Kabel-/Leitungsanlagen, Anschluss und Dimensionierung

Betriebsbereite USV-Anlagen

Die USV-Anlagen mit niedriger Leistung, z.B. für kleine Computersysteme (Personalcomputer usw.) sind kompakte betriebsbereite Betriebmittel. Die interne Verdrahtung wurde werkseitig durchgeführt und an die Kenndaten der Geräte angepasst.

Nichtbetriebsbereite USV-Anlagen

Bei den anderen USV-Anlagen müssen die zum Anschluss erforderlichen Kabel und Leitungen bauseits errichtet werden, z.B. für den Netzanschluss, die Batterien, die Verbraucher. Die Dimensionierung erfolgt in Abhängigkeit der Ströme (s. Abb. N28).

Abb. N28 – Für die Wahl der Verdrahtungsanschlüsse zu berücksichtigender Strom

Berechnung der Ströme I₁, I_u

• Der Eingangsstrom I_u vom Netz ist der Laststrom.
• Der Eingangsstrom I₁ des Ladegerätes/Gleichrichters hängt ab von:
  • der Batteriekapazität (C10) und dem Lademodus (I_b)
  • den Kenndaten des Ladegerätes,
  • der Leistungsfähigkeit des Wechselrichters.
• Der Strom I_b ist der Strom im Batterieanschluss.

Diese Werte werden herstellerseitig geliefert.

Temperaturanstieg und Spannungsfall der Kabel/Leitungen

Der zu verwendende Kabel-/Leiterquerschnitt hängt ab vom:

• dem Betriebsstrom im Stromkreis
• zulässigen Temperaturanstieg,
• zulässigen Spannungsfall.

Für einen gegebenen Verbraucher gibt jeder dieser Parameter einen notwendigen Mindestquerschnitt vor. Der größere der beiden Werte ist zu verwenden.

Bei der Verdrahtung muss darauf geachtet werden, dass die erforderlichen räumlichen Abstände zwischen Steuer- und Leistungsstromkreisen eingehalten werden, um Störungen durch hochfrequente Ströme zu vermeiden.

Temperaturanstieg

Der zulässige Temperaturanstieg in Kabeln/Leitungen wird durch die Art der Kabelisolierung begrenzt.

Der Temperaturanstieg in Kabeln hängt ab von:

• dem Kabelmaterial (Cu oder Al),
• der Verlegeart,
• der Anzahl sich berührender Kabel,
• der Umgebungstemperatur.

In den Normen ist für jede Art der Verlegung von Kabeln und Leitungen der maximal zulässige Strom festgelegt.

Spannungsfall

Der maximal zulässige Spannungsfall sollte :

• 3 % für Wechselstromkreise (50 oder 60 Hz)
• 1 % für Gleichstromkreise nicht überschreiten.

Auswahltabellen

Abbildung N29 gibt den Spannungsfall (in %) für einen Stromkreis an, der aus Kabeln/Leitungen mit einer Länge von 100 m besteht. Zur Berechnung des Spannungsfalls in einem Stromkreis mit einer Länge L ist der Wert in der Tabelle mit L/100 zu multiplizieren.

• S_ph: Leiterquerschnitt
• I_n: Bemessungsstrom, bzw. der eingestellte Wert der Schutzeinrichtungen im Stromkreis

Dreiphasiger Stromkreis

Liegt der Spannungsfall über 3 % (50-60 Hz), ist der Leiterquerschnitt zu vergrößern.

Gleichstromkreise

Liegt der Spannungsfall über 1 %, ist der Leiterquerschnitt zu vergrößern.

a - Dreiphasige Stromkreise (Kupferleiter)

50-60 Hz - 380 V / 400 V / 415 V dreiphasig, cos φ = 0,8, symmetrisches System, drei Außenleiter + N

Abb. N29a – Spannungsfall (in %) für 3-phasige Stromkreise

In (A)	Sph (mm2)
	10	16	25	35	50	70	95	120	150	185	240	300
10	0,9
15	1,2
20	1,6	1,1
25	2,0	1,3	0,9
32	2,6	1,7	1,1
40	3,3	2,1	1,4	1,0
50	4,1	2,6	1,7	1,3	1,0
63	5,1	3,3	2,2	1,6	1,2	0,9
70	5,7	3,7	2,4	1,7	1,3	1,0	0,8
80	6,5	4,2	2,7	2,1	1,5	1,2	0,9	0,7
100		5,3	3,4	2,6	2,0	2,0	1,1	0,9	0,8
125			4,3	3,2	2,4	2,4	1,4	1,1	1,0	0,8
160				4,3	3,2	3,2	1,8	1,5	1,2	1,1	0,9
200					3,9	3,9	2,2	1,8	1,6	1,3	1,2	0,9
250							2,8	2,3	1,9	1,7	1,4	1,2
320								2,9	2,5	2,1	1,9	1,5
400										2,7	2,3	1,9
500												2,4
600
800

• Für einen 3-phasigen 230 V-Stromkreis ist das Ergebnis aus der Tabelle für 400 V mit [math]\displaystyle{ \sqrt{3} }[/math] zu multiplizieren.
• Für einen 1-phasigen 208/230 V-Stromkreis ist das Ergebnis aus der Tabelle für 400 V mit 2 zu multiplizieren.

b - Gleichstromkreise (Kupferleiter)

Abb. N29b – Spannungsfall (in %) für Gleichstromkreise

In (A)	Sph (mm2)
	-	-	25	35	50	70	95	120	150	185	240	300
100			5,1	3,6	2,6	1,9	1,3	1,0	0,8	0,7	0,5	0,4
125				4,5	3,2	2,3	1,6	1,3	1,0	0,8	0,6	0,5
160					4,0	2,9	2,2	1,6	1,2	1,1	0,6	0,7
200						3,6	2,7	2,2	1,6	1,3	1,0	0,8
250							3,3	2,7	2,2	1,7	1,3	1,0
320								3,4	2,7	2,1	1,6	1,3
400									3,4	2,8	2,1	1,6
500										3,4	2,6	2,1
600										4,3	3,3	2,7
800												3,4

Sonderfall Neutralleiter

In dreiphasigen Systemen summieren sich die Oberschwingungen der dritten Ordnung (und deren Vielfache) einphasiger Verbraucher im Neutralleiter (Summe der drei Außenleiterströme).

Aus diesem Grund müssen die Außenleiter und Neutralleiter auf diese Bedingungen dimensioniert werden.

Beispiel

Betrachtet wird ein dreiphasiger 400 V-Stromkreis mit einer Länge von 70 m mit Kupferleitern und einem Bemessungsstrom von 320 A.

Nach IEC 60364-5-52 (VDE 0100-520 + VDE 0298-4) wird, abhängig von der Verlegeart und des erforderlichen Stroms, ein Mindestquerschnitt festgelegt.

Wir nehmen einen Mindestquerschnitt von 120 mm² an.

Zunächst ist zu prüfen, dass der Spannungsfall nicht über 3 % liegt.

Die Tabelle für dreiphasige Stromkreise auf der vorherigen Seite gibt für einen Strom von 320 A, der durch ein Kabel mit einem Querschnitt von 120 mm² fließt, einen Spannungsfall von 2,9 % auf einer Kabellänge von 100 m an, d.h. er beträgt auf einer Kabellänge von 70 m:

[math]\displaystyle{ 2,9 \times \frac {70}{100}=2,03\ \% }[/math]

Der Spannungsfall liegt daher unter 3 %.

Eine identische Berechnung kann für einen Gleichstrom von 600 A durchgeführt werden.

In einem Kabel mit einer Länge von 10 m und einem Querschnitt von 240 mm² beträgt der Spannungsfall auf einer Kabellänge von 100 m 3,3 %, d.h. er beträgt auf einer Kabellänge von 10 m:

[math]\displaystyle{ 3,3 \times \frac {10}{100}=0,33\ \% }[/math]

Der Spannungsfall liegt daher unter 1 %.