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Nennwerte der Kurzschlusskabel
Bei einem Kurzschluss führt der Fehlerstrom, der fließt (bevor die Schutzeinrichtung unterbricht), zu einem drastischen Anstieg der Temperatur in den Stromkabeln. Die während eines Fehlers im Kabel entstehende Wärme hängt von der Größe und dem Material des Leiters sowie vom Fehlerstrom und dessen Dauer ab.
Es gibt Temperaturgrenzen, denen Stromkabel standhalten können, wobei die Grenztemperatur die der Kabelisolierung ist. Die Temperaturgrenzen der Isolierung, die von ihrem Materialtyp abhängen, sind höher als die normalen Betriebstemperaturgrenzen, da Fehler nur kurzzeitig auftreten.
Daher gibt es eine Mindestleitergröße (eines bestimmten Kabeltyps - die Formeln enthalten Größen, die je nach den in den Kabeln verwendeten Materialien variieren), die erforderlich ist, um einem bestimmten Fehlerstrom und der damit verbundenen Fehlerzeit standzuhalten. Die Kurzschlussfestigkeit der Hauptleiter von Niederspannungskabeln ist neben der Strombelastbarkeit und dem Spannungsabfall ein wichtiger Faktor, der bei der Dimensionierung von Energiekabeln zu berücksichtigen ist.
Die folgenden Normen verlangen von Konstrukteuren die Berechnung der Kurzschlussfestigkeit der Leiter in Energiekabeln: AS/NZS 3008.1, BS 7671 und IEC 60364.
Adiabatische versus nicht-adiabatische Methode
The non-adiabatic method, on the other hand, assumes an appropriate allowance for heat loss into the insulation during the short circuit, which is applicable for all short-circuit durations. The non-adiabatic short-circuit rating is determined by calculating a modifying factor that takes into account the non-adiabatic heating effect and applying it to the adiabatic short-circuit rating.
In comparison, the non-adiabatic method will provide significant increases in the permissible short-circuit ratings of metallic screens, sheaths, and small conductors < 10 mm2. However, the non-adiabatic method is more complicated and in practice for the usual range of power cable conductors, there will be less than a 5 % difference in the short-circuit rating obtained using the adiabatic method.
In general, when the ratio of the conductor size to short-circuit duration is > 10 (mm2/s) the increase in short-circuit rating is negligible and the adiabatic method can be used.
Berechnung der Mindestquerschnittsfläche, die dem Kurzschlussstrom standhält
Wo
I ist der Kurzschlussstrom (Effektivwert über Dauer) in Ampere.
t ist die Dauer des Kurzschlusses in Sekunden.
K ist die Konstante, die vom Material des stromführenden Bauteils, der Anfangstemperatur und der Endtemperatur des stromführenden Bauteils abhängt.
S ist die Querschnittsfläche des stromführenden Bauteils in Quadratmillimetern
Berechnungen des K-Faktors
The K factor is calculated from the formula below:
\(K = \sqrt{\frac{Q_c(\beta+20)}{\rho_{20}}\ln\frac{\beta+\theta_f}{\beta+\theta_i}}\)
Kurzschlusstemperaturgrenzwerte für Kabel
Kurzschlussstrom und Kurzschlussdauer
Gemäß der australischen Norm AS/NZS 3000 muss der Kurzschlussstrom an einem beliebigen Punkt eines Stromkreises unterbrochen werden, bevor die Temperatur der Leiter den zulässigen Grenzwert erreicht. Da es konservativ ist, den Kurzschlussstrom am Anfang des Kabels in die Berechnung einzubeziehen.
In der britischen Norm BS 7671:2018 hingegen sollte der Kurzschlussstrom der effektive Fehlerstrom als Effektivwert sein, wobei die strombegrenzende Wirkung der Stromkreisimpedanzen angemessen berücksichtigt wird. Daher kann der Kurzschlussstrom am Ende des Kabels verwendet werden.
Referenzen:
BS 7671 - 18. Ausgabe Die IET Wiring Regulations
IEC 60364-5-54 Elektrische Anlagen von Gebäuden - Teil 5-54: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel - Erdungsanlagen, Schutzleiter und Schutzpotentialausgleichsleiter
IEC 60364-4-43 Elektrische Niederspannungsanlagen - Teil 4-43: Schutz für die Sicherheit - Schutz gegen Überströme
