2.3 Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom

2.3.1 Einführung

Bereits bei Belastung von Kabeln und Leitungen mit Betriebsströmen, die von den angeschlossenen Verbrauchsgeräten unter normalen Bedingungen erzeugt werden, erwärmt sich der widerstandsbehaftete Leiter. Die Wärmeleistung ist dazu:

Formel

Hierbei ist:

  • P die Wärmeverlustleistung in W
  • I der Belastungsstrom in A
  • R der Leiterwiderstand in Ω

Die in einer bestimmten Zeit erzeugte Wärmemenge ergibt sich zu:

Formel

Hierbei ist:

  • Q die Verlustwärmemenge in Ws oder J
  • P die Wärmeverlustleistung in W
  • I der Belastungsstrom in A
  • R der Leiterwiderstand in Ω

Daraus ist abzuleiten, dass die Wärmemenge durch Begrenzung des Stromes und/oder der Zeit beeinflusst werden kann.

Die Erwärmung des Leiters darf bei isolierten Leitungen und Kabeln mit Rücksicht auf die Lebensdauer des Isolierwerkstoffes bestimmte Grenzen nicht überschreiten.

Den verschiedenen Leitungsbauarten sind unterschiedliche zulässige Leiter-Betriebstemperaturen zugeordnet, z.B.

  • PVC1)-Aderleitungen 70 °C
  • PVC1)-Verdrahtungsleitungen mit erhöhter Wärmebeständigkeit 90 °C
  • Gummiaderleitungen mit erhöhter Wärmebeständigkeit 120 °C
  • ETFE2)-Aderleitungen mit erhöhter Wärmebeständigkeit 135 °C
  • Silikon-Aderleitungen mit erhöhter Wärmebeständigkeit 180 °C
  • Gummi-Pendelschnüre 60 °C

1) PVC = Polyvinylchlorid 2) ETFE = Ethylen-Tetrafluorethylen

Eine zu hohe Erwärmung verursacht ein Verflüchtigen der Weichmacher. Es kommt zum Schrumpfen, zu erhöhter Brüchigkeit und zur Verkohlung des Isolierwerkstoffs. Die Folge sind Spannungsüberschläge, brandgefährliche Kriechströme und somit Verlust der Betriebssicherheit.

Soll die dauernd zulässige Betriebstemperatur (Bild 1) nicht überschritten werden, darf dem Leiter nur noch soviel Wärmeenergie zugeführt werden, wie dieser gleichzeitig an seine (kältere) Umgebung wieder ableiten kann.

Bild 1: Temperaturverlauf eines isolierten Leiters bei Belastung mit dem maximal dauernd zulässigen Strom IZ (Strombelastbarkeit)

Aus diesem Zustand der „vollkommenen Wärmeableitung” ergibt sich die maximal dauernd zulässige Belastbarkeit lZ des Leiters mit elektrischem Strom.

Bevor der Beharrungszustand auf der Höhe der dauernd zulässigen Betriebstemperatur erreicht wird, geht eine Erwärmungsphase voraus, die bei der Umgebungstemperatur beginnt. Während extrem kurzen Zeiten, z.B. bis zu 5 Sekunden, hat der Leiter noch keine Zeit, die durch den Strom zugeführte Wärmeenergie über die Isolierung an die kältere Umgebung abzuleiten. Dies ist der „Bereich ohne Wärmeableitung”, der auch adiabatischer Bereich genannt wird.

Auch Ströme, die sehr viel größer sind als die maximal dauernd zulässige Strombelastbarkeit lZ, z.B. Kurzschlussströme, schaden der Leitung noch nicht, wenn sie innerhalb dieser Zeit von 5 Sekunden abgeschaltet werden. Da nach der Abschaltung des Kurzschlussstromes dem Leiter keine weitere Stromwärmemenge mehr zugeführt wird, kann die gesammelte Wärmemenge an die Umgebung abgeleitet und somit die Temperaturerhöhung, auch wenn sie kurzfristig weit über der dauernd zulässigen Betriebstemperatur liegt, wieder verringert werden (Bild 2).

Bild 2: Temperaturverlauf eines isolierten Leiters bei Belastung mit Kurzschlussstrom

Die zulässige Leiter-Kurzschlusstemperatur beträgt z.B. für

  • PVC-Leitungen für feste Verlegung 160 °C
  • ETFE-isolierte Leitungen 250 °C
  • SiR1) -isolierte Leitungen 350 °C

1) SiR = Silikonkautschuk

Zwischen dem Bereich ohne Wärmeableitung (bis ca. 5 Sekunden) und dem Bereich der vollkommenen Wärmeableitung (nach einigen Stunden) liegt der „Bereich der begrenzten Wärmeableitung”.

Aus dem „Bereich der vollkommenen Wärmeableitung” und dem „Bereich der nur teilweisen Wärmeableitung” sowie dem „Bereich ohne Wärmeableitung” der zugeführten Wärmeenergie an die kältere Umgebung ergibt sich die Grenzbelastungskennlinie einer Leitung (Bild 3).

Bild 3: Prinzipieller Aufbau einer Grenzbelastungskennlinie für isolierte Leiter

2.3.2 Begriffserläuterungen

Größte dauernd zulässige Strombelastbarkeit

Die größte dauernd zulässige Belastbarkeit IZ eines Kabels oder einer Leitung ergibt sich aus der maximal zulässigen Betriebstemperatur (des Isolierwerkstoffes), der Umgebungstemperatur, der Verlegeart, der Anzahl der stromdurchflossenen Adern, dem Isolierwerkstoff, dem Leiterwerkstoff und dem Leiterquerschnitt. Abweichende Umgebungstemperaturen sowie eine Häufung von Leitungen müssen durch Umrechnungsfaktoren berücksichtigt werden. Diese sind den entsprechenden Tabellen aus DIN VDE 0298-4 zu entnehmen.

Überstrom

Überstrom ist jeder Strom, der über der größten dauernd zulässigen Strombelastbarkeit IZ liegt. Überstrom ist der Sammelbegriff für Überlaststrom im Überlastfall und Kurzschlussstrom im Kurzschlussfall.

Überlast

Überlast kann auftreten, ohne dass die elektrische Anlage schadhaft ist, z.B. bei gleichzeitiger Benutzung leistungsstarker Verbrauchsgeräte an mehreren Steckdosen, die alle an denselben Stromkreis angeschlossen sind. Überlast kann ebenso bei zu starkem Belasten von Elektromotoren entstehen, z.B. wenn ein zu dickes Holz zu schnell in die Kreissäge geschoben wird. Bei Überlast muss also kein Fehler in der elektrischen Anlage vorliegen. Vielmehr kann ein Fehlverhalten des Betreibers der Grund für die Überlast sein.

Bei einem geringen Überlaststrom wird gleichzeitig ein Teil der entstehenden Wärme an die kältere Umgebung abgeleitet, so dass erst nach längerer Zeit eine unzulässige hohe Betriebstemperatur erreicht wird. Wird der Leiter nach kurzzeitiger Belastung mit Überlaststrom abgeschaltet oder zumindest erheblich unter der größten dauernd zulässigen Belastbarkeit IZ belastet, so dass er sich wieder auf die größte dauernd zulässige Betriebstemperatur abkühlen kann, muss noch nicht mit bleibender Schädigung des Isolierwerkstoffes gerechnet werden.

Kurzschluss

Ein Kurzschluss entsteht infolge eines Fehlers an der elektrischen Anlage, bei dem der Widerstand des Betriebsstromkreises nahezu auf null verringert wird. Dies kann beispielsweise auftreten, wenn in die unter Putz liegende Leitung zu einer Leuchte ein Nagel eingeschlagen wird. Dabei wird vor dem elektrischen Verbrauchsmittel, welches mit großem Widerstand behaftet ist, die Zuleitung über den wesentlich geringeren Widerstand des Nagels kurzgeschlossen.

Bei den Kurzschlussströmen, die oft das 100- bis 1000-fache des Betriebsstromes betragen, wird zunächst die gesamte Wärmeenergie im Leiter gespeichert. Erst nach ca. 5 Sekunden kann der Leiter Wärmeenergie an seine kältere Umgebung abführen. Unter dem Gesichtspunkt, dass nach dem Kurzschlussstrom eine Abschaltung und somit eine längere stromlose Zeit eintritt, wird der Leitung eine höhere Temperatur als die größte dauernd zulässige Betriebstemperatur zugemutet.

2.3.3 Schutz bei Überströmen

Bis auf wenige Ausnahmen müssen alle Kabel und Leitungen sowohl bei Überlast als auch bei Kurzschluss, also bei allen Überströmen, gegen zu hohe Erwärmung geschützt werden. Dieser Schutz von Kabeln und Leitungen bei Überstrom wird mit Überstrom-Schutzeinrichtungen verwirklicht.

Für den Schutz bei Überlast sind nach DIN VDE 0100-430 „Errichten von Niederspannungsanlagen – Teil 4-43: Schutzmaßnahmen – Schutz bei Überstrom“ zwei Bedingungen zu erfüllen:

Formel Formel

Hierbei ist:

  • IB der Betriebsstrom des Stromkreises in A
  • IZ die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels (DIN VDE 0298-2) oder der Leitung (DIN VDE 0298-4) in A

    Anmerkung: Für Leitungen und für Kabel, die wie Leitungen (aber nicht im Erdreich) verlegt sind, sind Strombelastbarkeitswerte für feste Verlegung in Gebäuden im Anhang A von DIN VDE 0298-4 auf eine Umgebungstemperatur von 25°C umgerechnet worden. Diese Werte dürfen für die Bedingungen (a) und (b) angewendet werden, wenn die im Anhang C.3 der Norm angegebenen Betriebsbedingungen zu erwarten sind. Damit wird den in Deutschland üblichen Betriebsbedingungen Rechnung getragen und dem Anwender der Norm das Ermitteln der Belastbarkeit für viele Fälle ohne Umrechnung erleichtert. In allen anderen Fällen sind die Angaben für die Umgebungstemperatur von 30 °C zu Grunde zu legen.

  • In der Bemessungsstrom des Schutzeinrichtung in A

    Anmerkung: Bei einstellbaren Schutzeinrichtungen entspricht In dem eingestellten Wert.

  • I2 ist der Strom in A, der eine Auslösung der Schutzeinrichtung unter den in den Gerätebestimmungen festgelegten Bedingungen bewirkt (Auslösestrom, großer Prüfstrom).

    Anmerkung: Festlegungen für die unterschiedlichen Typen von Überstrom-Schutzeinrichtungen finden sich in

    • Normen der Reihe DIN EN 60269 (VDE 0636),
    • Normen der Reihe DIN EN 60898 (VDE 0641),
    • DIN VDE 0641-21,
    • DIN EN 60947-2 (VDE 0660-101).

    Anmerkung: Die Bezeichnungen für den Auslösestrom I2 sind in den Gerätebestimmungen nicht einheitlich (If, It, …).

Der nach der Errichtungsbestimmung DIN VDE 0100-430 zu beachtende Stromwert für den Auslösestrom der Schutzeinrichtung wird I2 genannt - in den Baubestimmungen DIN EN 60898 (VDE 0641) für Leitungsschutzschalter lt (aus der englischen Sprache „conventional tripping current”, in Deutsch „Festgelegter Auslösestrom”) und in den Baubestimmungen DIN EN 60269 (VDE 0636) für Sicherungen If (aus der englischen Sprache „Conventional fusing current”, in Deutsch „Festgelegter Schmelzstrom“ bzw. „Großer Prüfstrom”).

Der als Nichtauslösestrom I1 bezeichnete Stromwert der Schutzeinrichtung wird in den Baubestimmungen für Leitungsschutzschalter Int (aus dem Englischen „conventional non-tripping current”, in Deutsch „Festgelegter Nichtauslösestrom”) und für Sicherungen Inf (aus dem Englischen „conventional non-fusing current”, in Deutsch „Kleiner Prüfstrom”) genannt.

Der Bemessungsstrom In der Schutzeinrichtung darf gleich der Strombelastbarkeit IZ sein, wenn Überlast-Schutzeinrichtungen verwendet werden, für die I2 ≤ 1,45 x In gilt. Werden dagegen Überstrom-Schutzeinrichtungen verwendet, deren Auslösestrom I2 größer als 1,45 x In ist, gilt die Beziehung

Formel

Hierbei ist:

  • In der Bemessungsstrom des Schutzeinrichtung in A
  • IZ die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung in A
  • X das Verhältnis des Auslösestroms zum Bemessungsstrom.

Daraus ergibt sich für die Schmelzsicherungen in der Betriebsklasse gG mit einem Faktor 1,6 x In = I2 folgende Rechnung:

Formel

Hierbei ist:

  • In der Bemessungsstrom des Schutzeinrichtung in A
  • IZ die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung in A

d.h. es muss ein Sicherungseinsatz gewählt werden, dessen Bemessungsstrom um mindestens 10% niedriger liegt als bei Überstrom-Schutzeinrichtungen mit Auslösekennlinien (Charakteristiken), für die I2 ≤ 1,45 x In gilt.

In DIN VDE 100-430 wird explizit darauf hingewiesen, dass der Schutz in Übereinstimmung mit den oben aufgeführten Anforderungen in bestimmten Fällen nicht sichergestellt ist, z. B., wenn lang andauernde Überströme kleiner als I2 auftreten. In solchen Fällen sollte die Auswahl eines Kabels/einer Leitung mit größerem Querschnitt geprüft werden.

Es besteht weniger die Gefahr, dass der metallene Leiter Schaden nimmt, zu schützen ist die Leiterisolierung. So sind die zulässigen Betriebstemperaturen an der Leiteroberfläche auf das Material der Isolierhülle abgestimmt.

Wie zuvor aufgeführt, beträgt die zulässige Betriebstemperatur für Polyvinylchlorid (PVC) 70 °C. Dies lässt eine Lebensdauer des in der PVC-Isolierhülle enthaltenen Weichmachers von etwa 20 Jahren erwarten (Bild 4). Jedes (längere) Überschreiten dieser Leitertemperatur durch Überlast verkürzt diese Lebensdauer – als Faustformel halbiert sie sich pro 10 K Übertemperatur.

Bild 4: Verhalten von PVC

Diese physikalischen Gegebenheiten sind die Grundlage zu der zuvor aufgeführten Einschränkung in der Errichtungsbestimmung DIN VDE 0100-430, woraus hervorgeht, dass Überstrom-Schutzeinrichtungen, welche nur nach den Bedingungen (a) und (b) ausgewählt wurden, bei länger anstehenden Überströmen, die kleiner als I2 sind (Auslösestrom der Schutzeinrichtung), nicht den vollständigen Schutz bieten. Dies bedeutet, die Leitungen werden nur bei Kurzschluss und bei hoher Überlast geschützt (Bild 5).

Bild 5: Vergleich der Zeit-/Strom-Kennlinie eines Überstrom-Schutzschalters mit der Zeit-/Strom-Kennlinie für die zulässige Belastung eines isolierten Leiters

Für Überstrom-Schutzeinrichtungen wird bei kleinen Überlastströmen, die unter I2 aber oberhalb lZ liegen, der Schutz nicht garantiert. Dabei tritt diese unzulässige Temperaturerhöhung an der Leiteroberfläche schon bei geringfügigem Überschreiten der zulässigen Strombelastbarkeit lZ auf und dies innerhalb von 10 Minuten (Bild 6).

Bild 6: Erwärmung der Leiteroberfläche nach Stromerhöhung mit den Faktoren der Auslöseströme I2 der verschiedenen Charakteristiken

Geht man davon aus, dass die meisten Überstrom-Schutzschalter der E(= Exakt)-Charakteristik, der K(= Kraft)-Charakteristik und der Z-Charakteristik mit I1 = 1,05 x In und I2 = 1,2 x In zwischen diesen beiden Grenzwerten den Überstrom abschalten, dann werden 10 K Übertemperatur nicht erreicht.

2.3.4 Schutzgrad

Um eine Schädigung des Isolationsmaterials durch Verflüchtigung seiner Weichmacher zu vermeiden, muss ein möglichst hoher Schutzgrad angestrebt werden. Der Auslösestrom I2 sollte dabei möglichst nicht über der zulässigen Strombelastbarkeit IZ liegen.

Die unterschiedlichen Verhältnisse der Faktoren In und I2 bei

  • Schmelzsicherungen der Betriebsklasse gG nach DIN EN 60269 (VDE 0636) mit I2 / In = 1,6
  • Leitungsschutzschalter nach DIN EN 60898 (VDE 0641) in B-, C- und D-Charakteristik mit I2 / In = 1,45
  • Leistungsschalter nach DIN EN 60947-2 (VDE 0660-101) mit I2 / In = 1,3
  • Leistungsschalter nach DIN EN 60947-4-1 (VDE 0660-102), Motorschutzschalter und Überstrom-Schutzschalter in K(= Kraft)- und Z-Charakteristik I2 / In = 1,2
  • Selektive Haupt-Leitungsschutzschalter nach DIN VDE 0641-21 in E(=Exakt)- und K(=Kraft)-Charakteristik mit I2 / In = 1,2

führen zu unterschiedlichen Mindestquerschnitten, wenn ein gleich hoher Schutzgrad erreicht werden soll.

In der Baubestimmung DIN VDE 0298-4 „Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen - Teil 4: Empfohlene Werte für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in und an Gebäuden und von flexiblen Leitungen” ist in der Tabelle 3 die Belastbarkeit der Leitungen für feste Verlegung nach den unterschiedlichen Verlegearten aufgeführt.

Legt man den Querschnitt eines Kupferleiters von 10 mm2 zugrunde, dann darf eine nach der Verlegeart C auf oder in der Wand direkt verlegte mehradrige Mantelleitung (NYM) bei einer Umgebungstemperatur von 30 °C mit 63 A belastet werden.

Die tatsächlich mögliche Belastung kann trotz des gleichen Bemessungsstroms von Überstrom-Schutzeinrichtungen jedoch unterschiedlich sein und richtet sich nach der gewählten Charakteristik (siehe Tabelle 1).

Auslösecharakteristik Bemessungsstrom Faktor
I2 / In
mögliche Belastung erforderlicher Mindestquerschnitt
E, K, Z 63 A 1,20 75,6 A 16 mm2 Cu
B, C, D 63 A 1,45 91,3 A 25 mm2 Cu
gG 63 A 1,6 100,8 A 35 mm2 Cu

Tabelle 1: Mindest-Leiterquerschnitte bei unterschiedlichen Auslösecharakteristiken und vollständigem Schutz

Diese mögliche Belastung ergibt sich je nach Charakteristik und verlangt unterschiedliche Leiterquerschnitte, wenn man in allen Fällen den „vollständigen Schutz” erreichen will. Die E-, K- und Z-Charakteristiken erlauben also in diesem Fall bei gleichem Schutzgrad den halben Querschnitt der Leitung.

Legt man DIN VDE 0298-4 Anhang A zugrunde, dann ist der Unterschied zwischen den erforderlichen Querschnitten nicht so groß, da dort Strombelastbarkeitswerte für eine Umgebungstemperatur von 25 °C angegeben werden und die sich darauf ergebenden Stufenwerte günstiger liegen. Danach ist beispielsweise der erforderliche Querschnitt eines Kupferleiters bei Verwendung einer Überstrom-Schutzeinrichtung mit 63 A Bemessungsstrom bei der E-Charakteristik 16 mm2 und bei der gG-Charakteristik 25 mm2.

2.3.5 Nutzungsgrad

Der höchste Schutzgrad kann erreicht werden, wenn eine Schutzeinrichtung ausgewählt wird, deren Auslösestrom I2 kleiner oder gleich dem Wert der zulässigen Strombelastbarkeit Iz ist. Charakteristiken mit einem breiten Toleranzband, bei denen der Nichtauslösestrom I1 bei einem wesentlich niedrigeren Wert als der Auslösestrom I2 liegt, verhindern bei der Wahl eines hohen Schutzgrades den gewünschten hohen Nutzungsgrad.

Das Toleranzband erlaubt, dass die Überstrom-Schutzeinrichtungen bereits wenige Ampere über dem Nichtauslösestrom I1 ausschalten. So kann die Leitung bei Werten über dem Nichtauslösestrom I1 nicht mehr mit der nötigen Versorgungssicherheit genutzt werden. Bis zu welchem (möglichen) nutzbaren Betriebsstrom bzw. welchem Prozentsatz von der zulässigen Belastbarkeit der Leiterquerschnitt genutzt werden kann, ergibt sich nach folgender Berechnung:

Formel

Hierbei ist:

  • IBnutz der nutzbare Betriebsstrom in A
  • IZ die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung in A
  • In der Bemessungsstrom des Schutzeinrichtung in A
  • I2 ist der Auslösestrom der Schutzeinrichtung in A
  • I1 ist der Nichtauslösestrom der Schutzeinrichtung in A
Formel

Hierbei ist:

  • IBnutz% der nutzbare Betriebsstrom in Prozent bezogen auf die Belastbarkeit der Leitung oder des Kabels
  • IZ die zulässige Strombelastbarkeit des Kabels oder der Leitung in A
  • In der Bemessungsstrom des Schutzeinrichtung in A
  • I2 ist der Auslösestrom der Schutzeinrichtung in A
  • I1 ist der Nichtauslösestrom der Schutzeinrichtung in A

Wählt man den höchsten Schutzgrad (I2 = lz), dann ergeben sich folgende Prozentsätze des nutzbaren Betriebsstromes bezogen auf die zulässige Belastbarkeit:

  • für die E-, K- und Z-Charakteristik 85%
  • für die B-, C- und D-Charakteristik 68%
  • für die gG-Charakteristik 70%

Mit Überstrom-Schutzeinrichtungen, deren Auslösekennlinien ein enges Toleranzband haben, kann der Leitung der beste Schutz geboten werden, d.h. es werden damit der höchste Schutzgrad und gleichzeitig der höchste Nutzungsgrad erreicht.

2.3.6 Schutz bei Kurzschluss

Für den Schutz bei Kurzschluss ist die wichtigste Voraussetzung, dass das Ausschaltvermögen der Überstrom-Schutzeinrichtung, auch als Kurzschlussschaltvermögen bezeichnet, mindestens dem größten Strom bei vollkommenem Kurzschluss am Einbauort der Überstrom-Schutzeinrichtung entsprechen muss. Andernfalls muss ihr eine Überstrom-Schutzeinrichtung mit dem erforderlichen Kurzschluss-Schaltvermögen vorgeschaltet werden.

In diesem Fall müssen die Eigenschaften der beiden Überstrom-Schutzeinrichtungen so aufeinander abgestimmt werden, dass die nachgeschaltete Schutzeinrichtung und die zu schützenden Kabel und Leitungen keinen Schaden erleiden. Den Schutz durch eine vorgeschaltete Schutzeinrichtung nennt man „Back-up-Schutz“.

Ferner wird gefordert, dass die Zeit bis zum Ausschalten des durch einen vollkommenen Kurzschluss in einem beliebigen Punkt des Stromkreises hervorgerufenen Kurzschlussstromes nicht länger als die Zeit t sein darf, in der dieser Kurzschlussstrom die Leiter auf die zulässige Kurzschlusstemperatur erwärmt. Nach DIN VDE 0100-430 kann allgemein die zulässige Ausschaltzeit t für Kurzschlüsse bis zu 5 Sekunden Dauer annähernd nach folgender Gleichung bestimmt werden:

Formel

Hierbei ist:

  • t die zulässige Ausschaltzeit im Kurzschlussfall in s
  • S der Leiterquerschnitt in mm2
  • I der Strom bei vollkommenem Kurzschluss in A
  • k eine Konstante mit den Werten:
    • 115 bei PVC-isolierten Kupferleitern
    • 74 bei PVC-isolierten Aluminiumleitern
    • 135 bei gummiisolierten Kupferleitern
    • 87 bei gummiisolierten Aluminiumleitern
    • 115 bei Weichlotverbindung

Da diese Gleichung nur im Bereich ohne Wärmeableitung der Grenzbelastungskennlinie eines Leiters, also bis ca. 5 Sekunden, mit hinreichender Genauigkeit angewandt werden kann, wird die Abschaltung des Kurzschlussstromes durch Überstrom-Schutzeinrichtungen, die nur bei Kurzschluss schützen sollen, innerhalb von 5 Sekunden gefordert.

Weiterhin wird in DIN VDE 0100-430 im Abschnitt „Kenngrößen von Schutzeinrichtungen zum Schutz bei Kurzschluss” aufgeführt, dass bei sehr kurzen Ausschaltzeiten (0,1s), wo die Asymmetrie des Kurzschlussstromes eine Rolle spielt, und bei strombegrenzenden Schutzeinrichtungen (z. B. Leitungsschutzschalter) das aus der Gleichung zu ermittelnde Produkt k2 x S2 größer sein muss als der vom Schaltgeräte-Hersteller für die Überstrom-Schutzeinrichtung angegebene Durchlasswert I2 x t.

Anmerkung: Der Durchlasswert oder das Durchlassintegral, welches eine Überstrom-Schutzeinrichtung im Kurzschlussfall durchlässt, wird im Abschnitt 4.1 des HEA-Fachwissens „Überstrom-Schutzeinrichtungen“ erläutert.

Dies ist erforderlich, weil die Zeit, die eine Überstrom-Schutzeinrichtung vom Zeitpunkt des Abschaltbefehls bis zur endgültigen Unterbrechung des Stromflusses (Verlöschen des Schaltlichtbogens) benötigen, sehr unterschiedlich sein kann. Hier bietet das Prinzip der sehr schnellen Kontaktöffnung und der damit verbundenen Kurzschlussstrombegrenzung mit sehr kleinem Durchlasswert I2 x t erhebliche Vorteile gegenüber den langsam ausschaltenden Überstrom-Schutzeinrichtungen ohne wesentliche Kurzschlussstrombegrenzung.

Die schnelle Abschaltung erfordert, entsprechend den Auslöse-Kennlinien der Überstrom-Schutzeinrichtungen, einen hohen Auslösestrom und dieser wiederum einen geringen Schleifenwiderstand. Daraus ergibt sich für jeden Leitungsquerschnitt eine bestimmte maximal zulässige Leitungslänge. Da aber neben den Bedingungen für den Schutz bei Kurzschluss auch die Bedingungen für den Fehlerschutz (früher: Schutz bei indirektem Berühren) als Teil des Schutzes gegen elektrischen Schlag nach DIN VDE 0100-410 und die Bedingungen für den maximal zulässigen Spannungsfall erfüllt sein müssen, wird die maximale Leitungslänge selten durch die Bedingungen für den Schutz bei Kurzschluss, sondern meistens durch die Bedingungen für den maximal zulässigen Spannungsfall bestimmt.

2.3.7 Koordinieren des Schutzes bei Überlast und Kurzschluss

In der Praxis wird eine Überstrom-Schutzeinrichtung äußerst selten ausschließlich für den Schutz bei Kurzschluss installiert, sondern meistens gleichzeitig auch für den Schutz bei Überlast, also für beide Überstrom-Bereiche. Dabei wird üblicherweise der Bemessungsstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung auf die Belastbarkeit der Leitung abgestimmt (Gleichung a)), so dass, dank der Bedingungen für den koordinierten Schutz bei Überlast und Kurzschluss, die Projektierungsarbeiten sehr erleichtert werden.

Ist diese Überstrom-Schutzeinrichtung für den Schutz bei Überlast richtig gewählt und hat sie das dem Einbauort entsprechende Kurzschlussschaltvermögen, dann braucht nur noch darauf geachtet zu werden, dass das Produkt k2 x S2 der zu schützenden Leitung größer ist als der vom Schaltgeräte-Hersteller angegebene Durchlasswert I2 x t der Überstrom-Schutzeinrichtung.

Wenn das Kabel oder die Leitung durch eine Vorsicherung bereits bei Kurzschluss geschützt ist, braucht auch das Produkt k2 x S2 nicht mehr beachtet zu werden, z.B. wenn einer Leitung mit einem Querschnitt 1,5 mm2 Cu und größer eine Schmelzsicherung oder ein selektiver Haupt-Leitungsschutzschalter mit einem Bemessungsstrom von maximal 63 A vorgeschaltet ist.

Eine auf den Schutz bei Überlast abgestimmte Überstrom-Schutzeinrichtung mit einem Kurzschlussschaltvermögen, das mindestens dem größten Strom bei vollkommenem Kurzschluss am Einbauort entspricht, bietet Schutz bei Überlast, Kurzschluss und somit auch den koordinierten Schutz, d.h. in allen Bereichen des Überstromes.