährleistung der Stromselektivität ist die Einhaltung der Ungleichungen: Ir1/Ir2 > 2 und Isd1/Isd2 > 2. In diesem Fall beträgt der maximale Selektivitätsstrom Is = Isd1.

Zu den Nachteilen gehört auch der schnelle Anstieg der Schwellenwerte für den Schutz vor hohen Strömen. Es ist nicht möglich, den gestörten Stromkreis schnell abzuschalten, falls einer der Schutzschalter defekt ist.

Bei der Berechnung der Schwellenwerte des Stromschutzes müssen die tatsächlichen Ströme berücksichtigt werden, die durch die automatisch arbeitenden Schutzschalter fließen.

Typ #3 – Zeitabhängige und stromzeitabhängige Variante

Wenn im Stromkreis mehrere Schutzschalter mit identischen Stromkennlinien, aber unterschiedlichen Verzögerungszeiten vorhanden sind, schützen sie sich bei einem Fehler gegenseitig. Derjenige, der sich in unmittelbarer Nähe zur Fehlerstelle befindet, löst sofort aus, der nächste nach einer gewissen Zeit usw.

Bei diesem 2-stufigen Schema hat der Schutzschalter „A“ eine Verzögerungszeit, die eine vollständige Selektivität mit den Kennlinien des Schutzschalters „B“ gewährleistet.

Bei zeitabhängiger Selektivität reagieren die Schutzgeräte nicht nur auf den Strom, sondern auch auf die Reaktionsdauer. Bei einem bestimmten Stromwert spricht der Schutz nach einer gewissen Verzögerungszeit an, dessen Entfernung zum Kurzschlussort geringer ist. Der intakte Teil der Anlage wird nicht abgeschaltet.

Das Foto zeigt ein Diagramm der zeitlichen Selektivität unter Verwendung von Leistungsschaltern. Die Zeit-Strom-Kennlinien der Schalter B und A überschneiden sich nicht. Sie sind stufenförmig angeordnet.

Die Kombination aus Strom- und Zeitselektivität erhöht die Effektivität der Abschaltung. Wenn Isc B < Irm A, ist die Selektivität vollständig und die Auslösung erfolgt sofort. Der oben angeordnete Leistungsschalter ist mit zwei Einstellwerten ausgestattet: Im A und Ii A. Der erste ist eine selektive Stromschnellauslösung, der zweite eine sofortige Auslösung.

Typ #4 – Energieabhängige Selektivität von Schutzschaltern

Bei der Energieseletivität erfolgen die Abschaltungen im Inneren des Schutzschaltergehäuses. Die Prozessdauer ist so kurz, dass der Kurzschlussstrom seinen Grenzwert nicht erreicht.

Das zeitäbhängige Schutzsystem gilt als komplex. Hier ist nicht nur die Reaktion auf den Strom, sondern auch die Zeit, in der dies geschieht, von Bedeutung.

Mit zunehmendem Strom sinkt die Auslösezeit des Schutzschalters. Grundlage dieser Selektivitätsart ist die Einstellung des Schutzes derart, dass er auf der Seite des zu schützenden Objekts bei allen Stromschwellenwerten schneller auslöst als der Einspeiseschutzschalter.

Typ #5 – Zonenschutzschema

Die zonale Methode ist komplex und teuer, daher wird sie hauptsächlich in der Industrie eingesetzt. Sobald die Schwellenwerte des Stroms das Maximum erreichen, werden Daten an die Steuerzentrale gesendet und der ausgewählte Schutzschalter löst aus. Das elektrische Netz mit dieser Selektivitätsart verfügt über spezielle elektronische Auslöser.

Wenn eine Störung erkannt wird, sendet der darunter liegende Schalter ein Signal an das darüber liegende Gerät. Der erste Schutzschalter sollte innerhalb einer Sekunde reagieren. Reagiert er nicht, löst der zweite aus.

Vergleicht man diese Selektivitätsart mit der zeitlichen Selektivität, so ist die Auslösezeit in diesem Fall viel geringer – manchmal beträgt sie nur Hunderte Millisekunden. Sowohl der Prozentsatz des Eingriffs in das System als auch der Prozentsatz der Beschädigung sinken. Die thermischen und dynamischen Auswirkungen auf Anlagenteile werden verringert. Die Anzahl der Selektivitätsstufen nimmt zu.

Wenn die Ströme, die durch die Schutzgeräte fließen, einen höheren Wert als die eigenen Einstellwerte erreichen, wird von jedem Schalter ein Blockiersignal an den übergeordneten Schutz gesendet.

Bei der zonalen Selektivität spricht der Schutz auf der Seite der Stromquelle an, wenn man den Kurzschlussort als Ausgangspunkt nimmt. Bis zum Zeitpunkt der Auslösung des Schutzschalters wird kontrolliert, dass das Schutzgerät auf der belasteten Seite kein ähnliches Signal sendet.

Eine solche Selektivität erfordert jedoch das Vorhandensein einer zusätzlichen Spannungsquelle. Daher ist die sinnvolle Anwendung dieser Selektivitätsart auf Systeme mit hohen Kurzschlussparametern und hohen Strömen beschränkt. Dies sind Schalt- und Verteilgeräte auf der Lastseite von Generatoren und Transformatoren.

Berechnung der Selektivität von Schutzschaltern

Eine fachkundige Auswahl des Leistungsschalters und die richtige Einstellung sind das grundlegende Prinzip zur Einhaltung der Selektivität von Leistungsschaltern. Die Selektivität für den in der Nähe der Quelle befindlichen Leistungsschalter gewährleistet die Einhaltung der Anforderung: Is.o.posled ≥ Kn.o.∙ I k.pred.

Hierbei ist I s.o. folgend der Stromwert, ab dem der nachfolgende Schutzschalter auslöst. I k. vorher ist der Kurzschlussstrom am Endpunkt des Schutzbereichs des fern von der Energiequelle angeordneten Schutzschalters. K n.o. ist der Zuverlässigkeitsfaktor. Sein Wert hängt von der Streuung der Parameter ab.

Der Nennwert des Schutzschalters für den Stromkreis wird nicht nur durch Berechnung, sondern auch anhand einer solchen Tabelle unter Berücksichtigung des Kabelquerschnitts im Schema ausgewählt.

Die Darstellung t s.o. folgend ≥ t k. vorher + ∆t zeigt die Selektivität bei einer Zeitverzögerungseinstellung der Schutzschalter. t s.o. folgend und t k. vorher sind die Auslösezeitintervalle der weit von der Spannungsquelle entfernten bzw. nahe daran befindlichen Schalter. ∆t ist der aus dem Katalog entnommene Parameter, der die zeitliche Selektivitätsstufe angibt.

Selektivitätskarte und Regeln zu deren Erstellung

Die Zeit-Strom-Kennlinien aller in das elektrische Netzschema einbezogenen Geräte werden auf der Selektivitätskarte dargestellt. Ziel ihrer Erstellung ist die maximale Sicherstellung des Schutzes der Schutzschalter. Grundlage des Schutzes der Schalter ist das Prinzip, dass die Schalter streng in Reihe geschaltet werden.

Es gibt eine Reihe von Regeln, die bei der Erstellung einer Selektivitätskarte zu beachten sind:

1. Die Anlagen müssen eine einzige Spannungsquelle haben.
2. Alle wichtigen Berechnungspunkte müssen gut sichtbar sein. Unter Berücksichtigung dieser Anforderung ist der Maßstab zu wählen.
3. Auf der Karte werden die Schutzeigenschaften sowie die minimalen und maximalen Kurzschlussparameter an den Systempunkten angegeben.

Häufig werden die Planungsnormen verletzt, und die Selektivitätskarten fehlen in den Projekten. Dies kann zu Unterbrechungen der Stromversorgung der Verbraucher führen.

Auf die Karte werden die Kennlinien der in Reihe geschalteten Schutzschalter aufgetragen. Das Schema selbst wird in den Achsen aufgebaut

Die Karte gibt ein vollständiges Bild über die Abstimmung der Einstellungen. Sie ermöglicht einen Vergleich der Arbeit der Schutzschalter hinsichtlich der Selektivität.

Zeit-Strom-Varianten der Achsen bilden die Grundlage nicht nur für die Erstellung von Selektivitätskarten für den Stromschutz in Form von Leistungsschaltern, sondern auch für andere Arten: Sicherungen, Relais. In der Regel enthält eine Karte die Kennlinien von 2-3 LS. Auf der Abszissenachse wird der Strom in kV angegeben, auf der Ordinate die Zeit in Sekunden.

Fazit und nützliche Videos zum Thema

Störungen bei der Arbeit von Leistungsschaltern und deren Behebung:

Erstellen einer Selektivitätskarte mit Hilfe eines speziellen Programms:

Eine zuverlässige und sichere Nutzung der elektrischen Verkabelung ist ohne Berücksichtigung der Selektivität der Leistungsschalter nicht möglich. Wenn Sie die grundlegenden Aspekte der Erstellung eines selektiven Schutzes kennen, können Sie die Ausrüstung für Ihr technisches Projekt kompetent auswählen.

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