Zur Berechnung des Kurzschlussstroms dividieren Sie die Systemspannung durch die Gesamtimpedanz von der Quelle bis zum Fehlerpunkt:
Kurzschlussstrom (Isc) = Spannung (V) ÷ Gesamtimpedanz (Ztotal)Für die Auswahl eines Leitungsschutzschalters (MCB) muss der berechnete prospektive Kurzschlussstrom am Installationsort niedriger sein als das Ausschaltvermögen des MCB, z. B. 6 kA, 10 kA oder ein anderer auf dem Gerät angegebener Wert. Der Nennstrom des Schutzschalters schützt vor Überlastung. Das kA-Ausschaltvermögen schützt vor einem Versagen bei der Fehlerunterbrechung.
Bei realen Installationen ist nicht nur die Formel entscheidend. Sie müssen den Fehlerpegel des Transformators oder der Versorgung, die Kabelimpedanz, die Kabellänge, das Erdungssystem, den Fehlerort sowie die Frage kennen, ob Sie den maximalen oder minimalen Kurzschlussstrom berechnen.
Dieser Leitfaden wurde für die Auswahl von Niederspannungs-Leitungsschutzschaltern und Verteilern verfasst. Er eignet sich für technische Vorabprüfungen, die Überprüfung durch Schaltschrankbauer und die Schulung von Einkäufern. Für Versorgungsnetze, Krankenhäuser, Rechenzentren, Generatorsysteme, Störlichtbogenstudien oder industrielle Anlagen mit mehreren Energiequellen ziehen Sie einen qualifizierten Elektroingenieur und anerkannte Berechnungssoftware hinzu.
Kurze Antwort: Formel für den Kurzschlussstrom
Die grundlegende Formel für den Kurzschlussstrom lautet:
Kurzschlussstrom (Isc) = Spannung (V) ÷ Impedanz (Z)Wo:
- (Isc) = prospektiver Kurzschlussstrom in Ampere
- (V) = Systemspannung am Fehlerort
- (Z) = gesamte Quellen- und Leitungsimpedanz bis zum Fehlerort in Ohm
Für einen dreiphasigen Kurzschluss unter Verwendung der verketteten Spannung:
Dreiphasiger Kurzschlussstrom: Isc(3φ) = VLL ÷ (√3 × Zphase)Für einen einphasigen Kurzschluss zwischen Außenleiter und Neutralleiter:
Einphasiger Kurzschlussstrom: Isc(1φ) = VLN ÷ ZloopWenn Sie Effektivwerte (RMS) für Spannung und Impedanz verwenden, ist das berechnete Ergebnis bereits ein symmetrischer Effektivwert des Kurzschlussstroms. Multiplizieren Sie diesen nicht erneut mit 0,707.
Kurzschlussstromberechnung auf einen Blick
| Situation | Formel oder Methode | Was sie überprüft |
|---|---|---|
| Grundlegende Impedanzmethode | (Isc = V ÷ Z) | Schnelle Schätzung bei bekannter Gesamtimpedanz |
| Dreiphasiger Kurzschluss | (Isc(3φ) = VLL ÷ (√3 × Zphase)) | Maximaler prospektiver dreiphasiger Kurzschlussstrom |
| Einphasiger Kurzschluss | (Isc(1φ) = VLN ÷ Zloop) | Kurzschlussstrom zwischen Außenleiter und Neutralleiter oder Außenleiter und Erde |
| Kurzschluss an den Transformatorklemmen | (Isc = IFL × 100 ÷ Z%) | Verfügbarer Fehlerstrom nahe der Transformator-Sekundärseite |
| Fehler am Kabelende | Quellenfehlerstrom zuzüglich Kabelimpedanz | Überprüfung des minimalen Fehlerstroms und der Auslösezeit |
| kA-Bemessung des Leistungsschalters | Vergleich des prospektiven Kurzschlussstroms (PSCC) mit Icn, Icu, Ics oder dem Ausschaltvermögen | Ob das Gerät sicher abschalten kann |
Kurzschlussstrom im Vergleich zum Ausschaltvermögen von Leitungsschutzschaltern (MCB)
Ein Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) hat zwei verschiedene Bemessungswerte, die häufig verwechselt werden:
| Bewertung | Bedeutung | Beispiel |
|---|---|---|
| Strombemessung | Bemessungsstrom für den Überlastschutz | 6 A, 10 A, 16 A, 20 A, 32 A |
| Schaltleistung | Maximaler Kurzschlussstrom, den der Leitungsschutzschalter gemäß seiner Produktnorm sicher unterbrechen kann | 3 kA, 4.5 kA, 6 kA, 10 kA |
Wenn der berechnete prospektive Kurzschlussstrom am Einbauort des Leitungsschutzschalters 7 kA beträgt, ist ein 6-kA-Leitungsschutzschalter nicht geeignet. Sie benötigen einen Leitungsschutzschalter oder eine Schutzeinrichtung mit einem Ausschaltvermögen, das dem verfügbaren Fehlerstrom sowie den geltenden örtlichen Vorschriften oder Normen entspricht.
Für gängige Stromstärken von Leitungsschutzschaltern siehe VIOX’s Leitfaden für Standard-LS-Schaltergrößen. Informationen zum Auslösekurvenverhalten finden Sie im VIOX Leitfaden für Auslösekurven.
Icn, Icu und Ics: Welchen kA-Wert vergleichen Sie?
Die Kennzeichnung des Ausschaltvermögens hängt von der Norm des Schutzschalters und dem Markt ab.
| Kennzeichnung | Allgemeiner Kontext | Bedeutung |
|---|---|---|
| Icn | IEC 60898-1 LS-Schalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke | Bemessungskurzschlussausschaltvermögen für viele Standard-LS-Schalter |
| Icu | IEC 60947-2 Leistungsschalter für industrielle Anwendungen | Bemessungsgrenzkurzschlussausschaltvermögen |
| Ics | IEC 60947-2 Leistungsschalter für industrielle Anwendungen | Bemessungsbetriebskurzschlussausschaltvermögen (Ics), oft als Prozentsatz des Icu angegeben |
| AIC / Ausschaltvermögen | Nordamerikanischer Kontext | Ausschaltvermögen in Ampere gemäß den geltenden UL/NEC-Anforderungen |
Wenn die Suchanfrage lautet “kA-Bemessung von Leitungsschutzschaltern berechnen”, lautet die praktische Antwort: Berechnen Sie den verfügbaren prospektiven Kurzschlussstrom am Installationspunkt und wählen Sie dann ein Schutzgerät, dessen anwendbares Ausschaltvermögen gemäß der relevanten Norm nicht unter diesem Wert liegt.
Einblick des Herstellers: Warum die kA-Angabe nicht nur ein Etikett ist
Aus Sicht eines Herstellers und Schaltanlagenbauers ist die kA-Kennzeichnung auf einem Leitungsschutzschalter das Ergebnis des gesamten Ausschalt-Systems und keine willkürliche Angabe. Kontaktmaterial, Kontaktdruck, Geometrie der Lichtbogenleitschienen, Design der Lichtbogenlöschkammer, Geschwindigkeit des Schaltmechanismus, Erwärmung der Anschlüsse und Gehäusematerial beeinflussen, ob das Gerät einen tatsächlichen Kurzschluss ohne unzulässige Beschädigung unterbrechen kann.
Für Käufer ist die praktische Lehre einfach: Vergleichen Sie zwei Leitungsschutzschalter nicht nur anhand der Stromstärke und des Preises. Wenn der verfügbare Fehlerstrom nahe bei 6 kA, 10 kA oder höher liegt, fordern Sie das entsprechende Datenblatt, die Produktnorm, die Kennzeichnung des Ausschaltvermögens und die Prüfdokumentation für das exakt gelieferte Modell an. Dies ist besonders wichtig für OEM-Schalttafeln, Export-Verteiler und Installationen in der Nähe von Transformatoren, wo der prospektive Kurzschlussstrom deutlich höher sein kann als erwartet.
Daten, die Sie vor der Berechnung benötigen
Sammeln Sie die folgenden Informationen, bevor Sie den Fehlerstrom berechnen.
| Daten | Warum es wichtig ist |
|---|---|
| Versorgungsspannung | Bestimmt die treibende Spannung für den Fehlerstrom |
| Transformator-kVA und Impedanz | Hauptquellenimpedanz in Niederspannungssystemen |
| Verfügbarer Fehlerstrom des Versorgungsunternehmens | Bester Ausgangspunkt bei Versorgung durch Daten des Versorgungsunternehmens |
| Länge des Kabels | Längere Kabel erhöhen die Impedanz und senken den Fehlerstrom |
| Kabelquerschnitt und Material | Kupfer und Aluminium weisen unterschiedliche Impedanzen auf |
| Fehlerort | Der Fehlerstrom ist nahe der Quelle am höchsten und am Kabelende am niedrigsten |
| Erdungssystem | Beeinflusst den Pfad des Erdschlussstroms |
| Bemessungswert der Schutzeinrichtung | Muss dem berechneten Fehlerstrom entsprechen |
| Normen/Vorschriftenkontext | IEC, NEC oder lokale Vorschriften können spezifische Methoden erfordern |
Bei industriellen Anlagen, medizinischen Einrichtungen, Rechenzentren, großen gewerblichen Objekten oder Mehrquellensystemen sollte eine Netzanalysesoftware verwendet oder ein qualifizierter Elektroingenieur hinzugezogen werden, anstatt sich auf eine vereinfachte manuelle Berechnung zu verlassen.
Methode 1: Grundlegende Impedanzberechnung
Das universellste Konzept besteht darin, alle Impedanzen zwischen der Quelle und dem Fehlerpunkt zu addieren.
Zgesamt = Zquelle + Ztransformator + Zkabel + ZverbindungenBerechnen Sie anschließend:
Kurzschlussstrom (Isc) = Spannung (V) ÷ Gesamtimpedanz (Ztotal)Beispiel
Angenommen, es handelt sich um ein einfaches Drehstromsystem:
- Außenleiterspannung: 400 V
- Äquivalente Phasenimpedanz bis zum Fehlerpunkt: 0,02 Ohm
Unter Verwendung der Drehstromformel:
Isc(3φ) = 400 ÷ (√3 × 0,02)Isc(3φ) ≈ 11.547 A = 11,5 kADer prospektive Kurzschlussstrom beträgt etwa 11,5 kA. Ein 6-kA-LS-Schalter wäre an dieser Stelle nicht geeignet. Ein 10-kA-LS-Schalter könnte ebenfalls unzureichend sein, wenn der berechnete Strom 10 kA übersteigt. Das endgültige Gerät muss entsprechend dem genauen System, der Norm und der Koordinationsauslegung ausgewählt werden.
Methode 2: Transformator-Kurzschlussstrom
Wenn der Transformator die Hauptquelle ist, kann eine schnelle Abschätzung anhand der Transformator-kVA und der prozentualen Impedanz vorgenommen werden.
Für einen Drehstromtransformator:
Transformator-Nennstrom: IFL = (kVA × 1000) ÷ (√3 × VLL)Dann:
Transformator-Kurzschlussstrom: Isc = IFL × (100 ÷ Z%)Beispiel
Annahme:
- Transformatorleistung: 500 kVA
- Sekundärspannung: 400 V
- Transformatorimpedanz: 5%
Nennstrom:
IFL = (500 × 1000) ÷ (√3 × 400) ≈ 722 AGeschätzter Kurzschlussstrom an den Transformatorklemmen:
Isc = 722 × (100 ÷ 5) ≈ 14.440 A = 14,4 kAAn den Transformatorklemmen beträgt der Fehlerstrom etwa 14,4 kA bevor die Kabelimpedanz berücksichtigt wird. Am Ende eines langen Kabels ist der Fehlerstrom niedriger, da die Kabelimpedanz die Gesamtschleifenimpedanz erhöht.
Kurze Referenz für Transformator-Fehlerströme
Die folgende Tabelle dient nur als vereinfachte Referenz. Sie geht von einem 400V-Drehstromtransformator aus und berücksichtigt weder die netzseitige Impedanz, die Kabelimpedanz, den Motorbeitrag noch Toleranzen.
| Transformator | Impedanz | Volllaststrom | Geschätzter Anschlusskurzschlussstrom |
|---|---|---|---|
| 100 kVA | 4% | 144 A | 3,6 kA |
| 250 kVA | 4% | 361 A | 9,0 kA |
| 500 kVA | 5% | 722 A | 14,4 kA |
| 1000 kVA | 6% | 1443 A | 24,1 kA |
Aus diesem Grund kann ein 6-kA-LS-Schalter in einigen Endstromkreisen akzeptabel sein, ist jedoch in der Nähe eines großen Transformators oder einer Hauptverteilung ungeeignet.
Methode 3: Berechnung des Kurzschlussstroms im Kabel
Die Kabelimpedanz kann den Fehlerstrom erheblich reduzieren, insbesondere bei langen Endstromkreisen. Dies ist sowohl für das Ausschaltvermögen des Schutzschalters als auch für die magnetische Auslösung von Bedeutung.
Für eine vereinfachte Abschätzung des Gleichstromwiderstands:
Kabelwiderstand: R = ρ × (L ÷ A)Wo:
- (R) = Leiterwiderstand
- (ρ) = spezifischer Leiterwiderstand
- (L) = Leiterlänge
- (A) = Leiterquerschnittsfläche
Für die Berechnung von Wechselstrom-Kurzschlüssen können auch der Blindwiderstand des Kabels sowie der temperaturabhängige Widerstand relevant sein. Professionelle Berechnungen nutzen Kabelimpedanztabellen anstelle einer rein einfachen Widerstandsberechnung.
Bei kleinen Endstromkreisen dominiert oft der ohmsche Widerstand, sodass eine vereinfachte, widerstandsbasierte Abschätzung für erste Prüfungen nützlich sein kann. Bei größeren Kabeln, langen Zuleitungen, Parallelschaltungen oder präziseren ingenieurtechnischen Untersuchungen sollte die Kabelimpedanz als vektorielle Größe behandelt werden:
Kabelimpedanz: Z = √(R² + X²)Wobei (R) der Wirkwiderstand und (X) der Blindwiderstand ist. In professionellen Berechnungen werden Netzimpedanz, Transformatorimpedanz, Kabelimpedanz, Motorrückspeisung und Erdungswiderstand üblicherweise als komplexe Werte und nicht als einfache skalare Additionen behandelt.
Warum Kabelberechnungen wichtig sind
Es gibt zwei verschiedene Aspekte:
- Maximaler Kurzschlussstrom in der Nähe der Quelle: Überprüfung des Ausschaltvermögens des Leitungsschutzschalters (MCB).
- Minimaler Fehlerstrom am Ende der Leitung: Überprüfung, ob der Schutzschalter schnell genug auslöst.
Hier scheitern viele vereinfachte Online-Berechnungen. Ein hoher Fehlerstrom kann in der Nähe der Einspeisung das Ausschaltvermögen des Schutzschalters überschreiten, während ein niedriger Fehlerstrom am Leitungsende möglicherweise nicht ausreicht, um den magnetischen Auslöser schnell genug zu aktivieren.
Für Informationen zur Kabeldimensionierung und zum Spannungsfall siehe VIOX’s IEC-Leitfaden zur Kabeldimensionierung.
Beispiel zur Kurzschlussstromberechnung für Kabel
Annahme eines vereinfachten einphasigen Endstromkreises, bei dem der Widerstand überwiegt:
- Spannung zwischen Außenleiter und Neutralleiter: 230 V
- Ersatzimpedanz von Quelle und Transformator: 0,035 Ohm
- Kabelschleifenimpedanz bis zum Lastende: 0,45 Ohm
Ungefähre Schleifenimpedanz:
Zloop = 0,035 Ω + 0,45 Ω = 0,485 ΩGeschätzter Fehlerstrom am Kabelende:
Isc = 230 ÷ 0,485 ≈ 474 ADieser Wert kann weit unter dem Fehlerstrom an der Verteilung liegen. Der Fehlerstrom am Ende der Verteilung kann für die Überprüfung des Ausschaltvermögens verwendet werden, während der Fehlerstrom am Leitungsende für die Überprüfung der Auslösezeit wichtig ist.
Dieses Beispiel verwendet absichtlich eine skalare Addition, um die Methode übersichtlich zu halten. Für größere Leiter oder formelle Projektdokumentationen sollten Impedanztabellen oder Software verwendet werden, die Widerstand und Reaktanz trennen.
Berechnung des prospektiven Kurzschlussstroms
Der prospektive Kurzschlussstrom (PSCC) ist der Fehlerstrom, der fließen könnte, bevor die Schutzeinrichtung auslöst. Er ist “prospektiv”, da er aus Systemspannung und Impedanz berechnet und nicht durch absichtliches Herbeiführen eines Kurzschlusses gemessen wird.
Der PSCC wird verwendet, um Folgendes zu überprüfen:
- Ausschaltvermögen von Leitungsschutzschaltern (MCB)
- Abschaltvermögen von Sicherungen
- SCCR des Schaltschranks
- Störlichtbogen-Energieberechnungen
- Selektivitätsstudien für Schutzeinrichtungen
- Kurzschlussfestigkeit von Kabeln
- Fehlerklärungszeit
Messen Sie den prospektiven Kurzschlussstrom (PSCC) niemals durch Kurzschließen der Leiter. Verwenden Sie Berechnungen, Netzdaten, Planungssoftware oder geeignete Messgeräte, die für die Schleifenimpedanz- oder prospektive Strommessung ausgelegt sind.
Wie man das kA-Bemessungsvermögen für Leistungsschalter berechnet
Das kA-Bemessungsvermögen des Leistungsschalters muss unter Berücksichtigung der geltenden Normen und lokalen Vorschriften größer oder gleich dem prospektiven Kurzschlussstrom am Einbauort des Leistungsschalters sein.
| Berechneter prospektiver Kurzschlussstrom (PSCC) am Ort des Leitungsschutzschalters | Konzept des minimalen Ausschaltvermögens |
|---|---|
| 3,2 kA | Ein 4,5-kA- oder 6-kA-Gerät kann in Betracht gezogen werden, sofern es anderweitig geeignet ist |
| 5,8 kA | Ein 6-kA-Gerät liegt nahe; Norm, Toleranz und Sicherheitsmarge überprüfen |
| 7,5 kA | Ein Gerät mit einer Bemessung über 7,5 kA verwenden, üblicherweise 10 kA oder höher |
| 12 kA | 10 kA sind unzureichend; wählen Sie einen höheren Schutzwert |
Verwenden Sie keinen willkürlichen allgemeinen Sicherheitszuschlag wie 25% als Ersatz für Vorschriften, Normen und technische Prüfungen. Die erforderliche Bemessung des Geräts hängt von der Installation, den geltenden Regeln, den Herstellerdaten, der Selektivität und zukünftigen Systemänderungen ab.
Maximaler vs. minimaler Kurzschlussstrom
Eine nützliche Kurzschlussstromberechnung berücksichtigt normalerweise sowohl den maximalen als auch den minimalen Fehlerstrom.
| Berechnungsart | Wo dies üblicherweise auftritt | Warum es wichtig ist |
|---|---|---|
| Maximaler Kurzschlussstrom | In der Nähe des Transformators, des Netzanschlusses, der Hauptverteilung | Überprüfung des Ausschaltvermögens von Schutzschaltern, des SCCR der Schaltanlage, der Stromschienenfestigkeit und der Lichtbogenenergie |
| Minimaler Fehlerstrom | Ende einer langen Leitung, hochohmige Schleife, entfernter Endstromkreis | Überprüfung, ob die magnetische Auslösung des Leitungsschutzschalters oder die Abschaltzeit der Schutzeinrichtung ausreichend schnell ist |
Für die Auswahl von Leitungsschutzschaltern ist diese Unterscheidung entscheidend. Ein hoher Fehlerstrom in Quellennähe kann ein 6-kA-Gerät überlasten, während ein niedriger Fehlerstrom am Ende einer langen Leitung möglicherweise nicht ausreicht, um die unverzögerte magnetische Auslösung eines Leitungsschutzschalters vom Typ C oder D zu aktivieren.
Symmetrischer Effektivstrom (RMS), Stoßkurzschlussstrom und Einschaltvermögen
Die meisten vereinfachten Berechnungen ergeben den symmetrischen Effektivwert des Kurzschlussstroms. Dies ist der Wert, der üblicherweise mit dem Ausschaltvermögen von Schutzschaltern verglichen wird.
In realen Wechselstromsystemen kann der erste Fehlerzyklus einen Gleichstrom-Offset enthalten, was zu einem höheren asymmetrischen Spitzenstrom führt. Dies beeinflusst die mechanische und elektrodynamische Belastung von Kontakten, Sammelschienen und Schaltmechanismen.
Bei industriellen Leistungsschaltern gemäß IEC 60947-2 finden Sie möglicherweise auch Icm, das Bemessungseinschaltvermögen. Bei der Auswahl von Standard-LS-Schaltern konzentrieren sich Käufer meist zuerst auf das angegebene kA-Ausschaltvermögen, aber Ingenieure sollten beachten, dass die Stoßstrom- und Einschaltstromfestigkeit bei größeren Schalttafeln und Baugruppen an Bedeutung gewinnt.
Auslösezeit des LS-Schalters im Verhältnis zum Kurzschlussstrom
Die Kurzschlussstromberechnung beeinflusst auch die Auslösezeit.
Ein LS-Schalter verfügt über:
- Ein thermischer Auslösebereich für Überlastungen
- Ein magnetischer Auslösebereich für Kurzschlüsse
Zum Beispiel haben die Kennlinien Typ B, C und D unterschiedliche magnetische Auslöseschwellen. Ein Leitungsschutzschalter vom Typ C erfordert möglicherweise einen höheren Fehlerstrom für eine unverzögerte Auslösung als ein Leitungsschutzschalter vom Typ B. Wenn das Kabel lang ist und der Fehlerstrom am Ende der Leitung zu niedrig ist, löst der Schutzschalter möglicherweise nicht innerhalb der erforderlichen Zeit aus.
Deshalb geht es bei der “Berechnung der Auslösezeit von Leitungsschutzschaltern” nicht nur um den Schutzschalter selbst. Sie hängt auch von der Kabelimpedanz, der Netzimpedanz, der Auslösekennlinie, dem Erdungssystem und der Fehlerart ab.
Überprüfung der B-, C- und D-Kennlinie
Die Wahl der MCB-Kennlinie beeinflusst, ob ein berechneter Fehlerstrom in den unverzögerten magnetischen Auslösebereich fällt.
| MCB-Auslösekennlinie | Typischer magnetischer Auslösebereich | Praktische Auswirkung |
|---|---|---|
| Typ B | dem 3- bis 5-fachen des Nennstroms aus | Leichteres Auslösen bei niedrigeren Fehlerströmen; üblich für ohmsche/leichte Endstromkreise |
| Typ C | dem 5- bis 10-fachen des Nennstroms aus | Bewältigt moderate Einschaltströme; benötigt höhere Fehlerströme für die unverzögerte Auslösung |
| Typ D | dem 10- bis 20-fachen des Nennstroms aus | Verwendet für Lasten mit hohen Einschaltströmen; erfordert deutlich höhere Fehlerströme für die unverzögerte Auslösung |
Beispiel: Ein 16A Leitungsschutzschalter (MCB) vom Typ C benötigt möglicherweise etwa 80A bis 160A, um den unverzögerten magnetischen Auslösebereich zu erreichen. Wenn der Fehlerstrom am Leitungsende unter dem erforderlichen Schwellenwert liegt, kann die Abschaltung vom thermischen Bereich abhängen und für die beabsichtigte Schutzanforderung zu langsam sein.
Verwenden Sie zur abschließenden Überprüfung die Auslösekennlinie des Herstellers sowie die geltenden Installationsvorschriften.
Kurzschlussstrom und SCCR
Die Kurzschlussstromberechnung unterstützt auch die SCCR-Überprüfung. SCCR ist der Kurzschlussnennstrom von Betriebsmitteln oder einer Schaltgerätekombination, während das Ausschaltvermögen eines Schutzschalters die Fähigkeit eines Schutzorgans ist, einen Fehler zu unterbrechen.
Wenn der verfügbare Fehlerstrom höher ist als der SCCR eines Schaltschranks, ist der Schrank für diesen Installationspunkt nicht geeignet, selbst wenn der nachgeschaltete Leitungsschutzschalter ein hohes Ausschaltvermögen aufweist.
Für die Sicherheit auf Schaltschrankebene siehe VIOX SCCR-Leitfaden.
Eingabewerte für den Kurzschlussstromrechner
Wenn Sie eine Tabellenkalkulation oder einen Online-Rechner für dieses Thema erstellen, sollte dieser nach den folgenden Eingabewerten fragen, anstatt nur nach Spannung und einem Impedanzwert.
| Rechnereingabe | Warum dies erforderlich ist |
|---|---|
| Systemtyp | Auswahl der Formel für einphasigen oder dreiphasigen Strom |
| Spannung | Außenleiterspannung oder Außenleiter-Neutralleiter-Spannung |
| Transformator-kVA | Bestimmt den Volllaststrom |
| Prozentuale Kurzschlussspannung des Transformators | Bestimmt den Kurzschlussstrom an den Transformatorklemmen |
| Verfügbarer Fehlerstrom des Versorgungsunternehmens | Verbessert die Genauigkeit, wenn der Transformator nicht die einzige Quelle ist |
| Kabelquerschnitt und Material | Bestimmt die Leitungsimpedanz |
| Länge des Kabels | Bestimmt den Spannungsfall und die Kurzschlussstromreduzierung |
| Fehlerort | Hauptverteilung, Unterverteilung oder Endstromkreis |
| LS-Schalter-Charakteristik und Nennstrom | Erforderlich für die Überprüfung der Auslösezeit |
| Ausschaltvermögen von Leitungsschutzschaltern (MCB) | Erforderlich für den Vergleich der kA-Bemessung |
Diese Struktur entspricht eher der tatsächlichen Berechnung des prospektiven Kurzschlussstroms durch Ingenieure als ein einzeiliger Rechner, der lediglich die Spannung durch eine geschätzte Impedanz dividiert.
Häufige Fehler bei der Kurzschlussstromberechnung
Fehler 1: Verwendung der Laststromformel
Laststrom und Kurzschlussstrom sind nicht identisch. Der Laststrom hängt vom Leistungsbedarf ab. Der Kurzschlussstrom hängt hauptsächlich von der Spannung und der Impedanz ab.
Fehler 2: Vernachlässigung der Leitungsimpedanz
Die Vernachlässigung der Leitungsimpedanz kann zu einer Überschätzung des Kurzschlussstroms am Leitungsende führen. Dies kann ein Problem bei der Auslösezeit verschleiern.
Fehler 3: Verwechslung von Außenleiterspannung und Außenleiter-Neutralleiter-Spannung
Verwenden Sie die korrekte Spannung für die jeweilige Fehlerart. Die Formeln für Drehstrom und Einphasenwechselstrom sind nicht identisch.
Fehler 4: Falsche Anwendung des Faktors 0,707
Wenn Sie Effektivwerte (RMS) für Spannung und Impedanz verwenden, ist das Ergebnis des Kurzschlussstroms bereits ein symmetrischer Effektivwert. Multiplizieren Sie diesen nicht erneut mit 0,707.
Fehler 5: Gleichsetzung des kA-Bemessungsschaltvermögens eines Leitungsschutzschalters mit dem SCCR eines Schaltschranks
Das Ausschaltvermögen eines Schutzschalters ist nicht identisch mit dem SCCR (Short-Circuit Current Rating) eines Schaltschranks oder einer Schaltgerätekombination.
Fehler 6: Vernachlässigung des minimalen Kurzschlussstroms
Der maximale Fehlerstrom prüft das Ausschaltvermögen. Der minimale Fehlerstrom prüft, ob die Schutzeinrichtung am entferntesten Punkt schnell genug auslöst.
Fehler 7: Verwendung von Tabellen für typische Fehlerströme als Bemessungswerte
Typische Werte können bei ersten Schätzungen helfen, sie können jedoch keine Transformatordaten, Netzdaten, Kabelimpedanzen und projektspezifische Berechnungen ersetzen. Ein 10-kA-LS-Schalter ist nicht automatisch geeignet, nur weil eine Tabelle ein Gebäude als “leicht gewerblich” einstuft.”
Checkliste für die schnelle Berechnung
| Schritt | Prüfen |
|---|---|
| 1 | Fehlerort definieren: Quelle, Verteiler, Abzweigstromkreis oder Kabelende |
| 2 | Fehlertyp identifizieren: dreiphasig, Phase-zu-Phase, Phase-zu-Neutralleiter oder Phase-zu-Erde |
| 3 | Fehlerdaten der Quelle oder des Transformators erfassen |
| 4 | Kabelimpedanz bis zum Fehlerpunkt addieren |
| 5 | Berechnung des maximalen prospektiven Kurzschlussstroms (PSCC) für das Ausschaltvermögen |
| 6 | Berechnung des minimalen Fehlerstroms für die Auslösezeit, sofern erforderlich |
| 7 | Vergleich des kA-Bemessungswerts des Schutzschalters mit dem berechneten PSCC |
| 8 | Überprüfung der Auslösekennlinie und der Abschaltzeit |
| 9 | Dokumentation der Annahmen, Leitungsdaten und des Berechnungsdatums |
| 10 | Verwendung professioneller Software oder ingenieurtechnischer Prüfung bei komplexen Systemen |
FAQ
Wie lautet die Formel für den Kurzschlussstrom?
Die Grundformel lautet (Isc = V ÷ Z), wobei (V) die Systemspannung und (Z) die Gesamtimpedanz bis zum Fehlerpunkt ist. Für dreiphasige Kurzschlüsse verwenden Sie (Isc(3φ) = VLL ÷ (√3 × Zphase)).
Wie berechnet man den Kurzschlussstrom für einen Leitungsschutzschalter?
Berechnen Sie den prospektiven Kurzschlussstrom am Einbauort des Schutzschalters unter Verwendung der Impedanzen von Quelle, Transformator und Kabel. Wählen Sie anschließend einen Schutzschalter, dessen Ausschaltvermögen gemäß den geltenden Normen und Vorschriften gleich oder größer als dieser Fehlerstrom ist.
Was ist der prospektive Kurzschlussstrom?
Der prospektive Kurzschlussstrom ist der Strom, der im Fehlerfall fließen würde, bevor die Schutzeinrichtung auslöst. Er basiert auf der verfügbaren Spannung und der Systemimpedanz.
Wie beeinflusst die Kabellänge den Kurzschlussstrom?
Ein längeres Kabel erhöht die Impedanz, was den Fehlerstrom am Lastende reduziert. Dies kann zwar das erforderliche Ausschaltvermögen verringern, jedoch zu Problemen bei der Auslösezeit führen, wenn der Fehlerstrom zu niedrig wird.
Was ist eine Kabelkurzschlussberechnung?
Die Kabelkurzschlussberechnung schätzt ab, wie die Kabelimpedanz den Fehlerstrom an einem bestimmten Punkt im Stromkreis verändert. Bei langen Kabeln ist dies besonders wichtig, da der Fehlerstrom am Leitungsende deutlich niedriger sein kann als der Fehlerstrom an der Verteilung.
Ist das Ausschaltvermögen eines Leitungsschutzschalters (MCB) dasselbe wie der Nennstrom?
Nein. Der Nennstrom ist die Bemessungsgröße für den Dauerlaststrom, wie z. B. 16 A oder 32 A. Das Ausschaltvermögen ist der maximale Fehlerstrom, den der Leitungsschutzschalter sicher unterbrechen kann, wie z. B. 6 kA oder 10 kA.
Kann ich den Kurzschlussstrom mit einem Multimeter messen?
Nein. Versuchen Sie nicht, den Kurzschlussstrom durch Kurzschließen eines Stromkreises zu messen. Verwenden Sie Berechnungen, Fehlerstromdaten des Netzbetreibers, Schleifenimpedanzmessgeräte oder professionelle Netzanalysetools.
Was passiert, wenn der Kurzschlussstrom das Ausschaltvermögen des Leitungsschutzschalters übersteigt?
Der Leitungsschutzschalter kann den Fehler möglicherweise nicht sicher unterbrechen. Dies kann zu Lichtbogenbildung, Brand, Gehäuseschäden oder einem explosiven Versagen führen.
Was ist der Unterschied zwischen Fehlerstrom und Kurzschlussstrom?
Ein Kurzschlussstrom ist eine Art von Fehlerstrom, der durch eine unbeabsichtigte Verbindung mit niedriger Impedanz zwischen Leitern oder von einem Leiter zur Erde verursacht wird. Fehlerstrom ist der allgemeinere Begriff und kann Erdschlüsse, Leiter-Leiter-Fehler, Leiter-Neutralleiter-Fehler und dreiphasige Fehler umfassen.
Kann ich die Auslösezeit eines Leitungsschutzschalters (MCB) aus dem Kurzschlussstrom berechnen?
Sie können abschätzen, ob der Fehlerstrom den magnetischen Auslösebereich erreicht, indem Sie den berechneten Strom mit der Auslösekennlinie des Leitungsschutzschalters vergleichen. Die exakte Auslösezeit muss der Zeit-Strom-Kennlinie des Herstellers entnommen und mit den geltenden Installationsvorschriften abgeglichen werden.
Welche Norm wird für die Kurzschlussstromberechnung verwendet?
IEC 60909 wird häufig für die Kurzschlussstromberechnung in IEC-basierten Systemen verwendet. IEEE-Methoden werden üblicherweise bei Netzstudien in Nordamerika angewandt. Produktnormen für Leitungsschutzschalter wie IEC 60898-1 und IEC 60947-2 definieren die Prüfung und Bemessung der Schutzschalter, jedoch nicht die Systemberechnung als Ganzes.
Fazit
Die Kurzschlussstromberechnung ist die Grundlage für eine sichere Auswahl von Leitungsschutzschaltern. Die Grundformel ist einfach: Der Fehlerstrom entspricht der Spannung geteilt durch die Gesamtimpedanz. Die ingenieurtechnische Arbeit besteht darin, die korrekte Impedanz zu ermitteln, den richtigen Fehlerort zu wählen und das Ergebnis mit dem kA-Ausschaltvermögen des Schutzschalters zu vergleichen.
Für einen zuverlässigen Schutz sollten sowohl der maximal zu erwartende Kurzschlussstrom als auch der minimale Fehlerstrom berechnet werden, sofern erforderlich. Der maximale Fehlerstrom prüft, ob der Schutzschalter sicher abschalten kann. Der minimale Fehlerstrom prüft, ob der Schutzschalter am Ende des Stromkreises schnell genug auslöst.
Wählen Sie einen Leitungsschutzschalter nicht nur nach dem Nennstrom aus. Stimmen Sie Nennstrom, Bemessungsspannung, Auslösekennlinie, Ausschaltvermögen, Leitungsimpedanz und die Installationsnorm als ein Gesamtschutzsystem aufeinander ab.
