5 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen im - VDE

5 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen im ungestörten Betrieb
5
Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen
im ungestörten Betrieb
(DIN VDE 0298-4, Hauptabschnitt 5)
5.1
Allgemeines
Überstrom-Schutzeinrichtungen sollen sowohl bei betriebsmäßiger Überlastung
(Schutz bei Überlast, Bild 5.1) als auch bei Kurzschluss (Schutz bei Kurzschluss,
Bild 5.2) durch Unterbrechung des Stroms das Auftreten zu hoher Temperaturen am
Leiter verhindern.
L
16 A
3 × 1,5 mm2 Cu
N
PE
3 kW
3 kW
3 kW
Bild 5.1 Überstrom-Schutzeinrichtung schützt bei betriebsmäßiger Überlastung
Um die richtige Überstrom-Schutzeinrichtung auszuwählen, die den Schutz eines
Kabels oder einer Leitung gewährleisten soll, muss die Strombelastbarkeit des
Kabels oder der Leitung bekannt sein. Der Leiterquerschnitt ist so zu wählen, dass
für eine vorgegebene Belastung der Leiter an keiner Stelle und zu keinem Zeitpunkt
über die zulässige Betriebstemperatur erwärmt wird. Überschreitet die Belastung
der Kabel und Leitungen die jeweils zutreffende Strombelastbarkeit der angewendeten Tabellen aus DIN VDE 0298-4 nicht, so ist die Forderung erfüllt, dass für die
vorgegebene Belastung der Leiter an keiner Stelle und zu keinem Zeitpunkt über die
zulässige Betriebstemperatur erwärmt wird.
L
16 A
3 × 1,5 mm2 Cu
N
PE
Ik = 5 000 A
3 kW
Bild 5.2 Überstrom-Schutzeinrichtung schützt bei Kurzschluss
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5 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen im ungestörten Betrieb
Diese allgemeine, aber sehr wichtige Anforderung gilt immer dann als erfüllt, wenn
die Belastung der Kabel oder Leitungen die jeweils zutreffende Strombelastbarkeit
der Tabellen aus DIN VDE 0298-4 nicht überschreitet. Zur Erfüllung dieser Anforderung dürfen die Strombelastbarkeitswerte und die Reduktionsfaktoren für Häufung (siehe Abschnitt 5.3.4.3 dieses Buchs) für besondere Bauarten und Baugrößen
von Kabeln und Leitungen und für besondere Verlegearten, für die in DIN VDE
0298-4 keine Angaben vorliegen, auch bestimmt werden durch eine der nachfolgenden Methoden:
● Rechnung, wenn eine anerkannte Berechnungsmethode verwendet und angegeben
wird
● Versuch
● wie in IEC 60287:1995-08 „Electric cables – Calculation of the current rating“
beschrieben
Die einfachste Methode wird aber in allen Fällen der Praxis das Anwenden der
Tabellen aus DIN VDE 0298-4 sein.
Die Erwärmung – und damit die Strombelastbarkeit eines Kabels oder einer Leitung
– ist abhängig
● vom Aufbau
● von den Werkstoffeigenschaften
● von den Betriebsbedingungen
Darüber hinaus ist eine ggf. vorhandene, zusätzliche Erwärmung des Kabels oder
der Leitung bei Umgebungstemperaturerhöhung durch Verlustwärme, Häufung mit
anderen Kabeln oder Leitungen, durch Heizungskanäle sowie durch Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen.
5.2
Kabel- und Leitungsaufbau
sowie Werkstoffeigenschaften
(DIN VDE 0298-4, Abschnitt 5.2)
5.2.1
Allgemeines
Alle vom Kabel- oder Leitungsaufbau und den Werkstoffeigenschaften bestimmten
Größen der Strombelastbarkeit werden als konstante Größen angenommen und sind
bei der Berechnung und Festlegung der Strombelastbarkeitswerte in den zur Verfügung stehenden Tabellen mit Strombelastbarkeitswerten von Kabeln und Leitungen,
z. B. in DIN VDE 0298-4, berücksichtigt.
Solche aus dem Aufbau und den Werkstoffeigenschaften von Kabeln und Leitungen
resultierenden Größen, die die Strombelastbarkeit beeinflussen, sind:
● höchste zulässige Betriebstemperatur am Leiter (siehe Abschnitt 5.2.2 dieses
Buchs)
● Wirkwiderstand des Kabels oder der Leitung (siehe Abschnitt 5.2.3 dieses Buchs)
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5 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen im ungestörten Betrieb
5.2.2
Höchste zulässige Betriebstemperatur am Leiter
Die jeweils höchste zulässige Betriebstemperatur wird durch die Isolierung des
Kabels oder der Leitung bestimmt (Bild 5.3), die einen Wärmewiderstand darstellt.
Dabei ist sowohl der Isolierwerkstoff als auch der Mantel- bzw. Hüllenwerkstoff
von Bedeutung. Die Temperatur der Isolierung nimmt unmittelbar am Leiter den
höchsten Wert an. Daher ist die Leitertemperatur an der Leiteroberfläche als Kriterium festgelegt. Als Betriebstemperaturen an der Leiteroberfläche sind nach DIN
VDE 0298-4 in Abhängigkeit vom Isolierwerkstoff zulässig:
60 °C Naturkautschuk (NR), synthetischer Kautschuk (SR)
70 °C Polyvinylchlorid (PVC)
90 °C Ethylen-Propylen-Kautschuk (EPM)
Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk (EPDM)
Polyvinylchlorid (PVC) mit erhöhter Wärmebeständigkeit
110 °C Ethylen-Vinylacetat-Copolymer (EVA)
135 °C Ethylen-Tetrafluorethylen (ETFE)
180 °C Silikon-Kautschuk (SIR)
Isolierung
LeiteroberflŠche
Bild 5.3 Isolierung als Einflussgröße der Strombelastbarkeit
Eine Aufstellung höchster zulässiger Betriebstemperaturen am Leiter in Abhängigkeit von der Kabel- und Leitungsbauart für Kabel und Leitungen für feste Verlegung
zeigt Tabelle 5.1 (enthalten in Tabelle 1 aus DIN VDE 0298-4), für flexible Leitungen ist sie in Tabelle 5.2 (enthalten in Tabelle 1 aus DIN VDE 0298-4) wiedergegeben. Die Auflistung der Bauarten der Kabel und Leitungen erfolgt in den Tabellen
nach aufsteigender zulässiger Betriebstemperatur am Leiter.
Alle in den Tabellen aufgeführten Strombelastbarkeitswerte wurden jeweils für die
höchstzulässige Betriebstemperatur ermittelt, die in Tabelle 1 von DIN VDE 0298-4
(siehe Tabellen 5.1 und 5.2 dieses Buchs) angegeben ist.
Im Vergleich zur vorherigen Ausgabe der DIN VDE 0298-4:2003-08 wurden einige
wenige Kabel und Leitungen für feste Verlegung und flexible Leitungen (z. B.
Gummi-Lichterkettenleitung) in den Tabellen umsortiert, wobei die zulässige
Betriebstemperatur am Leiter unverändert bleibt. Neu wurden mineralisolierte Leitungen in Tabelle 5.1 aufgenommen, da sie zunehmend Verwendung finden.
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5 Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen im ungestörten Betrieb
1
2
3
Bauart
Bauartkurzzeichen
Norm
4
5
6
zulässige Belastbarkeit
Betriebs- nach Tabelle
temperatur
am Leiter
Teil
°C
Kabel und Leitungen für feste Verlegung
Gummi-Pendelschnur
NPL
DIN VDE 0250
603
60
5.29
PVC-Verdrahtungsleitung
H05V-U
H05V-K
DIN VDE 0281
3
70
5.29
PVC-Aderleitung
H07V-U
H07V-R
H07V-K
DIN VDE 0281
3
70
5.19 und 5.29
Kältebeständige PVC-Aderleitung
H07V3-U
H07V3-R
H07V3-K
DIN VDE 0281
9
70
5.19 und 5.29
Vernetzte PVC-Aderleitung
N05XAFX
E DIN VDE 0250
505
70
5.29
Vernetzte PVC-Aderleitung
N07XAFX
E DIN VDE 0250
504
70
5.29
Stegleitung
NYIF
NYIFY
DIN VDE 0250
201
70
5.20
PVC-Installationsleitung
NYM
DIN VDE 0250
204
70
5.19 und 5.20
PVC-Mantelleitung mit Tragseil
NYMT
DIN VDE 0250
206
70
5.19 und 5.20
Bleimantelleitung
NYBUY
DIN VDE 0250
210
70
5.19 und 5.20
Dachständer-Einführungsleitung
NYDY
DIN VDE 0250
213
70
5.19 und 5.20
Halogenfreie Mantelleitung mit verbessertem NHXMH
Verhalten im Brandfall
DIN VDE 0250
214
70
5.19 und 5.20
Installationsleitung NHMH mit
speziellen Eigenschaften im Brandfall
NHMH
DIN VDE 0250
215
70
5.19 und 5.20
Kabel mit Isolierung und Mantel aus
thermoplastischem PVC mit Nennspannungen 0,6/1 kV
NYY
NYCY
NAYY
NAYCY
DIN VDE 0276
603
70
5.19 und 5.20
Mineralisolierte Leitung
DIN VDE 284
1
701)
5.27 und 5.28
Wärmebeständige
PVC-Verdrahtungsleitung
H05V2-U
H05V2-R
H05V2-K
DIN VDE 0281
7
90
5.29
Wärmebeständige PVC-Aderleitung
H07V2-U
H07V2-R
H07V2-K
DIN VDE 0281
7
90
5.22
Halogenfreie, raucharme Aderleitung mit
speziellen Eigenschaften im Brandfall
H07Z-U
H07Z-R
H07Z-K
DIN VDE 0282
9
90
5.22 und 5.29
Halogenfreie, raucharme
Verdrahtungsleitung mit speziellen
Eigenschaften im Brandfall
H05Z-U
H05Z-K
DIN VDE 0282
9
90
5.29
Tabelle 5.1 (1. Teil) Übersicht der Kabel- und Leitungsbauarten – Kabel und Leitungen für feste Verlegung
(Quelle: DIN VDE 0298-4 (VDE 0298-4):2003-08, Tabelle 1a)
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