Dipl.-Ing. Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT ... · © ABB STOTZ-KONTAKT GmbH August 2013 |...
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6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 1 6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 1
Dipl.-Ing. Bernd Siedelhofer, ABB STOTZ-KONTAKT, Heidelberg, 09-2013
Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungenbei Oberschwingungsströmen
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Übersicht
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
Bernd Siedelhofer 06221 / 701-592
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
bisher:
VDE 0100-430 Überwachung des Neutralleiters
VDE 0298-4 Anwendung von Korrekturfaktoren
neu erschienen ist im Oktober 2012:
DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in
3-phasigen Verteilungsstromkreisen beiLastströmen mit Oberschwingungsanteilen
DIN VDE 0100-520 Beiblatt 3Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in
3-phasigen Verteilungsstromkreisen beiLastströmen mit Oberschwingungsanteilen
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Ursachen für Oberschwingungsströme
• besonders auffällig sind Geräte kleinerer Leistung, weil hier diezulässigen Grenzwerte großzügiger angesetzt sind als beihöheren Leistungen, z. B.
• bei Lampen ≤ 25W
• bei sonstigen Geräte < 75W (keine Grenzwerte einfacheSchaltungsarten hohe Stromverzerrungen)
hier macht´s dann die Vielzahl der angeschlossenenGeräte, die von einem gemeinsamen Verteilungs-stromkreis versorgt werden
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
9-W-Kompaktsparlampe
Stro
mS
pann
ung
Quelle: „Dirty Power“ - Oberschwingungen durch nichtlineare VerbraucherDipl.-Ing. (FH) Günter Höck, GMC-I Gossen-Metrawatt GmbHQuelle: „Dirty Power“ - Oberschwingungen durch nichtlineare VerbraucherDipl.-Ing. (FH) Günter Höck, GMC-I Gossen-Metrawatt GmbH
Kompakt-Energiesparlampemit ElektronischemVorschaltgerät (EVG):• extrem verzerrte Stromkurven-
form mit hohen relativenOberschwingungsamplitudenbis in den kHz-Bereich
• Grundschwingungsstromnur ca. 40mAeff,
• Gesamtstrom aber ca. 70mAeff
• Spitzenwert über 300mAS(entspricht CrestfaktorCFI = 300/70 = 4,3)
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Veranlassung
bereits in der Vergangenheit wurde in verschiedenenRegelwerken darauf hingewiesen, dass bei der Festlegungvon Leiterquerschnitten bzw. bei der Ermittlung vonStrombelastbarkeitswerten eine eventuelle zusätzlicheBelastung des Neutralleiters bei Oberschwingungen zuberücksichtigen ist
aber: Was ist genau zu tun???
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Sachlage:
die bisher üblicherweise genutzte Vorgehensweise nach DINVDE 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 Außenleiterführt einen niedrigeren Strom
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Sachlage:
a) verursachen elektrische (elektronische) VerbrauchsmittelOberschwingungsanteile im Laststrom, und
b) sind diese Verbrauchsmittel 1-phasig auf mehrereAußenleiter verteilt,
dann werden sich diese Oberschwingungsströme selbst beisymmetrischer Lastverteilung auf die Außenleiter imNeutralleiter des vorgelagerten Verteilungsstromkreises (3-phasig) nicht kompensieren – wenn sie eine bestimmteOrdnungszahl haben (durch 3 teilbar)
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
symmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit linearen Lasten
unsymmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit linearen Lasten
symmetrische Belastungder 3 Außenleiter einesVerteilungsstromkreisesmit nichtlinearen Lasten
die Strombelastbarkeitswerte in VDE 0298-4für 3 belastete Adern gelten
Strombelastbarkeitswertefür 3 belastete Adern
müssen reduziert werden
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Sachlage:
in DIN VDE 0298-4 gab es bereits in der Ausgabe von 1998 denHinweis
In einem Drehstromkreis wird symmetrische Belastung angenommen.
Wenn darüber hinaus der Neutralleiter belastet wird, ohne dass dieAußenleiter entsprechend entlastet werden, muss der Neutralleiter beider Festlegung der Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung mitberücksichtigt werden.
Solche Ströme im Neutralleiter können beispielsweise durch einenausgeprägten Oberschwingungsstrom in Drehstromkreisen verursachtwerden.
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Sachlage:
in DIN VDE 0298-4 Ausgabe 2003 wurde dann ein informativerAnhang B dazu aufgenommen mit der Angabe vonReduktionsfaktoren:
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• Anteil der Oberschwingungsströme am Laststrom ≤ 15 %• kein vergrößerter Neutralleiterquerschnitt empfohlen
(Neutralleiterbelastung von höchstens 45 % des Außenleiterstroms, Zunahme derVerlustwärme im gesamten Kabel/in der gesamten Leitung um 6 % gegenüber derNennbelastbarkeit)
• 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
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• 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
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
Auswahl und Errichtung von Kabeln und Leitungen
Cu, 4 … 300mm²
Al, 25 … 300mm²
alle Verlegearten
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
3 Bereiche derOberschw.-anteile
IZ = 24A, wenn Ober-schwingungsanteil 0…15%
Werte gerechnetfür 60%
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
… aber:
Wie kommt man an die Oberschwingungsanteile?
Beiblatt 3 zu VDE 0100-520 zeigt 2 Vorgehensweisen auf:
a) Abschätzung des Oberschwingungsanteils im Laststromanhand von typischen Messergebnissen (siehe Tabelle A.2)
alternativ:
b) Anwendung von Reduktionsfaktoren in Abhängigkeit des AnteilsOberschwingungen verursachender Verbrauchsmittel (sieheTabelle 2)
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• 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 Leistungs-aufnahme
Last-strom
Verzerrungs-strom
Außen-leiter-strom
Verzerrungsstromje
Außenleiterim
NeutralleiterW A mA A A A
KLL 58Wpar. komp. 96 62 0,3 67 9,6 2,14 6,43
PC 1) 48 85 0,48 270 7,68 4,32 12,96Bildschirm 1) 48 32 0,24 137 3,84 2,19 6,58Kopierer 1) 6 103 0,61 144 1,22 0,29 0,86FAX 1) 6 22 0,17 83 0,34 0,17 0,5
gesamt 22,7 27,33
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• 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
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 vonweiteren Verbrauchsmitteln und irgendwelchen Reservefaktoren):
4mm² ohne Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung
6mm² mit Berücksichtigung der zus. Neutralleiterbelastung
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• 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
alternative Vorgehensweisefür eine (grobe) Abschätzung:
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
(a) Verhältnis der Summe der Leistungaller Oberschwingungenverursachenden Verbraucher, diedurch die betrachtete Verteilungversorgt werden, zur Gesamtleistungaller durch die Verteilung versorgtenVerbrauchsmittel
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 100-520 Beiblatt 3
• 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
Anteil derLeistung(a)
in %
Umrechnungs-faktor
(für Verteiler-stromkreise)
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
• mehr als 75% der Verbrauchsgeräte, die durch die Verteilungversorgt 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 vonmind. 34,9A auszulegen
• nach VDE 0298-4, Tabelle A.1 (TU=25°C) mit Verlegeart B2und 3 belasteten Adern ist jetzt ebenfalls ein Leiterquerschnittvon mind. 6 mm² erforderlich
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520
die Auswahl und die Errichtung von Kabel- und Leitungen fürNiederspannungsanlagen erfolgt grundsätzlich nach DIN VDE 0100-520
Ergebnis internationaler Normenarbeit:
IEC 60364-5-52:2009IEC 60364-5-52:2009
Modifikationen beiCENELEC
Modifikationen beiCENELECplus
HD 60364-5-52:2011HD 60364-5-52:2011
plus nationale Zusätze fürDE (grau)
nationale Zusätze fürDE (grau)
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520
Ergebnis internationaler Normenarbeit
aber: Abschnitt 523 wird (wie bisher) in Deutschland eigenständig alsDIN VDE 0298-4 veröffentlicht
entgegenstehende nationale Normen (DIN VDE 0100-520:2003-06 undDIN 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 befindlichenAnlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestelltwerden
6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 23© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 23
Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520
wesentliche Änderungen:
der Abschnitt 521 „Arten von Kabel- und Leitungsanlagen“ wurdeneu strukturiert (viele nationale Regelungen - „Grauschattierungen“)
kleinere Änderungen im Hinblick auf Schienenverteiler undStromschienensysteme (521.4)
Anforderungen an die Auswahl und Errichtung von elektrischenBetriebsmitteln (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 Spannungsfallszwischen Hauseinführung und Verbrauchsmittel (525)
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Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520
wesentliche Änderungen:
kleinere Änderungen bezüglich elektrischer Verbindungen einschl.zusätzlicher Ausnahmen für die Prüfung von Verbindungen undzusätzliche Anmerkungen
zusätzliche Anforderungen im Hinblick auf Näherungen unterirdischerStarkstromkabel und Fernmeldekabel
kleinere Änderungen bezüglich Auswahl und Errichtung von Kabel-und Leitungsanlagen in Bezug auf Instandhaltung einschließlichReinigung
Tabelle mit Übersicht der Verlegearten zukünftig nur noch inVDE 0298-4
6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 25© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 25
Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0100-520
Spannungsfall (Empfehlung)
zwischen Übergabestelle (Hausanschluss) und Anschlusspunkt für einVerbrauchsmittel sollten folgende Werte nicht überschritten werden:
versorgt aus … Beleuchtung andere el.Verbrauchsmittel
A öffentlichemVerteilungsnetz 3 % 5 %
B privatemVerteilungsnetz 6 % 8 %
• im Fall B sollten für Endstromkreise die Werte von A eingehalten werden• Anhang G enthält eine Berechnungsgrundlage
6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 26© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 26
Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0298-4
Veröffentlichung gemeinsam mit DIN VDE 0100-520 im Juni 2013
Übernahme von Abschnitt 523 von VDE 0100-520 in Deutschland alseigenständige 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 befindlichenAnlagen können noch auf bisheriger Normengrundlage fertiggestelltwerden
6. Rheinsberger Fachtagung "Arbeitssicherheit in der Energieversorgung„ 09/2013© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 27© ABB STOTZ-KONTAKT GmbHAugust 2013 | Slide 27
Auswahl und Errichtung von Kabeln und LeitungenDIN VDE 0298-4
wesentliche Hinweise und Änderungen
Belastbarkeitsangaben für isolierte Starkstromleitungen wurden ausdem aktuellen HD 60364-5-52 übernommen
Referenzverlegeart D1 „Verlegung im Elektro-Installationsrohr oder ineinem Kabelschacht im Erdreich“ wurde aus dem aktuellen HD 60364-5-52 als Verlegeart D übernommen - direkte Verlegung im Erdreich(„D2“) ist weiterhin in den zugehörigen Kabelbauarten festgelegt
die Übersicht der Kabel- und Leitungsbauarten wurde aktualisiert undan die EN 50525 (VDE 0285-525) angepasst
Strombelastbarkeitswerte für große Nennquerschnitte (≥ 150mm² beiVerlegart B1 und B2) wurden gemäß HD 60364-5-52 ergänzt
kleine Änderungen bzgl. der Leiterdimensionierung beiOberschwingungen
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Danke für Ihre Aufmerksamkeit
Noch Fragen ??
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