Niederspannungs-Schaltanlagen
Störlichtbogenschutz
Störlichtbögen stellen nach wie vor eine enorme Gefährdung für Personen- und Schaltanlagen dar - auch bei modernen Niederspannungs-Schaltanlagen mit Bauartnachweis. Personen die an diesen Schaltanlagen arbeiten, können schwer verletzt werden, die Schaltanlage selbst kann komplett zerstört werden und es schließen sich ausgedehnte Versorgungsausfälle an.
Die neueste Norm, DIN EN61439-2 Beiblatt 1 [1], würdigt nicht alle Gefährdungen, die von einem Störlichtbogen ausgehen und gilt auch nur für ordnungsgemäß verschlossene Niederspannungs-Schaltanlagen. Um einen wirkungsvollen Personen- und Anlagenschutz zu realisieren, müssen Schutzsysteme verwendet werden die den Störlichtbogen binnen weniger Millisekunden in einen Kurzschluss überführen und anschließend den fehlerbehafteten Schaltanlagenteil vom Netz trennen. Das Störlichtbogenschutzsystem Dehnshort ist in der Lage einen Störlichtbogen in 1 bis 3ms zu löschen und bietet damit den erforderlichen Schutz, auch bei geöffneter Schaltanlagentür.
Konventionelle Schutztechnik mit Leistungsschaltern im Störlichtbogenfall
Die Auslösecharakteristik der Leistungsschalter wird gemäß der Kurzschlussstromberechnung eingestellt, die auf Annahme eines impedanzlosen Kurzschlusses als Fehler beruht. Ein unverzögert auslösender offener Leistungsschalter benötigt unter solchen Bedingungen ca. 30ms zum vollständigen Unterbrechen des Stromflusses, bei zeitselektiven Schutzkonzepten nimmt der Abschaltvorgang mitunter einige hundert Millisekunden in Anspruch. Der Störlichtbogen hingegen entfaltet aber schon in der Zeit von 10 bis 15ms seine Maximalwerte bei Temperatur und Druck. Somit sind konventionelle Schutzorgane und Schutzkonzepte ohne zusätzliche Unterstützung nicht ausreichend um einen effektiven Personen- und Anlagenschutz bieten zu können.
Schadensfall
Das folgende Beispiel zeigt auf, unter welchen trivialen Umständen es zu einer Störlichtbogeneinleitung kommen kann. Immer wieder spielt der Faktor Mensch eine entscheidende Rolle, sei es durch falsche Organisation oder Fahrlässigkeit. Die Gefährdung, die durch einen Störlichtbogen ausgeht, wird generell unterschätzt, insbesondere an Niederspannungs-Schaltanlage ist dies zu beobachten.
Ein einzelnes Blatt Papier
Eine Niederspannungshauptverteilung befand sich in der letzten Phase der Inbetriebnahme. Da der Betreiber Wert auf die Verfügbarkeit seiner Energieversorgung gelegt hat, wurden alle Leistungsschalter in Ausfahrtechnik konzipiert und befanden sich in Trennstellung. Auf einem der Leistungsschalter lag ein einzelnes Blatt DIN A4 Papier das durch den Windzug, verursacht von einer vorbeilaufenden Person, unbemerkt in die Kassette des Leistungsschalters gleiten konnte. Nach dem Einfahren des Leistungsschalters isolierte dieses Blatt Papier nun ca. 2/3 eines Kontaktes und wurde bei den üblichen Messungen nicht bemerkt. In den darauffolgenden Wochen wurde ein Verbraucher nach dem anderen zugeschaltet und der Betriebsstrom stieg kontinuierlich an, was zu einer Überlastung des verbleibenden Kontaktes führte. Daraus entwickelte sich zunächst ein Längslichtbogen dessen Ausgasung wiederum einen Störlichtbogen einleitete der große Teile der Verteilung zerstörte.
Störlichtbogenschutzsystem
Das Störlichtbogenschutzsystem Dehnshort erfasst den mit dem Störlichtbogen einhergehenden Überstrom mittels Schutzwandler, die vor den einspeisenden Leistungsschaltern der zu schützenden Schaltanlage platziert sind. Neben der Überstromerfassung reagiert das Schutzsystem auch auf das vom Störlichtbogen emittierte Licht. Dazu stehen zwei unterschiedliche Sensorausführungen zur Wahl. Punktförmige Lichtsensoren lassen sich einfach installieren und überwachen einzelne Abteile der Schaltanlage. Sie finden häufig bei Nachrüstungen und in Mittelspannungs-Schaltanlagen Verwendung. Der Erfassungsbereich erstreckt sich bei einem 4kA Störlichtbogen nahezu halbkugelförmig über 2m. Stehen besondere Anforderungen hinsichtlich der Fehlauslösesicherheit im Kundenfocus, favorisiert man häufig die faseroptischen Lichtsensoren die entlang aller potenzieller Zündorte positioniert werden. Mithilfe dieser Sensoren wurde der Empfehlung aus dem Beiblatt 1 Folge geleistet und die Fehlauslösesicherheit in allen zugelassenen Niederspannungs-Schaltanlagen in unabhängigen und akkreditierten Prüflaboratorien nachgewiesen. Die Löschgeräte des Störlichtbogenschutzsystems Dehnshort kombinieren Leistungselektronik mit mechanischen Schaltgeräten. Der Kurzschlussstrom wird von den Löschgeräten bis zum Öffnen der speisenden Leistungsschalter sicher geführt. Die Reaktionszeit der Löschgeräte liegt bei weniger als 1ms. Die kontrollierte Umwandlung des Störlichtbogens in einen satten metallischen Kurzschluss in der Zeit von 2 bis 3ms umfasst die Detektion, Auswertung und Löschung des Lichtbogens und lässt somit kaum zerstörende Energie freiwerden. Im Anschluss an eine Störlichtbogenlöschung durch Dehnshort muss die Fehlerursache identifiziert, die Fehlerstelle ggf. gereinigt, eine Isolationsmessung durchgeführt und neue Löschgeräte eingebaut werden. Nach Abschluss dieser Arbeiten kann die Schaltanlage den Betrieb wiederaufnehmen.
Fazit
Störlichtbogen stellen eine ernst zu nehmende Bedrohung für Niederspannungs-Schaltanlagen und Personen in deren Nähe dar und sind mit konventionellen Kurzschlussschutzorgangen oder konstruktiven Maßnahmen nur bedingt zu beherrschen. Die relevanten Normenausschüsse haben Störlichtbogenschutzsysteme in ihren Lösungskatalog aufgenommen, fordern deren Einsatz aber noch nicht verbindlich. Die Leistungsfähigkeit von Störlichtbogenschutzsystemen ist seit zwei Jahrzehnten bereits erprobt und in der Praxis belegt. Im Sinne des Personenschutzes wäre der zwingende Einsatz eines Störlichtbogenschutzsystems ab einem bestimmten Kurzschlussstromniveau ein Quantensprung, vergleichbar mit dem flächendeckenden Einsatz der Airbags in unseren Automobilen.
Störlichtbögen stellen nach wie vor eine enorme Gefährdung für Personen- und Schaltanlagen dar - auch bei modernen Niederspannungs-Schaltanlagen mit Bauartnachweis. Personen die an diesen Schaltanlagen arbeiten, können schwer verletzt werden, die Schaltanlage selbst kann komplett zerstört werden und es schließen sich ausgedehnte Versorgungsausfälle an.
Die neueste Norm, DIN EN61439-2 Beiblatt 1 [1], würdigt nicht alle Gefährdungen, die von einem Störlichtbogen ausgehen und gilt auch nur für ordnungsgemäß verschlossene Niederspannungs-Schaltanlagen. Um einen wirkungsvollen Personen- und Anlagenschutz zu realisieren, müssen Schutzsysteme verwendet werden die den Störlichtbogen binnen weniger Millisekunden in einen Kurzschluss überführen und anschließend den fehlerbehafteten Schaltanlagenteil vom Netz trennen. Das Störlichtbogenschutzsystem Dehnshort ist in der Lage einen Störlichtbogen in 1 bis 3ms zu löschen und bietet damit den erforderlichen Schutz, auch bei geöffneter Schaltanlagentür.
Konventionelle Schutztechnik mit Leistungsschaltern im Störlichtbogenfall
Die Auslösecharakteristik der Leistungsschalter wird gemäß der Kurzschlussstromberechnung eingestellt, die auf Annahme eines impedanzlosen Kurzschlusses als Fehler beruht. Ein unverzögert auslösender offener Leistungsschalter benötigt unter solchen Bedingungen ca. 30ms zum vollständigen Unterbrechen des Stromflusses, bei zeitselektiven Schutzkonzepten nimmt der Abschaltvorgang mitunter einige hundert Millisekunden in Anspruch. Der Störlichtbogen hingegen entfaltet aber schon in der Zeit von 10 bis 15ms seine Maximalwerte bei Temperatur und Druck. Somit sind konventionelle Schutzorgane und Schutzkonzepte ohne zusätzliche Unterstützung nicht ausreichend um einen effektiven Personen- und Anlagenschutz bieten zu können.
Schadensfall
Das folgende Beispiel zeigt auf, unter welchen trivialen Umständen es zu einer Störlichtbogeneinleitung kommen kann. Immer wieder spielt der Faktor Mensch eine entscheidende Rolle, sei es durch falsche Organisation oder Fahrlässigkeit. Die Gefährdung, die durch einen Störlichtbogen ausgeht, wird generell unterschätzt, insbesondere an Niederspannungs-Schaltanlage ist dies zu beobachten.
Dehn + Söhne GmbH + Co. KG
Dieser Artikel erschien in GEBÄUDEDIGITAL 5 2016 - 06.09.16.Für weitere Artikel besuchen Sie www.gebaeudedigital.de
