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Grundlagen

Überlast- und Kurzschlussströme treten häufig unerwartet auf. Sie verursachen Störungen und Unterbrechungen des laufenden Betriebs einer Anlage. Die unangenehmen Folgen können Produktionsausfall und Reparaturkosten sein.

Minimieren Sie den Schaden, indem Sie einzelne Geräte oder Gerätegruppen getrennt absichern. Auf diese Weise sind Endgeräte vor Schäden oder Zerstörung optimal geschützt. Anlagenbereiche, die nicht in dem betroffenen Stromkreis liegen, arbeiten ohne Unterbrechung weiter, soweit es der Gesamtprozess zulässt.

Nennströme von Verbrauchern

Elektrische Verbraucher  

Elektrische Verbraucher mit unterschiedlichen Nennströmen

Bei unterschiedlichen Nennströmen empfiehlt es sich, die Stromkreise separat abzusichern. Für jeden Nennstrom stehen geeignete Geräteschutzschalter zur Verfügung.

Hier ein paar Beispiele:

  • Ventile: 0,5 bis 4 A
  • Motoren: 1 bis 12 A
  • Relais: 0,5 bis 5 A
  • Steuerungen: 1 bis 8 A
  • Sensoren 0,5 bis 2 A
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Überlastströme

Motor mit Anzeige von Überlaststrom  

Abschaltung von Überlastströmen im Sekunden- bis unteren Minutenbereich

Überlastströme entstehen, wenn Endgeräte unerwartet einen höheren Strom abnehmen als den vorgesehenen Bemessungsstrom. Solche Situationen entstehen zum Beispiel durch einen blockierten Antrieb. Auch temporäre Anlaufströme von Maschinen sind Überlastströme. Sie treten zwar grundsätzlich kalkulierbar auf, können aber abhängig von der Belastung der Maschine im Startmoment variieren.

Bei der Auswahl geeigneter Sicherungen oder Schutzschalter für solche Stromkreise sind diese Bedingungen zu berücksichtigen. Eine sichere Abschaltung sollte im Sekunden- bis unteren Minutenbereich erfolgen.

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Kurzschlussströme

Motor mit Anzeige eines Kurzschlussstroms  

Abschaltung von Kurzschlussströmen im Millisekundenbereich

Kurzschlüsse können bei Isolationsschäden zwischen Leitern entstehen, die Betriebsspannung führen. Typische Schutzgeräte für die Abschaltung von Kurzschlussströmen sind Schmelzsicherungen oder Sicherungsautomaten mit unterschiedlichen Auslösemechanismen.

Kurzschlussströme sollten im Millisekundenbereich sicher abgeschaltet werden.

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Fehlerströme

Fehlerströme entstehen bei schadhafter Isolation und bei Kurzschlüssen zwischen Spannung führenden Teilen und Erde. Derartige Fehler können zu lebensbedrohenden Berührungsspannungen für Menschen und Tiere führen.

Fehlerstromschutzschalter schalten Anlagenbereiche, in denen solche Fehler auftreten, innerhalb weniger Millisekunden ab. Solche Schutzvorrichtungen werden hier nicht betrachtet.

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Einfluss von Leitungslängen auf das Abschaltverhalten

Lange Leitungswege begrenzen im Fehlerfall den erforderlichen Auslösestrom. Sie können das Abschalten dadurch verzögern oder verhindern.

Die maximal verwendbare Leitungslänge zwischen Stromversorgung und Endgerät hängt von folgenden Kriterien ab:

  • Maximaler Strom der Stromversorgung
  • Innenwiderstand des Schutzschalters
  • Leitungswiderstand

Der Leitungswiderstand ist abhängig von der Leitungslänge und dem Leiterquerschnitt. Aus dem Grund sollte bei der Installation grundsätzlich der kürzeste Leitungsweg gewählt werden.

Stromversorgung und Verbraucher

Länge und Querschnitt bestimmen die Abschaltbedingungen für einen Geräteschutzschalter

Der Leitungswiderstand wirkt einem Kurzschlussstrom entgegen. Bei leistungsarmen Spannungsquellen kann ein Kurzschlussstrom vom Leitungswiderstand derart begrenzt werden, dass eine Schutzeinrichtung diesen Strom nicht mehr als Kurzschlussstrom wahrnimmt. Zum Beispiel liegt bei Leitungsschutzschaltern mit C-Charakteristik die obere Auslösegrenze deutlich über dem Nennstrom. Darum kann es besonders bei diesen Schutzeinrichtungen zum verzögerten Abschalten im Kurzschlussfall kommen.

Optimierte Schutzgeräte mit SFB-Charakteristik oder aktiver Strombegrenzung erkennen frühzeitig, wenn der Nennstrom überschritten wird.

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Leitungsberechnung

Um die maximal verwendbare Leitungslänge zu berechenen, sind folgende Daten erforderlich:

Rmaxmaximaler Gesamtwiderstand
UNennspannung
ICBBemessungsstrom des Geräteschutzschalters
xIAuslösefaktor gemäß Stromkennlinie / Vielfaches des Nennstroms
RLmaxmaximaler Leitungswiderstand
RCB1AInnenwiderstand des Geräteschutzschalters 1A
Lmaxmaximale Leitungslänge
ALeitungsquerschnitt
ρspezifischer Leitungswiderstand Rho, (Cu 0,01786)
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Beispiel

Für das folgende Rechenbeispiel werden diese Werte zugrunde gelegt:

U24 V DC
xI15 (aus M1-Kennlinie)
ICB1 A
RCB1A1,1 (aus Tabelle für Nennströme und Innenwiderstände von thermomagnetischen Schutzschaltern)
P0,01786 (Kupfer)
A1,5 mm2 (angenommen)
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Berechnung

Beispielrechnung zur Leitungslänge  

Beispielrechnung zur Leitungslänge

Hier sehen Sie beispielhaft eine Berechnung in drei Schritten:

  1. Gesamtwiderstand des Stromkreises
  2. maximaler Leitungswiderstand
  3. maximale Leitungslänge
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Haupt- und Hilfskontakte

Haupt- und Hilfkontakte von Geräteschutzschaltern  

Stellung der Hilfskontakte in Abhängigkeit vom Schaltzustand des Hauptkontakts

Viele Geräteschutzschalter verfügen über zusätzliche Hilfskontakte. Sie ermöglichen die Fernabfrage der Schaltzustände und die Meldung von Störungen.

Legende:

Power = Hauptkontakt
Signal = Hilfskontakte
NO = Schließer (normally open)
NC = Öffner (normally closed)
C = gemeinsamer Wechsler-Fußkontakt (common)

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Kennzeichnung der Anschlüsse

KontakteKennzeichnung
Hauptkontakteeinzeln: 1-2
 in Gruppen: 1-2 / 3-4 / 5-6 / ...
HilfskontakteSchließer einzeln: 13-14
 Schließer in Gruppen: 1.13-1.14 / 2.13-2.14 / 3.13-3.14 / ...
 Öffner einzeln: 11-12
 Öffner in Gruppen: 1.11-1.12 / 2.11-2.12 / 3.11-3.12 / ...

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Einfacher Aufbau einer selektiven Stromverteilung mit Geräteschutzschaltern


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