Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen bei

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Dipl.-Ing. Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT, Heidelberg, 09-2013
Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen
bei Oberschwingungsströmen
© ABB STOTZ-KONTAKT GmbH
August 2013 | Slide 1
6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013
Übersicht
Bernd Siedelhofer
 06221 / 701-592
 [email protected]
Aktuelle Normen zu Kabel- und Leitungsanlagen
 Auswahl und Errichtung von Kabel- und Leitungsanlagen
Neuausgabe DIN VDE 0100-520 in 06/2013
 Strombelastbarkeit (allgemein)
Neuausgabe DIN VDE 0298-4 in 06/2013
 Strombelastbarkeit bei Lastströmen mit Oberschwingungsanteilen
DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3:2012-10
Auswahl und Errichtung von Kabeln und Leitungen
DIN VDE 100-520 Beiblatt 3
 bisher:
 VDE 0100-430  Überwachung des Neutralleiters
 VDE 0298-4  Anwendung von Korrekturfaktoren
 neu erschienen ist im Oktober 2012:
Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in
3-phasigen Verteilungsstromkreisen bei
Lastströmen mit Oberschwingungsanteilen
Ursachen für Oberschwingungsströme
• besonders auffällig sind Geräte kleinerer Leistung, weil hier die
zulässigen Grenzwerte großzügiger angesetzt sind als bei
höheren Leistungen, z. B.
• bei Lampen ≤ 25W
• bei sonstigen Geräte < 75W (keine Grenzwerte  einfache
Schaltungsarten  hohe Stromverzerrungen)
hier macht´s dann die Vielzahl der angeschlossenen
Geräte, die von einem gemeinsamen Verteilungsstromkreis versorgt werden
Strom
9-W-Kompaktsparlampe
Kompakt-Energiesparlampe
mit Elektronischem
Vorschaltgerät (EVG):
• extrem verzerrte Stromkurvenform mit hohen relativen
Oberschwingungsamplituden
bis in den kHz-Bereich
Spannung
• Grundschwingungsstrom
nur ca. 40mAeff,
• Gesamtstrom aber ca. 70mAeff
• Spitzenwert über 300mAS
(entspricht Crestfaktor
CFI = 300/70 = 4,3)
Quelle: „Dirty Power“ - Oberschwingungen durch nichtlineare Verbraucher
Dipl.-Ing. (FH) Günter Höck, GMC-I Gossen-Metrawatt GmbH
 Veranlassung
 bereits in der Vergangenheit wurde in verschiedenen
Regelwerken darauf hingewiesen, dass bei der Festlegung
von Leiterquerschnitten bzw. bei der Ermittlung von
Strombelastbarkeitswerten eine eventuelle zusätzliche
Belastung des Neutralleiters bei Oberschwingungen zu
berücksichtigen ist
aber: Was ist genau zu tun???
 Sachlage:
 die bisher üblicherweise genutzte Vorgehensweise nach DIN
VDE 0298-4 hat 2 Fälle berücksichtigt:
 2 belastete Adern - bei einem 1-phasigen Stromkreis
 3 belastete Adern - bei einem 3-phasigen Stromkreis bei
a) symmetrischer Belastung der Außenleiter
 kein zusätzlicher Strom im N
b) unsymmetrischer Belastung der Außenleiter
 zusätzlicher Strom im N – aber mind. 1 Außenleiter
führt einen niedrigeren Strom
 Sachlage:
a) verursachen elektrische (elektronische) Verbrauchsmittel
Oberschwingungsanteile im Laststrom, und
b) sind diese Verbrauchsmittel 1-phasig auf mehrere
Außenleiter verteilt,
dann werden sich diese Oberschwingungsströme selbst bei
symmetrischer Lastverteilung auf die Außenleiter im
Neutralleiter des vorgelagerten Verteilungsstromkreises (3phasig) nicht kompensieren – wenn sie eine bestimmte
Ordnungszahl haben (durch 3 teilbar)
symmetrische Belastung
der 3 Außenleiter eines
Verteilungsstromkreises
mit linearen Lasten
unsymmetrische Belastung
mit linearen Lasten
die Strombelastbarkeitswerte in VDE 0298-4
für 3 belastete Adern gelten
symmetrische Belastung
mit nichtlinearen Lasten
Strombelastbarkeitswerte
für 3 belastete Adern
müssen reduziert werden
 Sachlage:
in DIN VDE 0298-4 gab es bereits in der Ausgabe von 1998 den
Hinweis
In einem Drehstromkreis wird symmetrische Belastung angenommen.
Wenn darüber hinaus der Neutralleiter belastet wird, ohne dass die
Außenleiter entsprechend entlastet werden, muss der Neutralleiter bei
der Festlegung der Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung mit
berücksichtigt werden.
Solche Ströme im Neutralleiter können beispielsweise durch einen
ausgeprägten Oberschwingungsstrom in Drehstromkreisen verursacht
werden.
 Sachlage:
in DIN VDE 0298-4 Ausgabe 2003 wurde dann ein informativer
Anhang B dazu aufgenommen mit der Angabe von
Reduktionsfaktoren:
• Anteil der Oberschwingungsströme am Laststrom ≤ 15 %
• kein vergrößerter Neutralleiterquerschnitt empfohlen
(Neutralleiterbelastung von höchstens 45 % des Außenleiterstroms, Zunahme der
Verlustwärme im gesamten Kabel/in der gesamten Leitung um 6 % gegenüber der
Nennbelastbarkeit)
• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 15 … 33 %
• Neutralleiterstrom ggf. gleich hoch wie in jedem Außenleiter
• Kabel-/Leitungslast muss um einen Faktor von 0,86 vermindert werden
• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 33 … 45 %
• das Kabel/die Leitung ist nach dem Neutralleiterstrom auszuwählen
• und: die zulässige Last wird zusätzlich um den Faktor 0,86 reduziert
• Anteil Oberschwingungen am Laststrom > 45 %
• das Kabel/die Leitung muss nach dem Neutralleiterstrom (≥135 % des
Außenleiterstroms) ausgewählt werden
• kein zusätzlicher Reduktionsfaktor erforderlich, da die Außenleiter jetzt
überdimensioniert sind
IZ = 24A, wenn Oberschwingungsanteil 0…15%
Werte gerechnet
für 60%
alle Verlegearten
3 Bereiche der
Oberschw.-anteile
Cu, 4 … 300mm²
Al, 25 … 300mm²
Belastbarkeit für feste
Verlegung in und an Gebäuden, Verlegearten A, B, C, D, E, F und G,
Betriebstemperatur 70 °C, Umgebungstemperatur: 25 °C in Luft, 20 °C im Erdboden
… aber:
Wie kommt man an die Oberschwingungsanteile?
Beiblatt 3 zu VDE 0100-520 zeigt 2 Vorgehensweisen auf:
a)
Abschätzung des Oberschwingungsanteils im Laststrom
anhand von typischen Messergebnissen (siehe Tabelle A.2)
alternativ:
b)
Anwendung von Reduktionsfaktoren in Abhängigkeit des Anteils
Oberschwingungen verursachender Verbrauchsmittel (siehe
Tabelle 2)
Büroetage mit 6 Räumen à 8 Arbeitsplätze
• je Arbeitsplatz 1 PC + Bildschirm
• je Raum 1 Kopierer, 1 FAX, 8 Leuchten mit je 2 KLL
•
Beispiel
Gerät
Anzahl Leistungsaufnahme
Laststrom
Verzerrungsstrom
Außenleiterstrom
W
A
mA
Verzerrungsstrom
je
Außenleiter
im
Neutralleiter
A
A
A
KLL 58W
par. komp.
96
62
0,3
67
9,6
2,14
6,43
PC 1)
48
85
0,48
270
7,68
4,32
12,96
Bildschirm 1)
48
32
0,24
137
3,84
2,19
6,58
Kopierer 1)
6
103
0,61
144
1,22
0,29
0,86
FAX 1)
6
22
0,17
83
0,34
0,17
0,5
gesamt
22,7
27,33
Beispiel
•
ergibt für den versorgenden Verteilungsstromkreis bei Verlegeart B2,
PVC, 25°C, keine Häufung:

Laststrom je Außenleiter = 22,7A

zusätzlicher Strom im Neutralleiter = 27,3A

erforderlicher Mindestquerschnitt (ohne Berücksichtigung von
weiteren Verbrauchsmitteln und irgendwelchen Reservefaktoren):

4mm² ohne Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung

6mm² mit Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung
Beispiel
•
alternative Vorgehensweise
für eine (grobe) Abschätzung:
(a) Verhältnis
der Summe der Leistung
aller Oberschwingungen
verursachenden Verbraucher, die
durch die betrachtete Verteilung
versorgt werden, zur Gesamtleistung
aller durch die Verteilung versorgten
Verbrauchsmittel
Anteil der Leistung(a)
in %
Umrechnungsfaktor
(für Verteilerstromkreise)
0 … 15
1
> 15 … 25
0,95
> 25 … 35
0,90
> 35 … 45
0,85
> 45 … 55
0,80
> 55 … 65
0,75
> 65 … 75
0,70
> 75
0,65
Beispiel
• je Raum 1 Kopierer , 1 FAX, 8 Leuchten mit je 2 KLL
•
• mehr als 75% der Verbrauchsgeräte, die durch die Verteilung
versorgt werden, sind nichtlineare Lasten
• der Reduktionsfaktor kann mit 0,65 angenommen werden
• der korrigierte Außenleiterstrom beträgt somit:
22,7A / 0,65 = 34,9 A
• das Kabel/die Leitung ist für eine Strombelastbarkeit von
mind. 34,9A auszulegen
• nach VDE 0298-4, Tabelle A.1 (TU=25°C) mit Verlegeart B2
und 3 belasteten Adern ist jetzt ebenfalls ein Leiterquerschnitt
von mind. 6 mm² erforderlich
Anteil der
Leistung(a)
in %
0 … 15
Umrechnungsfaktor
(für Verteilerstromkreise)
1
> 15 … 25
0,95
> 25 … 35
0,90
> 35 … 45
0,85
> 45 … 55
0,80
> 55 … 65
0,75
> 65 … 75
0,70
> 75
0,65
DIN VDE 0100-520
 die Auswahl und die Errichtung von Kabel- und Leitungen für
Niederspannungsanlagen erfolgt grundsätzlich nach DIN VDE 0100-520
 Ergebnis internationaler Normenarbeit:
IEC 60364-5-52:2009
plus
Modifikationen bei
CENELEC
HD 60364-5-52:2011
plus
nationale Zusätze für
DE (grau)
DIN VDE 0100-520
 Ergebnis internationaler Normenarbeit
 aber: Abschnitt 523 wird (wie bisher) in Deutschland eigenständig als
DIN VDE 0298-4 veröffentlicht
 entgegenstehende nationale Normen (DIN VDE 0100-520:2003-06 und
DIN VDE 0298-4:2003-08) müssen bis 24.1.2014 zurückgezogen werden
 Neuausgabe gilt ab Datum der Veröffentlichung (Juni 2013)
 die zu diesem Zeitpunkt bereits in Planung oder Bau befindlichen
Anlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestellt
werden
DIN VDE 0100-520
 wesentliche Änderungen:
 der Abschnitt 521 „Arten von Kabel- und Leitungsanlagen“ wurde
neu strukturiert (viele nationale Regelungen - „Grauschattierungen“)
 kleinere Änderungen im Hinblick auf Schienenverteiler und
Stromschienensysteme (521.4)
 Anforderungen an die Auswahl und Errichtung von elektrischen
Betriebsmitteln (auch Geräte- und Verbindungsdosen und Verteiler)
in Hohlwänden jetzt in 521.17 - bisher in DIN VDE 0100-482,
Abschnitt 482.2.2
 Änderungen bezüglich des maximal zulässigen Spannungsfalls
zwischen Hauseinführung und Verbrauchsmittel (525)
DIN VDE 0100-520
 wesentliche Änderungen:
 kleinere Änderungen bezüglich elektrischer Verbindungen einschl.
zusätzlicher Ausnahmen für die Prüfung von Verbindungen und
zusätzliche Anmerkungen
 zusätzliche Anforderungen im Hinblick auf Näherungen unterirdischer
Starkstromkabel und Fernmeldekabel
 kleinere Änderungen bezüglich Auswahl und Errichtung von Kabelund Leitungsanlagen in Bezug auf Instandhaltung einschließlich
Reinigung
 Tabelle mit Übersicht der Verlegearten zukünftig nur noch in
VDE 0298-4
DIN VDE 0100-520
 Spannungsfall (Empfehlung)
zwischen Übergabestelle (Hausanschluss) und Anschlusspunkt für ein
Verbrauchsmittel sollten folgende Werte nicht überschritten werden:
versorgt aus …
Beleuchtung
andere el.
Verbrauchsmittel
A
öffentlichem
Verteilungsnetz
3%
5%
B
privatem
Verteilungsnetz
6%
8%
• im Fall B sollten für Endstromkreise die Werte von A eingehalten werden
• Anhang G enthält eine Berechnungsgrundlage
DIN VDE 0298-4
 Veröffentlichung gemeinsam mit DIN VDE 0100-520 im Juni 2013
 Übernahme von Abschnitt 523 von VDE 0100-520 in Deutschland als
eigenständige Norm
 entgegenstehende nationale Normen (DIN VDE 0298-4:2003-08)
müssen bis 24.1.2014 zurückgezogen werden
 Neuausgabe gilt ab Datum der Veröffentlichung (Juni 2013)
 die zu diesem Zeitpunkt bereits in Planung oder Bau befindlichen
Anlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestellt
werden
DIN VDE 0298-4
 wesentliche Hinweise und Änderungen
 Belastbarkeitsangaben für isolierte Starkstromleitungen wurden aus
dem aktuellen HD 60364-5-52 übernommen
 Referenzverlegeart D1 „Verlegung im Elektro-Installationsrohr oder in
einem Kabelschacht im Erdreich“ wurde aus dem aktuellen HD 603645-52 als Verlegeart D übernommen - direkte Verlegung im Erdreich
(„D2“) ist weiterhin in den zugehörigen Kabelbauarten festgelegt
 die Übersicht der Kabel- und Leitungsbauarten wurde aktualisiert und
an die EN 50525 (VDE 0285-525) angepasst
 Strombelastbarkeitswerte für große Nennquerschnitte (≥ 150mm² bei
Verlegart B1 und B2) wurden gemäß HD 60364-5-52 ergänzt
 kleine Änderungen bzgl. der Leiterdimensionierung bei
Oberschwingungen
Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Noch Fragen ??

Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen bei

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