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Einführung
Zweck dieses Artikels ist es, ein besseres Verständnis der Fehlerschleifenimpedanz, auch Erdschlussschleifenimpedanz genannt, zu vermitteln, damit die Anforderungen der AS/NZS 3000 Verdrahtungsregeln für Sicherheit, Konstruktion, Installation und Prüfung von elektrischen Anlagen erfüllt werden.
Sie können die Fehlerschleifenimpedanz von Hand oder mit einer Software berechnen. Cable Pro Web Software kann die Fehlerschleifenimpedanz genau berechnen.
Dieses Dokument bietet:
- Der theoretische Hintergrund der Fehlerschleifenimpedanz, der zu einem besseren Verständnis derjenigen führen wird, die die Entwürfe und Berechnungen durchführen müssen.
- Ein praktischer Leitfaden für die Durchführung der Prozesse und Verfahren zur Erfüllung der Anforderungen der australischen und neuseeländischen Norm AS/NZS 3000:2018.
- Informationen darüber, wie die Fehlerschleifenimpedanz von der Cable Pro Web zur Berechnung der Erdkabelgröße verwendet wird.
Theoretischer Hintergrund der Fehlerschleifenimpedanz
Die Erdschlussschleife in einem MEN-System besteht aus den folgenden Komponenten:
- Der Schutzerdungsleiter (PE) einschließlich der Haupterdungsklemme/des Anschlusses oder der Schiene und des MEN-Anschlusses.
- Der Neutralleiter-Rückleiter, bestehend aus dem Neutralleiter (N) zwischen dem Haupt-Neutralleiter und dem Neutralpunkt des Transformators.
- Der Weg durch die Transformatorwicklung.
- Der aktive Leiter (A) bis zur Fehlerstelle.
Die Erdschlussschleife besteht normalerweise aus den beiden folgenden Teilen:
- Leiter, die dem Referenzpunkt vorgelagert oder "extern" sind.
- Leiter, die dem Stromkreis vom Referenzpunkt aus nachgeschaltet oder "intern" sind.
Abbildung 2 zeigt die Erdfehlerschleife für einen aktiven Erdkurzschluss. Zum Zeitpunkt des Fehlers fließt ein Strom durch die Erdschlussschleife, dessen Stromstärke durch die Gesamtimpedanz (Zs) begrenzt wird, die sich aus der Summe der Impedanzen der einzelnen Elemente ergibt.
Anforderungen der Australischen Normen
AS/NZS 3000 Wiring Rules gilt in ganz Australien und Neuseeland und verweist ganz oder teilweise auf die Gesetzgebung in allen Bundesstaaten Australiens und Neuseelands. Daher müssen die Planung und die Installation aller Stromkreise in diesen Regionen die Mindestanforderungen dieser Norm erfüllen.
Eine grundlegende Sicherheitsanforderung in AS/NZS 3000 ist der Schutz von Personen vor "indirektem Kontakt" mit stromführenden Teilen. Die automatische Abschaltung der Stromversorgung ist die gängigste Methode zur Erfüllung dieser Anforderung. Es gibt jedoch noch mehr als das.
Um den Verdrahtungsregeln zu entsprechen, muss jeder Stromkreis in einer elektrischen Anlage so ausgelegt sein, dass eine automatische Abschaltung der Stromversorgung innerhalb einer bestimmten Zeit erfolgt, wenn ein Kurzschluss mit vernachlässigbarer Impedanz zwischen dem aktiven und dem Schutzleiter oder einem anderen freiliegenden leitenden Teil irgendwo in der elektrischen Anlage auftritt.
Um diese Anforderung von AS/NZS 3000 zu erfüllen, wenn ein aktiver Erdschluss auftritt, und das ist das Wichtigste, muss die Gesamtimpedanz des Fehlerschleifenpfades (bestehend aus allen Leitern, Verbindungen und Kontakten sowie den Transformatorwicklungen) niedrig genug sein, um einen ausreichenden Stromfluss zu ermöglichen, damit die Schutzeinrichtung innerhalb der festgelegten Zeit auslöst.
Daher müssen die tatsächliche Gesamterdschlussschleifenimpedanz (Zs) und die maximal zulässige Fehlerschleifenimpedanz Zmax ermittelt werden.
Berechnung der tatsächlichen Fehlerschleifenimpedanz (Zs)
Die Gesamtimpedanz der Erdschlussschleife (Zs) ist ungefähr gleich der Summe der Impedanzen aller Schaltungskomponenten im Impedanzstrompfad der Fehlerschleife (siehe Abbildung 2).
Das heißt, die Gesamtimpedanz der Fehlerschleife ist gleich:
Die innere Impedanz (Zint) wird wie folgt berechnet:
Eine genaue Methode, die Cable Pro zur Bestimmung der Impedanz der Leiter im Erdschlussschleifenpfad verwendet, ist die Verwendung der Widerstands- und Reaktanzdaten, die in AS/NZS 3008.1 - Elektrische Installationen - Auswahl von Kabeln angegeben sind.
Zur Berechnung der äußeren Impedanz (Zext) wird die Regel aus AS/NZS 3000 verwendet, dass mindestens 80 % der Phasen-Nennspannung an der Position der Schutzeinrichtung zur Verfügung stehen.
Berechnung der maximal zulässigen Fehlerschleifenimpedanz (Zmax)
Die tatsächliche Impedanz der Fehlerschleife (Zs) sollte niedriger sein als der zulässige Höchstwert, um sicherzustellen, dass die Stromkreisschutzeinrichtung im Fehlerfall auslöst.
Die maximal zulässige Fehlerschleifenimpedanz (Zmax) wird auf der Grundlage der Nennwerte der Schutzeinrichtung wie folgt berechnet:
Wo
Uo = Nominale Phasenspannung.
Ia = Strom, der das automatische Ansprechen der Schutzeinrichtung gewährleistet.
Zmax = Maximale Erdschlussschleifenimpedanz.
Ia ist der mittlere Auslösestrom des Leistungsschalters wie folgt:
- Typ B = 4 (typisch) × Nennstrom
- Typ C = 7,5 (typisch) × Nennstrom
- Typ D = 12,5 (typisch) × Nennstrom
- Ia für Sicherungen sind entsprechende Mittelwerte aus AS 60269.1.
Beachten Sie, dass der tatsächliche Wert des Auslösemultiplikators variieren kann. In der Cable Pro-Software wird dieser Wert geändert, damit er mit der tatsächlichen Einstellung der Schutzeinrichtung übereinstimmt.
Der Wert der maximalen Erdschlussschleifenimpedanz (Zmax) im Verhältnis zur tatsächlichen Gesamtimpedanz (Zs) kann zur Bestimmung der geeigneten Erdungskabelgröße verwendet werden (siehe unten).
Berechnung der Größe des Erdungskabels
Die Größe des Erdungskabels muss ausreichend sein, um dies zu gewährleisten:
- Geeignete Erdschlussschleifenimpedanz (Zs).
- Ausreichende Strombelastbarkeit für zu erwartende Erdschlussströme für eine Zeit, die mindestens der Auslösezeit des zugehörigen Leitungsschutzes entspricht (adiabatische Gleichung).
- Ausreichende mechanische Festigkeit.
Die Wahl der Größe des Erdungskabels ergibt sich entweder aus:
(a) Tabelle 5.1 in AS/NZS 3000:2018, die konservative Erdungskabelgrößen in Bezug auf die größte aktive Kabelgröße (oder die Summe, wenn parallele Stromkreise vorhanden sind) angibt.
(b) Durch Berechnung - dazu müssen die Einzelheiten der Schutzeinrichtung bekannt sein. Bei der Berechnung der Größe des Erdungskabelsmuss eine angemesseneImpedanz der Erdschlussschleife gewährleistet sein.
