Der Querschnitt macht'sDie korrekte Bestimmung der erforderli-chen Querschnitte von Kabeln und Leitun-gen ist eine wichtige Voraussetzung fürdie Betriebssicherheit sowie den Schutzvon Personen, Nutztieren und Sachwertenbeim Betreiben von elektrischen Anla-gen:• Sie vermeidet die Überdimensionierung

und damit Verteuerung der Anlage.• Sie verringert die Störanfälligkeit und

senkt dadurch die Betriebskosten.• Sie wirkt sich kostengünstig auf die In-

standhaltung aus. • Sie ist Voraussetzung für bestimmte

Schutzmaßnahmen gegen elektrischenSchlag und unzulässige Erwärmung.

AuswahlkriterienDie Bemessung von elektrischen Kabelnund Leitungen erfolgt nach den Kriterien:

• Mindestquerschnitt• Spannungsfall• Schutz beim indirekten Berühren• Strombelasbarkeit• Überlastschutz• Kurzschlussschutz.Faktoren, die diese Kriterien beeinflus-sen, sind maßgebend für die Auswahl derLeiterquerschnitte. Tafel gibt hierzueinen Überblick.

MindestquerschnitteUm mechanische Festigkeit zu erreichen,sind bei Kabeln und Leitungen bestimmteMindestquerschnitte vorgeschrieben. Die-se Werte sind in der DIN VDE 0100-520im Abschnitt 524, Tabelle 52 J, zusam-mengefasst.

Feste VerlegungFür die feste Verlegung von Kabeln, Man-telleitungen und Aderleitungen sind alskleinste Querschnitte zulässig:• Leistungs- und Lichtstromkreise

1,5 mm2 Cu oder 16 mm2 Al• Melde- und Steuerstromkreise

0,5 mm2 Cu• für elektronische Betriebsmittel

auch 0,1 mm2 Cu.Der nach der Vorgängernorm zulässigeMindestquerschnitt 2,5 mm2 Al ist vorallem wegen der Bruchgefahr beim An-schließen und Verbinden bei Neuinstalla-tionen nicht mehr anzuwenden.Um mit diesen Mindestquerschnitten eine

hinreichende mechanische Festigkeit zuerreichen, sind bestimmte Verlegearteneinzuhalten.Kabel und Mantelleitungen. Feste Ver-legung von ein- oder mehradrigen Kabelnund Mantelleitungen erfolgt:• direkt auf der Wand oder an der Decke

auf Abstandsschellen• in Elektro-Installationsrohren• in einem zu öffnenden oder geschlos-

senen Elektro-Installationskanal• an Tragseilen• auf Kabelpritschen oder in Kabelwannen• in baulichen Hohlräumen, z. B. in Hohl-

raumböden oder in Hohldecken• in Wänden, in Decken oder im Estrich.Beim Verdichten von Beton durch Rütteln,Schütteln und Stampfen müssen Mantel-leitungen mechanisch geschützt werden.Das ist auch für Kabel zu empfehlen.Aderleitungen (z.B. H07V-U; alte Bezeich-nung NYA) dürfen nur verlegt werden• in Elektro-Installationsrohren• in geschlossenen Elektro-Installations-

kanälen• auf Isolatoren• in zu öffnenden Elektro-Installations-

kanälen, wenn – die Deckel nur mit Werkzeugen oder

besonderer Anstrengung von Handgeöffnet werden können und

– der Kanal mindestens der Schutzart IPX4 (Spritzwasserschutz) oder IPXXD (geschützt gegen den Zugangmit Draht von 1 mm Ø und 100 mmLänge) entspricht.

Schutz- und Potentialausgleichsleiter.Eine Ausnahme machen Schutz- undPotentialausgleichsleiter. Sie dürfen alsAderleitungen direkt auf, im und unterPutz sowie auf Pritschen verlegt werden.Für sie gelten andere Mindestquerschnit-te (siehe DIN VDE 0100 Teil 540).Blanke Leiter. Für die feste Verlegung vonblanken Leitern sind als Mindestquer-schnitte vorgegeben:• Leistungsstromkreise

10 mm2 Cu oder 16 mm2 Al

Der richtige Querschnitt vonKabeln und Leitungen ist einewichtige Voraussetzung fürdas Betreiben von elektri-schen Anlagen. Wie man ihnkorrekt bestimmt, wird in unserer mehrteiligen Bei-tragsfolge erläutert.

8

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 12/00

Querschnittbestimmung von Kabeln und LeitungenTeil 1: Mindestquerschnitte und Spannungsfall

F a c h w i s s e n

Tafel Einflussfaktoren auf die Querschnittbestimmung

Auswahlkriterium Länge Leiter- Betriebs- Sicherung oder Typ1) Vorgeschal- Verlege- Häufung Umgebungs- Anwenmaterial strom LS-Schalter tetes Netz art temperatur dung des

Bemessungs- Strom-strom kreises

Mindestquerschnitt – x – – – – – – – x

Spannungsfall x x x2) x – – – – – –

Schutz beim indi- x x – x x x _ _ _ –rekten Berühren

Strombelastbarkeit – x x – – – x x x –

Überlastschutz – x x x x3) – x x x –

Kurzschlussschutz x x – x x x – – – –

1) Betriebsklasse der Sicherung bzw. Auslösecharakteristik des LS-Schalters2) Wenn Bemessungsstrom der Sicherung/des LS-Schalters nicht zugrundegelegt wird3) Gilt nicht für Sicherungen Funktionsklasse a/Teilbereichsschutz

• Melde- und Steuerstromkreise4 mm2 Cu

Festlegungen für Lichtstromkreise mitKleinspannung sind in Vorbereitung. Blanke Leiter sind auf Isolatoren zu ver-legen. Der Einsatz ist auf Sonderfällebegrenzt, z. B. in Schaltanlagen, Akkumu-latorenräumen, Anlagen mit Niedervolt-Halogenleuchten usw.

Bewegliche VerbindungenBei beweglichen Verbindungen mit isolier-ten Leitern und Kabeln gelten folgendeVorgaben:• Für ortsveränderliche oder mit beweg-

lichen Leitungen anzuschließende Be-triebsmittel Werte in den entsprechen-den DIN-VDE-Bestimmungen und denIEC-Publikationen

• Für Schutz- und Funktionskleinspan-nung 0,75 mm2 Cu

• Für elektronische Betriebsmittel inMelde- und Steuerstromkreisen0,1 mm2 Cu.

Für bewegliche Verbindungen sind flexibleLeitungen zu verwenden. Die Bauartenund Einsatzmöglichkeiten sind in DIN VDE0298 Teil 3 angegeben.Es ist zu empfehlen, die in der altenAusgabe der Norm DIN VDE 0100 Teil520 Ausgabe November 1985 aufge-führten differenzierten Anforderungenauch weiterhin einzuhalten.

SpannungsfallZulässige NetzspannungElektrische Betriebsmittel und Gerätebenötigen für ihr sicheres Funktioniereneine möglichst konstante Betriebsspan-nung, die der Nennspannung des Netzesnahe kommen soll.Die Spannung im öffentlichen Nieder-spannungsnetz darf um + 6 % und - 10 %von der Nennspannung 230 V/400 Vabweichen. Durch diese in DIN IEC 38 ge-troffene Festlegung muss am Hausan-schluss eine Netzspannung von min-destens 207 V und höchstens 244 V zwi-schen Außen- und PEN-Leiter zur Verfü-gung gestellt werden. Spannungen inner-halb dieses Toleranzbereiches gewähr-leisten den ordnungsgemäßen Betrieb derGeräte.

Folgen von SpannungsabweichungenAbweichungen von der Nennspannung230 V/400 V ziehen Veränderungen an-derer technischer Parameter des Gerätesnach sich.Zu hohe Spannung. Geräte mit vorwie-gend ohmscher Last nehmen einen höhe-ren Strom auf und erwärmen sich stärker.Bei Glühlampen ist eine vorzeitige Zer-störung der Heizwendel und damit eineVerkürzung der Lebensdauer möglich.Zu geringe Spannung. Bei Motoren kanneine niedrigere Spannung zur erhöhten

Stromaufnahme führen, weil die von ihmangetriebene Maschine oder Anlage ander Kupplung die benötigte Leistung aufdiese Weise abverlangt. Ein Überstromvon längerer Dauer hat eine unzulässigeErwärmung zur Folge und führt zur Ab-schaltung, also zu einer Betriebsstörung.Bei Geräten, die überwiegend Wirkleis-tung aufnehmen (ohmsche Last), ist dieStromaufnahme bei niedrigerer Spannungdagegen geringer. Es verlängert sich z. B.die Programmdauer eines Waschauto-maten. Der Programmschritt „Heizen“wird erst zu einem späteren Zeitpunkt be-endet. Das Weiterschalten zum nächstenSchritt erfolgt erst, wenn die Waschlaugedie vorgegebene Temperatur erreicht hat.

Zulässige SpannungsfälleDurch den Spannungsfall an Leitungenund Kabeln wird die Betriebsspannungzusätzlich zu den Toleranzen im Versor-gungsnetz verringert. Auch hierfür sindGrenzwerte festgelegt.Hausanschluss – Verbrauchsmittel. VomHausanschluss bis zum Verbrauchsmittelsoll der Spannungsfall 4 % der Nennspan-nung des Netzes nicht überschreiten (DINVDE 0100-520, Bild ). Während desAnlaufs von Motoren und beim Einschaltenvon Verbrauchern mit hohen Einschalt-strömen sind abweichende Werte für denSpannungsfall zulässig.Hauseinführung – Zählerplatz. In der„Verordnung über Allgemeine Bedingun-gen für die Elektrizitätsversorgung vonTarifkunden“ (AVBEltV) wird von der Haus-einführung (Hausanschlusskasten) biszum Zählerplatz ein Spannungsfall < 0,5 % gefordert. Die Technischen An-schlussbedingungen für den Anschlussan das Niederspannungsnetz (TAB) las-sen bei einem Leistungsbedarf über 100kVA einen gestaffelt erhöhten Spannungs-fall für diesen Bereich zu (Tafel ).Zähleinrichtung – Verbrauchsmittel. Vonder Zähleinrichtung bis zum Verbrauchs-

9

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 12/00

F a c h w i s s e n

Haus-anschluss

Zählerplatz mit Stromkreisverteiler

Ver-brauchs-mittel

ε ≤ 0,5 %nach AVBEltV

1,0 %1,25 %1,5 %

nachTAB1) ε = 3,0 %

nach DIN 18015-1

ε ≤ 4,0 %nach DIN VDE 0100-520

Haus-anschluss

Zählerplatz

Ver-brauchs-mittel

ε ≤ 0,5 %nach AVBEltV

1,0 %1,25 %1,5 %

nachTAB1) ε = 3,0 %

nach DIN 18015-1

ε ≤ 4,0 %nach DIN VDE 0100-520

Stromkreis-verteiler

a) b)

Schematische Darstellung der zulässigen Spannungsfällea) Stromkreisverteiler im Zählerplatz; b) Stromkreisverteiler außerhalb des Zählerplatzes

Tafel Zulässiger prozentualer Spannungsfall ε zwischen der Übergabestelle des EVU (Hausanschluss) und Messeinrichtung

Leistungsbedarf Zulässiger Forderungin kVA Spannungsfall in

in %

unter 1001) 0,5 AVBEltV

100 bis 250 1,0

über 250 bis 400 1,25 TAB

über 400 1,5

1) Begrenzung ergibt sich aus den Vorgaben in den TAB

mittel soll der Spannungsfall 3 % nichtüberschreiten (Bild ); DIN 18015-1.Er verteilt sich auf die Stromkreisleitung(Bild a) und schließt die Zuleitung zumStromkreisverteiler ein, wenn dieseraußerhalb des Zählerplatzes angeordnetist (Bild b). Da der Gesamtspannungsfall 4 % nichtüberschreiten soll, ist ggf. ein kleinererWert anzusetzen.

BerechnungsgrundlagenDer erforderliche Querschnitt errechnetsich nach den in Tafel zusammenge-

fassten Gleichungen. Berücksichtigtwird dabei die wirksame, vom Stromdurchflossenen Leiterlänge (Bild )und der Leistungsfaktor cos ϕ. Derinduktive Widerstand der Leitungen wirdvernachlässigt, was in der Praxis üblichist.1)

In den Gleichungen (1) (3) (5) und (7) wirdvom absoluten Spannungsfall ∆U in Voltund in (2) (4) (6) und (8) vom prozentualenSpannungsfall

ausgegangen. Da der Spannungsfall auf-grund unterschiedlicher Nennspannungen(z. B. 230 V oder 400 V) in Verordnungen,Normen usw. immer in Prozent angegebenwird, werden vor allem die zuletzt genanntGleichungen verwendet.Die Gleichungen (1) (2) (5) und (6) enthal-ten den Leistungsfaktor cos ϕ. Da in (3)(4) (7) und (8) mit der Wirkleistung Pgerechnet wird, ist er dort bereits berück-sichtigt. Der Spannungsfall ∆U bzw. ε istsomit von der Wirkleistung P oder demWirkanteil des Stromes I · cos ϕ abhängig.

ZeigerdiagrammDie Richtigkeit dieser Aussage und der inTafel angegebenen Gleichungen be-züglich cos ϕ sind im Bild durch daszugehörige Zeigerdiagramm veranschau-licht. Der linke Teil ist etwa maßstäblichund entspricht einem cos ϕ = 0,85 undeinem Spannungsfall von 4 %. Zur besse-ren Darstellung der Phasenlage ist imrechten, durch einen Pfeil markierten Teil∆U stark vergrößert (gestrichelte Linie).Die Klemmenspannung am VerbraucherUVerbr. ist gegenüber dem Strom I um denWinkel ϕ phasenverschoben. Der über derLeitung messbare Spannungsfall ULtg hatnicht dieselbe Richtung wie die Klemmen-spannung am Verbraucher. Aufgrund desohmschen Widerstandes der Leitung liegtdieser Spannungsabfall in der gleichenRichtung wie der Strom I.Um festzustellen, wie weit die Verbrau-cherspannung gegenüber der Netzspan-nung durch die Wirkung des Leiterwider-standes abgesenkt wurde, wird der Netz-spannungszeiger auf den Verbraucher-spannungszeiger gedreht. Als Differenz er-gibt sich der Spannungsfall ∆U. Der allgemein übliche Ausdruck

„Klemmenspannung + Spannungsfall =Netzspannung“

gilt also nur unter Beachtung der unter-schiedlichen Richtungen der einzelnenSpannungen im Zeigerdiagramm.Als Näherung für den Spannungsfall gilt

Nach der Umstellung ergibt sich Glei-chung (1) für den Leiterquerschnitt

mit

und mit

cos

cos cos

cos.

ϕ

ϕ ϕ

κϕ

κ

≈

≈ ⋅ = ⋅ ⋅

= ⋅⋅

≈ ⋅ ⋅ ⋅⋅

∆

∆

∆

U

U

U U I R

RA

UI

A

Ltg

Ltg L

L2

2

l

l

ε = ⋅∆U

Un

100 %

10

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 12/00

F a c h w i s s e n

Tafel Gleichungen zur Berechnung des Leiterquerschnittes nach dem Spannungsfall

Ausgehend vom Ausgehend vomNr absoluten Spannungsfall Nr relativen Spannungsfall

1 2

Wechselstrom

3 4

5 6

Drehstrom

7 8 AP

Un

=⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅

l 1002

%

κ ε

AP

U Un

= ⋅⋅ ⋅

l

κ ∆

AI

Un

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅3 100l cos %ϕ

κ ε A

I

U= ⋅ ⋅ ⋅

⋅3 l cos ϕ

κ ∆

A. P ·

Un

=⋅

⋅ ⋅

2 1002

l %

κ ε

A P

U Un

= ⋅ ⋅⋅ ⋅2 l

κ ∆

AI

Un

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅2 100l cos %ϕ

κ ε A

I

U= ⋅ ⋅ ⋅

⋅2 l cos ϕ

κ ∆

A Querschnitt in mm2; I Strom in A; κ elektrische Leitfähigkeit in m/Ωmm2;∆U Spannungsfall in V; ε Spannungsfall in %; Un Bemessungsspannung in Vl Leitungslänge in m; cos ϕ Leistungsfaktor; P Wirkleistung in W

1) Bei genaueren Berechnungen, z. B. beiQuerschnitten ab 25 mm2, kann auf Bei-blatt 5 zu DIN VDE 0100 zurückgegriffenwerden, das den induktiven Widerstandberücksichtigt.

L1L2L3NPE

Verbrauchs-mittel

l

I

I

IL3IL2IL1

Wirksame vomStrom durchflosseneLeiterlänge (Strom-bahn)Bei Wechselstrombeträgt sie 2 · l ; beiDrehstrom √3 · laufgrund der Phasen-verschiebung von je 120 ° zwischenden Außenleiter-spannungen

Richtung von ULtg.l

ULtg.

UVerbraucher

UNetz

UVerbraucher

UNetz

ULtg.

≈ ∆U

ϕ

ϕ

∆U

ULtg. = I · RL∆U ≈ I · RL · cosϕ

Zeigerdiagrammzur Darstellung derPhasenverschiebungzwischen den Teil-spannungen

Vorgaben für den Bemessungsstrom und den Leistungsfaktor cos ϕÖffentliches NS-Netz. In Anlagen undWohngebäuden, die an das öffentliche Nie-derspannungsnetz angeschlossen werden,ist stets der Bemessungsstrom der vorge-schalteten Sicherung oder des Leitungs-schutzschalters bei der Ermittlung desSpannungsfalls zugrundezulegen.Entsprechende Vorgaben sind in denAVBEltV und in DIN 18015-1 enthalten.Dieses Herangehen ist für die Bemessungdes Spannungsfalls in Zuleitungen zu Ver-teilern und für Steckdosenstromkreiseauch dort zu empfehlen, wo solche Forde-rungen nicht erhoben werden.Ähnlich ist es mit dem cos ϕ. Hier ist derfür die Berechnung ungünstigste Fall, alsocos ϕ = 1, anzunehmen. Mit den Gleichungen in Tafel wird derSpannungsfall bei einer Leitertempera-tur von 20 °C ermittelt, wie das in derPraxis üblich ist. Bei höheren Leitertem-peraturen vergrößert sich durch denerhöhten Leitungswiderstand der Span-nungsfall. Bei einer zulässigen Be-triebstemperatur von 70 °C sind dasetwa 20 %.

Beispiel 1. Für eine in einem Einfamilien-haus vom Stromkreisverteiler im Zähler-platz 25 m entfernt angeordnete Steck-dose mit Schutzkontakt ergibt sich bei derAbsicherung mit einem LS-Schalter 16 Abei ε = 3 % für Kupferleitungen nach Glei-chung (2) in Tafel der Querschitt

Gewählt wird der nächste genormte Quer-schnitt von 2,5 mm2 Cu.

Beispiel 2. Die Steckdose im Beispiel 1ist nur 15 m vom Stromkreisverteiler ent-fernt. Der Verteiler ist außerhalb desZählerplatzes angeordnet und wird durcheine 10 m lange Zuleitung mit Drehstrom3 x 63 A vom Zähler eingespeist. Es ist zuprüfen, ob ein Querschnitt 5 x 10 mm2 Cuder Zuleitung zum Zähler ausreicht, wenndie Leitung zur Steckdose mit dem Quer-schnitt 3 x 1,5 mm2 Cu ausgeführt wird.• Stromkreis zur Steckdose

Beim Querschnitt 1,5 mm2 Cu reduziertsich ε auf (1,24/1,5) · 3 % = 2,48 %.

• Zuleitung Zähler – VerteilerDer Spannungsfall in der Zuleitung darfdamit 3% – 2,48 % = 0,52 % betragen.Mit Gleichung (6) in Tafel ergibt sich:

Dieser Querschnitt ist kleiner als 10 mm2

Cu und reicht demzufolge aus.

Motoranschluss. In Anlagen, die mitMotorschutzschaltern, Bimetallrelais odereinstellbaren Leistungsschaltern ge-schützt werden, ist der eingestellte Wertanstelle des Bemessungsstromes derSicherung oder des Leitungsschutzschal-ters Grundlage der Berechnung. Hier wirdder tatsächliche cos ϕ berücksichtigt, derbei Motoren meistens bekannt ist.Ein kurzzeitig höherer Spannungsfall mußbei der Querschnittsbestimmung nichtberücksichtigt werden, wenn sich das nichtnegativ auf andere Verbraucher auswirkt.Die TAB lassen deshalb gemäß Abschnitt8.1.2 nur einen Anzugstrom bis 60 A fürDrehstrommotoren und Wechselstrom-motoren bis 1,4 kW Nennleistung zu.

Überlastfreie Verbraucher. In Strom-kreisen mit Verbrauchsmitteln, bei denenkeine Überlastung auftreten kann, erfolgtdie Berechnung mit dem Bemessungs-strom des Verbrauchsmittels und nichtder Sicherung oder des LS-Schalters. Dasist z. B. bei Elektroherden der Fall. Hierwird die installierte Leistung bzw. derhöchste je Außenleiter fließende Strom indie Gleichung eingesetzt.

Mehrere Stromkreisverteiler. Liegenmehrere Stromkreisverteiler in Reihe, soaddieren sich die Spannungsfälle

ε = ε1 + ε2 + ... + εn.

Auch bei dem am weitesten vom Bezugs-punkt, z. B. dem Zähler entfernten Ver-braucher, darf der zulässige Spannungs-fall nicht überschritten werden. Er läßtsich auch mit Tabellen ermitteln, die u. a.das Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100 enthält.Mit den Gleichungen in Tafel erarbeite-te Diagramme (Bild ) bringen einen er-heblichen Zeitgewinn. Die Beispiele sindzur Veranschaulichung eingezeichnet.

H. Senkbeil

A

A

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

3 10 63

0 52 400

9 35 2

m A 1 100 %

56 m/ mm V

mm

2Ω , %

,

A

A

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

2 15 16

3 230

1 24 2

m A 1 100 %

56 m/ mm V

mm

2Ω %

,

A

A

=⋅ ⋅ ⋅ ⋅

⋅ ⋅

=

2 25 16

3 230

2 07 2

m A 1 100 %

56 m/ mm V

mm

2Ω %

, .

A

I

U≈ ⋅ ⋅ ⋅

⋅2 l cos

.ϕ

κ ∆

11

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 12/00

F a c h w i s s e n

Bemessung nach der Strombelastbarkeit

Heft 1/2001 LERNEN & KÖNNEN

Beispiel2b

Beispiel2a

Beispiel1

16 mm

2 50 A

25 mm2 63 A

16 mm

2 63 A

1,5 mm

2 Cu 16 A2,5 mm2 Cu 16 A

ε

5 10 15 20 25 30m

3

%

2

1

0l

ε

10 50 ml

a)

b)

1,5

%

1,0

0,5

0 20 30 40 60 80

10 m

m2 6

3 A

10 mm

2 35 A

35 mm2 80 A

10 mm2 25 A

Diagramme zur Ermittlung des Querschnitts zur Ermittlung des Querschnitts für Cu-Lei-ter anhand des zulässigen Spannungsfalls, des Bemessungsstromes der LS-Schalter bzw.der Sicherungen und der Leitungslänge (cos ϕ = 1)a) Wechselstromleitungen 1,5 und 2,5 mm2

b) Drehstromleitungen 10 und 16 mm2

StrombelastbarkeitUnter Strombelastbarkeit ist der zulässigeBelastungsstrom zu verstehen, den einKabel oder eine Leitung einer bestimmten Ausführung (Leiter- und Isolierwerkstoff,Leiterquerschnitt, Aufbau) bei einer vorge-gebenen Betriebsart, festgelegten Verle-gebedingungen (Verlegeart, Häufung, Um-gebungstemperatur) sowie äußeren Ein-flüssen, z. B. Sonneneinstrahlung, führenkann, ohne sich über die festgelegte Be-triebstemperatur hinaus zu erwärmen.Oftmals wird der Leiterquerschnitt nur an-hand der Strombelastbarkeit in Verbin-dung mit dem Überlastschutz bestimmt.Dabei wird übersehen, dass der damitermittelte Wert nicht die Gewähr dafürbietet, dass alle anderen Kriterien damitautomatisch erfüllt sind. So sind z. B. derSchutz beim indirekten Berühren durchautomatische Abschaltung der Stromver-sorgung durch Leitungsschutzsicherun-gen, Leitungsschutzschalter oder andereÜberstromschutzeinrichtungen, die Ein-haltung des im Teil 1 besprochenen Span-nungsfalls und der Kurzschlussschutz vonder Leitungslänge abhängig. Die Leitungs-länge hat aber keinen Einfluß auf dieStrombelastbarkeit.

Die Wärmeentwicklung (Temperaturerhöhunggegenüber der Umgebungstemperatur) ineinem Leiter ist abhängig vom Leitermaterial(Cu oder Al), vom Quadratwert des Belas-tungsstromes, dem Leiterquerschnitt undder Zeitdauer des Stromflusses

Durch unterschiedliche elektrische Leit-werte ergeben sich bei gleicher Strom-stärke, gleichem Querschnitt, gleicher Lei-

tungslänge und gleicher Stromflußdauerunterschiedliche Verlustwärmemengen.Grundlage für deren Ermittlung ist dieVerlustleistung. Je Leiter gilt:

Pv Verlustleistung in WI Belastungsstrom in A A Leiterquerschnitt in mm2

κ elektrische Leitfähigkeit in m/(Ω mm2)l Leitungslänge in m

Für Wechselstrom muss der errechneteWert mit zwei und für symmetrische Dreh-strombelastung mit drei multipliziertwerden, um die Verlustleistung je Leitungzu bestimmen. Die Verlustwärmemengeerhält man durch Multplikation mit derStromflußdauer.Die durch den Strom erzeugte Verlustwär-me wird über die Leiter- und Mantelisolie-rung, über Rohre und Kanäle an die um-gebende Baukonstruktion (Mauerwerk,Beton) oder direkt an die Luft abgegeben.Die Wärmeabführung wird durch den Wär-mewiderstand Rth der verlegten Leitungcharakterisiert. Dieser Widerstand nimmtumgekehrt proportional zur Leitungslängeab. Als Temperaturerhöhung gegenüberder Umgebungstemperatur ergibt sich

ϑLtg Leitungstemperatur in °CϑU Umgebungstemperatur in °CPv Verlustleistung in WRth Wärmewiderstand in K/W

Da die Verlustleistung mit der Leitungs-länge zunimmt und der Wärmewiderstandim gleichen Maß abnimmt, hängt die Lei-tungstemperatur vom Quadrat des Belas-tungsstromes ab und nicht von der Lei-tungslänge. Eine unzulässige Erwärmung lässt sichnur verhindern, wenn die durch den Strom-fluß verursachte Wärme auch abgeführtwird. Übersteigt der Belastungsstrom unddamit die Verlustleistung den zulässigenWert, so erhöht sich die Temperatur undüberschreitet die für den Leitungstypmaximal zulässige Betriebstemperatur.Die Verlegebedingungen beeinflussen dieWärmeabführung maßgeblich. Einfluß aufdiesen Prozess haben vor allem die fol-genden Faktoren:

Verlegeart. Je nach Verlegeart (Tafel )sind an der Wärmeabführung Wärmelei-tung, Konvektion oder Wärmestrahlung inunterschiedlicher Weise beteiligt. Günsti-ge Bedingungen liegen dort vor, wo unge-hindert Wärme abgeführt werden kann.Das ist z. B. bei Leitungen auf Abstands-schellen oder an Spannseilen der Fall.Hier nimmt bei entsprechend großemRaumvolumen die umgebende Luft dieWärme auf. Luftpolster in Rohren undKanälen, Wärmedämmschichten, Mantel-isolierungen und Hohlräume haben dage-gen einen hohen Wärmewiderstand, derdie Wärmeableitung behindert. Das istbesonders dort der Fall, wo in Rohre ein-gezogene Leitungen oder Kabel in Wärme-dämmschichten eingebettet werden.

Umgebungstemperatur. Eine Wärmeab-führung ist nur möglich, wenn die Umge-bungstemperatur niedriger ist als dieBetriebstemperatur des Kabels oder derLeitung. Je größer das Temperaturgefälle,desto mehr Wärme kann in der gleichenZeit abgegeben werden. Kabel und Lei-tungen dürfen deshalb bei höheren Um-gebungstemperaturen weniger belastetwerden als bei niedrigeren Werten.

Häufung. Die ungehinderte Wärmeablei-tung wird gestört, wenn Kabel und Leitun-gen gehäuft verlegt werden. Sie erwärmensich gegenseitig. Deshalb dürfen gehäuftverlegte Kabel und Leitungen nur geringerbelastet werden als eine Einzelleitung. Esist allerdings möglich, darauf zu verzich-ten, wenn ein Abstand vom zweifachengrößten Außendurchmesser der Leitungeingehalten wird.

Wärmebeständigkeit der Isolierung. Esist erforderlich, bei der Auswahl desKabels oder der Leitung die zulässigeBetriebstemperatur zu beachten. Sie darfnicht höher sein als der zulässige Wert.Das am häufigsten verwendete Isolierma-terial PVC hat eine zulässige Betriebstem-peratur von 70 °C, sofern nicht die Aus-führung mit erhöhter Wärmebeständigkeitvon 90 °C gewählt wird. 90 °C sind nurzulässig, wenn die angeschlossenenBetriebsmittel ebenfalls für diese Tempe-ratur ausgelegt sind. Die Tabelle 1 in [1]gibt eine Übersicht über die Kabel- undLeitungsbauarten mit den zulässigen Be-triebstemperaturen am Leiter mit Hinweisauf die zutreffende Tabelle für die zulässi-ge Strombelastbarkeit.

Querschnittbestimmungbei normalen Bedingungen

Normale Bedingungen liegen bei den üb-lichen Kabeln und Leitungen mit einer Be-

ϑ ϑLtg U V thP R− = ⋅ .

P

I

AV = ⋅

⋅

2 l

κ

Im Teil 1 wurde die Bemes-sung des Querschnitts nachden Kriterien Mindestquer-schnitt und Spannungsfall behandelt. Mit der Auswahlnach der Strombelastbarkeitwird die Beitragsfolge fortge-setzt. Als Grundlage für dieBemessung dient die NormDIN VDE 0298 Teil 4 [1].

9

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 1/01

Querschnittbestimmung von Kabeln und LeitungenTeil 2: Strombelastbarkeit

F a c h w i s s e n

triebstemperatur von 70 °C vor, wenn dieStrombelastbarkeit den Belastbarkeits-tabellen in [1], Tabelle 3 und 4, entnom-men werden kann und keine Umrechnungmit Umrechnungsfaktoren erfolgen muss.Tafel gibt auszugsweise einige Wertewieder. Sie gelten bei einer Umgebungs-temperatur von 30 °C. In Deutschlandwurde schon seit Jahrzehnten entspre-chend den klimatischen Bedingungen dieStrombelastbarkeit auf eine Umgebungs-temperatur von 25 °C bezogen. Im AnhangA zur Norm [1] sind in den Tabellen A 1und A 2 die zutreffenden Werte der Strom-belastbarkeit ausgewiesen. Tafel ent-hält ebenfalls Auszüge daraus.Für in Erde verlegte Kabel gelten andereBetriebsbedingungen, auf die hier nichteingegangen werden soll. Leitungendürfen nicht in der Erde verlegt werden.

Voraussetzungen. Eine Anwendung vonTafel setzt voraus, dass1.die Belastung nicht größer sein darf als

der zulässige Tabellenwert (Die Tabellen sind für Dauerbelastung

mit konstantem Belastungsstrom aus-gelegt. Bei niedrigerer Belastung sindReserven vorhanden.),

2.die Umgebungstemperatur den Bezugs-wert in der jeweiligen Tabelle von 30 °Coder 25 °C nicht überschreitet und

3.keine Kabel- und Leitungshäufungenberücksichtigt werden müssen.

Das trifft bei Einzelverlegung zu, kannaber selbst dort möglich sein, wo Kabelund Leitungen unmittelbar nebeneinanderliegen und sich gegenseitig berühren. Hierist eine Prüfung der Belastungsverhältnis-se notwendig.

Bedingungen bei Einzelverlegung. JedesInstallationsrohr oder jeder Installations-kanal darf, bei mehrzügigen Kanälen je-der Zug, nur einen Stromkreis mit Ader-leitungen oder eine mehradrige Mantel-leitung enthalten. Bei benachbarten Ka-beln und Leitungen muss der lichte Ab-stand das Zweifache des größten Außen-durchmessers betragen. Das gilt auchfür das Verlegen auf Kabelwannen oderPritschen.

Installationen in Wohnungen und ähnli-chen Bauten. Sie sind ein Beispiel, woauch bei Leitungshäufungen Umrech-nungsfaktoren außer Acht bleiben kön-nen. Die Stromkreise werden in der Regelnicht gleichzeitig und auch nicht mitDauerstrom belastet. Ausgenommendavon sind mit Dauerlast beaufschlagteStromkreise, z. B. für Nachtstromspei-cherheizungen. Hier darf auf einen Um-rechnungsfaktor für Leitungshäufungennicht verzichtet werden, weil bei dererwarteten längeren Betriebsdauer diezulässige Betriebstemperatur überschrit-ten werden kann.

Ermittlung der Strombelastbarkeit. Es istdie zutreffende Referenzverlegeart festzu-legen. Für die feste Verlegung sind dazuin [1], Tabelle 2, insgesamt acht Refe-renzverlegearten mit den zugehörigen Be-triebsbedingungen angegeben. In der Pra-xis sind wesentlich mehr Verlegearten üb-lich. Hier muß man selbst eine Zuordnungzu der jeweils zutreffenden Referenzverle-geart vornehmen. Für häufig vorkommen-

10

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 1/01

F a c h w i s s e n

Referenzverlegeart1) A1 A2 B1 B2

Darstellung

Verlegung in wärmegedämmten Wänden Verlegung in Elektro-Installationsrohren oder geschlossenen oder Fußböden Elektro-Installationskanälen auf oder in Wänden, in Kanälen

für Unterflurverlegung (in offenen oder belüfteten Kanälen), auchin aufgestellten Fußböden und in Gebäudehohlräumen

Aderleitung mehradrige Kabel oderVerlegebedingung im Elektro- Mantelleitung Aderleitung oder mehradrige Kabel oder

Installations- im Elektro- einadrige Kabel/Mantel- Mantelleitungen3)

rohr oder Installations- direkt verlegt leitungen2)

-kanal rohr oder-kanal

Referenzverlegeart C E F G

Darstellung

Direkte Verlegung auf Wänden/Decken, Stegleitungen Verlegung frei in Luft, an Tragseilen sowie aufauf ungelochten Kabelwannen, in in Wänden/ gelochten Kabelwannen, Kabelpritschen Fußleistenkanälen sowie im Mauer- Decken und Kabelkonsolen

Verlegebedingung werk oder Beton mit einem spezifi-schen Wärmewiderstand 2 K m/Weinadrige Kabel mehradrige Kabel mehradrige Kabel einadrige Kabel oder Mantelleitungenoder oder oderMantelleitungen Mantelleitungen Mantelleitungen mit Berührung ohne Berührung,

auch Aderleitungenauf Isolatoren

Tafel Verlegearten von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in Gebäuden nach [1]

1) Ausführung nach Kennziffern in Tabelle 7 in [1]2) in Gebäudehohlräumen mit kleinem Querschnitt = B23) in Gebäudehohlräumen mit großem Querschnitt = B1

de Verlegearten sind in Tafel die zuempfehlenden Referenzverlegearten zu-sammengefasst. Eine weitere Hilfestel-lung liefert Tabelle 7 in [1].Lässt sich eine Leitung auf ihrem Wegzum Verbraucher verschiedenen Verlege-arten zuordnen, dann ist die Referenzver-legeart zu wählen, bei der das Kabel oderdie Leitung am geringsten belastet wer-den darf. Für einen gewählten Querschnittist dann die Strombelastbarkeit Ir derTafel bzw. den Tabellen in [1] zu ent-nehmen.Für Wechselstromkreise gelten die Tabel-lenwerte für zwei belastete Adern, weil derPE-Leiter im fehlerfreien Betrieb stromlosbleibt.Im Drehstromkreis ist die Anzahl der be-lasteten Adern auch bei Mitführung eines

PEN- oder N-Leiters mit drei anzusetzen.Das gilt nicht, wenn der N- oder PEN-Leiterbelastet, die Außenleiter aber nicht ent-lastet werden.Die Gründe beruhen auf der Tatsache,dass bei einer symmetrischen Belastungmit sinusförmigen Strömen im PEN- bzw.N-Leiter kein Strom fließt, aber trotzdemdie höchste thermische Beanspruchungder Leitung durch die Stromwärme er-folgt.Bei unsymmetrischer Belastung fließt imN- bzw. PEN-Leiter nur der Ausgleich-strom, der in der geometrischen Summealler Ströme am Wert Null fehlt. Im Dreh-stromsystem ist bekanntermaßen dieSumme aller Ströme gleich Null. Durch Oberschwingungen kann abwei-chend vom Normalfall der Strom im N-

oder PEN-Leiter aber sogar höher seinals der Außenleiterstrom, wenn Verbrau-cher einen nicht sinusförmigen Stromverursachen. Ist das der Fall, dann mussauch der 4. Leiter berücksichtigt und ggf. ein größerer Querschnitt gewähltwerden. Auf Einzelheiten kann in diesemBeitrag nicht detailliert eingegangen wer-den.Die zulässige Strombelastbarkeit Iz mussbei Anwendung der Tafel größer, min-destens aber genau so groß sein wie derBelastungsstrom: Iz ≥ Ib.Da keine abweichenden Betriebsbe-dingungen vorliegen, ist der Tafelwert Irgleich der zulässigen StrombelastbarkeitIz und damit gilt hier Iz = Ir ≥ Ib.Der Betriebstrom Ib ist der Nennstromdes Verbrauchsmittels, z. B. Motornenn-

11

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 1/01

F a c h w i s s e n

Referenzverlegeart A1 A2 B1 B2 C E F G

Verlegung in Wärme in Elektro-gedämmten Installations- auf einer frei in LuftWänden rohren Wand

Anzahl der 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 3belasteten vert., vert. ge- hori- vert.Adern hori- hori- bün- zont.

zont. zont delt

Nennquerschnitt StrombelastbarkeitCu in mm2 in A

Umgebungstemperatur 30 °C

1,5 15,51) 13,5 15,51) 13,0 17,5 15,5 16,5 15 19,5 17,5 22 18,5 – – – – –

2,5 19,5 18 18,5 17,5 24 21 23 20 27 24 30 25 – – – – –

4 26 24 25 23 32 28 30 27 36 32 40 34 – – – – –

4 – – – – – – – – – 332) – – – – – – –

6 34 31 32 29 41 36 38 34 46 41 51 43 – – – – –

10 46 42 43 39 57 50 52 46 63 57 70 60 – – – – –

10 – – – – – – – 472) – 592) – – – – – – –

16 61 56 57 52 76 68 69 62 85 76 94 80 – – – – –

25 80 73 75 68 101 89 90 80 112 96 119 101 131 114 110 146 130

35 99 89 92 83 125 110 111 99 138 119 148 126 162 143 137 181 162

50 119 108 110 99 151 134 133 118 168 144 180 153 196 174 167 219 197

70 151 136 139 125 192 171 168 149 213 184 232 196 251 225 216 281 254

95 182 164 167 150 232 207 201 179 258 223 282 238 304 275 264 341 311

Umgebungstemperatur 25 °C

1,5 16,51) 14,5 16,51) 14,0 18,5 16,5 17,5 16 21 18,5 23 19,5 – – – – –

2,5 21 19 19,5 18,5 25 22 24 21 29 25 32 27 – – – – –

4 28 25 27 24 34 30 32 29 38 34 42 36 – – – – –

4 – – – – – – – – – 352) – – – – – – –

6 36 33 34 31 43 38 40 36 49 43 54 46 – – – – –

10 49 45 46 41 60 53 55 49 67 60 74 64 – – – – –

10 – – – – – – – 502) – 632) – – – – – – –

16 65 59 60 55 81 72 73 66 90 81 100 85 – – – – –

25 85 77 80 72 107 94 95 85 119 102 126 107 139 121 117 155 138

35 105 94 98 88 133 117 118 105 146 126 157 134 172 152 145 192 172

50 126 114 117 105 160 142 141 125 178 153 191 162 208 184 177 232 209

70 160 144 147 133 204 181 178 158 226 195 246 208 266 239 229 298 269

95 193 174 177 159 246 219 213 190 273 236 299 252 322 292 280 361 330

Tafel Belastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in Gebäuden, Betriebstemperatur 70 °C, Umgebungstempera-turen 25 und 30 °C (nach [1])

1) Bei Wandaufbau: Äußere Beplankung 10 mm Holzfaserplatten, Wärmedämmung mit 100 mm Mineralfaser, innere Beplankung mit 25 mmHolzfaserplatte mit Wärmeleitfähigkeit 0,1 W/K m senkrecht und 0,23 W/K m parallel zur Plattenebene

2) Gilt nicht für Verlegung auf einer Holzwand

strom, Nennstrom der Steckdose oder beiZuleitungen zu Verteilungen der Nenn-strom des Überstromschutzorgans derentsprechenden Leitung.

Beispiel 1: Wie hoch darf bei einerUmgebungstemperatur von 25 °C einezum Teil auf Abstandsschellen und zumTeil auf gelochter Kabelbahn verlegteund mit Drehstrom betriebene Mantel-leitung NYM-J 5 x 6 mm2 Cu belastet wer-den?Antwort: Nach Tafel ist das Verlegenauf Abstandsschellen der Verlegeart C,das Verlegen auf einer gelochten Kabel-wanne Verlegeart E zuzuordnen. Zuwählen ist die Verlegeart C, weil hier derWärmewiderstand größer ist als bei E.Nach Tafel ist für drei belastete Aderneine Strombelastbarkeit Ir = 43 A zuläs-sig. Da keine Umrechnung notwendig ist,gilt Ir = Iz = 43 A.

Beispiel 2: Wie hoch darf bei einer Umge-bungstemperatur von 25 °C eine im Fuß-boden verlegte Mantelleitung 3 x 2,5 mm2

Cu belastet werden?Antwort: Nach Tafel ist Verlegeart A2zu wählen. Das gilt für das Verlegen ohneund mit Rohr gleichermaßen. Nach Tafel ist eine Strombelastbarkeit Ir = Iz = 19,5 A zulässig.

Abweichende Betriebs-bedingungen

Als abweichende Bedingungen bei derQuerschnittbestimmung sind zu berück-sichtigen:• eine andere Umgebungstemperatur als

30 °C oder 25 °C und• mehrere gemeinsam verlegte Kabel

und Leitungen, wenn sie sich gegen-seitig berühren oder in einem Zug einesKanals oder einem einzügigen Kanalverlegt sind oder wenn bei parallelerVerlegung ein lichter Abstand vom zwei-fachen Außendurchmesser des Kabelsmit dem größten Querschnitt nicht ein-gehalten wird.

Abweichende Umgebungstemperaturen.Diese können sowohl über als auch un-ter 30 °C liegen. Die Strombelastbarkeitbei höheren oder niederen Temperaturenals 30 °C errechnet sich durch Multi-plikation der Strombelastbarkeitswerte Irin Tafel mit den zutreffenden Um-rechnungsfaktoren f1 für abweichendeUmgebungstemperaturen. Auszugsweisesind die zutreffenden Umrechnungs-faktoren für Kabel und Leitungen miteiner Betriebstemperatur 70 °C in Tafel wiedergegeben. Die Strombelast-barkeit Iz kann damit sowohl fallen als

auch steigen. Sie errechnet sich aus Iz = Ir · f1.Da für eine Umgebungstemperatur von25 °C die Strombelastbarkeit der Tafel verwendet werden kann, ist dafür keineUmrechnung erforderlich. Wenn jedochder Umrechnungsfaktor für die Häufung zubeachten ist, gilt nur der Bereich der Tafel für eine Umgebungstemperatur von30 °C.

Beispiel 3: Wie hoch darf die im erstenBeispiel genannte Leitung belastetwerden, wenn sie streckenweise parallelzu Heizungsleitungen verlegt wird, wo dieUmgebungstemperatur 40 °C betragenkann?Antwort: Die Strombelastbarkeit Ir füreine Mantelleitung NYM-J 5 x 6 mm2 beider Verlegeart C ist in Tafel für eineUmgebungstemperatur 30 °C mit 41 Aausgewiesen. Nach Tafel ist für eineUmgebungstemperatur 40 °C ein Umrech-nungsfaktor f1 = 0,87 zu wählen. DieLeitung kann mit

Iz = Ir · f1 = 41 A · 0,87 = 35,7 A

belastet werden.

Häufung. Bei Kabel- und Leitungshäufun-gen ist ein Umrechnungsfaktor f2 zuberücksichtigen. Er ist aus Tafel zu ent-nehmen, sofern die darin auszugsweisegenannten Bedingungen zutreffend sind.Wenn ein Faktor f2 für Häufung angewen-det werden muss, so ist die Strombelast-barkeit Iz stets kleiner als Ir .Bei formaler Anwendung der Faktoren f2können sich nicht gerechtfertigte Belas-tungsreduzierungen ergeben. Deshalbsollte bei der Bestimmung dieses Um-rechnungsfaktors Folgendes berücksich-tigt werden:• Die Umrechnungsfaktoren f2 gelten für

Dauerbetrieb mit konstantem Belas-tungsstrom. Bei geringerer Belastungkönnen sie höher sein. So wird z. B. der

12

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 1/01

F a c h w i s s e n

Umgebungs- Umrech-temperatur in °C nungsfaktor f1

10 1,22

15 1,17

20 1,12

25 1,06

30 1,00

35 0,94

40 0,87

45 0,79

50 0,71

Tafel Umrechnungsfaktoren f1 bei ab-weichenden Umgebungstemperaturen fürPVC isolierte Kabel und Leitungen mit Be-triebstemperatur 70 °C (nach [1])

Anordnung Anzahl der Wechsel- oderDrehstromkreise1 2 3 4 5 6

Gebündelt direkt aufder Wand, dem Fußboden, im Elektro- 1,00 0,80 0,70 0,65 0,60 0,57Installationsrohr oder -kanal,auf oder in der Wand

Einlagig auf der Wandoder Fußboden, mit 1,00 0,85 0,79 0,75 0,73 0,72Berührung

Einlagig auf der Wandoder Fußboden, mit 1,00 0,94 0,90 0,90 0,90 0,90Zwischenraum gleichLeitungsdurchmesser

Einlagig unter der Decke, mit Berührung 0,95 0,81 0,72 0,68 0,66 0,64

Einlagig unter derDecke, mit Zwischen- 0,95 0,85 0,85 0,85 0,85 0,85raum gleich Leitungs-durchmesser

Anzahl der Wannen

Gelochte 1 1,00 0,88 0,82 0,79 – 0,76Kabelwanne, 2 1,00 0,87 0,80 0,77 – 0,73mit Berührung 3 1,00 0,86 0,79 0,76 – 0,71

6 1,00 0,84 0,77 0,73 – 0,68

Ungelochte 1 0,97 0,84 0,78 0,75 – 0,71Kabelwanne, 2 0,97 0,83 0,76 0,72 – 0,68mit Berührung 3 0,97 0,82 0,75 0,71 – 0,66

6 0,97 0,81 0,73 0,69 – 0,63

Tafel Umrechnungsfaktoren f2 für Häufung (Auszug aus [1])

d d

dd

d d

Wert 1 erreicht, wenn vier gehäuft ver-legte Leitungen jeweils mit dem halbenBelastungstrom betrieben werden.Durch die Abhängigkeit vom Quadratdes Belastungsstroms sinkt die Ver-lustwärme in einer Leitung auf 25 %.

• Aus den zuvor genannten Gründen istes nicht erforderlich, Leitungen zuberücksichtigen, die unter 30 % deszulässigen Wertes belastet werden.

• Auch Gleichzeitigkeitsfaktoren solltenbeachtet werden, weil sich damit dieBelastungen ändern.

• Häufungen bis 1 m Länge, wie sie sichz. B. bei der Einführung in Verteiler er-geben, können außer Betracht bleiben.

• Bei gemischter Belegung besteht dieGefahr, dass Leitungen mit kleineremQuerschnitt stärker erwärmt werden.Hier ist es angebracht, Leitungen mithohem Belastungsstrom möglichst imAbstand (zweifacher Durchmesser)oder zumindest am Rand des Bündelszu verlegen.

• Für eine unter der Decke verlegte Lei-tung gilt f2 = 0,95, womit den Aus-wirkungen eines Wärmestaus entge-gengetreten wird.

Die Strombelastbarkeit errechnet sichaus Iz = Ir · f2.Muss außerdem der Umrechnungsfaktorfür abweichende Umgebungstemperatu-ren f1 berücksichtigt werden, dann ergibtsich Iz = Ir · f1 · f2.

Wird der Querschnitt gesucht (Tafel ),dann ist zu setzen

Beispiel 4: Auf einer ungelochten Kabel-wanne werden in einer Heizungsanlage fürden Anschluss von drei mit Drehstrom be-triebenen Pumpen je eine Stromkreis-leitung NYM-J und eine Steuerleitung ver-legt. Die Pumpen arbeiten im Dauerbe-trieb. Der Betriebstrom Ib beträgt 24 A.Von den Pumpen ist stets eine in Reserve.Die Umgebungstemperatur beträgt 25 °C.Welcher Querschnitt ist erforderlich?Antwort: Da nur zwei Motoren gleichzeitiglaufen, sind nur zwei Leitungen zu berück-sichtigen. Die Steuerleitungen bleibenaußer Betracht. Zu wählen ist nach Tafel die Verlegeart C. Nach Tafel ist fürdas Verlegen von 2 Leitungen auf einerungelochten Kabelwanne mit einem Um-rechnungsfaktor f2 = 0,84 zu rechnen. DerUmrechnungsfaktor f1 für 25 °C ist in Ta-fel mit 1,06 ausgewiesen.Der Tafelwert Ir ist aus Tafel zu ent-nehmen, wobei gilt

Gemäß Tafel ist eine Leitung NYM-J mit5 x 4 mm2 Cu erforderlich. Der darunter-liegende Querschnitt 2,5 mm2 Cu ist nurbis 25 A belastbar.

Anmerkung. Um wirtschaftlich zu bleiben,sollte man in der Praxis Lösungen anstre-ben, wo sich Verlegearten mit hohemWärmewiderstand umgehen lassen undauf Umrechnungsfaktoren nach Möglich-keit verzichtet werden kann. Patentrezep-te gibt es dafür nicht. Es ist aber immer zuüberlegen, ob nicht ein anderer Leitungs-weg gewählt werden sollte, bei dem sichdie Anzahl der in einem Leitungsbündelzusammengefassten Leitungen durcheine andere Zuordnung reduzieren lässt.

H. Senkbeil

Literatur[1] DIN VDE 0298-4 (VDE 0298 Teil 4): 1998-

11 Verwendung von Kabeln und isoliertenLeitungen für Starkstromanlagen; Teil 4:Empfohlene Werte für die Strombelastbar-keit von Kabeln und Leitungen für die festeVerlegung in Gebäuden und von flexiblenLeitungen.

Korrektur: Im ersten Teil (LuK 12/00, Seite10, Tafel ) ist im Zähler der Formeln vier undacht der Strom I zu streichen.

II

f fr

b=⋅

=⋅

=1 2

24

1 06 0 8426 95

AA

, ,,

II

f fr

b≥⋅1 2

.

13

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 1/01

F a c h w i s s e n

Bemessung nach Überlastschutz

Heft 2/2001 LERNEN & KÖNNEN

Quelle: BIBB 107 1100

Warum Betriebe AuszubildendenZusatzqualifikationen anbieten

Befragung von Betrieben*, die ihren Azubis deutlich über die Inhalte der Ausbildunghinausgehende Qualifikationen anbieten: Nennungen in %

Passgenauere Ausbildunggemäß betrieblichem Bedarf

Gewinnung leistungs-starker Auszubildender

Bindung leistungs-starker Auszubildender

Kostengünstiger alsspätere Weiterbildung

Ausbildungsordnungnicht mehr bedarfsgerecht

Wirklich passenderAusbildungsberuf fehlt

30

30

40

29

23

7

51

47

23

28

14

4

81

77

63

57

37

11

„Trifft eher zu” „Trifft voll und ganz zu” Insgesamt

*Anfang 2000

Passgenaue MitarbeiterSechs von zehn Ausbil-dungsbetrieben in Deutsch-land bieten ihren Azubisschon während der Ausbil-dung oder direkt danachGelegenheit, zusätzlicheKenntnisse zu erwerben.Zwei Drittel der Ausbil-dungsbetriebe rechnen miteinem in den nächsten Jah-ren zunehmenden Bedarfan Zusatzqualifikationen.Wichtigster Antrieb für dieUnternehmen ist die Ge-winnung effizienter Mit-arbeiter. Das macht dieRekrutierung leistungsstar-ker Azubis und deren pass-genaue Ausbildung nötig.

Schutz bei ÜberstromDamit sich Kabel und Leitungen nicht un-zulässig erwärmen, müssen sie bei Über-strom geschützt werden. Überstrom istjeder Strom, der die Strombelastbarkeitüberschreitet. Nach den Entstehungsur-sachen ist zwischen Überlaststrom undKurzschlussstrom zu unterscheiden.Ein Überlaststrom entsteht in einem feh-lerfreien Stromkreis durch Überlastungeines einzelnen oder durch den gleich-zeitigen Betrieb mehrerer Verbraucher.Der Kurzschluss ist eine durch einen Feh-ler entstandene leitende Verbindung zwi-schen betriebsmäßig gegeneinander un-ter Spannung stehenden Leitern (aktivenTeilen), wenn im Fehlerstromkreis keinNutzwiderstand liegt. Der dadurch entste-hende Kurzschlussstrom ist in der Regelerheblich größer als ein Überlaststrom. Esist zwischen dem Schutz bei Überlast unddem Schutz bei Kurzschluss zu unter-scheiden. Zwischen beiden gibt es vieleGemeinsamkeiten. Sie wirken zusammenund ergänzen sich. Für den Überstrom-schutz gilt deshalb auch DIN VDE 0100Teil 430 [1] als gemeinsame Norm. So-wohl zum Überlast- als auch zum Kurz-schlussschutz sind Überstromschutzein-richtungen erforderlich. Ihre Aufgabe istes, den Überstrom zu unterbrechen, bevoreine Schädigung der Isolierung der Kabelbzw. Leitungen und anderer Betriebsmittelim angeschlossenen Stromkreis eintritt.Unterschieden werden: Überstromschutzeinrichtungen, die denSchutz bei Überlast und Kurzschluss über-nehmenSie müssen jeden Überstrom bei vollkom-menem Kurzschluss an ihrer Einbaustelleunterbrechen können.In der Gebäudeinstallation sind vor allemfolgende Schutzeinrichtungen üblich:

– Leitungsschutzsicherungen der Betriebs-klasse gG nach DIN VDE 0636 mit denBauarten Neozed-Sicherungen (DO-System), Diazedsicherungen (D-System)und NH-Sicherungen (NH-System)

– Leitungsschutzschalter nach DIN VDE0641 Teil 11

– Nichteinstellbare Leistungsschalter derK- und Z-Charakteristik

– Selektive Hauptleitungsschutzschalter. Überstromschutzeinrichtungen, die nurbei Überlast schützen Hierbei handelt es sich um stromabhängigverzögerte Schutzeinrichtungen mit unzu-reichendem Schaltvermögen, z. B. Schützemit Überlastauslöser oder mit ther-mischen Auslösern versehene Motorstar-ter. Überstromschutzeinrichtungen, die nurbei Kurzschluss schützenSie müssen Kurzschlussströme bis zumStrom bei vollkommenem Kurzschluss anihrer Einbaustelle unterbrechen können.Dazu zählen Leistungsschalter mit Schnell-auslösern und Teilbereichssicherungen.

Schutz bei Überlast – Zuordnungsbedingungen

Der Schutz bei Überlast setzt voraus,dass der Nennstrom In der Überstrom-schutzeinrichtung nicht größer ist als derzulässige Belastungsstrom oder dieStrombelastbarkeit Iz des zu schützendenKabels bzw. der Leitung (s. Teil 2).

Der Nennstrom In muss eher kleiner seinals Iz . Unter Einbeziehung des Betriebs-stroms Ib ergibt sich daraus nach [1] dieBedingung (Nennstromregel)

Ib ≤ In ≤ Iz . (1)

Ib Betriebstrom des Stromkreises In Nennstrom der Schutzeinrichtung

Bei einstellbaren Schutzeinrichtungenentspricht In dem eingestellten Wert

Iz Strombelastbarkeit des Kabels oderder Leitungsschutzschalter

Der Schutz bei Überlast ist damit alleinaber nicht zu gewährleisten, weil das Aus-löseverhalten der Überstromschutzein-richtung unberücksichtigt bleibt. In [1]wird deshalb gefordert, dass der Auslöse-strom der Schutzeinrichtung I2 (großerPrüfstrom) nicht größer sein darf als der1,45-fache Wert der StrombelastbarkeitIz. Daraus ergibt sich die als Auslöseregelbezeichnete Bedingung

I2 ≤ 1,45 · Iz (2)

Zeit-Strom-Kennliniender Schutzeinrichtungen

In den Prinzipdarstellungen der Zeit-Strom-Kennlinien für Leitungsschutzschal-ter (Bild ) und für Leitungsschutzsiche-rungen der Betriebsklasse gG (Bild )gibt der obere Kurvenverlauf für die Auslö-sung an, nach welcher Zeit ein Überstromzur Unterbrechung des Stromkreisesführt. Der Überlastbereich von Leitungs-schutzschaltern ist am gekrümmten Kur-venverlauf erkennbar (Bild ). Die Auslösezeiten sind in den Bildern nurin ihrer Tendenz zu entnehmen. Deshalbsei hier ergänzt, dass der große PrüfstromI2 (If bei Sicherungen) bei Schutzeinrich-tungen bis 63 A 1 Stunde, bei größerenNennströmen auch 2, 3 oder 4 Stundenfließen kann, bevor eine Auslösung erfolgt.

Die Querschnittbestimmungnach Mindestquerschnitt,Spannungsfall und Strombe-lastbarkeit (Teile 1 und 2)reicht allein nicht aus. Ergän-zend werden im Folgenden dieBesonderheiten des Schutzesbei Überlast erläutert.

8

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 2/01

Querschnittbestimmung vonKabeln und LeitungenTeil 3: Schutz bei Überstrom – Schutz bei Überlast

F a c h w i s s e n

Zeit-Strom-Kennlinie LS-Schalter (Prinzip)

Streubereich

t

1 h

~0,01 s

IBemessungsstrom Ir LS

BimetallauslöserÜberlast

elektromagnetischerAuslöserKurzschlussschutz

Auslösung

Nicht-auslösung

I1

I2

I4 I5

Streubereich

Auslösung

Nicht-auslösung

Bemessungsstrom Ir Si I

t1 h

Inf

If = 1,6 · InInf = 1,25 · In

If

Zeit-Strom-KennlinieSchmelzsicherungseinsatz Betriebsklasse gG (Prinzip)

9

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 2/01

F a c h w i s s e n

Auslösecharak-- Thermischer Auslöser Elektromagnetischer Auslöser Anwendbar fürteristik Nichtauslöse- Auslösestrom Zeit t Nichtauslöse- Auslösestrom Zeit t Betriebsmittel

strom I1 I2 in h strom I4 I5 in s

B 3 · In 5 · InKabel, Leitungen

Leuchten, Haushalt-

C 1,13 · In 1,45 · In 5 · In 10 · In geräte (bei Einschalt-

stromspitzen „C“)

D ≤ 1 10 · In 20 · In ≤ 0,1 Verbraucher mit sehr

hohen Einschaltströmen

K1) 8 · In 14 · InMotoren mit hohen

1,05 · In 1,20 · In Anlaufströmen „K“

Z1) 2) 2 · In 3 · In Halbleiter „Z“

Tafel Prüfströme sowie Auslöse- und Nichtauslösezeiten von Leitungsschutzschaltern nach DIN VDE 0641 Teil 11

1) Leistungsschalter nach DIN VDE 0660 Teil 101; 2) Ablösung durch R-Charakteristik vorgesehen

Referenzverlegeart A1 A2 B1 B2 C E F G

Verlegung in Wärme in Elektro- auf einergedämmten Installations- Wand frei in LuftWänden rohren

Anzahl der 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 2 3 3 3 3belasteten Adern vert., vert., ge- horizont. vert.

horizont. horizont. bündelt

Nennquerschnitt Strombelastbarkeit Iz in ACu in mm2 Nennstrom In in A

Umgebungstemperatur 25 °C

1,5 Iz 16,51) 14,5 16,51) 14,0 18,5 16,5 17,5 16 21 18,5 23 19,5 – – – – –In 16 13 16 13 16 16 16 16 20 16 20 16

2,5 Iz 21 19 19,5 18,5 25 22 24 21 29 25 32 27 – – – – –In 20 16 16 16 25 20 20 20 25 25 32 25

4 Iz 28 25 27 24 34 30 32 29 38 34 42 36 – – – – –In 25 25 25 20 32 25 32 25 35 32 40 35

4 Iz – – – – – – – – – 352)– – – – – – –In 352)

6 Iz 36 33 34 31 43 38 40 36 49 43 54 46 – – – – –In 35 32 32 25 40 35 40 35 40 40 50 40

10 Iz 49 45 46 41 60 53 55 49 67 60 74 64 – – – – –In 40 40 40 40 50 50 50 40 63 50 63 63

10 Iz – – – – – – – 502)– 632)

– – – – – – –In 502) 632)

16 Iz 65 59 60 55 81 72 73 66 90 81 100 85 – – – – –In 63 50 50 50 80 63 63 63 80 80 100 80

25 Iz 85 77 80 72 107 94 95 85 119 102 126 107 139 121 117 155 138In 80 63 80 63 100 80 80 80 100 100 125 100 125 100 100 125 125

35 Iz 105 94 98 88 133 117 118 105 146 126 157 134 172 152 145 192 172In 100 80 80 80 125 100 100 100 125 125 125 125 160 125 125 160 160

50 Iz 126 114 117 105 160 142 141 125 178 153 191 162 208 184 177 232 209In 125 100 100 100 160 125 125 125 160 125 160 160 200 160 160 224 200

70 Iz 160 144 147 133 204 181 178 158 226 195 246 208 266 239 229 298 269In 160 125 125 125 200 160 160 125 224 160 224 200 250 224 224 250 250

95 Iz 193 174 177 159 246 219 213 190 273 236 299 252 322 292 280 361 330In 160 160 160 125 224 200 200 160 250 224 250 250 315 250 250 315 315

Tafel Belastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in Gebäuden, Betriebstemperatur 70 °C, Umgebungstempe-raturen 25 °C und Zuordnung des Bemessungsstroms In von Überstrom-Schutzeinrichtungen mit I2 ≤ 1,45 · In nach [1]

1) Bei Wandaufbau: Äußere Beplankung 10 mm Holzfaserplatten, Wärmedämmung mit 100 mm Mineralfaser, innere Beplankung mit 25 mm Holzfaserplatte mit Wärmeleitfähigkeit 0,1 W/(K m) senkrecht und 0,23 W/(K m) parallel zur Plattenebene

2) Gilt nicht für Verlegung auf einer Holzwand

• Der Nennstrom In der Schutzeinrichtungen darf nicht größer sein als Iz (In ≤ Iz)• Schutzeinrichtungen können auch die Aufgabe haben, Verbraucher gegen Überlast zu schützen. In der Schutzeinrichtung muss dann gleich

oder kleiner sein als der Bemessungsstrom des Gerätes.• Schmelzsicherungen mit In = 13 A, 32 A und 40 A sind z. Z. nicht genormt. Alternativ ist die nächstniedrigere Stromstärke In zu wählen.

Bei der für I2 zulässigen 1,45-fachenStrombelastbarkeit Iz erwärmen sich dieLeiter über die Betriebstemperatur hin-aus. Temperaturwerte sind in [1] nichtvorgegeben. Die Kabel- und Leitungs-isolierung hält diesen Belastungenstand, sodass keine Reduzierung der

Lebensdauer eintritt, wenn derartigeÜberlastungen nicht zum Dauerzustandwerden. Unterhalb der unteren Grenzedes Toleranzbandes der Zeit-Strom-Kennlinien erfolgt keine Abschaltung. Die Einhaltung dieser Vorgabebedin-gung wird geräteseitig geprüft, indem

die Schutzeinrichtungen mit dem klei-nen Prüfstrom I1 (Inf bei Sicherungen) be-aufschlagt werden. Dabei darf währendder vorgegebenen Prüfdauer (1 Stundebei In ≤ 63 A) der kleine Prüfstrom dieSchutzeinrichtung nicht zur Auslösungführen.

Zuordnung zu I2 ≤ 1,45 · InAn Stelle von I2 kann in Gleichung (2) 1,45 · In gesetzt werden. Damit wird

1,45 · In ≤ 1,45 · Iz ⇒ In ≤ Iz .

Bei Erfüllung der Bedingung (1) ist beieinem großen Prüfstrom I2 ≤ 1,45 · In dieBedingung (2) immer erfüllt, sodass eineKontrolle nach dieser Auslöseregel nichterforderlich ist. Zu den Überstromschutz-einrichtungen mit I2 ≤ 1,45 · In gehören:• Leitungsschutzschalter mit den Aus-

lösecharakteristiken B, C und D sowieLeistungsschalter der K- und Z-Charak-teristik (Tafel )Sie werden vorzugsweise in Endstrom-kreisen eingesetzt

• Leitungsschutzsicherungen der Be-triebsklasse gG nach DIN VDE 0636

• Motorstarter (DIN VDE 0660 Teil 102)Leitungsschutzsicherungen gG sind erstseit Neufassung der Norm hier zugeord-net. Die Einhaltung der Bedingung I2 ≤1,45 · In wird durch Prüfung des konven-tionellen Überlastschutzes gemäß DINVDE 0636 Teil 10 gewährleistet.Beim Einsatz von Schutzeinrichtungen mitI2 ≤ 1,2 · In, z. B. Leistungsschalter der K-Charakteristik, ist die thermische Bela-stung der angeschlossenen Betriebsmit-tel im Vergleich zu Einrichtungen mit I2 ≤ 1,45 · In geringer.Bei der Zuordnung der Schutzeinrichtungist zu beachten, dass nach Bedingung (1)der Nennstrom In der Schutzeinrichtungnicht kleiner als der Betriebstrom Ib undnicht größer als die Strombelastbarkeit Izsein darf. Wenn sich der Strombelastbarkeit für dengewählten Querschnitt keine Schutzein-richtung mit einem erforderlichen Nenn-strom zuordnen lässt, dann muss derQuerschnitt und damit die Strombelast-barkeit erhöht werden.In Tafel ist den Leiterquerschnitten dieStrombelastbarkeit von Kabeln und Lei-tungen bei fester Verlegung in Gebäudenund der Nennstrom der Schutzeinrichtun-gen in Abhängigkeit von der Verlegeartzugeordnet. Die Werte gelten bei einer Be-triebstemperatur von 70 °C und einer Um-gebungstemperatur von 25 °C und dürfenauschließlich bei normalen Verlegebedin-gungen angewendet werden. Wo mit Lei-tungshäufungen oder abweichenden Um-gebungstemperaturen zu rechnen ist, istdie Strombelastbarkeit nach den Vor-gaben für abweichende Bedingungen zuermitteln und erst danach der Nennstromder Schutzeinrichtung zu bestimmen.Beispiel 1: Der Betriebsstrom Ib für eineLüftungsanlage beträgt 58 A. Im Raum istmit einer Umgebungstemperatur von25 °C zu rechnen. Vorgesehen ist eine Lei-tung NYM-J, die getrennt von anderen Lei-tungen auf der Wand zu verlegen ist.

Zu ermitteln sind der Leiterquerschnitt derZuleitung und der Nennstrom der Siche-rungen der Betriebsklasse gG.Antwort: Es ist Verlegeart C zu wählen.Nach Tafel könnte bei einem Betriebs-strom Ib = 58 A eine Leitung für Drehstrommit Iz = 60 A gewählt werden. Ein Nenn-strom der Sicherung 50 A gewährleistetzwar den geforderten Überlastschutz, liegtaber unterhalb des Betriebsstroms Ib.Beim Einsatz einer Sicherung 63 A träteder umgekehrte Fall ein. Gewählt wird eine Leitung NYM-J 5 x16 mm2 Cu mit Iz = 81 A. Vorzusehen sindSicherungen (gG) 80 A oder 63 A.

Zuordnung zu I2 > 1,45 · InÄltere Ausführungen der Schutzeinrichtun-gen lösen in der Regel bei höheren Über-strömen aus. Das trifft unter anderem aufLeitungsschutzschalter der H-, U- und derL-Charakteristik zu. Obwohl sie nicht mehrgefertigt werden, sind sie in alten An-lagen, zum Teil aber auch noch als L-Cha-rakteristik im Lager vorhanden. Ihr Einsatzist auch in neuen Anlagen gestattet, wenndie abweichenden Auslösebedingungenbeachtet werden. Werden diese nicht be-rücksichtigt, dann könnte beispielsweisebeim Einsatz eines Leitungsschutzschal-ters der L-Charakteristik In = 16 A an Stel-le einer Ausführung in B-Charakteristiknach Tafel in einer angeschlossenenLeitung beim einstündigen Betrieb mitdem großen Prüfstrom I2 eine etwa 1,5-fache Verlustwärmemenge entstehen.Größere Schäden an den Kabel- und Lei-tungsisolierungen sind nur selten eingetre-ten, weil die tatsächlichen Belastungsströ-me in alten Anlagen meist gering waren.An Stelle I2 = 1,45 · In ist bei diesenSchutzeinrichtungen I2 = X · In zu setzen.Beim Einsatz von Schaltern der L-Charak-teristik ist zu beachten, daß der Faktor Xnicht konstant ist, sondern von der Höhedes Nennstroms abhängt (Tafel ). Um Bedingung (2) zu erfüllen ist der Nenn-strom der Schutzeinrichtung zu reduzieren

Die zu schützenden Kabel und Leitungenkönnen demzufolge nur geringer belastetwerden, womit die Wirtschaftlichkeit derAnlage eingeschränkt wird.Beispiel 2: Eine Wechselstromleitung mitAderleitungen H07V-U im Installationsrohrsoll als Einzelstromkreis unter Putz verlegtwerden. Die Umgebungstemperatur be-trägt 25 °C. Es ist ein Leitungsschutz-schalter mit L-Charakteristik vorhanden.Welcher Nennstrom ist bei einem Lei-tungsquerschnitt 1,5 mm2 zu wählen?Antwort: Es ist Verlegeart B1 zugrundezu-legen. Nach Tafel ist die Leitung mit

Iz = 18,5 A belastbar. Der Faktor X wirdaus Tafel mit 1,9 entnommen. Zulässig ist

Zu wählen ist ein Nennstrom In = 10 A.Zum Vergleich: Beim Einsatz eines Schal-ters mit B-Charakteristik könnte In = 16 Abetragen (höhere Wirtschaftlichkeit!).

Unzureichender Schutzunterhalb von I2

Die Bedingungen (1) und (2) gewährleis-ten nur bei Überströmen ab dem großenPrüfstrom einen sicheren Überlastschutz.Zwischen dem Nennstrom In und dem klei-nen Prüfstrom I1 erfolgt keine Auslösung(Bilder und ). Damit werden unge-wollte Betriebsunterbrechungen bei gerin-ger Überlastung, bei Leitungsschutzschal-tern nach Tafel z. B. zwischen In und1,13 · In vermieden.Eine Auslösung kann erst erfolgen, wennder Überstrom größer ist als der kleinePrüfstrom I1 und damit die mit Nichtaus-lösung bezeichnete untere Grenze derStrom-Zeit-Kennlinie überschreitet. EineAuslösung zwischen I1 und I2 ist möglich,aber nicht sicher. Überströme können dortlängere Zeit ohne Auslösung anstehenund eine unzulässige Erwärmung derKabel und Leitungen verursachen. DieStromkreise sollten deshalb so gestaltetwerden, dass kleine Überlastungen vonlängerer Dauer nicht auftreten können. An-schlussleistung, Betriebsdauer und dieHöhe des möglichen Überlaststromes deranzuschließenden Verbraucher müssendabei Berücksichtigung finden.

Anordnung und Versetzenvon Schutzeinrichtungen

Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Über-last müssen an Stellen eingebaut werden,wo die Strombelastbarkeit durch Ände-rung des Leiterquerschnitts, der Verlege-art oder durch Verwendung anderer Lei-tungen herabgesetzt wird (Bild ). Auf zu-sätzliche Schutzeinrichtungen kann aberauch verzichtet werden, wenn die vorge-schaltete Schutzeinrichtung den Schutzbei Überlast sicherstellt (Bild ). Im Gegensatz zu Schutzeinrichtungen fürden Kurzschlussschutz oder für denkombinierten Überlast- und Kurzschluss-schutz, die am Anfang einer Leitung ange-ordnet werden müssen, dürfen Überlast-schutzeinrichtungen im zu schützendenLeitungszug auch versetzt angeordnetwerden (Bild ). Voraussetzung ist, dass

In =⋅1 45 18 5

1 9

, ,

,.

A

II

Xn

z=⋅1 45,

10

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 2/01

F a c h w i s s e n

der Kurzschlussschutz von der vorge-schalteten Schutzeinrichtung übernom-men wird (Ausführungen hierzu folgen imTeil 4). Solche Möglichkeit kann bei Lei-tungsabzweigen vorteilhaft sein, wo dieörtlichen Verhältnisse den Einbau einesVerteilers am Abzweigpunkt einer Zulei-tung nicht gestatten. Beispielsweise wennmit der Zuleitung noch zusätzliche Vertei-ler gespeist werden. Bis zu einer Längevon 3 m ab Abzweigpunkt kann auf denKurzschlussschutz verzichtet werden,wenn die entsprechenden Bedingungen

im Abschnitt 5.4.2 in [1] eingehalten wer-den, auf die hier nicht detailliert einge-gangen werden kann (Bild ). Befindensich in der zu schützenden Leitung Lei-tungsabzweige oder Steckdosen, so istein Versetzen der Schutzeinrichtung un-zulässig. Unter diesen Bedingungen sinddie genannten Betriebs- und Verbrauchs-mittel nicht geschützt (Bild ).

Verzicht auf den Schutzbei Überlast

Ein Schutz bei Überlast kann dort entfal-len, wo durch die Art der Verbraucher oderder Anlagen Überlastströme nicht zu er-warten sind, z. B. in Hilfsstromkreisen, inVerbindungsleitungen zwischen Strom-quellen oder in Schaltanlagen. Eine Aus-nahme bilden Anlagen, für die abweichen-de Normen gelten. Vom Überlastschutzausgenommen sind auch öffentliche Ver-teilungsnetze der Energieversorgung.Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Über-last sollten nicht eingebaut werden, wodie Unterbrechung des Stromkreises zurGefahr wird, z. B. beim Anschluss vonHubmagneten, in Sekundärstromkreisenvon Stromwandlern oder bei Versorgungvon Sicherheitseinrichtungen. Hier mussauf andere Art, z. B. durch Überlastmelde-einrichtungen oder Stromkreisauslegung,die das Auftreten von Überlastströmenwenig wahrscheinlich macht, die notwen-dige Sicherheit geschaffen werden.Ein Verzicht auf den Überlastschutz ist inIT-Systemen nur unter besonderen Vor-aussetzungen statthaft, die im Abschnitt5.6 in [1] aufgeführt sind.

Korrekturen: Im ersten Teil (LuK 12/00,S. 9) gab es einen Vorzeichenfehler. Esgilt für das öffentlichen Niederspannungs-netz eine Abweichung von + 6 % und - 10 % von der Nennspannung. Weiter wur-den im Bild fehlerhafte Abkürzungenverwendet. Man kürzt die „Verordung überAllgemeine Bedingungen für die Elektri-zitätsversorgung von Tarifkunden“ mit AVBEltV ab. H. Senkbeil

Literatur[1] DIN VDE 0100 Teil 430: 1991-11

Errichten von Starkstromanlagen mitNennspannungen bis 1000 V; Schutz-maßnahmen; Schutz von Kabeln undLeitungen bei Überstrom.

11

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 2/01

F a c h w i s s e n

Beispiele für die Zuordnung von Überstromschutzeinrichtungen bei Minderung der Strombelastbarkeit a) Verkleinerung des Querschnitts; b) Änderung der Verlegeart( ) erforderliche Schutzeinrichtung, wenn B und D entfallen

A25 A

B16 A5 x 2,5 mm2

Verlegeart C5 x 1,5 mm2

Verlegeart C(16 A) (–)a)

C35 A

D25 A5 x 4 mm2

Verlegeart C5 x 4 mm2

Verlegeart B2(25 A) (–)b)

Versetzen der Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Überlast in einer Leitung• Schutzeinrichtung A übernimmt den Schutz bei Kurzschluss• Schutzeinrichtung B übernimmt den Schutz der Leitung L und nachgeordneter

Betriebsmittel bei Überlast

A

L L

B

Zulässige Anordnung einer Schutzeinrichtung zum Schutz bei Überlast in einemLeitungsabzweig• Schutzeinrichtung A übernimmt den Überlast- und Kurzschlussschutz für Leitung

L1 und den Kurzschlussschutz für die geringer belastete Leitung L2• Schutzeinrichtung B übernimmt den Überlastschutz der Leitung L21) Bis L2 = 3 m wird mit Ausnahme von Anlagen mit abweichenden Bedingungen kein Kurz-

schlussschutz gefordert, sofern sich dort keine brennbaren Stoffe befinden und die Kurz-schlussgefahr herabgesetzt ist. Abweichende Bedingungen s. 6.4.2 in [1]

AL1

L2

B

3 m 1)

A L1

L3

B

L4L2

0

a)

AL1

B

L2

0

b)

Unzulässiges Versetzen der Schutzeinrichtung B zum Schutz bei Überlast Zwischen Abzweigpunkt O der Leitung L1 und der Schutzeinrichtung B in der geringerbelastbaren Leitung L2 dürfen sich keine Leitungsabzweige/Steckdosen befinden

Bemessung nach Überlastschutz –Kurzschlussschutz

Heft 3/2001 LERNEN & KÖNNEN

Nennstrom In in A Faktor X

bis 4 2,1

6 ... 10 1,9

16 ... 25 1,75

über 25 1,6

Tafel Faktor X zur Ermittlung desgroßen Prüfstroms I2 für LS-Schalter mitL-Charakteristik

KurzschlussauswirkungenBeim Kurzschluss wird durch den Kurz-schlussstrom die zulässige Betriebs-temperatur der Kabel und Leitungenerheblich überschritten. Dabei kann dieIsolierung sich verformen und schließ-lich zerstört werden. Möglich sind auchLichtbögen, die Brände auslösen kön-nen. Von großer Bedeutung sind neben dengroßen Kurzschlußströmen, die vor allemfür die Bestimmung des Ausschaltver-mögens der Schutzeinrichtungen wesent-lich sind, aber auch beim thermischenKurzschluss beachtet werden müssen, inerster Linie die kleinen Kurzschlussströ-me bei vollkommenem einpoligen Kurz-schluss.Neben den thermischen Wirkungen wer-den durch den Stoßkurzschlussstromdynamische Kräfte freigesetzt. Kabel hal-ten diesen Kräften aufgrund ihrer festenUmmantelung stand, sodass darüber keinNachweis erforderlich ist 1).Die technischen Forderungen für den

Schutz bei Kurzschluss sind in DIN VDE0100 Teil 430 [1] zusammengefasst.Kurzschlussfestigkeit ist nicht gleichbe-deutend mit Kurzschlusssicherheit, diedas Auftreten von Kurz- und Erdschlüssen ausschließen oder vermindern soll 2).Nachfolgend werden einige Fragen desSchutzes bei Kurzschluss erläutert. Aus-führlich wird der Kurzschlussschutz in Ge-bäuden in [5] behandelt.

AusschaltvermögenIn der Norm [1] wird gefordert: Das Ausschaltvermögen IA der Schutzein-richtung muss mindestens dem größten amEinbauort auftretenden Kurzschlussstrom Ikentsprechen: IA ≥ Ik .Werte für das Ausschaltvermögen IA sindin den Normen vorgegeben oder denHerstellerunterlagen zu entnehmen. Die Kurzschlussströme Ik sind bei der Pla-nung zu bestimmen, soweit sie nicht vor-gegeben sind. Sie sind nur dort genauerzu ermitteln, wo Kurzschlussströme in derNähe des Ausschaltvermögens zu erwar-ten sind und überschlägliche Berechnun-gen nicht ausreichen. IA und Ik sind Effek-tivwerte. In Anlagen, die an das öffentlicheNetz eines EVU angeschlossen werden,sind die Stoßkurzschlussströme vorgege-ben (Bild ). Es handelt sich um Schei-telwerte, die von den Sicherungen beimAbschalten „durchgelassen“ werden. DerDurchlassstrom IS = 25 kA hinter derHausanschlusssicherung 315 A (gG) istdamit nicht der Kurzschlussstrom Ik, derals Zahlenwert kleiner ist.

Da die allgemein verwendeten Leitungs-schutzsicherungen der Betriebsklasse gGüber ein Mindestausschaltvermögen IA =50 kA bei ≤ 660 V Wechselspannungverfügen, ist die Forderung IA ≥ Ik damiteingehalten. Größere Sicherungen erfor-dern eine individuelle Bemessung der An-lage, wobei das Ausschaltvermögen in derRegel ausreichend ist.Schutzeinrichtungen mit einem Ausschalt-vermögen IA < Ik ist eine weitere Schutzein-richtung mit dem erforderlichen ausreichen-den Schaltvermögen IA > Ik vorzuschalten.Beide müssen so aufeinander abge-stimmt sein, dass weder die Schutzein-richtung mit dem zu geringen Ausschalt-vermögen noch die nachfolgende Anlageim Falle eines Kurzschlusses Schadenerleiden können [1], Abschnitt 6.3.1. Um die Zuordnung auf einfache Weise zugewährleisten, geben die Hersteller vonMotorstartern, Leistungsschaltern undLeitungsschutzschaltern den maximaleNennstrom oder das Ausschaltvermögender Vorsicherung vor (Tafel ). Die Zählervorsicherung 100 A mit einemAusschaltvermögen 50 kA vor dem Lei-tungsschalter mit 6 kA im Bild entsprichtdiesen Bedingungen. Die im Kurzschluss-fall auf das Leitungsnetz hinter dem Lei-tungsschutzschalter einwirkende Durch-lassenergie ist gesondert zu betrachten.

Thermischer Kurzschluss-schutz

Vorgaben und BedingungenNach den Forderungen in [1] ist derSchutz bei Kurzschluss unter folgendenBedingungen gewährleistet:

Zur Bemessung von Kabelnund Leitungen wurden bisherdie Aspekte Mindestquer-schnitt, Spannungsfall,Strombelastbarkeit und Über-lastschutz erläutert. Mit demSchutz bei Kurzschluss wer-den die Ausführungen zumÜberstromschutz abgerundet.

8

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 3/01

Querschnittbestimmung von Kabeln und LeitungenTeil 4: Schutz bei Kurzschluss

F a c h w i s s e n

IS = 25 kA1) IS = 10 kA1)

2)

3)

Wh≤ 315 A IA = 6 kA

Geforderte Kurzschlussfestigkeit gemäß TAB 2000 1) Werte beziehen sich auf eine HA-Sicherung 315 A

Bei Nennströmen > 315 A Festlegungen in TAB 2000 beachten2) Vorsicherung maximal 100 A (TAB 2000 Abschn. 6.2.3)3) Energiebegrenzungsklasse 3 (TAB 2000 Abschn. 8)

Leitungsschutz- NH-Sicherung Back-Up-Schutzschalter 6 bzw. 10 kA gL/gL

In in A In in A in kA

6 ... 63 50 5063 50

6 ... 40 80 50

13 ... 42 100 50

40 ... 63 100 25

25 ... 63 125 25

50 ... 63 80 35

Tafel Back-Up-Schutz durch Leitungsschutzsicherungen beimEinsatz von Leitungsschutzschaltern (Fa. Schupa)

1) Nach der nicht mehr verbindlichen DIN VDE0298 Teil 2 Ausgabe November 1979waren bei Stoßkurzschlussströmen bis 63 kA keine Maßnahmen gefordert.

2) Verlegearten für ein kurzschluss- und erd-schlusssicheres Verlegen sind der nichtmehr verbindlichen DIN VDE 0100 Teil 520Ausgabe November 1985 zu entnehmen.

• Die zulässige Kurzschlusstemperatur wirdnicht überschritten.

• Die Abschaltung erfolgt spätestens nach5 Sekunden.

Beim Kurzschluss sind im Vergleich zurzulässigen Betriebstemperatur höhereTemperaturen, für PVC-isolierte Kabel undLeitungen z. B. 160 °C, zulässig [2]. Eswird davon ausgegangen, dass bei derkurzzeitigen Beanspruchung keine Schädi-gung der Isolierung eintritt.Der enge Zusammenhang zwischen Kurz-schlusstemperatur, Kurzschlussstromund -dauer findet seinen Ausdruck in derGrenzbelastung der Leitung, die das Wär-meaufnahmevermögen charakterisiert.Die Grenzbelastung (I 2T )max wird aus derBemessungs-Kurzzeitstromdichte Jthr fürden Zeitbereich bis 5 s [2] und demLeiterquerschnitt Sn bestimmt:

(I 2T )max = ( Jthr · Sn )2.

Für PVC-isolierte Kabel und Leitungen istdie Grenzbelastung Tafel zu entnehmen. Kurzschlussfestigkeit ist gewährleistet,wenn die Grenzbelastung von Kabeln undLeitungen weder bei großen noch kleinenKurzschlussströmen überschritten wird.

Schutz bei hohen KurzschlussströmenFür hohe Kurzschlussströme mit einerKurzschlussdauer und damit Abschaltzei-ten der Schutzeinrichtungen unter 0,1 sstehen keine Strom-Zeit-Kennlinien zurVerfügung. Hier muss die Durchlassener-gie der Schutzeinrichtungen mit demWärmeaufnahmevermögen der Leitungenverglichen werden. Sehr große Kurz-schlussströme werden durch Leitungs-schutzsicherungen in kürzeren Zeiten ab-geschaltet als durch Leitungsschutzschal-ter, Leistungsschalter und Motorstarter.Es ist daher zu sichern, dass die vondiesen Schutzeinrichtungen während derAbklingphase des Stoßkurzschlussstromszum Dauerkurzschlussstrom durchgelas-

sene Energie nicht zur Überbeanspru-chung der nachgeschalteten Leitung führt.Die Durchlaßenergie muß kleiner sein als dasWärmeaufnahmevermögen der Leitung.Am stärksten werden Leitungen mit klei-nen Querschnitten beansprucht. Leitungsschutzschalter 16 A (B-Charakte-ristik, Strombegrenzungsklasse 3) für6 kA, wie sie in den TAB der EVU gefordertwerden, haben einen Durchlass-I2T -Wertvon 35 000 A2s (Tafel ). Die PVC-isolierte Leitung mit einem Quer-schnitt von 1,5 mm2 Cu kann aber nur29 800 A2s aufnehmen. Die Leitung istdamit bei Kurzschlussströmen von 6 kAnicht mehr geschützt. Aus der grafischenDarstellung der I2T -Werte in Abhängigkeitvom Kurzschlussstrom Ik (Bild ) ist er-kennbar, dass der LS-Schalter bis zumSchnittpunkt A bei 5,1 kA den Kurz-schlussschutz gewährleistet.Da Kurzschlussströme Ik > 5 kA in End-stromkreisen der Gebäudeinstallationkaum zu erwarten sind und nach Angaben

von Herstellern Leitungsschutzschaltergeringere Durchlasswerte erreichen, istnach den Vorgaben in [1] der Schutz durchLeitungsschutzschalter der Energiebe-grenzungsklasse 3 ausreichend. Leitungsschutzsicherungen 63 A, die in An-lagen üblich sind (Bild ), begrenzen Kurz-schlussströme so stark, dass sie den Kurz-schlussschutz ab etwa 1,75 kA (Schnitt-punkt B) allein übernehmen könnten.Leitungsschutzsicherungen 100 A habennach DIN VDE 0636 einen Ausschalt-(I 2T)max-Wert von 64 000 A2s und schüt-zen eine PVC-isolierte Leitung mit82700 A2s (2,5 mm2) bei hohen Kurz-schlussströmen ebenfalls sicher. • Beim Einsatz von Leitungsschutzschal-

tern der Strombegrenzungsklasse 3 ist abLeiterquerschnitt 1,5 mm2 der Schutz beigroßen Kurzschlussströmen gegeben.

• Bei Vorsicherungen > 100 A ist zu prüfen,ob bei den in der Anlage zu erwartendenKurzschlussströmen die Grenzbelastungder Leitung noch eingehalten wird.

9

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 3/01

F a c h w i s s e n

Bemessungs- LS-Schalter LS-Schalterschaltvermögen bis einschließlich 16 A 16 A bis einschließlich 32 A

in A (I 2T)max in A2s (I 2T)max in A2s

CharakeristikB C B C

3000 15000 18000 18000 22000

4500 25000 30000 32000 39000

6000 35000 42000 45000 55000

10000 70000 84000 90000 110000

Tafel Zulässige Durchlass-I 2T-Werte für LS-Schlter (Energiebegrenzungsklasse 3, nach DIN VDE 0641 Teil 11)

Leiter- (I2T)max-Wertequerschnittin mm2 in 103 A2s

0,5 3,31

0,75 7,44

1,0 13,2

1,5 29,8

2,5 82,7

4 211,6

6 476,1

10 1323

16 3386

25 8266

35 16201

50 33062

70 64802

95 119356

120 190440

Tafel (I 2T )max-Werte von PVC-isoliertenKupferkabeln und -leitungen

obererGrenzwertSi 63 ADIN VDE 0 636

1,5 mm2

Hal

bwel

le 5

0 H

z

LS-SchalterDIN VDE 0641B-CharakteristikStrombegrenzungs-klasse 3

LS-Schalterohne Strom-begrenzung

108

107

106

105

104

103

102

A2s

I2T

102 103 104 105AIk

k2S2 ≈ 29800A2sA

B

Zusammenwirken von Leitungsschutzschalter und Vorsicherung beim Kurzschluss-schutz (nicht maßstäblich)

Gemeinsame Schutzeinrichtungen In der Gebäudeinstallation werden Leitun-gen überwiegend durch eine gemeinsameÜberstromschutzeinrichtung geschützt,die am Anfang des Stromkreises angeord-net sein muss (Bild ). Die Zeit-Strom-Kennlinien der – Leitungsschutzsicherungen Betriebs-

klasse gG nach DIN VDE 0636, – Leitungsschutzschalter nach DIN VDE

0641 Teil 11 und – Leistungsschalter nach DIN VDE 0660

Teil 101 verlaufen im Kurzschlussbereich bis 5 sunterhalb der Grenztemperaturkennlinieeiner Leitung. Sind sie richtig für denÜberlastschutz ausgelegt und erfüllensie die Bedingungen 1 und 2 nach Ab-schnitt 5.2 in [1], dann ist auch derKurzschlussschutz gewährleistet. Planerund Errichter brauchen zum Schutz beiKurzschluss keine besonderen Maßnah-men vorsehen [1], Abschn. 7.1. In die-sem Falle gilt:Wird eine Überstromschutzeinrichtung rich-tig für den Überlastschutz gewählt, so erfülltsie auch die Bedingung des Kurzschluss-schutzes, wenn• die Schutzeinrichtung ein ausreichendes

Ausschaltvermögen besitzt und• der kleinste Leiterquerschnitt die Durch-

lassenergie beim größten Kurzschluss-strom aufnehmen kann.

Schutz bei Überlast s. Teil 2.

Getrennte SchutzeinrichtungenBei der getrennten Anordnung der Schutz-einrichtungen für den Überlast- und Kurz-schlussschutz kann der Bemessungs-strom für das Kurzschlussschutzorganhöher gewählt werden. Dieser Vorteil wird z. B. genutzt, wenn• für eine Überlastschutzeinrichtung vor

Ort der Kurzschlussschutz durch eineVorsicherung im Verteiler erfolgt

• die Forderung nach Selektivität einenhöheren Bemessungstrom einer Siche-rung erforderlich macht

• beim Festanschluss von Heizgerätenkeine Überlastung erfolgen kann undder Bemessungsstrom (Einstellstrom)der Schutzeinrichtung nur für den Kurz-schlussschutz bemessen wird.

Bemessung nach Leitungsgrenzlängen

Bei kleinen Kurzschlussströmen ist dieKurzschlussfestigkeit nachzuweisen. Die zulässige Ausschaltzeit t (in s) fürKurzschlüsse bis zur Dauer von 5 s wirdentsprechend der Grenzbelastung einerLeitung nach folgender Beziehung ermit-telt:

Beim Kurzschlussstrom I (in A) handelt essich um den Effektivwert bei vollkomme-nem einpoligen Kurzschluss (Ik), bei S umden Leiterquerschnitt in mm2. Der Koeffi-zient k hängt vom Leitermaterial und derIsolierung ab, für PVC-isolierte Kupferleiterbeträgt er z. B. 115 As/mm2. Der Kurzschlussstrom Ik in der Kurz-schlussbahn (Bild ) ergibt sich zu

Ik = 0,95 · U0/Zk.

Die Kurzschlussimpedanz Zk der Kurz-schlussbahn muss ggf. unter Einbezie-hung von Messwerten berechnet werden.Hinzu kommt die Auswahl eines geeigne-ten Schutzorgans. Insgesamt ist das Ver-fahren zeitraubend und umständlich.Bei der Bemessung nach Leitungsgrenz-längen gemäß [3] entfällt diese Berech-

nung. Im Bild sind die Grenztempera-turkurven der Leitung A und der Schutzein-richtungen Si und Ls in einem Zeit-Strom-Diagramm gegenübergestellt. Verglichenwerden der zulässige Kurzschlussstromder Leitung Ithz und der Abschaltstrom Iades Schutzorgans mit den korrespondie-renden Abschaltzeiten ta.Ist Ithz ≥ Ia, so ist der Schutz bei Kurz-schluss für Kurzschlussströme Ik ≥ Iadurch die zugeordnete Schutzeinrichtungsichergestellt (Bild a). Die Grenzlängeder Leitung wird nach dem Mindestkurz-schlussstrom Ikerf = Ia bemessen.Für den LS-Schalter ist Ia der Abschalt-strom bei ta ≤ 0,1 s Grundlage für dieGrenzlängenbestimmung (Bild b). Ist Ithz < Ia, so ist der Kurzschlussschutz durchLeitungsschutzschalter nicht zulässig.Für Leitungsschutzsicherungen ergibt sichIkerf als Schnittpunkt der oberen Grenzkur-ve der Strom-Zeit-Kennlinie der Sicherung

t kS

I= ⋅

2

.

10

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 3/01

F a c h w i s s e n

Ω

PEN

L1L2L3PEN

Messung des Innenwiderstands

L1S1

S2

L2

3 m

Zulässiges Versetzen der Schutzein-richtungen für den Schutz bei Kurz-schlussBei Leitungslänge > 3 m ist ein Verset-zen möglich, wenn die Kurzschlussfestig-keit nachgewiesen wird

t

ta =5 s

tkta =0,1 s

IthzIKerf = Ia I

Si AA

Sit

Ithz IKerf = IaIa

A Lst

IIa Ithz I

Geltungsbereich der Grenztemperaturkurvedes Kabels bzw.der Leitungen

a) b) c)

Prinzip des Kurzschlussschutzes von Leitungena) Schutz durch Sicherungen Ikerf < Ithz; b) Schutz durch LS-Schalter Ikerf > Ia ; c) Schutz durch Sicherungen Ithz < IaA Grenztemperaturkurve der zu schützenden LeitungLs, Si obere Grenzkurve des Leitungsschutzschalters und Leistungsschalters bzw.

der LeitungsschutzsicherungIa, ta, tk Abschaltstrom bzw. AbschaltzeitIthz zulässiger Kurzschlussstrom über die Zeit ta für Schutz bei KurzschlussIkerf erforderlicher Mindestkurzschlussstrom

und der Grenztemperaturkurve (Bild c).Verfahrensweise: Die maximal zulässigenLeitungslängen sind für unterschiedlicheLeitermaterialien und Leiterquerschnitteunter Verwendung üblicher Schutzeinrich-tungen nach Nennströmen gestaffelt inTabellen ausgewiesen. Eine Staffelung er-folgt in Abhängigkeit von der Schleifenim-pedanz vor der Schutzeinrichtung. Tafel zeigt einen Ausschnitt. Der Schutz beiKurzschluss ist gesichert, wenn bei• dem betreffenden Querschnitt, dem

vorgegebenen Leitungsmaterial (Cu, Al)

• dem vorgegebenen Isolationsmaterial(PVC, Gummi, VPE) und

• dem gewählten Nennstrom derSchutzeinrichtung

die maximal zulässige Leitungslänge nichtüberschritten wird. Diese Methode be-rücksichtigt bereits die Strom-Zeit-Kenn-linien der Schutzeinrichtungen, sodassweitere Betrachtungen entfallen.Beispiel 1: Ein Drehstrom-Kurzschlussläu-fermotor 30 kW, cos ϕ = 0,85, In = 63 Amit einem Anlaufstrom 6 · In ist an eineVorsicherung 100 A im Verteiler anzu-schließen. Die Schleifenimpedanz vor derSicherung beträgt 300 mΩ. Gewährleistetdie 25 m lange Zuleitung NYY-J 4 x25 mm2 den Kurzschlussschutz?Antwort: Nach Tafel ist für das Kabelbis zu 46 m Länge der Schutz gegeben.

Einhaltung des Mindest-kurzschlussstroms

In bereits ausgeführten Anlagen kanndurch Messung des Netzinnenwiderstan-des Ri (Bild ) der Kurzschlussstromes Ikermittelt werden. Bei dieser Methode istein möglicher Messfehler von + 30 % zuberücksichtigen [4]. Das heisst: Wenn derermittelte Wert für Ik gleich oder größer istals das 1,3-Fache des geforderten Min-destkurzschlussstroms nach [3] (Tafel), so ist der Schutz gegeben.

Schutz durch Sicherungen. Ist der durchSicherungen gewährleistete Kurzschluss-schutz zu prüfen, so ist in gleicher Weisemit den in Tafel angegebenen Min-destkurzschlussströmen zu vergleichen. Beispiel 2: Ein Kabel NYY-J 4 x 16 mm2

Cu ist durch Sicherungen gG mit In =100 A geschützt. Die Messung des Netz-innenwiderstandes erbrachte für denKurzschlussstrom den Wert Ik = 805 A.Antwort: Bei Berücksichtigung des Mess-fehlers ergibt sich nach Tafel der erfor-derliche Mindestkurzschlussstrom 754 A.Er ist kleiner als der gemessene Wert, der

Kurzschlussschutz ist gewährleistet.

Schutz durch Leitungsschutzschalteroder Leistungsschalter. Da diese Schutz-einrichtungen bei einem vorgegebenen Viel-fachen n des Nennstroms in weniger als0,1 s abschalten, genügt die Überprüfung,ob der 1,3-fache Wert des Kurzschluss-strom Ik, der aus der Messung des Netz-innenwiderstandes Ri ermittelte wurde,gleich oder größer als n · In ist. Werte für nkönnen Tafel entnommen werden.Ist Kurzschlussstrom kleiner als der Min-destkurzschlussstrom, ist zu untersu-chen, ob die Ermittlung des tatsächlichenMessfehlers und die erneute Prüfung zueinem besseren Ergebnis führen. Andern-falls ist die Kurzschlußfestigkeit nicht ge-währleistet und die Anlage zu verändern.

Anordnen und Versetzenvon Schutzeinrichtungen

Schutzeinrichtungen für den Kurzschluss-schutz sind stets am Anfang jedes Strom-kreises vorzusehen und an Stellen, wo dieKurzschlussstrombelastbarkeit gemindertist und von der vorgeschalteten Schutzein-richtung nicht sichergestellt werden kann.Ein Versetzen bis zu 3 m ab Anschluss-oder Abzweigpunkt im Zuge des zu schüt-zenden Kabels ist aber möglich, wenn dieGefahr eines Kurzschlusses und möglicheFeuer- und Personenschäden einge-schränkt sind (Bild ). Ein kurzschluss-und erdschlusssicheres Verlegen schafftdafür gute Voraussetzungen. Bei Abzwei-gen über 3 m Länge ist ein Nachweis derKurzschlussfestigkeit notwendig.

Literatur[1] DIN VDE 0100 Teil 430: 1991-11 Er-

richten von Starkstromanlagen mitNennspanungen bis 1000 V; Schutz-maßnahmen; Schutz von Kabeln undLeitungen bei Überstrom.

[2] DIN VDE 0298-4: 1998-11 Verwendungvon Kabeln und isolierten Leitungen fürStarkstomanlagen; Teil 4: EmpfohleneWerte für die Strombelastbarkeit vonKabeln und Leitungen für feste Ver-legung in Gebäuden und von flexiblenLeitungen.

[3] Beiblatt 5 zu DIN VDE 0100: 1995-11 –;Maximal zulässige Längen von Leitungenunter Berücksichtigung des Schutzesbeim indirekten Berühren, des Schutzesbei Kurzschluß und des Spannungsfalls.

[4] Bödeker, K.: Erstprüfung von Stark-stromanlagen nach DIN VDE 0100 Teil610/04.94. Teil 5: Prüfung der Schutz-maßnahmen im TN-System (-Netz). Elek-tropraktiker 49(1995)5, S. 392-397.

[5] Kny, K.-H.: Kurzschluss-Schutz in Ge-bäuden. Berlin: Verlag Technik 2000.

H. Senkbeil

11

Leitungen und Kabel

LERNEN KÖNNEN 3/01

F a c h w i s s e n

Leiter- Nennstrom Mindest- Schleifenimpedanz vor der Schutz-nennquer- der Schutz- kurzschluss- einrichtung in mΩschnitt einrichtung strom 10 50 100 200 300

in mm2 in A in A maximal zulässige Länge in m

25 63 320 374 354 328 275 221

25 80 440 271 250 224 170 115

25 100 580 204 183 157 102 46

25 125 750 157 136 109 54 0

Tafel Maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen, Cu, Isolierung PVC, VPE oder EPR;Sicherung Betriebsklasse gG nach DIN VDE 0636-10; Nennspannung 400 V; Abschaltungnach 5 s oder Erreichen der zulässigen Kurzschlusstemperatur (nach [3])

Nenn- Nennstrom Mindest-quer- der Schutzein- Kurzschluss-schnitt richtung stromin mm2 in A in A1)

1,5 25 176

2,5 32 215

4 40 247

4 50 364

6 50 338

6 63 429

10 80 572

16 100 754

25 160 1209

35 160 1209

35 200 1755

35 250 2080

50 250 20801) Eingerechnet wurde ein Gebrauchs-

und Anlagenfehler von 30 %.

Tafel Mindestkurzschlusströme von Sicherungen der Betriebsklasse gG bei Abschalten nach 5 s oder Erreichen derzulässigen Kurzschlusstemperatur; Cu, PVC-isoliert (nach [3])

LS-Schalter (DIN VDE 0641)

Charakteristik B C D

n 5 10 20

Leistungsschalter (DIN VDE 0660)

Charakteristik K Z

n 14 3

Tafel n-Werte zur Bestimmung desMindestkurzschlussstroms Ik ≥ 1,3 · n · In