Hier geht es um den Menschen am Ladegerät: wie viel Strom er verträgt, auf welchem Weg der Fehlerstrom fließt und welche Schutzeinrichtung rechtzeitig abschaltet. Nimm dir deinen Netzsystem-Steckbrief aus Teil 2 und das Tabellenbuch dazu.
Schritt 2 von 5. Du rechnest Körperströme, verfolgst den Fehlerstrom, prüfst die Abschaltbedingung und wählst die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen aus.
Danach: Lernangebot 6 · Kennzeichen lesen und sicher arbeiten
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Nicht die Spannung tötet, sondern der Strom durch den Körper, und zwar umso sicherer, je länger er fließt. Schutz heißt deshalb: kleiner Strom oder kurze Zeit.
Erst du, dann die anderen
Die Werkstattleitung fragt: „Schaltet am Ladeplatz 6, ganz hinten, der LS-Schalter bei einem Körperschluss auch rechtzeitig ab?“ Den Wert, mit dem du das entscheidest, gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Aus den Leitungsdaten rechnen. Schleifenimpedanz an der Unterverteilung, dazu Hin- und Rückleiter des Abgangs, und mit der Grenze aus der Abschaltbedingung vergleichen. Geht schon in der Planung, setzt aber voraus, dass Längen und Querschnitte stimmen.
- Messen. Mit dem Installationstester die Schleifenimpedanz am Ende des Abgangs messen. Das Ergebnis ist echt, geht aber erst, wenn die Anlage gebaut ist (Teil 5), und der Messwert muss mit einem Sicherheitsabstand bewertet werden.
- In einer Tabelle nachschlagen. Für Querschnitt und Schutzorgan die größte zulässige Leitungslänge ablesen. Schnell, aber nur so gut wie die Annahmen, die hinter der Tabelle stehen.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Am Ende hast du: das Schutzkonzept der Ladehalle
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Schutzkonzept der Ladehalle
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- einer Tabelle für alle Stromkreise der Verbraucherliste: Stromkreis, Schutzmaßnahme, Schutzeinrichtung, Begründung
- dem RCD-Typ der Ladegeräte nach dem englischen Datenblatt, mit eurer Entscheidung Typ B oder Typ A mit Gleichstrom-Erkennung
- dem Zuschnitt der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen mit Blick auf Verfügbarkeit, Schutzleiterströme und Kosten
- dem Nachweis der Abschaltbedingung für den ungünstigsten Abgang jeder LS-Art
- dem Schutzpotentialausgleich der Stahlhalle
Zur Dokumentation
Jede Festlegung mit ihrer Quelle: Datenblatt, Verbraucherliste, DIN VDE 0100-410, DIN VDE 0100-530, Tabellenbuch oder eure Rechnung. Rechnungen mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit. Gespeichert am Werkstattrechner aus Lernfeld 4.
Zusammen mit der Sicherheitskarte aus Lernangebot 6 ist das euer Schutzkonzept, Meilenstein M2. Ein anderes Team prüft es im Kreuzreview gegen die Abnahmepunkte, danach zeichnet die Projektleitung ab. Die Meisterin der Elektrowerkstatt verantwortet als Elektrofachkraft die Planung.
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte für Lernangebot 5
- Netz
- TN-S 400/230 V, 50 Hz aus der Trafostation V-Ost, zentraler Erdungspunkt in der Trafostation, U0 = 230 V
- Körperwiderstand Hand zu Fuß (Unterrichtswerte, wie in Lernfeld 2)
- 1.000 Ω bei trockener Haut, 500 Ω bei nassen Händen und Füßen
- Vereinbarte Grenze der Berührungsspannung
- UL = 50 V Wechselspannung
- Ladegerät LG-M aus der alten Werkstatt
- Schukostecker, Metallgehäuse, 3 m Leitung. Befund der Werkstatt (Unterrichtswerte wie in Teil 5): Schutzleiter der Anschlussleitung am Knickschutz angebrochen, beim Bewegen zeitweise unterbrochen; Isolationswiderstand in Ordnung; Schutzleiterstrom im Betrieb (Ableitstrom der Entstörkondensatoren) 1,1 mA
- Schleifenimpedanz an der UV-LH
- Zs = 0,070 Ω, Planungswert des Netzbetriebs für die vorgesehene Zuleitung -W1 (85 m); diesen Wert nimmst du, wie er angegeben ist
- Planungsentwurf der Abgänge (Annahme für die Rechnung; die Auswahl trefft ihr in Teil 4)
- -F11 zu -T11: C16, NYM-J 5 × 2,5, 15 m · -F16 zu -T16: C16, NYM-J 5 × 2,5, 30 m · -F4 Werkbank 1, Steckdosen links: B16, NYM-J 3 × 2,5, 25 m · -F10 CEE 32 A außen: C32, NYM-J 5 × 6, 25 m
- Leitfähigkeit Kupfer
- κ = 56 m/(Ω · mm²) bei 20 °C; bei Betriebstemperatur 70 °C ist der Leiterwiderstand 1,24-mal so groß. Hin- und Rückleiter haben denselben Querschnitt.
- LS-Schalter, magnetische Auslösung
- Charakteristik B sicher ab 5 · In, Charakteristik C sicher ab 10 · In (wie in Lernfeld 2)
- Loser Draht in -T11 (Unterrichtswert)
- berührt das Gehäuse mit einem Übergangswiderstand RF = 10 Ω
- Schutzleiterströme hinter einer RCD
- Nach DIN VDE 0100-530 (531.3.2) darf die Summe der Schutzleiterströme hinter einer Fehlerstrom-Schutzeinrichtung höchstens 30 % von IΔn betragen.
- Verbraucher der Ladehalle
- Hallenbeleuchtung LED, 3 Stromkreise 230 V · Steckdosen Werkbänke 16 A, 4 Stromkreise · CEE-Steckdosen 16 A, 5-polig, 2 Stück · CEE-Steckdose 32 A außen am Vordach (Schweißgerät) · 6 Ladegeräte, fest angeschlossen · Hebebühne · Kompressor · Sektionaltor
- Datenblatt Ladegerät TBC 80/100-3, wörtlich
- Traction battery charger for 80 V lithium-ion batteries. Input: 3/N/PE AC 400 V ±10 %, 50/60 Hz · Rated input current 14 A · Rated input power 9.2 kW · Power factor ≥ 0.95 · Efficiency ≥ 94 % · Inrush current ≤ 30 A · Output: DC 80 V nominal, max. charging current 100 A · Protection class I · Degree of protection IP54 · Insulation class F · Protective conductor current ≤ 3.5 mA · Required protection: circuit breaker C16, residual current device type B, 30 mA (smooth DC fault currents possible); type A permitted only together with RDC-DD 6 mA DC (IEC 62955) · Ambient −20 °C to +40 °C · Cable entry: fixed connection, 5 × 2.5 mm² Cu · Weight 38 kg · Wall mounting.
So stehen die Werte in den Anlagendaten, im Datenblatt und in der Angabe des Netzbetriebs. Alle Werte sind Unterrichtswerte.
Aufgabe 5.1
Schätze ab, was ein Strom durch den Körper anrichtet:
- Berechne den Körperstrom bei 230 V für trockene und für nasse Haut.
- Berechne den Körperstrom bei der vereinbarten Grenze der Berührungsspannung UL.
- Ordne die Ströme in die Stromstärke-Zeit-Bereiche ein, einmal für 40 ms und einmal für 1 s.
- Beschreibe, was in den Bereichen AC-1 bis AC-4 mit dem Menschen geschieht.
- Beurteile, ob die Spannung allein über die Wirkung entscheidet.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Stromstärke-Zeit-Bereiche · Körperwiderstand · Berührungsspannung · Wirkungen des elektrischen Stromes
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 5.2
Kläre, was beim Kribbeln am Ladegerät LG-M geschehen ist:
- Unterscheide Basisschutz, Fehlerschutz und zusätzlichen Schutz an je einem Beispiel aus der Werkstatt.
- Nenne die vier Schutzmaßnahmen gegen elektrischen Schlag nach DIN VDE 0100-410.
- Beschreibe, welche Schutzebene beim LG-M versagt hat und welche noch wirkt.
- Bestimme den Körperstrom, wenn der Schutzleiter unterbrochen ist und jemand das Gehäuse anfasst.
- Ordne den Strom in die Stromstärke-Zeit-Bereiche ein.
- Beurteile, ob eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit 30 mA bei diesem Strom auslöst.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Schutz gegen elektrischen Schlag · Basisschutz · Fehlerschutz · zusätzlicher Schutz · Ableitstrom
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 5.3
Verfolge den Fehlerstrom beim Körperschluss an -T11:
- Beschreibe den Weg des Fehlerstroms vom Sternpunkt bis zurück zum Sternpunkt.
- Zeichne den Weg in zwei Farben in einen Stromlaufplan, hin und zurück.
- Ordne die Widerstände im Ersatzschaltbild den Stücken des Fehlerstromwegs zu.
- Kennzeichne, zwischen welchen Punkten die Berührungsspannung liegt.
- Vergleiche die Größe des Fehlerstroms im TN-S mit der im TT-System und begründe den Unterschied.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fehlerschleife · Schleifenimpedanz · Körperschluss · TN-System · Berührungsspannung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 5.4
Prüfe, wann die automatische Abschaltung im TN-System rechtzeitig wirkt:
- Nenne die Abschaltbedingung und die Abschaltzeit für die Endstromkreise der Ladehalle.
- Bestimme den Abschaltstrom Ia für die LS-Schalter in der Tabelle.
- Berechne die größte zulässige Schleifenimpedanz Zs,max für jeden LS-Schalter.
- Berechne die Grenze für Messwerte bei Raumtemperatur mit dem Faktor zwei Drittel.
- Erkläre, wozu der Faktor zwei Drittel bei Messwerten dient.
- Berechne die größte zulässige Schleifenimpedanz, wenn eine RCD mit IΔn = 30 mA die Abschaltung übernimmt.
| LS-Schalter | In | Ia | Zs,max | Grenze für Messwerte bei Raumtemperatur (zwei Drittel) |
|---|---|---|---|---|
| B10 | ||||
| B16 | ||||
| C10 | ||||
| C16 | ||||
| C32 |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Abschaltbedingung · Abschaltzeit · Schleifenimpedanz · Leitungsschutzschalter, Auslösekennlinie
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 5.5
Rechne nach, ob die geplanten Abgänge die Abschaltbedingung einhalten:
- Berechne den Widerstand von Hin- und Rückleiter der Abgänge -F11, -F16, -F4 und -F10 bei Betriebstemperatur 70 °C.
- Berechne Zs am Ende jedes Abgangs aus dem Wert an der UV-LH und dem Abgang.
- Berechne den Kurzschlussstrom Ik am Ende jedes Abgangs.
- Vergleiche jeden Wert mit Zs,max.
- Berechne, wie lang ein Abgang mit 2,5 mm² an einem LS-Schalter C16 höchstens sein darf.
| Abgang | LS | Leitung, Länge | Schleife Abgang bei 70 °C | Zs | Ik | Zs,max | erfüllt? |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| -F11 zu -T11 | C16 | NYM-J 5 × 2,5, 15 m | |||||
| -F16 zu -T16 | C16 | NYM-J 5 × 2,5, 30 m | |||||
| -F4 Werkbank 1 links | B16 | NYM-J 3 × 2,5, 25 m | |||||
| -F10 CEE 32 A | C32 | NYM-J 5 × 6, 25 m |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Schleifenimpedanz · Leiterwiderstand · Temperaturabhängigkeit des Widerstands · Kurzschlussstrom · Abschaltbedingung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 5.6
Erschließe, wie eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung arbeitet:
- Benenne die Bauteile 1 bis 6 im Bild.
- Erkläre, weshalb im Summenstromwandler ohne Fehler kein magnetischer Fluss entsteht.
- Beschreibe den Weg des Stroms, wenn jemand die Prüftaste drückt.
- Nenne den Bereich, in dem eine RCD mit 30 mA auslösen muss, und die höchste Abschaltzeit bei IΔn und bei 5 · IΔn.
- Beurteile, ob die Prüftaste etwas über den Schutzleiter aussagt.
- Beurteile, ob eine RCD auslöst, wenn jemand isoliert stehend zwischen L1 und N greift.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fehlerstrom-Schutzeinrichtung · Summenstromwandler · Bemessungsdifferenzstrom · Auslösezeit · Prüftaste
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 5.7
Rechne den Körperschluss an -T11 für zwei Fälle durch:
- Berechne mit den Leiterwiderständen bei 20 °C, also zu Beginn des Fehlers, den Fehlerstrom bei sattem Körperschluss.
- Berechne die Berührungsspannung zwischen Gehäuse und PE-Schiene.
- Entscheide, welche Schutzeinrichtung abschaltet, und begründe deine Entscheidung.
- Berechne Fehlerstrom und Berührungsspannung, wenn der lose Draht das Gehäuse nur mit dem Übergangswiderstand berührt.
- Entscheide, welche Schutzeinrichtung jetzt abschaltet, und begründe deine Entscheidung mit Ia und IΔn.
- Berechne die Leistung am Übergangswiderstand und beurteile die Folgen, wenn dieser Fehler bestehen bliebe.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Körperschluss · Fehlerstrom · Berührungsspannung · Leitungsschutzschalter · Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 5.8
Wählt die Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen aus und stellt das Schutzkonzept der Ladehalle auf:
- Übersetze die Angaben zum Schutz im Datenblatt des Ladegeräts ins Deutsche.
- Erkläre, was „smooth DC fault currents possible“ für die Auswahl der RCD bedeutet.
- Beurteile, ob vor einer RCD Typ B eine RCD Typ A liegen darf.
- Berechne den Schutzleiterstrom von sechs Ladegeräten an einer gemeinsamen RCD und vergleiche ihn mit der Forderung aus DIN VDE 0100-530.
- Entscheidet über Typ und Zuschnitt der Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen für die Ladegeräte.
- Stellt das Schutzkonzept für alle Stromkreise der Halle in der Tabelle auf.
| Stromkreis | Schutzmaßnahme | Schutzeinrichtung | Begründung und Quelle |
|---|---|---|---|
| Beleuchtung, 3 Stromkreise | |||
| Steckdosen Werkbänke, 4 Stromkreise | |||
| CEE 16 A, 2 Stück | |||
| CEE 32 A außen | |||
| Ladegeräte -T11 bis -T16 | |||
| Hebebühne | |||
| Kompressor | |||
| Sektionaltor | |||
| Schutzpotentialausgleich der Halle |
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Fehlerstrom-Schutzeinrichtung · Gleichfehlerstrom · Schutzleiterstrom · Schutzpotentialausgleich · DIN VDE 0100-410
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder bringt einen Teil ein, am Ende steht ein gemeinsames Ergebnis.
Die Lage ändert sich
Die Werkstattleitung will sparen: Alle sechs Ladegeräte sollen hinter eine einzige Fehlerstrom-Schutzeinrichtung mit 63 A, 30 mA.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, ob das mit den Schutzleiterströmen aus dem Datenblatt verträglich ist.
- Beurteile, was eine Auslösung dann für die Ladenacht bedeutet.
- Entscheide, welche Rückfrage du an die Werkstattleitung stellst.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.