Voraussetzungen der EN 61439-5 in Trafostationen und …nevs.ch/wp-content/uploads/2018/11/2018-GV-Vortrag-ESTI... · 2018-11-12 · Voraussetzungen der EN 61439-5 8 André Moser

Eidgenössisches Starkstrominspektorat ESTI

Voraussetzungen der

EN 61439-5 in

Trafostationen und

Verteilkabinen

gemäss ESTI27.3.2018

André Moser Leiter Vollzug NIV

2Voraussetzungen der EN 61439-5


Agenda:

• Starkstromverordnung

• Kurz-und Erdschlussströme

• Abschaltzeit

• Strombegrenzung

• Zeitbegrenzung

• Sicherheit und Technik

• Entscheide des TKI

• Unfallgeschehen



Was war hier falsch ?



Folgen davon sind



Was sagt die Starkstromverordnung

Art. 47 Überstromschutz

• Die hochspannungsseitigen Schutzeinrichtungen für den

Transformator müssen auch den Kurzschlussschutz bis und mit den

ersten Niederspannungsschutzeinrichtungen gewährleisten.

Art. 63 Abschaltung

• 1 In Starkstromanlagen sind Einrichtungen einzubauen, die durch das

Abschalten der Anlage Schäden infolge von Überlast-, Kurzschluss-

und Erdschlussströmen möglichst begrenzen.

• 2 Die Anlage muss nicht abgeschaltet werden, wenn die Ströme auf

andere Weise auf ungefährliche Werte begrenzt werden können.

Art. 64 Änderung der Verhältnisse

• Ändern sich die Verhältnisse bei einer Starkstromanlage durch

Erweiterung, Umbau, Instandsetzungen oder durch den Einfluss

anderer Anlagen, so sind die Einrichtungen zum Überstromschutz

unverzüglich den neuen Verhältnissen anzupassen.



Kurschluss- oder Erdschlussströme;

sehr hoch bei Transformatoren

Kurzschlussstrom

IK = 23 kA

Kurzschlussstrom

IK = 8 kA



Begrenzung der Kurzschlussströme

und Ausschaltzeiten

IK = 23 kA

IK = 46 kA

Ausschaltzeit

bei einem

Fehler auf der

Sekundärseite

IK = 23 kA

IK = 8 kA IK = 8 kA

IK = 16 kA

Hochspannung

Niederspannung

Erdschluss oder

Kurzschluss



Für die Personen, bei Arbeiten unter

Spannung gilt:

• Sekundärsicherungen begrenzen den Erd- und den

Kurzschlussstrom in der Höhe und in der Dauer.

• Die persönliche Schutzausrüstung kann gegen die noch

auftretenden Störlichtbogen schützen.

• Ohne Sicherung gibt es keine PSA, welche bei Arbeiten

unter Spannung schützt!

• Sie schützen auch die Niederspannungsverteilung vor dem

Totalausfall. Sprich Zerstörung.



Fazit

• Die regelmässige Überprüfung der Erd- und

Kurzschlussfestigkeit dient der Anlagen- und

Personensicherheit. Es können so verheerende Schäden

verhindert werden.

• Je nach Ergebnis der Überprüfung sind entsprechende

Massnahmen zur Erhöhung der Kurzschlussfestigkeit nötig.

• Mehr darüber unter www.esti.admin.ch



Wie relevant ist die Abschaltzeit?

• Auswirkungen von

Störlichtbögen:

• Je nach Leistung

• Brennzeit eines Störlichtbogens

• Temperaturen 10’000 – 20000 °C

• Teil des Metalls der Elektroden

verdampft und ionisiert



Prüfparameter für Klasse 1 und

Klasse 2, Quelle: Elektropraktiker.de

• Kurzschlussströme:

• 3-poliger Kurzschlussstrom Ik3:

Kurzschluss zwischen 3 Polleitern

• 2-poliger Kurzschlussstrom Ik2:

Kurzschluss zwischen 2 Polleitern

• 1-poliger Kurzschlussstrom Ik1: Kurzschluss zwischen L

und N oder L und PEN oder L und PE

• (für den Überstromschutz ist der kleinste der 3 Werte zu

berücksichtigen, NIN 2015, 4.3.4.2 B+E)



Die Verletzungsgefahr ergibt sich

insbesondere durch:

• Druckwellen

• Schallimmissionen

• Elektromagnetische Strahlung,

insbesondere optische Strahlung

(sichtbar, ultraviolett, infrarot)

• Schwere Hitzeschäden infolge

optischer Strahlung, der heissen

Plasmawolke und der

Gasströmung

• Toxische Gase und heisse

Partikel, die bei der Verbrennung

und Pyrolyse der umgebenden

Materialien



Man muss den maximalen und minimalen

Kurzschlussstrom unterscheiden

• Der maximale Kurzschlussstrom entsteht an der

Einspeisung der zu schützenden Leitung bei einem

widerstandslosen Kurzschluss zwischen den 3 Polleitern.

• 100%

• 3x 400V

• Strombegrenzungsklasse 1:

• Nulldurchgang



Der minimale Kurzschlussstrom

• Der minimale Kurzschlussstrom entsteht am Ende der zu

schützenden Leitung

• 86%

• 1x 400V


• 30% Halbwelle



Der minimale Kurzschlussstrom

Überprüfung des Kurzschlussschutzes• Er beträgt ¼ des 3-poligen oder ¾ des

1-poligen Kurzschlussstromes, der am Ende der zu

schützenden Leitung berechnet bzw. gemessen wird (NIN

2015, 4.3.5.2 B+E).

• 50%

• 1x 230V


• 10% Halbwelle



Strombegrenzung, Wärmemenge,

Auslösezeit, Durchlassenergie• Je kürzer die Auslösezeit eines Überstromunterbrechers

bzw. je höher der Innenwiderstand, umso kleiner wird die

Durchlassenergie und umso besser ist die

strombegrenzende Wirkung.

Max. Durchlassstrom von

NHS (Schmelzeinsatz)

250 A > 15’000 A

200 A > 12’000 A

125 A > 10’000 A

100 A > 8’000 A

80 A > 6’000 A

25 A > 2’500 A

16 A > 1’800 A

Kurze Ausschaltzeiten

erreicht man:

Bei Schmelzsicherungen:

• Hoher Kurzschlussstrom

• Spezielle Ausführung des

Schmelzleiters

(Arbeitsschutzsicherungen)



125 A NHS Sich. Type GG Abschaltzeit• 5 Sek Rot benötigt

600A zum Auslösen

• 0.4 Sek blau

benötigt 1000A zum

Auslösen

• 120 Sek Grün

benötigt 300A zum

Auslösen

• Bei 10000 A

schaltet es in

0.0003 Sek

• Je höher der Strom

je schneller die Zeit

(W = I2 • R • t)

• Verletzungsenergie



Lichtbogenenergie Arbeitsschutz-Sicherung

Quelle: TU-Ilmenau

http://www.google.ch/url?sa=i&rct=j&q=&esrc=s&frm=1&source=images&cd=&cad=rja&uact=8&docid=jeELQTXIHDWuXM&tbnid=qXYk36L6xZXrxM:&ved=0CAUQjRw&url=http://www.photovoltaik.org/betrieb/brandschutz/spezifische-gefahren&ei=XhU0U4aYHMua0AXcm4DQCw&bvm=bv.63808443,d.bGQ&psig=AFQjCNHuvuM1I_MrYNRkOYDuPhwu7PIWhA&ust=1396008328499338



Abschaltzeit

• Begründungen:

• Schmelzsicherungen:

Die Auslösezeit wird mit zunehmendem Kurzschlussstrom

kürzer.

• Ist die Auslösezeit kürzer 0,4 s, so ist die Wärmemenge

begrenzt.



Wir lernen daraus:

• Hoher Kurzschlussstrom

• Schnelle Abschaltzeit

• Kleine Durchlassenergie

• Kleine Wärmemenge

• NHS-Sicherungen

schützen optimal und

begrenzen wirkungsvoll

die Einwirkdauer von

Lichtbögen.



Abschaltzeit 5 s oder 0,4 s entscheidet

über Verletzung oder Tod• Grosser Kurzschlussstrom

• Lange Abschaltzeit 12 s

• Riesiger Schaden

• Strombegrenzung nur auf der HS-

Seite

• Schwere Verletzung

• Kurzschlussstrom 23’000 A

• (W = I2 • R • t)

• 23’0002 × 0,01 × 12 s = 63’480 kWs,

entspricht 17,634 kWh.

• Gerechnet mit 0,4 s:

23’0002 × 0,01 × 0,4 s = 2116 kWs

entspricht 0,588 kWh.

Ergibt eine Reduktion um

Faktor 30!



Die Lösung ist Abschaltzeit 0,4 s

• Bei Abschaltzeiten von 5

und 120 s ist die

Durchlassenergie

(Verletzungsenergie) so

gross, dass die verunfallte

Person immer mit Folgen

zu rechnen hat. Bei

Abschaltzeiten < 0,4 s wird

dies glimpflicher verlaufen.

Verhältnis Fläche =

Lichtbogenenergie.

• Die Schutzmassnahmen

und die Netzqualität sind

ebenfalls besser.



Sicherheit und Technik

• NHS Kontakte mit Funkenlöschung

• Schutz der NS- Seite sekundär



Sicherheit und Technik

• Günstig oder Sicher

../../Video/Filme LYRA_VS_Gamma/LYRA_Gr2_Ausschalten_AC22-B.avi

../../Video/Filme LYRA_VS_Gamma/GAMMA_Gr2_Ausschalten_AC22-B.avi



Betriebssicherheit Unfallverhütung

kontra Kosten und Gefahren

• Arbeitsschutzsicherungen

• Trafosicherungen GT



Aus Erfahrung Gut???

Was steckt dahinter???



Wer will das schon ?

• Gesicht verbrannt

• Körper verletzt

• Anlage defekt

• Ausrüstung ruiniert

• Stromausfall

• Arbeitsausfall

• Etc.

../../Video/A-Prev-1.wmv



Sicherheitsmaßnahmen beim Bedienen von NH-

Schaltgeräten

• Verfahren zur Auswahl von PSAgS:



Störlichtbogenschutz - Aktiv



Bedienung von NH-Sicherungslastschaltleisten

Die Sicherheit beim Schalten von NH

Sicherungslasttrennschaltern

ist abhängig von:



1phasiger Störlichtbogen auf NS-Seite



Hohe Sicherheit durch Trafoschutzkonzept



Lichtbogenenergie im Vergleich



NH-Sicherungslastschaltleisten – Einspeiseleisten

• SL3/1000A mit mechanischer Verriegelung

• Sichere und sichtbare Trennstelle für

Niederspannungshauptverteilungen

• Sichere Fixierung der NHS- Messer im Gerät

• Selbsterklärende Handhabung der Verriegelung

• Bemessungskurzzeitstromfestigkeit

Icw = 25kAeff / 52,5kA peak

• Lastschaltvermögen bis AC22B



Auswahl von gTr-Sicherungseinsätzen

• Oberspannungsseitig: Schutz bei inneren Fehlern durch HH-

Sicherungseinsätze einschließlich niederspannungsseitiger

Klemmenkurzschluss

• Niederspannungsseitig: Schutz bei Überlast und

Sammelschienenkurzschluss durch NH-Sicherungseinsatz gG oder gTr

• gTr-Sicherungseinsatz nach Bemessungsscheinleistung Transformator

auswählen.

• Berücksichtigt „krumme“ Nennströme

• Anpassung an Überlastbarkeit Transformator:

1,3xIn für 10h führen 1,5xIn innerhalb 2h abschalten

• Selektivität zu nachgeschalteten Leitungsschutzsicherungen wenn:

• Sn-gTr / kVA In-gG / A Beispiel: Sn-gTr = 315kVA In-gTr = 455A

In-gG = 315A



Transformatorschutz nach DIN VDE 0670-402



Alternative Schutzkonzepte

• Einsatz von Leitungsschutzsicherung gG statt

Transformatorschutzsicherung gTr als Sammelschienenschutz



Mindestüberstromfaktor kÜ mind



Auswahlmatrix gTr-Sicherungen (2poliger Kurzschluss )



Entscheide TKI

• Schaltgerätekombinationen in öffentlichen

Energieverteilungsnetzen müssen nach dem spezifischen

Produktnormenteil SN EN 61439-5,

Schaltgerätekombinationen in öffentlichen

Energieverteilungsnetzen, gebaut werden.

• Die Aussenhülle der Kompakt-Trafostation kann als Gehäuse

betrachtet werden. Diese PENDA-I gelten dann als

Betriebsmittel in «ASSEMBLIES» nach IEC 62271-202

«Hochspannungs- Schaltgeräte und - Schaltanlagen:

Fabrikfertige Stationen (als typengeprüfte Anlagen) für

Hochspannung/Niederspannung» und müssen so eingebaut

und geprüft werden.



Entscheide TKI

• Die Vorgehensweisen bis 1600A Bemessungsnennstrom sind

aus dem TKI

Entscheidungsprotokoll 170401 abzuleiten

Entscheid TKI

• In einer Verteilkabine, mit einem maximalen

Bemessungsstrom von 1600 A, dürfen NHS-Leisten eines

anderen Herstellers, eingebaut werden.

• Voraussetzung ist ein Nachweis, gemäss EN 60439-1

Abschnitt 10.



Mögliches Vorgehen

• Die Prüfung der Verteilkabine mit den möglichen eingebauten

Komponenten, NHS-Leisten etc., muss nach Norm erfolgt sein.

Der Bauartnachweis muss für die entsprechend maximal

bestückte Verteilkabine vorhanden sein.

• Den Einsatz von geeigneten, fremden NHS-Leisten in der

maximal derselben Anzahl, sorgfältig abwägen. Insbesondere

müssen die Leistungsdaten dieser fremden NHS-Leisten

zugänglich sein.

• Bestimmung der Erwärmung der fremden NHS-Leisten,

abgeleitet von der jeweiligen Verlustleistungen bei Nennstrom

(P = I2 x R).

• Rechnerisches Bestimmen eines De-Rating der fremden

NHS-Leisten auf max. 80 % unter Berücksichtigung der Art

der Belastung sowie der einsetzbaren Sicherungseinsätze.



Mögliches Vorgehen

• Die gesamte Kabine darf ebenfalls nur auf max. 80%

ausgelastet werden. Ein neues Typenschild mit max. 80%

Bemessungsstrom InA muss angebracht sein.

• Gemäss Verordnung über elektrische

Niederspannungserzeugnisse (NEV; SR 734.26) übernimmt

der Herstellerin die Verantwortung für die Gesamtheit des

neuen Erzeugnisses, in diesem Fall für die gesamte bestückte

Verteilkabine.

Das Thema EN 61439-5 resp. EN 61439-1 Teil 10.11.5

Nachweis der Kurzschlussfestigkeit durch Prüfung stellt sich

weiterhin; speziell bei einem höchstzulässigen unbeeinflussten

Kurzschlussstrom an den Anschlüssen der Einspeisung der

Schaltgerätekombination von grösser 17 kA gemäss EN 61439-

1 Teil 10.11.2 b).



Mögliches Vorgehen

• Das Thema

Kurzschlussfestigkeit und

Prüfung ist in der ESTI-

Mitteilung Erd- und

Kurzschlussfestigkeit

abgehandelt darin wird auch

über die Stücknachweise

informiert

https://www.esti.admin.ch/inh

alte/pdf/NIV_I/Deutsch/Publik

ationen/Aktuell/2017-

11_erd_kurzschlussfestigkeit2

_d.pdf

https://www.esti.admin.ch/inhalte/pdf/NIV_I/Deutsch/Publikationen/Aktuell/2017-11_erd_kurzschlussfestigkeit2_d.pdf



Kennzeichnung der Niedespannungsverteilung

Typenschildes

Name des Hersteller

SGK

Musterverteilung

Warenzeichen Produktenorm

EN 61439-5

Typenbezeichnung oder Kennnummer

MV-001

Un fn IP-Code InA

400 VAC 50-60 Hz 2X 2500 A

Kurzschlussfestigkeit

Icp

Ipk

65 kA

143 kA

Basisschutz für:

Instr. Personen

Laien

ø

ø

System der

Erdverbindung

TN-C

Herstellungsdatum Nächste Instandhaltung

17.5.2015 Mai 2020



Stücknachweis für jede KVK oder

NS- HV Trafostation

• Stücknachweis

• Kontrolle durch

Sachverständigen

• Messungen gemäss

Formular

• Unterschrift der Prüfung

mit Inbetriebnahme



Aufsicht durch das ESTI

• Die Inspektoren achten bei der

Kontrolle von Anlagen auf die

Kurzschlussfestigkeit.

• Bei den Niederspannungsverteilungen

und den Verteilkabinen nach SN EN

61439-5 wird ein Inspektor einen

Stücknachweis verlangen, mit dem

Werkstoff- und Fertigungsfehler

festgestellt und das richtige

Funktionieren der fertiggestellten

Schaltgerätekombination

sichergestellt werden können.


André Moser Leiter Vollzug NIV 48

Darf man eine NH–Sicherungsleiste

unter Spannung montieren ?



NH Leiste

400V

Sammelschiene

1. Versuch


André Moser Leiter Vollzug NIV 50Die NH-Leiste wurde zum Einbauen zerlegt

2. Versuch



2. Versuch



NH Leiste

Ohne Abdeckung

2. Versuch

27 kA



Zu kleiner Abstand über

der NH-Leiste =

Erdschluss beim

Einbau


André Moser Leiter Vollzug NIV 543-poliger Kurzschluss am Kuppelschalter



Keine Schutzauslösung durch HS Schutzrelais



Lichtbogenspuren auf der seitlichen Abdeckung


Schema Kurzschluss

16 kV

NS HV 3 x 400 V

NS-Netz

2 Trafo 630 kVA

Nennstrom

1800 A

Erdschluss

3 poliger Kurzschluss = Strom 36`000A


⚫ Arbeiten unter Spannung dürfen nur durch gelerntes

Elektrofachpersonal mit entsprechender Ausrüstung

und Ausbildung ausgeführt werden.

⚫ Es sind zwei Personen erforderlich, davon ist einer als

Verantwortlicher zu bestimmen.

Arbeiten neben oder unter Spannung StVo Art. 72 und NIV Art.22



Pflichten des Vorgesetzten?

• Ausführung gefährlicher Arbeiten regeln

• Für gefährliche Arbeiten ausgebildete und geeignete

Mitarbeiter einsetzen

• Schutzeinrichtungen & Mittel beschaffen

• Arbeiten überwachen

• Arbeiten einstelle wenn Sicherheit nicht gewährleistet ist.

gemäss VUV



Das Zwiebelschalenprinzip ƒ„…

PSA

Die Schutzkleidung beruht auf dem

Zwiebelschalenprinzip. Je nach Gefährdung

besteht sie aus einer oder mehreren Schichten von

Schutzkleidern gemäss EN 61482-1-2.

Unterwäsche aus schwer entflammbarem

Material (z.B. Baumwolle ) erhöht diese

Schutzwirkung zusätzlich.



Die neue Norm 407 STI

Tätigkeiten an elektrischen Anlagen



Die neue Norm 407 STI

Tätigkeiten an elektrischen Anlagen



Benützung Schutzausrüstung PSA



Drehstromtransformator 1000kVA

Sichtkontrolle, Aufenthalt vor der Abschrankung Keine persönliche

Schutzausrüstung notwendig

Reinigung des Trafos und der Umgebung Vorgängig bei der Schaltanlage

Freischalten, Spannungslosigkeit

prüfen, gegen Wiedereinschalten

sichern und erden.

Keine persönliche

Schutzausrüstung notwendig

Gilt nur bei isolierten Transformern niemals bei blanken

Anschlüssen.



Niederspannungs- Hoch- Leistungs-

Sicherungen.

Vorhande

ner Ik

1kA<7kA

Vorhande

ner Ik

7kA<15kA

Vorhande

ner Ik

>15kA

Ein-, Aus- Schalten, Sicherungswechsel 1 2 3

Erden und Kurzschliessen 1 2 3

NHS wird immer Stufe 2 meistens Stufe 3 sein wenn

grösser > 125 A



Niederspannungshauptverteilung mit

alten NHS- Elementen



Leistungsschaltern mit

Berührungsschutz für Instruierte

Vorhan

dener

Ik

1kA<7

kA

Vorhan

dener

Ik

7kA<1

5kA

Vorhan

dener

Ik

>15kA

Sichtkontrolle, Schrank offen 0 0 0

Einzug eines zusätzlichen Kabels 0 0 0

Anschluss des Kabels 1 2 3

Messen von Strom / Spannung 1 2 3

Gilt nur so lange Berührungsschutz > IP 2 X



Steuerschrank HLK

Berührungsschutz für Instruierte



Niederspannungsunterverteilung

Berührungsschutz für Laien

Vorhande

ner Ik

1kA<7kA

Vorhande

ner Ik

7kA<15k

A

Vorhande

ner Ik

>15kA

Sichtkontrolle, 0 0 0

Ein-, Aus- Schalten 0 0 0

Gilt nur bei geschlossener Anlage



Schutzkleidung

Stufen

MVI_0552.MOV



Soll man am Eingang des Anschluss-

überstromunterbrechers messen?

• Nur mit der nötigen Vorsicherung und

• Der Schutzausrüstung



Spannungsfreiheit prüfen

Sicherheitsregel 3

«Auf

Spannungslosigkeit

prüfen»

Mit einem Messgerät

nach EN 61243-3 der

Sicherheitskategorie

Klasse: 4



Kurzschlussstrom/

Schutzkleidungsstufe

73



Fragen



Vielen Dank für Ihren Spannungsfall!

Sicher ist sicher!

Wenn der Föhn in die Badewanne fällt.mp4

../../JeanMüller/JEAN MÜLLER/Visier ohne Kinnschutz.wmv

../../Thermografie/München/Missglückte Rettung.wmv

Wenn der Föhn in die Badewanne fällt.mp4

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