DGUV Information 203-077 - Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei ...

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Abschnitt 4.3, 4.3 Abschätzungsverfahren für DC-Anlagen
Abschnitt 4.3
Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei der Auswahl der persönlichen Schutzausrüstung (DGUV Information 203-077)
Titel: Thermische Gefährdung durch Störlichtbögen Hilfe bei der Auswahl der persönlichen Schutzausrüstung (DGUV Information 203-077)
Normgeber: Bund
Amtliche Abkürzung: DGUV Information 203-077
Gliederungs-Nr.: [keine Angabe]
Normtyp: Satzung

Abschnitt 4.3 – 4.3 Abschätzungsverfahren für DC-Anlagen

4.3.1
Allgemeines Berechnungsverfahren

Die nachfolgenden Aussagen gelten für Niederspannungs-Gleichstromanlagen (LVDC).

Anmerkung:

Der Algorithmus gilt insbesondere für Gleichstromkreise, in denen sich quasistationäre Kurzschlussstromverhältnisse einstellen und/oder die Kurzschlussdauer deutlich größer als die Zeitkonstante des DC-Kreises τ = L/R ist. Fälle großer Zeitkonstanten und geringen Kurzschlussdauern sind durch die Berechnungsgrundlagen mit abgedeckt; die Ergebnisse besitzen dann jedoch u. U. größere Sicherheitsreserven.

Die Arbeitsumgebung ist in Gleichspannungsanlagen durch die elektrischen Parameter

U Nn Nennspannung des DC-Systems (Netzes)
R N ohmscher Gesamtwiderstand des DC-Systems
P k Kurzschlussleistung des DC-Systems (Fehlerstelle)

sowie

d Elektrodenabstand in der DC-Anlage
t k Ausschaltzeit der vorgeordneten Überstromschutzeinrichtung (Kurzschlussdauer)

gekennzeichnet. Der ohmsche Widerstand des DC-Netzes setzt sich aus dem Innenwiderstand der DC-Quelle (Gleichrichter mit vorgeordnetem AC-Netz, Wechselrichter, Batterie), den Leitungswiderständen und dem Widerstand weiterer Elemente des DC-Kreises (z. B. Drosseln etc.) zusammen.

Die Kurzschlussleistung des DC-Systems P k ergibt sich aus der Nennspannung der DC-Quelle und dem Dauerkurzschlussstrom I kDC (stationärer Wert des Kurzschlussgleichstroms bei metallischem Kurzschluss an der Fehlerstelle):

P k = U Nn I kDC = U 2 Nn / R N

Anmerkung:

Als Dauerkurzschlussstrom bei Gleichrichter gespeisten DC-Systemen ist der arithmetische Mittelwert des Stroms nach Abklingen des Ausgleichsvorgangs anzusehen.

Der Lichtbogenkurzschlussstrom I kLB, der Strombegrenzungsfaktor k B und die Lichtbogenleistung P LB werden iterativ aus der Approximation der Strom-Spannungs-Charakteristik

Abb. 4-6
Zusammenfassung Abschätzungsverfahren für AC-Anlagen

mit Hilfe des Elektrodenabstands d bestimmt (die Gleichung gilt für die Lichtbogenspannung in V, den Lichtbogenkurzschlussstrom I kLB in A und den Elektrodenabstand d in mm). Für die Iteration gilt allgemein die Rekursionsvorschrift (i und i+1 sind aufeinander folgende Iterationsschritte):

Mit Vorgabe eines Anfangswerts mit I kLB (0) wird diese Iteration bis zu einem festgelegten Abbruchkriterium vorgenommen werden.

Für die Lichtbogenleistung gilt

Anmerkung:

Zweckmäßigerweise geht man von einem Anfangswert I kLB (0) = 0,5 I kDC aus. Die Iteration wird abgebrochen, wenn eine festgelegte Abweichung der Ergebnisse zweier aufeinanderfolgender Iterationsschritte (z. B. 0,5 %) unterschritten wird.

Die bezogene Lichtbogenleistung lässt sich aus

Ausgehend von der Lichtbogenleistung bzw. bezogenen Lichtbogenleistung wird der Erwartungswert der Lichtbogenenergie nach

W LB = P LB t LB = k P P k t LB

berechnet. Die Lichtbogendauer t LB bzw. Kurzschlussdauer t k wird aus den Schutzeinstellungen bzw. Schutzgeräte-Kennlinien in Analogie zum AC-Verfahren auf der Grundlage des Lichtbogenkurzschlussstroms I kLB bestimmt.

Anmerkung:

Bei der Bestimmung der Kurzschlussdauer aus Kennlinienangaben von Herstellern (z. B. Sicherungen) ist ggfs. die Zeitkonstante L/R des DC-Systems zu beachten.

Die Schutzpegel der PSAgS werden in Analogie zur Verfahrensweise für AC-Anlagen (Abschnitt 4.2.3) ermittelt und bewertet.

4.3.2
Grobabschätzung anhand von Richtwerten (Worst-Case-Betrachtung)

Für sehr grobe Einschätzungen der Lichtbogenleistung kann im DC-Bereich der Richtwert k P max = 0,25 angewendet werden:

P LB = k P max P k = 0,25 P k

Die Anwendung des Iterationsverfahrens ist dann nicht erforderlich.

Für den Niederspannungsbereich liegt man auch bei DC-Systemen meist auf der sicheren Seite, wenn man als Richtwert für den Strombegrenzungsfaktor k B = 0,5 ansetzt.