Von den intrinsischen Eigenschaften eines Kabels oder Leiters sind zwei Werte für die Dimensionierung entscheidend:

Bei genormten Kabeln sind diese Werte durch die Norm vorgeschrieben, z.B. 90°C bzw. 250°C für PR/EPR-isolierte Kabel.

Es muss daher sichergestellt werden, dass der Kurzschlussstrom (Ik), der während der Fehlerbeseitigungszeit (t) fließt, die Kabelseele nicht über ihre maximale Temperatur bringt.

Bei einer Fehlerbeseitigungszeit von weniger als fünf Sekunden (daher das in den Installationsstandards vorgeschriebene Maximum) wird die Erwärmung als adiabatisch angesehen, d.h. es wird angenommen, dass die erzeugte Wärme auf der Ebene der Leiterseele verbleibt und keine Zeit hat, sich in andere Teile des Kabels zu verteilen.

Unter dieser Annahme wird die thermische Belastung der Leiter durch die Formel berechnet:

Durchgangsenergie = Ik² x t in A²s.

Die zulässige thermische Belastung des Leiters wird durch die Formel k2 x S2 berechnet:

Es ist daher zu prüfen, ob in allen Fällen von Kurzschlüssen die Beziehung erfüllt ist:

Ik² x t < k² x S²

Um die Berechnungen zu erleichtern, können Sie die Tabellen mit den Werten für k in den üblichen Fällen verwenden, wie im folgenden Beispiel aus FD C 15-500:

Die Software elec calc™ berechnet die maximale Durchgangsenergie über alle Leiter und vergleicht sie mit ihrer thermischen Beständigkeit (gemäß der Formel k²xS²). Diese Überprüfung gilt für die Phasen, aber auch für den Neutralleiter und den PE. Wenn diese Bedingung nicht erfüllt ist, wird ein Fehler in der thermischen Belastung auf dem Kabel angezeigt.

Wie man ein Problem mit thermischer Belastung löst

Bei Problemen mit der thermischen Belastung ist es immer möglich, den Querschnitt der Leiter zu überdimensionieren und damit die zulässige thermische Belastung zu erhöhen. Es gibt jedoch auch andere Möglichkeiten, um auf eine Vergrößerung des Leiterquerschnitts zu verzichten.

Verwendung von Sicherungen: Die Durchbruchzeit einer Sicherung ist im Allgemeinen viel kürzer als die Ausschaltzeit eines Leistungsschalters bei hohen Kurzschlussströmen. Es gibt daher eine natürliche Begrenzung der durchfließenden Energie. Beachten Sie, dass bei einem Sicherungsschutz die maximale Energie während des minimalen Kurzschlusses auftreten kann, da die Schmelzzeit länger sein kann. Es ist daher notwendig, das Kabel für alle Arten von Kurzschlussströmen zu prüfen.

Verwendung von begrenzenden Schutzschaltern: Bestimmte Produktreihen sind so konzipiert, dass sie die Entstehung eines Fehlerstroms verhindern, indem sie nur einen Strom mit begrenzter Stärke durchlassen. Die Begrenzungsleistung eines Schutzschalters wird vom Hersteller in Form von Begrenzungskurven angegeben:

Der herstellerübergreifende Katalog vonelec calc™ verwaltet die Begrenzungskurven der verschiedenen Schutzvorrichtungen. Sobald eine Hardware-Referenz, die über eine Begrenzung verfügt, mit einem Schutz verbunden ist, kann die Software die begrenzte Energie, die mit dem angenommenen Kurzschlussstrom verbunden ist, abrufen.

Es ist anzumerken, dass die meisten modularen Leistungsschalter über eine Begrenzungsfunktion verfügen, die es ermöglicht, Probleme mit thermischer Belastung in kleinen Rohrleitungen zu lösen, die am stärksten von Problemen mit thermischer Belastung betroffen sind.

Beispiel:

Meine Installation enthält einen Beleuchtungsstromkreis mit einem U1000R2V-3G2.5-Kabel, das durch einen 16 A-Leistungsschalter mit C-Kurve geschützt ist. Der maximale Kurzschlussstrom am Kabel beträgt 5,63 kA und die Auslösezeit des Schutzes 10 ms.

Die maximale Energie ist also : Ik² x t = 5.63²x0.01, d.h. 316.969 A²s
Die Wärmebeständigkeit meines Kabels ist: k² x S² = 138²x2.5², d.h. 119.025 A²s

Überprüfung: Ik² x t > k² x S² => Problem der thermischen Belastung des Kabels: Im Falle eines Kurzschlusses wird das Kabel beschädigt.

Fall der Sicherung :

Wenn ich den Unterbrecher durch eine 16 A gG-Sicherung ersetze, beträgt die Schmelzzeit 4.10-5s.
Die maximale Energie beträgt also : Ik² x t = 5.63²x0.00004, d.h. 1268 A²s
Es gibt also kein Problem mit der thermischen Belastung des Kabels.
In unserem Fall haben wir auch überprüft, dass es der maximale Kurzschlussstrom ist, der die maximale Energie ergibt.

Integration einer Leistungsschalterreferenz mit Begrenzung :

Ich habe nun eine Hardware-Referenz in meinen Schutz eingebaut. Die Software kann nun aus der vom Hersteller gelieferten Energiebegrenzungskurve die Restenergie für einen Stromkreisstrom von 5,63 kA ablesen:

In unserem Fall beträgt die Restenergie 8.389 A²s. Sie ist geringer als die thermische Belastbarkeit des Leiters. Wir haben also kein Problem mehr mit der thermischen Belastung des Kabels.

Berücksichtigung der Gleichstromkomponente: In den oben genannten Formeln haben wir angenommen, dass der Wert von Ik der Effektivwert der Wechselstromkomponente des angenommenen Fehlerstroms ist. Wenn wir genauer sein wollen, müssen wir die Gleichstromkomponente des Fehlerstroms berücksichtigen. Der Einfluss dieser Gleichstromkomponente ist vor allem dann spürbar, wenn der Fehlerpunkt in der Nähe der Quellen liegt. Er hängt von der Zeit der Fehlerbeseitigung und dem Wert des X/R-Verhältnisses des Stromkreises am Fehlerpunkt ab. In diesem Fall muss ein äquivalenter thermischer Strom berechnet werden, der in den Formeln
den Ik-Strom ersetzt.

elec calc™ berücksichtigt den Einfluss dieser Gleichstromkomponente, wenn die verwendete Norm dies vorschreibt.

Mehrere Quellen: Ein Fehler kann von mehreren Quellen gespeist werden, die jeweils zum Kurzschlussstrom beitragen. Die mit diesen verschiedenen Quellen verbundenen Schutzvorrichtungen reagieren möglicherweise nicht gleichzeitig auf den von ihnen erzeugten Kurzschlussstrom. Die genaue Berechnung der durchfließenden Energie muss daher eine chronologische Kumulation der von jeder Quelle erzeugten Energie beinhalten.

Dies wird von der Software elec calc™ durchgeführt, um dem tatsächlichen Phänomen so nahe wie möglich zu kommen.