Verlegearten von Leitungen und deren Absicherung

Aufgabenstellung:

Zuordnung von Leitungsschutzsicherungen die nach VDE 0636 (Prüfstrom I2) <1,45*In entsprechen.

Dabei sind folgende Unterpunkte zu beachten:

- Verlegearten von Leitungen
- Zuordnung der Verlegearten zu den entsprechenden Leitungsschutzschaltern.

Geschrieben von Alwin Fiedler, Klasse EHI 72 im November 1999

Allgemeine Einleitung:

Leitungen werden allgemein verlegt, um Strom von Punkt A zu Punkt B zu transportieren. Dabei ist je nach angeschlossenem Verbraucher der Strom durch die Zuleitung unterschiedlich groß. Die Leitungen müssen für maximal auftretenden Strom ausgelegt sein. Ein wesentliches Problem ist dabei der Widerstand der Leitung. Je größer dieser Widerstand ist, desto größer sind die Verluste, welche in Form von Wärme abgegeben werden. Eine Lösung dieses Problems zeichnet sich in der Verwendung von Supraleitern ab, diese funktionieren aber bisher lediglich unter Laborbedingungen und sollen nicht Gegenstand dieses Textes werden.

Solange Leitungen also einen Widerstand haben werden diese bei Stromfluß erwärmt. Diese Wärme hat zweierlei zur Folge:

- Der Widerstand der Leitung steigt mit zunehmender Erwärmung
- Die Leitung wird durch die Wärme zusätzlich belastet. Dies kann zur Zerstörung der Leitung führen.

Beide Folgen erhöhen die Verlustleistung und können zu erheblichen Problemen in der Umgebung führen. Daher ist es wichtig, die Leitungen entsprechend zu kühlen, Da jedoch Kühlorgane einen zu großen Aufwand für den erbrachten Nutzen bedeuten muss auf andere Verfahren zurückgegriffen werden, um eine Gefährdung für die Umwelt auszuschließen und die Leitungen vor der Zerstörung zu sichern. Auf die Realisierung dieser Lösungen sollen im Folgenden näher eingegangen werden.

Die einzelnen Verlegearten nach DIN VDE 0298

Die Erwärmung einer Leitung hängt im wesentlichen von der Belastung ab der die Leitung unterworfen wird. Um den Widerstand und somit die Belastung einer Leitung zu vermindern werden mit zunehmendem Strom die Leitungsquerschnitte erhöht, so dass die Verlustleistung sinkt und die Leitung geschont wird. Um eine Überlastung einer Leitung durch einen zu großen Strom zu vermeiden wird die Leitung durch einen Leitungsschutzschalter abgesichert. Dieser schaltet bei zu großem Strom ab und unterbricht somit den Stromfluß, so dass Schäden an der Leitung und eventuell Folgeschäden an angeschlossenen Geräten vermieden werden. Die Stärke des maximal zulässigen Gesamtstromes ist dabei nicht nur vom Querschnitt der Leitung sondern auch von der Art der Verlegung, also von der Umgebung der Leitung abhängig. Im ersten Teil soll nun näher auf die Verlegeart eingegangen werden.

Verlegearten von Kabeln und Leitungen:

Verlegeart A:

Diese teilt sich in zwei Unterpunkte auf. Die Verlegeart A1 ist die Verlegung von

Aderleitungen in Installationsrohr in wärmegedämmten Wänden. Es handelt sich dabei um einzelne Drähte in einem FBY oder ähnlichen Rohr.

Die Verlegeart A2 ist die Verlegung von Mantelleitungen wie z.B. NYM-Leitungen in Insallationsrohr wie z.B. FBY-Rohr in wärmegedämmten Wänden

Verlegeart B

Auch diese Verlegeart teilt sich in zwei Untergruppen auf. Die Verlegeart B1 ist dabei die Verlegung von einzelnen Drähten in einem Installationsrohr auf der Wand. Dazu zählt auch, wenn das Rohr durch z.B. Quickschellen einen minimalen Abstand zur Wand hat. Die Verlegeart B2 ist analog wie A2, d.h. Sie beschreibt die Verlegung von Mantelleitungen in Installationsrohr auf den Wänden.

Verlegeart C

Diese Verlegeart ist nicht unterteilt. Sie gibt die Verlegung von Mantel- oder Steg-Leitungen auf der Wand mit einem Abstand unter 0,3-fachem des Leitungsdurchmessers und einer Verlegung in der Wand an, wobei die Leitung vom Putz auf der Wand umgeben ist.

Verlegeart E

Diese Verlegeart gibt eine Verlegung in der Luft an. Dazu zählt alles, dessen Abstand größer als das 0,3-fache des Leitungsdurchmessers ist und nicht in eine andere Verlegeart fällt. Verlegt werden hier Mantelleitungen wie z.B. NYM-Leitungen

Verlegeart F

Auch dies ist eine Verlegung in der Luft. Wobei jedoch der Abstand der Leitung von der Wand größer b.z.w genauso groß ist wie der Leitungsdurchmesser. Der Unterschied zu Verlegeart E ist hierbei, dass es nicht eine einzelne Leitung ist, sondern das es sich hierbei um mehrere Leitungen handelt, welche ohne Abstand voneinander liegen.

Verlegeart G

Diese Verlegeart ist im wesentlichen wie Verlegeart F , jedoch liegen die Leitungen hier mit einem Abstand von mindestens dem Durchmesser der Leitungen zueinander.

Eine Tabelle mit den Verlegearten findet sich im Anhang zu diesem Text.

Die Art der Verlegung ist entscheidend für die Erwärmung der Leitung, da sie maßgeblichen Einfluss auf die Kühlmöglichkeiten der Leitung hat. So ist bei der Verlegeart A eine Wärmeabfuhr kaum möglich, da sich die Leitungen zumeist direkt im Isolationsstoff der Wände befinden und es in der Natur dieser Stoffe liegt, Wärme möglichst schlecht zu leiten.. Bei der Verlegeart B hingegen ist das Installationsrohr von Luft umgeben, so das ein Wärmeaustausch mit der Umgebung stattfinden kann. Hinderlich an der Kühlung der Leitung ist lediglich noch das Installationsrohr. Dieses entfällt allerdings in der Verlegeart C, so dass die Kühlung im Vergleich zu den vorherigen Verlegearten besser ausfällt. Den besten Kühleffekt hat man für einzelne Leitungen in der Verlegeart E, da hier die Luft als Kühlmedium die Leitung ungehindert umströmen kann. Wird mehr als eine Leitung parallel verlegt, so ist von der Kühlleistung her die Verlegeart G zu empfehlen, da sich die Leitungen hier in ihrer Erwärmung im Gegensatz zu Verlegeart F nicht gegenseitig beeinflussen. Allerdings spielen bei der Auswahl der Verlegearten nicht nur die Kühlaspekte eine Rolle sondern auch die anderen Anforderungen an die Leitung, so z.B. Umwelteinflüsse, mechanische Belastungen und nicht zuletzt die angeschlossenen Geräte. Zieht man die Verlegeart einer Leitung zur Dimensionierung heran, was sich zweifellos nicht vermeiden lässt, so muss man mit einer worst case Betrachtung rechnen, da sich die Belastung gleichmäßig auf die Leitung auswirkt. Sind also z.B. 10% der Leitung in Verlegeart A ausgeführt und der Rest in Verlegeart F, so muss man bei der Dimensionierung mit Verlegeart A rechnen, da hier die größten Belastungen an der Leitung auftreten. Ist dieser Teil der Leitung sicher genug dimensioniert, so ist der Rest der Leitung sicherlich ebenfalls gut genug geschützt.

Ü berblicküber die Sicherungsarten.

Eine eindeutige Zuordnung von Leitungsschutzschaltern zu den jeweiligen Verlegearten ist nicht möglich, da hierbei auch noch andere Aspekte zu berücksichtigen sind. Im wesentlichen hängt die Dimensionierung einer Leitung von dem vorgesehenen Einsatzzweck ab. Hier muss aus den Angaben der zu erbringenden Verbraucherleistung der benötigte Querschnitt der Leitung berechnet werden. Aus einer Tabelle ist dann zu entnehmen ob der Leitungsquerschnitt zu der Verlegeart passt. Sollte dies nicht der Fall sein so muss die Leitung größer dimensioniert werden.

Der maximal zulässige Gesamtstrom darf nicht überschritten werden. Damit dies gewährleistet ist muss die Leitung abgesichert sein. Steigt der Strom über den maximal zulässigen Wert so schaltet der Leitungsschutzschalter den Strom ab. Im einzelnen sollen hier Schmelzsicherungen nach VDE 0636 behandelt werden.

Unterteilung der Schmelzsicherungen

Die unterste Klasse der Schmelzsicherungen sind die Neozed-Sicherungen. Sie haben eine Wirkungsspanne bis 100 Ampere und einen Spannungsbereich bis 380 Volt Wechsel- und 250 Volt Gleichspannung. Ihre Größe ist in drei Klassen unterteilt. Die erste reicht bis 16 Ampere, die zweite reicht bis 63 Ampere und die dritte schließlich reicht bis 100 Ampere. Jede kleinere Sicherung lässt sich in die Fassung einer größeren einschrauben, jedoch keine größere in die Fassung einer kleineren.

Die zweite Klasse der Sicherungen ist die Diazed-Sicherung. Sie reicht bei einer Wechselspannung von 500 V bis 100 Ampere und bei Wechsel- b.z.w. Gleichspannung von 600 V bis 63 Ampere. Ihre Baugröße ist etwas größer als Neozed-Sicherungen, sie unterscheiden sich jedoch nicht in ihrem Aufbau.

Die dritte Klasse der Sicherungen sind die NH-Sicherungen. Ihre Stromfestigkeit reicht bis 1250 Ampere, ihr Spannungsbereich je nach Ausführung bis 500 V Wechsel, 660 V Wechsel- und 440 V Gleichspannung. Ihr Aufbau ist von den anderen Sicherungen verschieden. Auch braucht man zur Montage ein Spezialwerkzeug mit VDE-Zulassung. Außerdem darf der Wechsel der Sicherungen nur von geschultem Fachpersonal durchgeführt werden.

Auslösen der Schmelzsicherungen

Schmelzsicherungen reagieren nicht sofort auf ein überschreiten des Nennstromes. Eine Überschreitung des Nennstromes um 50% führt bei einer 16 A -Sicherung zu einer Abschaltzeit von 10 bis 100 Sekunden. Die unterschiedlichen Werte entstehen dabei durch Fertigungs- Toleranzen. Man sieht also, das man sich nicht blind auf den Schutz von Sicherungen verlassen sollte. Besonders extrem ist dabei die Auslösung von NH-Sicherungen. Diese können kurzzeitig bis zum 10-fachem des Nennstromes fließen lassen bis sie den Stromfluß unterbrechen. Dies kann bereits zu ernsthaften Schäden oder zu schweren Verletzungen führen. Die Auswahl der Sicherungsart sollte also auch von deren Auslösecharakteristika beeinflusst werden. Man kann dabei zwischen mehreren verschiedenen Charakteren wählen. Flinke Sicherungen reagieren schneller als träge. Man unterscheidet dabei fünf Klassen, von

Superflink (FF) über Flink (F) weiter zu Mittelträge (M) über Träge (T) bis hin zu superträge (TT). Die Auslöseeigenschaft muss je nach zu schützendem Objekt gewählt werden. So werden elektronische Schaltungen am ehesten mit FF-Charakter abgesichert, elektrische Motoren jedoch mit T bis hin zu TT-Charakter, da sonst die hohen Anlaufströme die Sicherung bereits zum Schmelzen brächten. Die Leitungsdimensionierung wird davon auch beeinflusst, jedoch wurde beim Anlegen der entsprechenden Nachschlagetabellen bereits berücksichtigt, so das ein überschreiten des Nennstromes innerhalb der Abschaltzeit ohne Folgen für die Leitung bleibt.

Eine Tabelle mit den Sicherungstypen ihrem Aufbau und deren Auslösekennlinien sind im Anhang aufgeführt.

Funktionsklassen

Die Funktionsklassen sind in zwei Arten unterteilt.

Funktionsklasse g: Sicherungen dieser Art sind Ganzbereichssicherungen. Sie können ihre Nennströme dauernd führen und sind in der Lage Ströme vom kleinsten Schmelzstrom bis zum Nennausschaltstrom zu schalten.

Funktionsklasse a: Sicherungen dieser Art werden als Teilberreichssicherungen bezeichnet. Sie sind in der Lage Nennströme dauerhaft zu führen und Ströme oberhalb eines bestimmten vielfachen ihres Nennstromes bis hin zu ihrem Nennausschaltstrom zu schalten.

Arten von Schutzobjekten

Sicherungen werden auch nach ihrem Schutzzweck unterteilt. Es wird dabei nach vier unterschiedlichen Kategorien unterteilt.

Klasse L: Einsatz zum Kabel und Leitungsschutz Klasse M: Einsatz im Schaltgeräteschutz Klasse R: Einsatz im Halbleiterschutz Klasse B: Bergbau und Anlagenschutz

Betriebsklassen

Anwendungen von Sicherungen werden auch nach Betriebsklassen unterschieden. Die Unterscheidung erfolgt dabei in fünf verschiedene Klassen:

Klasse gl.: Ganzbereichs Kabel- und Leiterschutz Klasse aM: Teilbereichs Schaltgeräteschutz Klasse aR Teilbereichs-Halbleiterschutz Klasse gR: Ganzbereichs-Halbleiterschutz Klasse gB: Ganzbereichs-Bergbauanlageschutz

Man sieht also, das die Unterteilung nach Betriebsklassen eine Zusammenfassung von Funktionsklassen und Arten von Schutzobjekten ist. Die Indizierung wurde dabei konsequent durchgeführt.

Eine Tabelle mit den Anwendungsbereichen findet sich im Anhang.

Verknüpfung von Leitungsschutzschaltern mit den Verlegearten Wie bereits oben angeführt nimmt die Verlegeart wesentlichen Einfluss auf die Absicherung der Leitung. So kann eine gut gegen Kühlung isolierte Leitung nicht so hoch mit Strom belastbar wie eine Leitung die optimal gekühlt wird. Je schlechter die Wärmeabfuhr einer Leitung ist, desto geringer muss dieselbe Leitung abgesichert sein. Der sich errechnende Wert stimmt naturgemäß nicht immer mit einer tatsächlichen Absicherungsstärke überein. Daher wird bei der Sicherung der nächst erreichbare Wert der Sicherungen übernommen. Daher ist man immer im sicheren Bereich. Zusätzlich ist die Anzahl der belastenden Adern von Wichtigkeit. Eine Leitung mit z.B. Drei belasteten Adern hat eine höhere Wärmeentwicklung als eine Leitung mit nur zwei belasteten Adern. Die Höhe der Absicherung sinkt also mit zunehmender Zahl der belasteten Adern.

Die Leitungsschutzschalter sollen, wie es bereits der Name sagt, die Leitung vor zu großen Strömen und somit vor zu großer Belastung und daraus resultierenden Schäden zu schützen. Dabei wird die Sicherung den erforderlichen Strömen angepasst. Sind z.B. Ströme von min.

30 Ampere erforderlich so muss die Sicherung diese Ströme problemlos dauerhaft leiten können. Es muss also eine Sicherung mit einem Nennstrom von 32 Ampere gewählt werden, da dieses der nächstliegende Normwert und somit garantiert ist, dass ständig ein Strom von

30 Ampere fließen kann ohne das System zu überlasten. Der diesem Strom zugehörige Leitungsquerschnitt kann in Verbindung mit der Verlegeart nun aus einer Tabelle entnommen werden. Wichtig hierbei ist allerdings, das man eher über- als unterdimensioniert. Im Zweifelsfall also eher den höheren Leitungsquerschnitt wählen, da somit die Belastung gering gehalten werden kann und mögliche Risiken von Schäden durch Überlastung einer kleineren Leitung minimiert werden. Schließlich können die Leitungen zerstört und dadurch in Folge weitere Schäden entstehen und auch Menschen gefährdet werden.

Man hat also bei der Auswahl der Leitung zu der passenden Sicherung auf die Verlegeart zu achten. Dadurch können sich aber auch Alternativen ergeben. So kann es z.B. günstiger sein eine Leitung in einer eigens montierten Trasse zu verlegen als sie durch eine isolierte Leichtbauwand zu verlegen, da man bei einer offenen Verlegung bessere Kühlwerte erreicht und somit vielleicht auf einen kleineren Querschnitt zurückgreifen kann. Dies ist besonders der Fall wenn mehrere Leitungen auf derselben Strecke verlegt werden sollen. Jedoch spielen hierbei auch andere Gesichtspunkte wie Witterungseinflüsse, mechanische Belastung und auch optische Eindrücke eine Rolle. Und nicht zuletzt ist der Kunde mit seinen Wünschen auch zu berücksichtigen.

Abschließend kann man also sagen das man immer zu der sicheren Seite kalkulieren sollte und dabei keinen Faktor auslassen darf. Die Verlegung muss weiterhin der zugelassenen Norm entsprechen und sollte auf größtmögliche Sicherheit zielen. So sollte man z.B. die Leitungen nicht an Stellen verlegen wo mit großer Wahrscheinlichkeit noch Bohrarbeiten durchgeführt werden sollen, desgleichen verbieten sich heiße Rohre, weil dadurch die Isolierung auf Dauer geschädigt wird und dann nicht mehr optimal funktionieren kann. Auf einen längeren Zeitraum betrachtet kann die Isolierung zerstört werden, worauf die Leitung oftmals kostspielig ausgetauscht werden muss. Zusätzlich besteht dann noch die Möglichkeit der Gefährdung von Personen oder anderen Lebewesen.

Eine Tabelle mit den Verlegearten und der zugehörigen Strombelastbarkeit findet sich im Anhang.