Prüfen der Kurzschlussfestigkeit von Kabeln und Leitungen

Thermische Festigkeit

Im Allgemeinen ist eine Prüfung der thermischen Festigkeit einer Leitung nicht erforderlich, abgesehen von Leitungen mit kleinem Querschnitt, die in der Nähe einer Hauptverteilung errichtet und durch diese direkt gespeist werden.

Bei kurzer Kurzschlussstromdauer (einige Zehntelsekunden bis maximal fünf Sekunden) wird angenommen, dass die gesamte erzeugte Wärme im Leiter bleibt, so dass die Leitertemperatur steigt. Der Erwärmungsvorgang gilt als adiabatisch, da diese Annahme die Berechnung vereinfacht und zu einem unvorteilhaften Ergebnis führt, d.h. zu einer höheren Leitertemperatur, als tatsächlich auftreten würde, da in der Praxis ein Teil der Wärme nicht im Leiter bleibt, sondern in die Isolierung übergeht.

Für eine Dauer von bis zu 5 s gibt die Gleichung I²t = k²S² die Zeit in s an, während der ein Leiter mit einem Querschnitt S (in mm²) einen Strom I führen kann, bevor seine Temperatur einen Wert erreicht, der zu einer Beschädigung der umgebenden Isolierung führen würde.

Der Faktor k² wird in Abbildung G51 unten angegeben.

Abb. G51 – Wert der Konstante k²

Isolierung	Leiter: Kupfer (Cu)	Leiter: Aluminium (Al)
PVC	13.225	5.776
XLPE	20.449	8.836

Die Prüfmethode besteht darin zu kontrollieren, dass die thermische Energie I²t pro Ohm des Leiterwerkstoffs, die durch die Schutzeinrichtung fließen darf (in Herstellerkatalogen angegeben), geringer ist als die für die betreffenden Leiter zulässige Energie (wie in Abbildung G52 unten angegeben).

Abb. G52 – Maximal zulässige thermische Belastungen für Leitungen I²t (in A² x s x 10⁶)

S (mm2)	PVC		XLPE
	Kupfer	Aluminium	Kupfer	Aluminium
1,5	0,0297	0,0130	0,0460	0,0199
2,5	0,0826	0,0361	0,1278	0,0552
4	0,2116	0,0924	0,3272	0,1414
6	0,4761	0,2079	0,7362	0,3181
10	1,3225	0,5776	2,0450	0,8836
16	3,3856	1,4786	5,2350	2,2620
25	8,2656	3,6100	12,7806	5,5225
35	16,2006	7,0756	25,0500	10,8241
50	29,839	13,032	46,133	19,936

Beispiel

Wird eine Kupferleitung mit XLPE-Isolierung und einem Querschnitt von 4 mm² durch einen Leistungsschalter IC60N angemessen geschützt?

Abbildung G52 gibt einen I²t-Wert für die Leitung von 0,3272 x 10⁶ A²s an, wobei der maximale „Durchlasswert” des Leistungsschalters gemäß Herstellerkatalog wesentlich kleiner ist (< 0,1 x 10⁶ A²s).

Die Leitung wird daher durch den Leistungsschalter bis zum Bemessungsausschaltvermögen angemessen geschützt.

Elektrodynamische Beanspruchungen

Für alle Arten von Stromkreisen (Kabel, Leitungen oder Schienenverteiler) müssen die elektrodynamischen Belastungen berücksichtigt werden.

Um den elektrodynamischen Belastungen standzuhalten, müssen die Leiter in den für die Installationsart vorgeschriebenen Abständen befestigt und die Anschlüsse an den Schaltgeräten mit den vorgeschriebenen Drehmomenten angezogen werden.

Bei Schienenverteilersystemen, Sammelschienen usw. muss ebenso geprüft werden, ob die elektrodynamische Festigkeit für den im Fehlerfall maximal zu erwartenden Kurzschlussstrom ausreichend ist. Der durch den Leistungsschalter oder die Sicherung begrenzte Durchlasswert muss kleiner als der Bemessungswert des zu schützenden Betriebsmittels sein. Koordinationstabellen zur Gewährleistung eines angemessenen Schutzes der Betriebsmittel werden im Allgemeinen von den Herstellern der Schutzeinrichtungen veröffentlicht und stellen einen wichtigen Vorteil solcher Schutzsysteme dar.