Leitungsschutzschalter berechnen
Über die Berechnung des Leitungsschutzschalters
Mit diesem Rechner kannst du den Leitungsschutzschalter berechnen und die passende Nenngröße aus der angeschlossenen Leistung für ein einphasiges 230-V-Netz oder ein dreiphasiges 400-V-Netz bestimmen. Der Rechner ermittelt den Betriebsstrom, wählt einen standardisierten Nennstrom des Leitungsschutzschalters und empfiehlt einen Kupfer- oder Aluminium-Kabelquerschnitt unter Berücksichtigung von Leistungsfaktor, Gleichzeitigkeitsfaktor, optionaler Stromreserve, Umgebungstemperatur und Verlegeart.
Richtwerte und Empfehlungen
Auslegungsleistung der Last
Die Auslegungsleistung wird aus der gesamten Wirkleistung P in kW und dem Gleichzeitigkeitsfaktor k bestimmt. Für einen einzelnen Verbraucher wird k = 1 verwendet. Für eine Verbrauchergruppe stehen die Werte 1, 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 und 0.5 zur Verfügung. Der Faktor wird vom Benutzer gewählt und nicht automatisch anhand der Anzahl angeschlossener Geräte reduziert.
PAuslegung = P × k
Ein Wert von k = 1 bedeutet, dass 100 % der installierten Leistung in die Berechnung einfließen. Beispielsweise bedeutet k = 0.8, dass die gleichzeitig angesetzte Auslegungslast 80 % der gesamten installierten Leistung beträgt. Wenn die Gleichzeitigkeit nicht zuverlässig abgeschätzt werden kann, sollte k = 1 verwendet werden.
Umrechnung der Leistung in Betriebsstrom
Der Betriebsstrom wird aus der Auslegungsleistung, der Netzspannung und dem Leistungsfaktor cosφ berechnet. Die in kW angegebene Leistung wird zunächst durch Multiplikation mit 1000 in Watt umgerechnet.
Für ein einphasiges 230-V-Netz:
IBetrieb = PAuslegung × 1000 / (230 × cosφ)
Für ein dreiphasiges 400-V-Netz:
IBetrieb = PAuslegung × 1000 / (√3 × 400 × cosφ)
Der Leistungsfaktor berücksichtigt den höheren Strom durch den Blindleistungsanteil der Last. Der Rechner verwendet cosφ = 1 für ohmsche Lasten, 0.95 für gemischte Lasten und 0.8 für Motoren, Pumpen und Kompressoren. Je kleiner cosφ ist, desto höher ist der Betriebsstrom bei gleicher Wirkleistung.
Die Drehstromberechnung setzt voraus, dass die Last gleichmäßig auf die drei Phasen verteilt ist. Unter dieser Voraussetzung gilt die Formel mit dem Faktor √3.
Optionale Stromreserve und Auswahl des Leitungsschutzschalters
Die zusätzliche Stromreserve wird in Prozent angegeben und beträgt standardmäßig 0 %. Wenn eine Reserve r angegeben wird, erhöht sich der Betriebsstrom um diesen Prozentsatz.
IAuslegung = IBetrieb × (1 + r / 100)
Bei 0 % Reserve gilt IAuslegung = IBetrieb. Diese Reserve ist ein optionaler, vom Benutzer festgelegter Wert und kein verbindlicher fester Faktor einer Norm.
Der Nennstrom des Leitungsschutzschalters wird als kleinster Standardwert gewählt, der nicht unter dem Auslegungsstrom liegt. Der Rechner verwendet die Reihe 6, 10, 13, 16, 20, 25, 32, 40, 50, 63, 80 und 100 A. Beispielsweise führt ein Auslegungsstrom von 18.3 A zu einem 20-A-Automaten, während bei 20.1 A ein 25-A-Leitungsschutzschalter gewählt wird.
Die tatsächliche Reserve des Leitungsschutzschalters zeigt die prozentuale Differenz zwischen dem gewählten standardisierten Nennstrom und dem Auslegungsstrom:
Reserve = (In / IAuslegung - 1) × 100%
Wenn der Auslegungsstrom 100 A überschreitet, zeigt der Rechner >100 an, da höhere Nennströme in der verwendeten Reihe nicht enthalten sind.
Auswahl des Kabelquerschnitts
Der Kabelquerschnitt wird anhand des gewählten Nennstroms des Leitungsschutzschalters bestimmt, sodass die zulässige Dauerstrombelastbarkeit des Kabels nicht kleiner als der Nennstrom des Schutzschalters ist. Für einen einphasigen Stromkreis werden Tabellenwerte für zwei belastete Leiter verwendet. Für einen dreiphasigen Stromkreis werden Werte für drei belastete Leiter verwendet.
Die Berechnung basiert auf Kabeln mit PVC-Isolierung und einer maximalen Betriebstemperatur des Leiters von 70 °C. Für Kupferleiter prüft der Rechner die Standardquerschnitte 1.5, 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185 und 240 mm2. Für Aluminiumleiter werden 2.5, 4, 6, 10, 16, 25, 35, 50, 70, 95, 120, 150, 185 und 240 mm2 geprüft.
Die Verlegeart bestimmt die grundlegende Strombelastbarkeit des Kabels. Verwendet werden die Referenz-Verlegearten nach IEC 60364-5-52: A2 für ein mehradriges Kabel in einem Installationsrohr in einer wärmegedämmten Wand, B2 für ein mehradriges Kabel in einem Installationsrohr auf einer Wand und C für ein direkt auf einer Wand oder auf einer ungelochten Kabelrinne verlegtes Kabel. Wenn keine Verlegeart ausgewählt wird, verwendet der Rechner die Methode B2.
Korrektur für die Umgebungstemperatur
Der Temperatur-Korrekturfaktor passt die Strombelastbarkeit des Kabels an die Referenz-Umgebungstemperatur der Luft von 30 °C an. Wenn die Temperaturkorrektur deaktiviert ist, wird kT = 1 verwendet. Bei aktivierter Korrektur gelten für PVC-Isolierung folgende Faktoren:
- 10 °C und darunter -
1.22 - 15 °C -
1.17 - 20 °C -
1.12 - 25 °C -
1.06 - 30 °C -
1.00 - 35 °C -
0.94 - 40 °C -
0.87 - 45 °C -
0.79 - 50 °C -
0.71 - 55 °C -
0.61 - 60 °C -
0.50
Für Temperaturen zwischen den aufgeführten Punkten wird der Faktor der nächsthöheren Temperatur verwendet. Bei 12 °C nutzt der Rechner beispielsweise den Faktor für 15 °C 1.17, bei 31 °C den Faktor für 35 °C 0.94. Für Temperaturen unter 10 °C wird der Faktor 1.22 verwendet. Oberhalb von 60 °C wird keine Empfehlung für den Kabelquerschnitt ausgegeben.
Die erforderliche tabellarische Strombelastbarkeit wird berechnet, indem der Nennstrom des Leitungsschutzschalters durch den Temperatur-Korrekturfaktor geteilt wird:
ITabelle = In / kT
Anschließend wählt der Rechner den kleinsten Kabelquerschnitt, dessen tabellarisch zulässiger Strom nicht kleiner als ITabelle ist. Dabei werden Leitermaterial, Anzahl der belasteten Leiter und Verlegeart berücksichtigt. Eine höhere Umgebungstemperatur oder eine ungünstigere Verlegeart kann daher einen größeren Kabelquerschnitt erforderlich machen, auch wenn der Nennstrom des Leitungsschutzschalters unverändert bleibt.
Als Referenz verwendete europäische Normen
IEC 60364-5-52 und HD 60364-5-52 - Errichten von Niederspannungsanlagen. Teil 5-52: Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel. Kabel- und Leitungsanlagen. Diese Dokumente liefern die Grundlagen für die Strombelastbarkeit von Leitern, die Referenz-Verlegearten A2, B2 und C sowie die Temperatur-Korrekturfaktoren für PVC-Isolierung.
IEC 60364-4-43 und HD 60364-4-43 - Errichten von Niederspannungsanlagen. Teil 4-43: Schutzmaßnahmen. Schutz bei Überstrom. Bei der Auswahl des Schutzgeräts wird das allgemeine Prinzip der Abstimmung zwischen Auslegungsstrom, Nennstrom des Leitungsschutzschalters und zulässigem Kabelstrom angewendet.
IB ≤ In ≤ Iz
EN 60898-1 - Elektrisches Installationsmaterial. Leitungsschutzschalter für Hausinstallationen und ähnliche Zwecke. Leitungsschutzschalter für Wechselstrombetrieb. Diese Norm gilt für Leitungsschutzschalter zum Überstromschutz von Leitungen in Hausinstallationen und ähnlichen elektrischen Anlagen.
FAQs
Warum wählt der Rechner einen 20-A-Leitungsschutzschalter, wenn der berechnete Strom 18 A beträgt?
Die Nennströme von Leitungsschutzschaltern werden aus einer Standardreihe gewählt, und in der vom Rechner verwendeten Reihe gibt es keinen 18-A-Automaten. Deshalb wird der nächsthöhere Standardwert gewählt, der nicht unter dem Auslegungsstrom liegt, sodass ein Ergebnis von 18 A zu einem Leitungsschutzschalter mit 20 A führt.
Wie wähle ich den Gleichzeitigkeitsfaktor für eine Verbrauchergruppe?
Wenn alle angeschlossenen Verbraucher gleichzeitig betrieben werden können, sollte k = 1 verwendet werden. Die Werte 0.9, 0.8, 0.7, 0.6 oder 0.5 sollten nur dann verwendet werden, wenn die gleichzeitig auftretende Last nachvollziehbar unter der gesamten installierten Leistung liegt.
Warum ist der Strom bei gleicher Leistung im Drehstromnetz niedriger?
In einem symmetrisch belasteten Drehstromnetz verteilt sich die Gesamtleistung auf drei Phasen, und in der Formel wird der Faktor √3 verwendet. Deshalb ist bei gleicher Gesamtleistung der Strom in einem 400-V-Drehstromnetz niedriger als in einem einphasigen 230-V-Netz.
Warum ändert sich der empfohlene Kabelquerschnitt mit der Temperatur oder Verlegeart?
Die zulässige Dauerstrombelastbarkeit eines Kabels hängt davon ab, wie wirksam es Wärme abgeben kann. Eine höhere Umgebungstemperatur und Verlegebedingungen mit schlechterer Wärmeabfuhr reduzieren die Strombelastbarkeit, sodass für denselben Leitungsschutzschalter ein größerer Leiterquerschnitt erforderlich sein kann.
Was zeigt die tatsächliche Reserve des Leitungsschutzschalters?
Sie ist die prozentuale Differenz zwischen dem gewählten standardisierten Nennstrom des Leitungsschutzschalters und dem berechneten Auslegungsstrom. Der Wert zeigt, wie weit der gewählte Standardnennstrom über der tatsächlichen berechneten Last liegt. Der Unterschied zwischen 18.3 A und einem 20-A-Automaten ist beispielsweise relativ klein, während der Unterschied zwischen 20.1 A und einem 25-A-Leitungsschutzschalter deutlich größer ist.