Automatische Abschaltung in TT-Systemen

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Allgemeine Planungsgrundlagen – Bestimmungen – Installierte Leistung
Anschluss an das Hochspannungs-Versorgungsnetz des Netzbetreibers
Anschluss an das NS-Verteilnetz des Netzbetreibers
Auswahlhilfe HS- und NS-Verteilnetzarchitektur
Verteilsysteme in NS-Verteilnetzen
Schutz gegen elektrischen Schlag
Schutz von Stromkreisen
Schaltgeräte
Schutz bei Überspannungen und Stoßüberspannungen
Energieeffizienz in elektrischen Verteilnetzen
Blindleistungskompensation und Filterung von Oberschwingungen
Oberschwingungserfassung und - filterung
Stromversorgungen und Verbraucher besonderer Art
Solaranlagen
Wohngebäude und ähnliche Einsatzbereiche sowie besondere Orte und Bereiche
EMV-Richtlinien
Messung

Prinzip

Die automatische Abschaltung im TT-System wird in den allermeisten Fällen nur durch Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) mit einem Bemessungsdifferenzstrom erreicht, der von folgender Bedingung abhängig ist: , wobei RA dem Widerstand des Anlagenerders der Anlage entspricht.

In diesem System müssen alle Körper der Anlage mit einem gemeinsamen Erdungsanschluss verbunden sein. Der Sternpunkt des Versorgungssystems ist normalerweise an einem Punkt außerhalb des Einflussbereiches des Anlagenerders geerdet.

Die Erdschlussschleifenimpedanz besteht daher im Wesentlichen aus den zwei in Reihe liegenden Erdungswiderständen (d.h. dem Quellen und Anlagenanschluss), so dass der Fehlerstrom, der darüber zum Fließen kommen kann, im Allgemeinen zu niedrig ist, um die Überstrom-Schutzeinrichtung ansprechen zu lassen. Daher ist die Verwendung einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD) fast zwingend notwendig.

Dieses Schutzprinzip ist auch anwendbar, wenn nur ein gemeinsamer Erdungsanschluss verwendet wird, besonders im Fall einer Kundenstation innerhalb der Anlage, in der die Platzbeschränkung den Einsatz eines TN-Systems erfordert, aber alle anderen Voraussetzungen eines TN-Systems nicht erfüllt werden können.

Die automatische Abschaltung der Stromversorgung im TT-System wird durch Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) mit einem Bemessungsdifferenzstrom von:

durchgeführt, wobei gilt:

RA: Summe der Widerstände des Erders und des Schutzleiters der Körper

I∆n: Bemessungsdifferenzstrom der Fehlerstrom-Schutzeinrichtung (RCD)

Für vorübergehend errichtete Versorgungen für den Einsatz in der Landwirtschaft und im Gartenbau wird der Wert 50 V durch 25 V ersetzt.

Beispiel

(siehe Abb. F9)

  • Der Widerstand des Betriebserders am Sternpunkt in der Umspannstation RBA beträgt 10 Ω.
  • Der Widerstand des Anlagenerders RA beträgt 20 Ω.
  • Der Fehlerstrom ergibt sich aus: U/Rges = 230 V/30 Ω = Id = 7,7 A.
  • Die Berührungsspannung beträgt UB = Id x RA = 154 V und ist daher gefährlich und muss abgeschaltet werden.

Abb. F9Automatische Abschaltung der Stromversorgung im TT-System

Um die zulässige Berührungsspannung von AC 50 V am Erder nicht zu überschreiten, muss mindestens folgender Bemessungsdifferenzstrom gewählt werden:

I∆n = 50 V/20 Ω = 2,5 A. In der Praxis würde man dafür einen Bemessungsdifferenzstrom von 300 mA wählen, da letztlich auch der Schutzleitwiderstand in der Betrachtung mit berücksichtigt werden muss, so dass eine 300 mA-Fehlerstrom-Schutzeinrichtung in ca. 30 ms (siehe Abb. F10) unverzögert auslöst und den Fehler beseitigt, wenn die Berührungsspannung an einem berührbaren leitfähigen Teil überschritten wird.

Uo[a] (V) T (s)
50 < Uo ≤ 120 0,3
120 < Uo ≤ 230 0,2
230 < Uo ≤ 400 0,07
Uo > 400 0,04

[a]  Uo = Nennspannung zwischen Außenleiter und Erde.

Abb. F10Max. Abschaltzeit für Wechselspannungs-Endstromkreise unter 63 A im TT-System

Festgelegte maximale Abschaltzeit

Die Abschaltzeiten von Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) sind herstellerspezifisch im Allgemeinen kürzer als in den Normen gefordert wird. Diese Eigenschaft vereinfacht deren Verwendung und ermöglicht den Einsatz eines effektiven Selektivschutzes.

In der Norm IEC 60364-4-41 (VDE 0100-410) ist die maximale Abschaltzeit von Schutzeinrichtungen im TT-System festgelegt:

  • Für alle Endstromkreise mit einem Bemessungsstrom bis einschließlich 63 A liegt die maximale Abschaltzeit unter den Werten in Abbildung F10.
  • Für Verteilungsstromkreise beträgt die maximale Abschaltzeit 1 s. Dieser Grenzwert ermöglicht Selektivität zwischen den in Verteilungsstromkreisen installierten Schaltgeräten mit Fehlerstromschutz.
Der Begriff „Fehlerstromschutzgerät” wird allgemein für alle Geräte verwendet, die nach dem Fehlerstrom-Prinzip arbeiten. Die Fehlerstrom-/Differenzstrom-Schutzschalter (Residual Current Operated Circuit-Breaker = RCCB) sind nach den Normen der Reihe IEC 61008 (VDE 0664-10) vorwiegend Fehlerstrom-/Differenzstromschutzschalter ohne eingebautem Überstromschutz (RCCBs) für Hausinstallation und ähnliche Anwendungen.
Die Abschaltzeit/Fehlerstrom-Kenndaten von Schaltgeräten mit Fehlerstromschutz vom Typ allgemein und Typ S (selektiv) der Norm IEC 61008 (VDE 0664-10) werden in Abb. F11 dargestellt. Diese Kenndaten ermöglichen gewisse selektive Auslösungen zwischen den verschiedenen Kenndaten- und Typenkombinationen, wie später in Abschnitt Selektivität zwischen Schaltgeräten mit Fehlerstromschutz beschrieben wird. Leistungsschalter mit Fehlerstromschutz (nach VDE 0660-101) gewährleisten aufgrund ihrer flexiblen Zeitverzögerung weitere Selektivitätsmöglichkeiten.
Typ x IΔn 1 2 5 > 5
allgemein
Typ S
jeder Wert 0,3 0,15 0,04 0,04 höchstzulässige Abschaltzeiten
> 0,030 0,5 0,2 0,15 0,15 höchstzulässige Abschaltzeiten
0,13 0,06 0,05 0,04 kürzeste Nichtauslösezeiten

Abb. F11Höchstzulässige Abschaltzeiten von Schaltgeräten mit Fehlerstromschutz (in s)