Schutz bei Kurzschluss (DIN VDE 430)

Bei folgendem Text handelt es sich um sicherheitskritische Berechnungen und Auslegungen der Norm. Die Texte dienen der Prüfungsvorbereitung und spiegeln die Ansicht des Autors wider. Vor Anwendung in der Praxis ist die Norm im Original zu studieren und mit den Gegebenheiten vor Ort abzugleichen. Für Folgen aus falsch dimensionierten Leitungen (Brand, Stromschlag) haftet der Errichter der Anlage! 

Bei der Auswahl und Dimensionierung von Leitungen und Kabel ist der ausschließliche Schutz bei Kurzschluss von untergeordneter Bedeutung, da in der Regel die möglichen Betriebsströme schon einen höheren Querschnitt erfordern.

In Situationen, bei denen keine Betriebsströme über die Leitung fließen, wie das zum Beispiel bei der Stichverdrahtung von Überspannungsschutz der Fall ist, muss die Leitung nur ausschließlich gegen Kurzschlüsse geschützt werden.

Die Schaltgerätehersteller geben für ihre Sicherungen, Leitungsschutzschalter und dergleichen die maximale Durchlassenergie (I²t) an. Das bedeutet, dass maximal diese Energie durch Stromfluss zustande kommt und die Leitung erwärmen kann, bevor abgeschaltet wird.

Anmerkung: Schaltgeräte haben ein maximales Schaltvermögen, also Ströme, die sie abschalten können, bevor das Schaltgerät Schaden nimmt oder gar nicht mehr abgeschaltet wird. Folgende Mindestwerte gelten für Schaltgeräte:

  • Endstromkreise (Einbau in Unterverteilungen): 6 kA
  • nach dem Zähler (Einbau in Hauptverteilungen): 10 kA
  • vor dem Zähler: 25 kA

Es muss sichergestellt sein, dass keine höheren Ströme fließen können, wofür in der Regel der Widerstand der Leitung schon sorgt.

Kurzschluss.svg

Der Querschnitt lässt sich dann mit folgender Formel berechnen:

Kurzschluss0000.svg

I²t ist die Durchlassenergie

k ist eine Materialkonstante der Leitung und findet sich in Tabelle 43A in der DIN VDE 0100-430. Bei einer normalen Mantelleitung findet man den Wert unter: PVC, Leiterquerschnitt < 300 mm², Anfangstemperatur 70 °C, zulässige Endtemperatur 160 °C, Leitermaterial Kupfer: k = 115 (bei abweichenden Bedingungen aus den entsprechenden Zeilen und Spalten auswählen)

A ist der Leiterquerschnitt (alternativ auch mit S oder q bezeichnet)

Als Beispiel wollen wir den Leiterquerschnitt berechnen von einem Betriebsmittel, das nur gegen Kurzschluss geschützt werden muss und vor dessen Stromkreis ein B40 Leitungsschutzschalter die Leitung schützt.

Die Werte für die Durchlassenergie findet man im Datenblatt des Leitungsschutzschalters. Dort findet man obiges Diagramm. Wir haben einen Leitungsschutzschalter mit einem Abschaltvermögen von 6 kA, es muss sichergestellt werden, dass dieser Kurzschlussstrom nicht überschritten werden kann. Zu 6 kA finden wir den Wert von etwa 30 kA²s. Unsere Materialkonstante hatten wir bereits aus der Tabelle ausgewählt mit k = 115. Wir stellen die Formel nach A um:

Kurzschluss0001.svg

und setzen ein:

Kurzschluss0002.svg

Jeder, der ein Gefühl für Leitungsverlegung hat, sieht schnell, warum dieser Wert des Leiterquerschnitts von 1,5 mm² von „Schutz gegen Kurzschluss“ bei 40 A Absicherung für Leitungen, die Betriebsströme führen können müssen, keine Rolle spielt. Denn der Querschnitt bei Leitungen, die Betriebsströme von 40 A führen müssen, ist bedeutend höher.

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