Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Schutzeinrichtungen und Leitungsdimensionierung

Schutzeinrichtungen und Leitungen in Betrieben bemessen: Auslösecharakteristik, Abschaltbedingung TN und TT, Kurzschlussschutz und Spannungsfall.

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Darum geht es

Schutzeinrichtungen müssen Leitungen gegen Überlast und Kurzschluss schützen und im Fehlerfall rechtzeitig abschalten. Leitungsschutzschalter haben Auslösecharakteristiken: B löst magnetisch beim drei- bis fünffachen Nennstrom aus, C beim fünf- bis zehnfachen, D beim zehn- bis zwanzigfachen. Motoren mit hohem Einschaltstrom brauchen deshalb oft C oder D.

Für den Fehlerschutz im TN-System muss die Schleifenimpedanz so klein sein, dass der Fehlerstrom das Schutzorgan in der geforderten Zeit auslöst. Für die Prüfung rechnest du den Abschaltstrom aus dem Nennstrom und dem oberen Wert der Charakteristik. Im TT-System ist die Erdungsschleife hochohmig, dort nutzt du eine RCD und prüfst, ob die Berührungsspannung unter $50 V$ bleibt.

Beim Kurzschluss erwärmt sich die Leitung in sehr kurzer Zeit stark. Die zulässige Kurzschlussdauer hängt vom Querschnitt, vom Kurzschlussstrom und vom Material ab. Der Materialbeiwert $k$ beträgt für Kupfer mit PVC-Isolierung 115. Schaltet das Schutzorgan schneller ab als diese Zeit, ist die Leitung geschützt.

Bei langen Leitungen in Werkhallen prüfst du außerdem den Spannungsfall. Er hängt von Länge, Strom, Querschnitt und Leistungsfaktor ab. Für die Auswahl der Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100-410 entscheidest du dich in der Regel für die automatische Abschaltung, ergänzt durch RCD und Schutzpotenzialausgleich.

Das solltest du dir merken

Auslösebereich B 3 bis 5, C 5 bis 10, D 10 bis 20 mal Nennstrom.
Für die Abschaltbedingung den oberen Wert des Auslösebereichs ansetzen.
Im TT-System gilt $R_{A} \cdot I_{Δ n} \leq 50 V$ .
Kupfer mit PVC-Isolierung hat den Materialbeiwert $k = 115$ .

Formeln

Abschaltbedingung TN-System: $Z_{S} \leq \frac{U _{0}}{I _{a}}$; $Z_{S}$ Schleifenimpedanz in Ω, $U_{0}$ Spannung gegen Erde in V, $I_{a}$ Abschaltstrom in A
Zulässige Kurzschlussdauer: $t = (\frac{k \cdot S}{I _{k}})^{2}$; $t$ in s, $k$ Materialbeiwert in A·√s/mm², $S$ Querschnitt in mm², $I_{k}$ Kurzschlussstrom in A
Spannungsfall Drehstrom: $Δ U = \frac{3 \cdot l \cdot I \cdot c o s φ}{κ \cdot A}$; $l$ Leitungslänge in m, $κ$ Leitfähigkeit in m/(Ω·mm²), $A$ Querschnitt in mm²

Typische Fehler in der Prüfung

Für die Abschaltbedingung den unteren Wert der Auslösecharakteristik verwendet.
In der Kurzschlussformel das Quadrat vergessen.
Im TT-System die Schleifenimpedanz statt des Erdungswiderstands bewertet.

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Zufallszahlen

Eine Kupferleitung mit PVC-Isolierung und $S = 25 mm^{2}$ Querschnitt wird durch einen Kurzschlussstrom von $I_{k} = 3, 75 kA$ beansprucht. Nach der Bedingung $I^{2} \cdot t \leq k^{2} \cdot S^{2}$ (Materialbeiwert $k = 115 \frac{A \cdot s}{mm ^{2}}$ für PVC-isolierte Kupferleiter) darf die Schutzeinrichtung höchstens wie lange brauchen, bis sie abschaltet? Geben Sie die zulässige Abschaltzeit in Millisekunden an, gerundet auf ganze Millisekunden.

Tipps aus der Werkstatt

Überlastschutz prüfst du mit zwei Bedingungen in der festen Reihenfolge I_B ≤ I_n ≤ I_z und I_2 ≤ 1,45 · I_z. Merke die Treppe: Betriebsstrom, Schutzeinrichtung, Strombelastbarkeit, jeweils größer oder gleich. Die zweite Bedingung ist bei Leitungsschutzschaltern automatisch erfüllt.
Spannungsfall bei Drehstrom: Δu = √3 · l · I · cos φ / (κ · A). Bei Wechselstrom steht statt √3 die 2 für Hin- und Rückleiter. Setze l in Metern, A in mm² und κ in m/(Ω·mm²) ein, dann kommt direkt Volt heraus. Für die Prozent- angabe durch die Nennspannung teilen.
Der zusätzliche Schutz mit 30-mA-RCD gilt für Steckdosen bis 32 A, die von Laien benutzt werden, und für ortsveränderliche Geräte im Außenbereich bis 32 A. Zusätzlich heißt: Er ersetzt den Fehlerschutz nicht, er ergänzt ihn für den Fall, dass Basis- oder Fehlerschutz versagt.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Schutzeinrichtungen und Leitungsdimensionierung“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

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Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Betriebstechnik (KMK), Lernfeld 10; DIN VDE 0100-410, DIN VDE 0100-430, DIN VDE 0100-520, DIN EN 60898-1. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.