Mittelspannungs-Schaltanlagen aus Sicht der neuen Norm · Mittelspannungs-Schaltanlagen aus Sicht...
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Mittelspannungs-Schaltanlagen
aus Sicht der neuen Norm
IIEECC 6622227711--220000 // VVDDEE 00667711 TTeeiill 220000
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Warum eine neue Norm?
IEC 62271-200 / VDE 0671 Teil 200
Die Norm IEC 62271-200 "Hochspannungs-Schaltgeräte und Schaltanlagen - Teil 200:
Metallgekapselte Wechselstrom-Schaltanlagen für Bemessungs-Spannungen über 1 kV bis
einschließlich 52 kV wurde im November 2003 herausgegeben. Diese internationale Norm
ist eine Weiterentwicklung der bisherigen, im Jahr 1990 herausgegebenen Norm IEC 60298,
in der gasisolierte Schaltanlagen nur unzureichend berücksichtigt waren. Ein Ziel der Neu-
ausgabe war es, den Schwerpunkt mehr auf die funktionellen als auf die konstruktiven und
baulichen Merkmale zu richten und Begriffe wie z.B „metallgeschottet", „geschottet" und
„teilgeschottet" zu vermeiden, die sich bereits in nordamerikanischen Normen (ANSI) befinden
und die immer zu Verwirrung führen, da die Definitionen in beiden Normen unterschiedlich
sind. Parallel zu der Überarbeitung der Norm entschied sich das Technische Komitee TC 17
der IEC dazu, alle sich auf Hochspannungs-Schaltanlagen beziehende Normen unter der
Hauptnummer 62271 neu zu nummerieren. Wie bei der IEC üblich, wurde die Norm, im Ge-
gensatz zu den europäischen Normen (EN), ohne Übergangsfrist herausgegeben.
Der Siegeszug des Vakuumlöschprinzips unddessen Einsatz in wartungsarmen Leistungs-schaltern ermöglichte unter anderem erst dieEntwicklung gasisolierter Schaltanlagen mitfest eingebauten Schaltgeräten. Die beidenneuen Technologien, gasisolierte Schaltanlagenund Vakuumleistungsschalter, wurden in derIEC 60298 nur unzureichend berücksichtigt.
Dem allgemeinen Trend der Normung folgendwurde eine Harmonisierung mit den amerika-nischen Normen ANSI/IEEE angestrebt.
Zum Ende der 90er Jahre begannen die zu-ständigen IEC-Gremien mit der Überarbeitungder Schaltanlagennorm, die schließlich alsIEC 2271-200 veröffentlicht wurde und imNovember 2003 in Kraft trat. Gleichzeitigwurde die alte IEC 60298 ohne Übergangsfristzurückgezogen. Danach erfolgte die Verab-schiedung der IEC 62271-200 als EuropanormEN 62271-200 und daraus resultierte diedeutsche Norm VDE 0671 Teil 200.Nach einer Übergangsfrist von drei Jahren,die zum 1. Februar 2007 endete, sind dieseNormen uneingeschränkt gültig und ersetzendie EN 0298 bzw. VDE 0670 Teil 6 vollumfäng-lich.
Sämtliche Normen für die Mittelspannungwerden zukünftig in der Kategorie 62271-erscheinen. So wurde in ähnlicher Weise ausIEC 60056 die IEC 62271-200.
IIEECC(International Electrotechnical Commission)Gültig ab 1. November 2003 als EC 62271-200.(Die alte IEC 60298 wurde ohne Übergangs-frist zurückgezogen!)
CCEENNEELLEECC(Comité Européen de NormalisationElectrotechnique) Gültig ab 01.02.2004 als europäische NormEN 62271-200. (Es galt eine dreijährige Über-gangsfrist, die am 01.2.2007 endete.)
VVDDEE(Verband der Elektrotechnik ElektronikInformationstechnik e.V.)Gültig ab 01.11.2004 in Deutschland alsVDE 0671 Teil 200. (Es galt eine dreijährigeÜbergangsfrist, die am 01.2.2007 endete.)
Die neue Norm.
Diese Norm wurde von
Grund auf überarbeitet,
um sie an den technischen
Stand von Hochspannungs-
Schaltanlagen bis 52 kV
anzupassen. Die wesentli-
chen Änderungen sind:
Neue Begriffe, Anlagen-
klassen, Einführung einer
Störlichtbogenqualifikation
IAC und die zugehörigen
Prüfungen.
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Der Blick zurück auf die „alte“ Norm
IEC 60298 / VDE 0670 Teil 6
Die IEC 60298 / VDE 0670 Teil 6 war Jahrzehnte lang das Maß aller Dinge, wenn es um
Typprüfungen für metallgekapselte Schaltanlagen ging. Auf Basis dieses Standards
befinden sich weltweit mehrere zehntausend Schaltfelder von ABB mit hervorragenden
Betriebserfahrungen im Einsatz, die nach dem Pflichtteil der Norm sowie der optionalen
Prüfung bei innerem Fehler (Störlichtbogen) typgeprüft sind.
Um eine Schaltanlage als typgeprüft bezeich-nen zu dürfen, war das erfolgreiche Bestehender folgenden Prüfungen obligatorisch:
Dielektrische Prüfungzum Nachweis des Isolationspegels der Schalt-anlage. Prüfung der•Bemessungs-Blitzstoßspannung•Bemessungs-Kurzzeit-Wechselspannung.
Stoß- undKurzzeitstromprüfungenzum Nachweis der thermischen und dynami-schen Stromtragfähigkeit der Haupt- undErdstrombahn.
Schaltleistungsprüfungzum Nachweis des Ein- und Ausschaltvermö-gens der eingebauten Schaltgeräte.
Erwärmungsprüfungenzum Nachweis der Stromtragfähigkeit beiBemessungs-Betriebsströmen.
Mechanische Funktionsprüfungzum Nachweis der mechanischen Funktionenund der Verriegelungen.
Druck- und Festigkeitsprüfungenzum Nachweis der Druckfestigkeit und Gas-dichtigkeit (bei gasisolierten Schaltanlagen).
Schutzartprüfungenzum Nachweis des Berührungs- undFremdkörperschutzes.
StörlichtbogenschutzDarüber hinaus bestand die Möglichkeit, Schalt-anlagen auf Störlichtbogenfestigkeit und Perso-nenschutz zu prüfen. Die Prüfung bei inneremFehler (Störlichtbogen) war freiwillig undkonnte zwischen Hersteller und Betreibervereinbart werden. Für die Beurteilung derPrüfungen wurden sechs Kriterien herangezo-gen.
SchottungsartenUm den Zugang zu einzelnen Bauteilen inner-halb der Schaltanlage, z.B. bei Wartungsarbeitenan Leistungsschaltern ohne Freischalten derSammelschiene, zu gewährleisten, unterschieddie IEC 60298, hinsichtlich des Berührungs-schutzes, drei verschiedene Schottungsarten:•Metallschottung
Unterteilung des Schaltfeldes in unterschied-liche (z.B. vier) Räume:- Sammelschienenraum- Schaltgeräteraum- Kabelanschlussraum- NiederspannungsschrankSchottwandmaterial zwischen den einzelnenSchotträumen aus Stahlblech, Material für Blenden/Shutter aus Stahlblech oder Kunst-stoff.
•Schottung
Unterteilung des Schaltfeldes wie bei Metall-schottung, Schottwandmaterial zwischen den einzelnen Räumen aber aus Kunststoff.
•Teilschottung
Alle anderen Bauformen, die nicht den obengenannten Merkmalen der metallgeschottetenoder geschotteten Ausführungen entsprechen.
IEC 62271-200
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Neue Anforderungen an Schaltanlagen
Die IEC 62271-200 / VDE 0671 Teil 200 im Überblick
Geänderte dielektrische
Prüffolge
Gemäß IEC 60298 wurden bei der Prüfungmit Bemessungs-Blitzstoßspannung 15 Spann-ungsstöße in einer Serie durchgeführt, wobeizwei Durchschläge zulässig waren.
Gemäß der neuen Norm sind ebenfalls15 Spannungsstöße in einer Serie durchzu-führen, wobei weiterhin zwei Durchschlägezulässig sind. Allerdings müssen nach einemerfolgten Durchschlag mindestens 5 Span-nungsstöße ohne Durchschlag folgen. DiePrüfserie muss erweitert werden, wenn derDurchschlag in einem der letzten 5 aus einerReihe von 15 Impulsen auftritt. Dies kann zu einem Höchstwert von 25 Impulsen jeSerie führen, wobei weiterhin höchstenszwei Durchschläge zulässig sind.
Mit dieser Prüfabfolge soll sichergestellt wer-den, dass alle Durchschläge ausschließlich inselbstheilender Isolation erfolgen. Nach alterNorm wurde dies durch optische Begutach-tung überprüft. Dies kann nun entfallen.
Konkretisierung der Prüfbe-
dingungen für die Schaltgeräte
(Ein- und Ausschaltvermögen)
Schaltgeräte in der Hauptstrombahn undErdungsschalter sind zum Nachweis ihresBemessungs-Ein- und Ausschaltvermögensso zu prüfen wie diese üblicherweise in diemetallgekapselte Schaltanlage, mit allen zu-gehörigen Bauteilen, eingebaut sind. Dies solleventuelle Einflüsse der Kapselung auf dasSchaltverhalten berücksichtigen. ObwohlVakuumschalter in dieser Hinsicht keinenennenswerte Beeinflussung erfahren, wardiese Prüfanordnung bei gasisoliertenSchaltanlagen schon seit ihrer Einführunggängige Praxis.
Vakuum-Schaltkammer
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Klassen von Schaltanlagen hinsichtlich Merkmale
der Art der Trennwand zwischen unter
Spannung stehenden Teilen und einem
geöffneten zugänglichen Schottraum
PM Metallische Shutter und Zwischenwändezwischen unter Spannung stehenden Teilenund geöffnetem Schottraum (Aufrecht-erhaltung des metallgekapselten Zustandes)
PI Isolierstoffbedeckte Diskontinuität in metal-lischen Zwischenwänden/Shuttern zwischenunter Spannung stehenden Teilen und geöff-netem Schottraum
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Einführung neuer Schottungsklassen
Hinsichtlich der Art der Trennwände und Shutter zwischen unter Spannung stehenden Teilenund einem geöffneten Schottraum werden zwei Klassen von Schottung (siehe auch Tabelle 1)unterschieden:•Klasse PM (partition of metal) und•Klasse PI (partition of insulating material)
GasisolierteSchotträume sindbetriebsmäßig nichtzu öffnen und habendamit keine LSC-Klassifizierung
Tabelle 1
Metallische, berührungs-
sichere Oberflächen ent-
sprechen der Klasse PM
ZX2
IEC 62271-200
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Arten von Schotträumen hinsichtlich deren Zugänglichkeit
Darüber hinaus wurden verschiedene Arten von Schotträumen hinsichtlich der Zugänglichkeitfestgelegt. Die unterschiedlichen Arten der Zugänglichkeit eines Schottraumes und derenMerkmale sind detailliert in Tabelle 2 beschrieben.
Tabelle 2
Funktionsräume
sind gegeneinander
geschottet.
Die Hochspannungs-
räume sind in der
gasisolierten Technik
ausgeführt gemäß
EN 60694 bzw.
EN 62271-1 als herme-
tisch abgeschlossene
Drucksysteme.
Das sind Volumina,
die während der erwar-
teten Lebensdauer
keiner weiteren Gas-
oder Vakuumbehandlung
bedürfen.
Arten von Schotträumen hinsichtlich der Zugänglichkeit Merkmale
Für den Betreiber Verriegelungsgesteuert Zum Öffnen sind keine Werkzeuge zugängliche Schotträume zugänglicher Schottraum: erforderlich. Verriegelung gestattet
Zum Öffnen beim normalen den Zugang nur, wenn Hochspan-Betrieb und bei normaler nungsteile spannungsfrei undInstandhaltung vorgesehen. geerdet sind.
Verfahrensabhängig Zum Öffnen sind keine Werkzeugezugänglicher Schottraum: erforderlich.Zum Öffnen beim normalen Vorkehrungen für die VerriegelungBetrieb und bei normaler sind mit den ArbeitsanweisungenInstandhaltung vorgesehen. des Betreibers zu kombinieren,
um den Zugang nur zuzulassen,wenn Hochspannungsteile span-nungsfrei und geerdet sind.
Schotträume mit Werkzeugabhängig Zum Öffnen sind WerkzeugeZugänglichkeit nur zugänglicher Schottraum: erforderlich.für besondere Fälle Öffnen vom Betreiber mög- Keine festgelegten Vorkehrungen
lich. Ist jedoch nicht für zur Beschreibung des Zugangs-den normalen Betrieb und verfahrens.die normale Instandhaltungvorgesehen. Besondere Maßnahmen können
erforderlich sein, um die Funktionder Anlage während des Zugangsaufrechtzuerhalten.
Nicht zugänglicher Das Öffnen ist durch den Öffnungsvorgang zerstörtSchottraum Betreiber nicht möglich den Schottraum oder deutlicher
(nicht zum Öffnen vorgese- Hinweis an den Betreiber.hen). Zugänglichkeit ist nicht von
Bedeutung.
Dieses entspricht den gas-
isolierten Schotträumen von
gasisolierten Schaltanlagen
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Tabelle 3
Kategorien von Schaltanlagen: Merkmale
Betriebsverfügbarkeit
beim Öffnen zugäng-
licher Schotträume
LSC1 Andere Schaltfelder oder einigedieser Schaltfelder müssen abge-schaltet werden
LSC2 LSC2A Andere Schaltfelder können unterSpannung stehen
LSC2B Andere Schaltfelder und alleKabel-Schotträume können unter Spannung stehen
Kategorie der Betriebsverfügbarkeit LSC eingeführt
(LSC = Loss of service continuity)
Die unterschiedlichen LSC Kategorien beschreiben die Möglichkeit andere Schotträume und/oder Schaltfelder unter Spannung zu halten, während ein Schottraum einer Hauptstrombahngeöffnet wird. Demnach erfolgt die Zuordnung nicht mehr über die konstruktive Beschreibung (Metallschot-tung, Schottung oder Teilschottung), sondern über betreiberbezogene Kriterien der Betriebs-verfügbarkeit (LSC) gemäß Tabelle 3.Gasgefüllte Schotträume können nicht geöffnet werden, da sie dadurch die Funktionsfähigkeitverlieren. Das heißt, für nicht zugängliche Räume gibt es kein Kriterium für den Verlust derBetriebsverfügbarkeit.
Räume, die Kabel-
anschlüsse oder
Sicherungsbehälter
beinhalten, die komplett
berührungssicher oder
metallisch abgedeckt
sind, bieten die Klasse
LSC2B.
Beim notwendigen
Zugriff auf Kabel oder
Sicherungen ist es
selbstverständlich, dass
diese freizuschalten und
zu erden sind.
LuftisoliertesSchaltfeld mit einerBetriebsverfügbarkeitgemäß LSC 2B
Auswirkung der neuen Norm auf den Betreiber
ZS8.4
IEC 62271-200
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ZX1.2
ABB8
Störlichtbogenqualifikation IAC eingeführt
(IAC = internal arc classified)
Die Rahmenbedingungen für die Störlichtbogenprüfung werden durch die Norm definiert
und verbindlich vorgegeben (z.B. Zugänglichkeitsgrad, Art der Einspeisung, Zündort,
Raumnachbildung, Deckenhöhe, etc.). Außerdem müssen die folgenden fünf überarbeite-
ten Kriterien (diese entsprechen inhaltlich den sechs Kriterien der alten Norm) stets voll-
ständig erfüllt sein (Ausnahmen sind nicht zulässig):
Kriterium Nr. 1Ordnungsgemäß gesicherte Türen und Abde-ckungen öffnen sich nicht. Verformungen sindannehmbar, vorausgesetzt, dass an keinerStelle ein Teil die Indikatoren oder die Wändeerreicht.
Kriterium Nr. 2Innerhalb der festgelegten Prüfdauer darf dieKapselung nicht aufreißen.Das Wegschleudern kleiner Teile bis zu einemEinzelgewicht von 60 g wird akzeptiert.
Kriterium Nr. 3Es entstehen keine Löcher in den zugänglichenSeiten bis zu einer Höhe von 2 m durch Ein-wirkung des Störlichtbogens.
Kriterium Nr. 4Indikatoren werden nicht durch die Wirkungheißer Gase entzündet. Falls sich Indikatorendurch brennende Farbanstriche, Aufkleberoder glühende Partikel entzünden, sind diesevon der Bewertung auszuschließen
Kriterium Nr. 5Die Erdverbindung der Kapselung bleibt wirk-sam.
In der für unsere Mittelspannungs-Schaltanlagengültigen Störlichtbogenqualifikation stehen dieeinzelnen Kürzel für folgende Angaben:
IAC Internal Arc Classified
A Aufstellung der Schaltanlage in ab-geschlossenen elektrischen Betriebs-stätten mit Zugang für befugtes Perso-nal, Abstand der Indikatoren 300 mmvom Schaltfeld.
FLR Zugang von vorne (F - Front),von den Seiten (L - Lateral)und von hinten (R - Rear)
I Prüfstrom (in kA)
t Störlichtbogendauer (max. 1 s)
Die IAC Qualifikation ist gemäß Norm zwin-gender Bestandteil des Typenschildes aufjedem Schaltfeld (z.B. IAC AFL 31,5 kA 1 s).
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Für Betreiber von Schaltanlagen ergibt sich mit der neuen
Norm IEC 62271-200 / VDE 0671 Teil 200 folgende Situation:
Verweis auf ein Statement von CAPIEL*) zur Anwendung
der IEC 62271-200
1. Neue metallgekapselte Schaltanlagen müssen die IEC 62271-200 erfüllen.
2. Bereits vorhandene Schaltanlagen können weiter nach IEC 60298 betrieben werden. Es besteht Bestandsschutz für alle Schaltanlagen, die vor dem 1. Februar 2007 in Betrieb genommen wurden.
3. Erweiterungen bereits vorhandener Schaltanlagen mit Schaltfeldern des gleichen Schalt-anlagentyps belassen die gesamte Anlage auf dem Status einer Anlage nach IEC 60298unabhängig davon, welcher Norm die neuen Felder entsprechen.
Zusammenfassung:
Die LSC-Klassen beschreiben die Funktionen und die von der jeweiligen Konstruktion abhän-gigen Merkmale. Die LSC-Klassifikation stellt keine Rangordnung hinsichtlich der Betriebs-kontinuität von Mittelspannungs-Schaltanlagen dar. Neben den funktionalen und den konstruk-tiven Anforderungen müssen aber auch noch weitere Anforderungen, wie zum Beispiel dieUmweltbedingungen (Staub, Feuchtigkeit und Aufstellungshöhe) in Betracht gezogen werden.
Schaltanlagen, deren Typprüfungen nach der IEC 60298 erfolgt sind, bieten den gleichenSicherheitspegel wie Schaltanlagen, die nach den Anforderungen der IEC 62271-200 geprüftworden sind. Somit besteht vom Standpunkt der Sicherheit aus gesehen kein Grund, lediglichaus der Tatsache, dass die IEC 62271-200 veröffentlicht worden ist, solche Typprüfungen zuwiederholen. Alle Schaltanlagen unterliegen jedoch beim Hersteller einer fortlaufendenVerbesserung und das bedeutet bei wesentlichen Änderungen der Konstruktion, dass dieursprünglichen Typprüfungen wiederholt werden müssen. In solchen Fällen ist die Anwendungder IEC 62271-200 zwingend.
*) CAPIEL ist das koordinierende Komitee der Fachverbände der Schaltgerätehersteller in der Europäischen Union.
IEC 62271-200
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ABB Schaltanlagen aus Sicht der neuen Norm
Schaltanlagentyp Sammelschienen-system
Bemessungs-spannung (kV)
Kurzschluss-strom (kA) 3s
BemessungsstromSammelschiene (A)
BemessungsstromAbzweig (A)
ZX0 Block einfach 24 25 1250 1250
Kabelanschlußraum + Umgebung Sicherungsbehälter
ZX0 Einzel einfach 24 25 1250 1250
Kabelanschlußraum + Umgebung Sicherungsbehälter
ZX1.2 einfach 40,5 31,5 2500 2500
Kabelanschlußraum
ZX2 einfach 40,5 40 4000 2500
Kabelanschlußraum
ZX2 doppel 40,5 40 2500 2500
Kabelanschlußraum
Safe Ring einfach 12 20 630 63024/36 16
Safe Plus einfach 12 20 630/1250 63024/36 16
12 50 4000 4000UniGear Typ ZS1 einfach 17,5 40 4000 4000
24 25 2500 2500
UniGear Typ ZS1 12 31,5 4000 3150Doppelsammelschiene doppel 17,5 31,5 4000 3150
24 25 2500 2000
UniGear Typ ZS1 einfach 12 50 1600 1600Zweigeschossig 17,5 40
12 50 4000 4000UniGear Typ ZS1 doppel 17,5 40 4000 4000Duplex 24 25 2500 2500
UniGear Typ ZS einfach 7,2 50 4000 400ZVC
ZS8.4 einfach 12/24 25 1250 1250LSC 2A, PI
ZS8.4 einfach 12/24 25 1250 1250LSC 2A, PM
ZS8.4 - Duplex doppel 12/24 25 1250 1250LSC 2A, PM
ZS8.4 einfach 12/24 25 1250 1250LSC 2B, PM
gasisoliert luftisoliert
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Betriebs-verfügbarkeit
Schottungs-klasse
Störlichtbogen-qualifikation*
Geprüfte Druckentlastung inden Raum mit...
Geprüfte Druckentlastungnach Außen mit...
Keine Angabe Druckentlastung in den(nicht zugänglicher PM IAC A FL 25 kA, 1s Doppelboden oder nach hinten nicht anwendbar
Schottraum) in den Raum
LSC 2B
Keine Angabe Druckentlastung in den(nicht zugänglicher PM IAC A FL 25 kA, 1s Doppelboden oder nach hinten nicht anwendbar
Schottraum) in den Raum
LSC 2B
Keine Angabe(nicht zugänglicher PM IAC A FL 31,5 kA, 1s Plasmaabweiser nicht anwendbar
Schottraum) IAC A FLR 31,5 kA, 1s DE-Kanal und Absorber DE-Kanal
LSC 2B
Keine Angabe(nicht zugänglicher PM IAC A FLR 40 kA, 1s DE-Kanal und Absorber DE-Kanal
Schottraum)
LSC 2B
Keine Angabe(nicht zugänglicher PM IAC A FLR 40 kA, 1s DE-Kanal und Absorber DE-Kanal
Schottraum)
LSC 2B
Druckentlastung in denLSC 2B PM IAC A FL 20 kA, 1s Doppelboden oder nach hinten nicht anwendbar
IAC A FL 16 kA, 1s in den Raum
Druckentlastung in denLSC 2B PM IAC A FL 20 kA, 1s Doppelboden oder nach hinten nicht anwendbar
IAC A FL 16 kA, 1s in den Raum
LSC 2B IAC A FLR 50 kA, 0,5sLasttrennschalter- PM IAC A FLR 40 kA, 1s nicht anwendbar DE-Kanal
felder LSC2A IAC A FLR 25 kA, 1s
IAC A FLR 31,5 kA, 1sLSC 2B PM IAC A FLR 31,5 kA, 1s nicht anwendbar DE-Kanal
IAC A FLR 25 kA, 1s
LSC 2B PM IAC A FLR 50 kA, 0,5s nicht anwendbar DE-KanalIAC A FLR 40 kA, 1s
IAC A FLR 50 kA, 0,5sLSC 2B PM IAC A FLR 40 kA, 1s nicht anwendbar DE-Kanal
IAC A FLR 25 kA, 1s
LSC 2B PM IAC A FLR 50 kA, 0,5 nicht anwendbar DE-Kanal
LSC 2A PI IAC A FL 25 kA 1s Geräteschrank Feldhöhe 2100 DE-KanalIAC A FLR 25 kA 1s nicht anwendbar
LSC 2A PM IAC A FL 25 kA 1s Geräteschrank Feldhöhe 2100 DE-KanalIAC A FLR 25 kA 1s nicht anwendbar
LSC 2A PM IAC A FLR 25 kA 1s Geräteschrank Feldhöhe 2100 DE-Kanal
LSC 2B PM IAC A FL 25 kA 1s Geräteschrank Feldhöhe 2100 DE-KanalLasttrennschalter- IAC A FLR 25 kA 1s nicht anwendbar
felder LSC2A
IEC 62271-200
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