{"id":21256,"date":"2026-01-08T22:40:56","date_gmt":"2026-01-08T14:40:56","guid":{"rendered":"https:\/\/viox.com\/?p=21256"},"modified":"2026-01-08T22:45:13","modified_gmt":"2026-01-08T14:45:13","slug":"ats-circuit-breaker-coordination-guide-icw-selectivity","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/test.viox.com\/de\/ats-circuit-breaker-coordination-guide-icw-selectivity\/","title":{"rendered":"Leitfaden zur Koordination von ATS & Schutzschaltern: Icw & Selektivit\u00e4t erl\u00e4utert"},"content":{"rendered":"
\n
\"Industrial
Abbildung 1: Eine professionelle Installation eines VIOX, Automatischer Transferschalter<\/a> die die kritische physische Beziehung zwischen der ATS und den vorgelagerten Schutzger\u00e4ten in einer Verteilungsumgebung veranschaulicht.<\/figcaption><\/figure>\n

Warum die meisten ATS-Spezifikationen den kritischen Koordinationsfaktor \u00fcbersehen<\/h2>\n

Bei der Spezifizierung eines automatischen Transferschalters konzentrieren sich die meisten Elektroingenieure auf die offensichtlichen Parameter: Dauerstrombelastbarkeit, Umschaltzeit und Spannungsvertr\u00e4glichkeit. Doch in Tausenden von Installationen weltweit lauert eine kritische Nachl\u00e4ssigkeit \u2013 der Koordinationsalbtraum zwischen vorgelagerten Leistungsschaltern und der Kurzschlussfestigkeit der ATS. Diese L\u00fccke wird bei Fehlerbedingungen katastrophal, wenn ein nicht abgestimmtes Schutzschema entweder zu unerw\u00fcnschten Ausl\u00f6sungen f\u00fchrt, die ganze Anlagen verdunkeln, oder die Ger\u00e4te \u00fcberhaupt nicht sch\u00fctzt.<\/p>\n

Das grundlegende Problem liegt im komplexen Zusammenspiel zwischen Selektivit\u00e4tskategorien von Leistungsschaltern<\/strong>, Kurzzeitstromfestigkeit (Icw)<\/strong>und Fehlerstromtoleranz der ATS<\/strong>. Wenn Ingenieure Leistungsschalter der Kategorie B mit absichtlichen Zeitverz\u00f6gerungen spezifizieren, um eine selektive Koordination zu erreichen, schaffen sie ein Szenario, in dem die ATS den vollen Fehlerstrom w\u00e4hrend dieses Verz\u00f6gerungsfensters \u00fcberstehen muss \u2013 oft 100 Millisekunden bis 1 Sekunde. Standardm\u00e4\u00dfige ATS-Einheiten mit einer Nennleistung von 3 Zyklen k\u00f6nnen diesen verl\u00e4ngerten Fehlerdauern einfach nicht standhalten, was zu Kontaktschwei\u00dfungen, Lichtbogensch\u00e4den oder einem vollst\u00e4ndigen Ausfall des Transferschalters f\u00fchrt.<\/p>\n

Dieser umfassende Leitfaden bietet Ihnen die technischen Einblicke, die Sie ben\u00f6tigen, um die ATS-Leistungsschalter-Koordination zu beherrschen, den Unterschied zwischen Schutzger\u00e4ten der Kategorien A und B zu verstehen, die Prinzipien der zeitbasierten Selektivit\u00e4t korrekt anzuwenden und Transferschalter zu spezifizieren, die mit Ihrer \u00dcberstromschutzstrategie \u00fcbereinstimmen \u2013 egal, ob Sie Notstromsysteme f\u00fcr Krankenh\u00e4user, Rechenzentren oder kritische Industrieanlagen entwerfen.<\/p>\n

Teil 1: Verst\u00e4ndnis der Leistungsschalterkategorien und Icw-Werte<\/h2>\n

1.1 Leistungsschalter der Kategorie A vs. Kategorie B: Die Grundlage der Koordinationsstrategie<\/h3>\n

Die Norm IEC 60947-2 unterteilt Niederspannungsleistungsschalter in zwei grundlegende Schutzkategorien, die ihr Koordinationsverhalten bestimmen. Leistungsschalter der Kategorie A<\/strong> arbeiten mit unverz\u00f6gerten magnetischen Ausl\u00f6sefunktionen und bieten keine absichtliche Kurzzeitverz\u00f6gerung. Diese Ger\u00e4te \u2013 typischerweise Kompaktleistungsschalter (MCCBs) und Leitungsschutzschalter (MCBs) \u2013 sind so konstruiert, dass sie so schnell wie m\u00f6glich ausl\u00f6sen, wenn ein Fehlerstrom erkannt wird, normalerweise innerhalb von 10-20 Millisekunden. Leistungsschalter der Kategorie A haben keine Icw-Nennleistung, da sie zum Unterbrechen und nicht zum Aushalten von Kurzschlussstr\u00f6men ausgelegt sind.<\/p>\n

Sie setzen Leistungsschalter der Kategorie A in Motorabzweigkreisen, Endverteilungen und Stromkreisabsicherungen ein, wo das Ziel eine sofortige Fehlerbeseitigung ist. Die schnell wirkende Charakteristik sch\u00fctzt Kabel und nachgeschaltete Ger\u00e4te vor thermischer und mechanischer Beanspruchung, bietet aber keine Koordinationsflexibilit\u00e4t. Wenn irgendwo in der Schutzzone ein Fehler auftritt, l\u00f6st der Leistungsschalter der Kategorie A aus \u2013 Punkt.<\/p>\n

\"Technical
Abbildung 2: Ein detaillierter technischer Vergleich, der interne Unterschiede zwischen Leistungsschaltern der Kategorie A (unverz\u00f6gert) und Kategorie B (verz\u00f6gert) zeigt. Beachten Sie die verst\u00e4rkten Kontakte und Verz\u00f6gerungsmechanismen in Ger\u00e4ten der Kategorie B, die f\u00fcr eine selektive Koordination erforderlich sind.<\/figcaption><\/figure>\n

Leistungsschalter der Kategorie B<\/strong>, hingegen verf\u00fcgen \u00fcber einstellbare Kurzzeitverz\u00f6gerungsfunktionen, die ausgefeilte zeitbasierte Koordinationsstrategien erm\u00f6glichen. Diese Ger\u00e4te \u2013 vorwiegend offene Leistungsschalter (ACBs) und bestimmte Hochleistungs- MCCBs<\/a>\u2013 k\u00f6nnen so programmiert werden, dass sie ihre Ausl\u00f6sung bei Erkennung eines Fehlerstroms absichtlich zwischen 0,05 und 1,0 Sekunden verz\u00f6gern. Dieses Verz\u00f6gerungsfenster erm\u00f6glicht es nachgeschalteten Schutzger\u00e4ten, Fehler zuerst zu beseitigen, wodurch eine echte selektive Koordination erreicht wird. Leistungsschalter der Kategorie B m\u00fcssen eine Icw-Nennleistung aufweisen, die ihre F\u00e4higkeit bescheinigt, den Fehlerstrom w\u00e4hrend der Verz\u00f6gerungszeit ohne Besch\u00e4digung auszuhalten.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n\n
Feature<\/th>\nLeistungsschalter der Kategorie A<\/th>\nLeistungsschalter der Kategorie B<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Ausl\u00f6secharakteristik<\/strong><\/td>\nUnverz\u00f6gert (10-20ms)<\/td>\nEinstellbare Verz\u00f6gerung (0,05-1,0s)<\/td>\n<\/tr>\n
Icw-Nennstromst\u00e4rke<\/strong><\/td>\nNicht angegeben<\/td>\nObligatorische Nennleistung<\/td>\n<\/tr>\n
Typische Typen<\/strong><\/td>\nMCB, Standard-MCCB<\/td>\nACB, erweiterter MCCB<\/td>\n<\/tr>\n
Prim\u00e4re Verwendung<\/strong><\/td>\nAbzweig-\/Stromkreisleitungen<\/td>\nHaupteinspeisungen, Kuppelschalter<\/td>\n<\/tr>\n
Koordinationsmethode<\/strong><\/td>\nNur Stromst\u00e4rke<\/td>\nZeitverz\u00f6gerte Selektivit\u00e4t<\/td>\n<\/tr>\n
Relative Kosten<\/strong><\/td>\nUnter<\/td>\nH\u00f6her<\/td>\n<\/tr>\n
Anwendungskomplexit\u00e4t<\/strong><\/td>\nEinfach<\/td>\nErfordert eine Koordinationsstudie<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Das Verst\u00e4ndnis dieser grundlegenden Unterscheidung ist unerl\u00e4sslich, wenn die Auswahl des Schutzes f\u00fcr ATS-Installationen erfolgt<\/a>, da die Leistungsschalterkategorie die Anforderungen an die ATS-Nennleistung und die Komplexit\u00e4t der Koordination direkt bestimmt.<\/p>\n

1.2 Was ist Icw (Kurzzeitstromfestigkeit)?<\/h3>\n

Bemessungs-Kurzzeitstromfestigkeit (Icw)<\/strong> stellt den maximalen Effektivwert des symmetrischen Kurzschlussstroms dar, den ein Leistungsschalter der Kategorie B f\u00fcr eine bestimmte Dauer f\u00fchren kann, ohne auszul\u00f6sen oder thermische oder elektrodynamische Sch\u00e4den zu erleiden. Die IEC 60947-2 definiert Standardpr\u00fcfdauern von 0,05, 0,1, 0,25, 0,5 und 1,0 Sekunden, wobei der Leistungsschalter w\u00e4hrend des gesamten Fehlers geschlossen bleibt, w\u00e4hrend er auf Kontaktverschlechterung, Isolationsfehler oder mechanische Verformung \u00fcberwacht wird.<\/p>\n

\"Close-up
Abbildung 3: Detailansicht der Kontaktbaugruppe und der Lichtbogenl\u00f6schkammern. Diese Komponenten m\u00fcssen extremen thermischen (I\u00b2t) und elektrodynamischen Belastungen w\u00e4hrend der Kurzzeitstromfestigkeit (Icw) standhalten.2<\/sup>Die physikalischen Belastungen w\u00e4hrend dieser Standhaltezeit sind extrem. Thermisch erzeugt der Fehlerstrom I\u00b2t-Energie, die Leiter, Kontakte und Sammelschienen entsprechend dem Quadrat des Stroms multipliziert mit der Zeit erw\u00e4rmt. Ein 50-kA-Fehler, der 0,5 Sekunden lang aufrechterhalten wird, erzeugt 1.250 MJ\/s thermische Energie, die absorbiert werden muss, ohne die Materialtemperaturgrenzen zu \u00fcberschreiten. Elektrodynamisch erzeugen die durch Fehlerstr\u00f6me erzeugten Magnetfelder Absto\u00dfungskr\u00e4fte zwischen parallelen Leitern, die mehrere Tonnen pro Meter \u00fcberschreiten k\u00f6nnen \u2013 Kr\u00e4fte, die Sammelschienen nicht verbiegen oder Kontaktbaugruppen besch\u00e4digen d\u00fcrfen.<\/figcaption><\/figure>\n

Warum Icw f\u00fcr die ATS-Koordination von entscheidender Bedeutung ist2<\/sup>: Wenn Sie einen vorgelagerten Leistungsschalter der Kategorie B mit einer Kurzzeitverz\u00f6gerung von 0,2 Sekunden konfigurieren, um eine Selektivit\u00e4t mit nachgeschalteten Abzweigen zu erreichen, muss jedes Ger\u00e4t in Reihe \u2013 einschlie\u00dflich der ATS \u2013 den Fehlerstrom f\u00fcr diese gesamte Verz\u00f6gerung aushalten. Ein Leistungsschalter mit einer Nennleistung von Icw = 42 kA f\u00fcr 0,5 s kann 42.000 Ampere f\u00fcr eine halbe Sekunde aushalten, aber wenn Ihrer ATS die entsprechende Kurzzeitstromfestigkeit fehlt, wird sie zum schwachen Glied, das unter Koordinationsschemata ausf\u00e4llt, die die Systemzuverl\u00e4ssigkeit verbessern sollen.<\/p>\n

Typischer Icw-Bereich<\/strong>\u00dcbliche Zeitwerte.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Leistungsschaltertyp<\/th>\nHochleistungs-MCCB<\/th>\n12-50 kA<\/th>\nAnwendung Beispiel<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
0,05s, 0,1s, 0,25s<\/strong><\/td>\nHauptverteilungsschalttafel<\/td>\n0,1s, 0,25s, 0,5s, 1,0s<\/td>\nServiceeingang, Buskupplung<\/td>\n<\/tr>\n
Air Circuit Breaker (ACB)<\/strong><\/td>\n30-100 kA<\/td>\nKompakter ACB<\/td>\n50-85 kA<\/td>\n<\/tr>\n
0,25s, 0,5s, 1,0s<\/strong><\/td>\nGeneratorhauptleitung, USV-Eingang<\/td>\n: Der Icw-Wert auf dem Datenblatt eines Leistungsschalters geht typischerweise von der maximalen Verz\u00f6gerungszeit (oft 1,0 s) aus. Wenn Ihre Koordinationsstudie k\u00fcrzere Verz\u00f6gerungen erfordert (z. B. 0,1 s), k\u00f6nnen Sie m\u00f6glicherweise einen Leistungsschalter mit einer niedrigeren Icw-Nennleistung verwenden, da die thermische Belastung I\u00b2t bei 0,1 s deutlich geringer ist als bei 1,0 s. Stellen Sie immer sicher, dass I\u00b2t(Fehler) < Icw \u00d7 t(Verz\u00f6gerung).<\/td>\nGenerator main, UPS input<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Profi-Tipp<\/strong>: The Icw value on a breaker\u2019s datasheet typically assumes the maximum delay time (often 1.0s). If your coordination study requires shorter delays (e.g., 0.1s), you may be able to use a breaker with lower Icw rating, since the thermal stress I2<\/sup>t at 0.1s is significantly less than at 1.0s. Always verify that I2<\/sup>t(fault) < I2<\/sup>cw \u00d7 t(delay).<\/p>\n

1.3 Zugeh\u00f6rige Nennwerte: Icu, Ics und Icm<\/h3>\n

Das Kurzschlussverhalten von Leistungsschaltern umfasst vier zusammenh\u00e4ngende Nennwerte, die als koordiniertes System und nicht als isolierte Spezifikationen verstanden werden m\u00fcssen.<\/p>\n

Icu (Ultimatives Kurzschlussausschaltverm\u00f6gen)<\/strong> definiert den maximalen Effektivwert des symmetrischen Fehlerstroms, den der Schalter unter den in IEC 60947-2 festgelegten Testbedingungen sicher unterbrechen kann. Nach dem Ausschalten bei Icu kann der Schalter besch\u00e4digt und f\u00fcr den weiteren Betrieb ungeeignet sein, darf aber keine Sicherheitsgefahr darstellen. Stellen Sie sich Icu als die \u00dcberlebensschwelle vor \u2013 der Schalter hat es \u00fcberstanden, aber nur knapp. F\u00fcr kritische Installationen sollte der verf\u00fcgbare Fehlerstrom unter allen Betriebsszenarien deutlich unter Icu bleiben.<\/p>\n

Ics (Gebrauchs-Kurzschlussausschaltverm\u00f6gen)<\/strong> stellt den Fehlerstrompegel dar, bei dem der Schalter unterbrechen und dann den normalen Betrieb mit voller Leistungsf\u00e4higkeit fortsetzen kann. Die IEC-Norm definiert Ics als Prozentsatz von Icu \u2013 typischerweise 25 %, 50 %, 75 % oder 100 %, abh\u00e4ngig von der Schalterausf\u00fchrung und dem vorgesehenen Anwendungsbereich. F\u00fcr unternehmenskritische Transferschaltersysteme<\/a> in Krankenh\u00e4usern, Rechenzentren oder Notstromanlagen stellt die Spezifizierung von Schaltern mit Ics = 100 % von Icu sicher, dass selbst maximal bewertete Fehlerereignisse die Integrit\u00e4t des Schutzsystems nicht beeintr\u00e4chtigen.<\/p>\n

Icm (Bemessungseinschaltstrom)<\/strong> gibt den maximalen Spitzenwert des Momentanstroms an, den der Schalter bei Nennspannung sicher einschalten kann. Dieser Nennwert wird bei ATS-Umschaltvorg\u00e4ngen und Generatorsynchronisationssequenzen kritisch, wenn Sie in einen bestehenden Fehlerzustand schalten. Die Beziehung zwischen Icm und Icu h\u00e4ngt vom Leistungsfaktor der Fehlerschleife ab: Icm = k \u00d7 Icu, wobei k von 1,5 (hochohmige, ohmsche Fehler) bis 2,2 (niederohmige, induktive Fehler, typisch in Stromversorgungssystemen) reicht. F\u00fcr einen Schalter mit Icu = 50 kA bei cos \u03c6 = 0,3 ist Icm \u2248 110 kA Spitze zu erwarten.<\/p>\n

H\u00e4ufiger Fehler<\/strong>: Ingenieure \u00fcberpr\u00fcfen oft, ob der Icu des vorgeschalteten Schalters den verf\u00fcgbaren Fehlerstrom \u00fcberschreitet, vers\u00e4umen es aber, die Icw-Eignung zu \u00fcberpr\u00fcfen, wenn Zeitverz\u00f6gerungen eingesetzt werden. F\u00fcr Generator-ATS-Netz-Koordinationsschemata<\/a>, kann diese Nachl\u00e4ssigkeit katastrophal sein \u2013 der Schalter \u00fcbersteht den Fehler (erf\u00fcllt Icu), aber die ATS-Schwei\u00dfkontakte w\u00e4hrend des 0,3-Sekunden-Verz\u00f6gerungsfensters, weil niemand die Kurzzeitfestigkeit \u00fcberpr\u00fcft hat.<\/p>\n

Teil 2: Selektivit\u00e4tsprinzipien und Koordinationsstrategien<\/h2>\n

2.1 Was ist Selektivit\u00e4t (Diskriminierung)?<\/h3>\n

Selektivit\u00e4t<\/strong>, auch Diskriminierung oder Koordination genannt, beschreibt die strategische Anordnung von \u00dcberstromschutzeinrichtungen in einem Verteilungssystem, so dass nur die Schutzeinrichtung unmittelbar vor einem Fehler ausl\u00f6st, w\u00e4hrend alle anderen vorgeschalteten Einrichtungen geschlossen bleiben. Das technische Ziel ist es, den Umfang der Stromunterbrechung zu minimieren \u2013 den kleinstm\u00f6glichen Abschnitt der Anlage, der von dem Fehler betroffen ist, zu isolieren und gleichzeitig die Betriebskontinuit\u00e4t f\u00fcr alle anderen Lasten aufrechtzuerhalten.<\/p>\n

Betrachten Sie ein Verteilungssystem, das zwanzig Fertigungszellen \u00fcber einzelne Abgangsleistungsschalter versorgt, die alle von einem gemeinsamen Hauptleistungsschalter versorgt werden. Ohne Selektivit\u00e4t k\u00f6nnte ein Erdschluss in Zelle 1 den Hauptleistungsschalter ausl\u00f6sen, alle zwanzig Zellen verdunkeln und die Produktion in der gesamten Anlage zum Stillstand bringen. Mit der richtigen Selektivit\u00e4t \u00f6ffnet nur der Abgangsleistungsschalter von Zelle 1 und begrenzt den Ausfall auf eine Zelle, w\u00e4hrend die anderen neunzehn weiterarbeiten.<\/p>\n

Zwei grundlegende Mechanismen erm\u00f6glichen die Selektivit\u00e4t: Stromselektivit\u00e4t<\/strong> (auch Ampere-Selektivit\u00e4t oder Diskriminierung nach Gr\u00f6\u00dfe genannt) und Zeitselektivit\u00e4t<\/strong> (Diskriminierung durch absichtliche Verz\u00f6gerung). Die meisten koordinierten Schutzschemata verwenden beide Mechanismen \u00fcber verschiedene Fehlerstrombereiche hinweg und erreichen eine partielle Selektivit\u00e4t bei hohen Fehlerstrompegeln und eine totale Selektivit\u00e4t bei niedrigeren Str\u00f6men, wo die Systemimpedanz naturgem\u00e4\u00df Fehlergr\u00f6\u00dfen an verschiedenen Stellen unterscheidet.<\/p>\n

2.2 Stromselektivit\u00e4t: Nat\u00fcrliche Koordination nach Gr\u00f6\u00dfe<\/h3>\n

Die Stromselektivit\u00e4t nutzt die nat\u00fcrliche Impedanz von Kabeln und Transformatoren, um Fehlerstromgr\u00f6\u00dfenunterschiede zwischen den Verteilungsebenen zu erzeugen. Ein Fehler am Lastende eines 50 Meter langen Abgangskabels zieht aufgrund der Kabelimpedanz deutlich weniger Strom als ein Fehler am Ursprung des Abgangs. Indem Sie die momentane Ausl\u00f6seschwelle des vorgeschalteten Schalters \u00fcber den maximalen Fehlerstrom einstellen, den der nachgeschaltete Schalter sieht, erreichen Sie automatisch Selektivit\u00e4t \u2013 die nachgeschaltete Einrichtung l\u00f6st bei niedrigeren Str\u00f6men aus, die vorgeschaltete Einrichtung reagiert nur auf Fehler in ihrer Schutzzone.<\/p>\n

Beispiel<\/strong>: Ein 400A-Hauptleistungsschalter speist einen 100A-Abgangsleistungsschalter \u00fcber 75 Meter 50mm\u00b2-Kupferkabel. Der Kurzschlussstrom am Standort des Hauptleistungsschalters kann 35 kA erreichen, aber die Kabelimpedanz begrenzt den maximalen Fehlerstrom an den Lastklemmen des Abgangsleistungsschalters auf etwa 12 kA. Das Einstellen der momentanen Ausl\u00f6sung des Hauptleistungsschalters auf 25 kA und der magnetischen Ausl\u00f6sung des Abgangs auf 15 kA schafft ein Selektivit\u00e4tsfenster \u2013 jeder Fehler, der weniger als 25 kA zieht, wird nur durch den Abgangsleistungsschalter beseitigt.<\/p>\n

Die Einschr\u00e4nkung der Stromselektivit\u00e4t ist die Selektivit\u00e4tsgrenze<\/strong>\u2013 der Fehlerstrompegel, bei dem sich die Zeit-Strom-Kennlinien von vorgeschalteten und nachgeschalteten Einrichtungen schneiden. Unterhalb dieses Stroms arbeitet nur die nachgeschaltete Einrichtung. Dar\u00fcber k\u00f6nnen beide Einrichtungen gleichzeitig ausl\u00f6sen (Verlust der Selektivit\u00e4t). F\u00fcr ein typisches MCCB-Koordinationspaar liegen die Selektivit\u00e4tsgrenzen je nach Schalternennwerten und herstellerseitigen Selektivit\u00e4tstabellen zwischen 3 und 15 kA.<\/p>\n

Partielle Selektivit\u00e4t<\/strong> liegt vor, wenn die Koordination bis zur Selektivit\u00e4tsgrenze aufrechterhalten wird, aber bei h\u00f6heren Fehlerstr\u00f6men verloren geht. Totale Selektivit\u00e4t<\/strong> bedeutet, dass sich die Koordination auf das volle Ausschaltverm\u00f6gen der nachgeschalteten Einrichtung erstreckt. F\u00fcr Installationen, bei denen automatischer Transferschalter-Fehlerschutz<\/a> muss die Stabilit\u00e4t des vorgeschalteten Schalters bei nachgeschalteten Fehlern gew\u00e4hrleisten, ist die totale Selektivit\u00e4t oft durch Spezifikationen oder Code-Anforderungen vorgeschrieben.<\/p>\n

2.3 Zeitselektivit\u00e4t mit Icw: Engineering absichtlicher Verz\u00f6gerungen<\/h3>\n

Die Zeitselektivit\u00e4t f\u00fchrt absichtliche Verz\u00f6gerungen in vorgeschalteten Schutzeinrichtungen ein, um ein Koordinationsfenster zu schaffen, in dem nachgeschaltete Einrichtungen zuerst Fehler beseitigen k\u00f6nnen. Dieser Ansatz ist unerl\u00e4sslich, wenn die Stromselektivit\u00e4t allein keine totale Koordination erreichen kann, insbesondere bei hohen Fehlerstrompegeln in der N\u00e4he der Stromquelle, wo die Impedanzunterscheidung zwischen den Ebenen minimal ist.<\/p>\n

\"Technical
Abbildung 4: Ein Koordinationsdiagramm, das kritische Zeitverz\u00f6gerungen veranschaulicht. Der Netz-Haupteinspeisung (0,4 s Verz\u00f6gerung) und der Generatorschalter (0,2 s Verz\u00f6gerung) sind mit nachgeschalteten Abg\u00e4ngen (momentan) koordiniert, was erfordert, dass der ATS \u00fcber eine ausreichende Icw verf\u00fcgt, um dem Fehlerstrom w\u00e4hrend dieser Verz\u00f6gerungszeiten standzuhalten.<\/figcaption><\/figure>\n

Das Prinzip ist einfach: Konfigurieren Sie den vorgeschalteten Schalter der Kategorie B mit einer Kurzzeitverz\u00f6gerung (typischerweise 0,1 s, 0,2 s oder 0,4 s) und stellen Sie dann nachgeschaltete Schalter mit progressiv k\u00fcrzeren Verz\u00f6gerungen oder momentaner Ausl\u00f6sung ein. Wenn ein Fehler auftritt, arbeitet der nachgeschaltete Schalter, der dem Fehler am n\u00e4chsten ist, innerhalb von 10-30 ms, w\u00e4hrend der vorgeschaltete Schalter absichtlich f\u00fcr seine voreingestellte Verz\u00f6gerung geschlossen bleibt. Wenn der nachgeschaltete Schalter den Fehler erfolgreich beseitigt, l\u00f6st die vorgeschaltete Einrichtung nie aus. Wenn die nachgeschaltete Einrichtung ausf\u00e4llt oder der Fehler ihre Schaltleistung \u00fcberschreitet, arbeitet der vorgeschaltete Schalter nach seiner Verz\u00f6gerung und bietet einen Backup-Schutz.<\/p>\n

Kritische Anforderung<\/strong>: Der vorgeschaltete Schalter der Kategorie B muss \u00fcber einen ausreichenden Icw-Nennwert verf\u00fcgen, um den Fehlerstrom w\u00e4hrend der gesamten Verz\u00f6gerungszeit zu \u00fcberstehen. Die ma\u00dfgebliche Gleichung lautet:<\/p>\n

Ich2<\/sup>t(fault) < I2<\/sup>cw \u00d7 t(Verz\u00f6gerung)<\/strong><\/p>\n

Wobei I2<\/sup>t(Fehler) die thermische Energie des Fehlers darstellt (Strom im Quadrat \u00d7 Zeit) und I2<\/sup>cw \u00d7 t(Verz\u00f6gerung) die Widerstandsf\u00e4higkeit des Schalters darstellt.<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n
Koordinationsstufe<\/th>\nGer\u00e4tetyp<\/th>\nAusl\u00f6severz\u00f6gerungseinstellung<\/th>\nErforderliche Icw bei 30 kA Fehler<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
Stufe 3 \u2013 Haupteinspeisung<\/strong><\/td>\nACB 1600A<\/td>\n0,4 s Verz\u00f6gerung<\/td>\n42 kA f\u00fcr 0,5 s<\/td>\n<\/tr>\n
Stufe 2 \u2013 Unterverteilung<\/strong><\/td>\nMCCB 400A<\/td>\n0,2 s Verz\u00f6gerung<\/td>\n35 kA f\u00fcr 0,25 s<\/td>\n<\/tr>\n
Stufe 1 \u2013 Abgang<\/strong><\/td>\nMCCB 100A<\/td>\nUnmittelbar<\/td>\nNicht zutreffend (Kategorie A)<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

In dieser Kaskade wird ein 30 kA Fehler auf Stufe 1 vom 100A-Abgangsleistungsschalter in 20 ms beseitigt. Der 400A-Schalter wartet 0,2 s (muss 30 kA f\u00fcr mindestens 0,25 s gem\u00e4\u00df seinem Icw-Nennwert standhalten), sieht den Fehler beseitigt und bleibt geschlossen. Der 1600A-Hauptleistungsschalter wartet 0,4 s (muss 30 kA f\u00fcr mindestens 0,5 s standhalten) und bleibt ebenfalls geschlossen. Ergebnis: Nur der fehlerhafte Abgang verliert Strom.<\/p>\n

H\u00e4ufiger Fehler<\/strong>: Ingenieure deaktivieren manchmal die momentane Ausl\u00f6sung am Hauptleistungsschalter, um die \u201cKoordination zu verbessern\u201d, ohne zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob alle in Reihe geschalteten Ger\u00e4te \u2013 einschlie\u00dflich des ATS \u2013 der verl\u00e4ngerten Fehlerdauer standhalten k\u00f6nnen. Dies erzeugt eine Schutzl\u00fccke, in der Ger\u00e4tesch\u00e4den auftreten, bevor die verz\u00f6gerte Ausl\u00f6sung aktiviert wird.<\/p>\n

2.4 Selektivit\u00e4t in kritischen Systemen: NEC- und Lebenssicherheitsanforderungen<\/h3>\n

Der National Electrical Code (NEC) Artikel 700.28 schreibt die selektive Koordination f\u00fcr \u00dcberstromschutzeinrichtungen von Notstromsystemen vor und fordert \u201cKoordination durch die Auswahl und Installation von \u00dcberstromschutzeinrichtungen und deren Nennwerten oder Einstellungen f\u00fcr den vollen Bereich der verf\u00fcgbaren \u00dcberstr\u00f6me von \u00dcberlast bis zum maximal verf\u00fcgbaren Fehlerstrom\u201d. \u00c4hnliche Anforderungen finden sich in NEC Artikel 517 f\u00fcr Gesundheitseinrichtungen und Artikel 708 f\u00fcr kritische Betriebsstromversorgungssysteme.<\/p>\n

Diese Code-Anforderungen wirken sich grundlegend auf die ATS-Spezifikationsstrategien aus. Um eine Code-konforme selektive Koordination in der Notstromverteilung zu erreichen, m\u00fcssen Ingenieure oft die momentane Ausl\u00f6sefunktion an vorgeschalteten Schaltern, die den ATS versorgen, deaktivieren oder erheblich verz\u00f6gern. Ein Hauptleistungsschalter, der normalerweise in 1-2 Zyklen (16-32 ms) w\u00e4hrend eines 40 kA Fehlers ausl\u00f6sen w\u00fcrde, k\u00f6nnte auf eine Verz\u00f6gerung von 0,3 Sekunden eingestellt werden, um mit nachgeschalteten Notstromabg\u00e4ngen zu koordinieren.<\/p>\n

Dies erzeugt das Koordinationsparadoxon: Gerade die Verz\u00f6gerungen, die f\u00fcr eine Code-konforme Selektivit\u00e4t erforderlich sind, setzen den ATS einer l\u00e4ngeren Fehlerexposition aus, die Standard-3-Zyklen-Widerstandsf\u00e4higkeitswerte nicht \u00fcberstehen k\u00f6nnen. Verst\u00e4ndnis der Kurzschlussfestigkeit von Transferschaltern<\/a> wird bei der Auslegung von Notstromsystemen zur Pflicht und ist nicht optional. Sie m\u00fcssen entweder kurzzeitbelastbare ATS-Einheiten spezifizieren, die die Koordinationsverz\u00f6gerung \u00fcberstehen k\u00f6nnen, oder das Schutzschema mit strombegrenzenden Ger\u00e4ten (Sicherungen) neu auslegen, die eine inh\u00e4rente Selektivit\u00e4t ohne Zeitverz\u00f6gerungen bieten.<\/p>\n

Profi-Tipp<\/strong>: Bevor Sie die Leistungsschaltereinstellungen f\u00fcr Notstromsysteme festlegen, f\u00fchren Sie eine vollst\u00e4ndige Koordinationsstudie durch, die die Kurzschlussfestigkeit des ATS als Randbedingung ber\u00fccksichtigt. Viele Ingenieure stellen zu sp\u00e4t fest, dass die Einhaltung von NEC 700.28 mit den von ihnen gew\u00e4hlten Leistungsschaltereinstellungen ein Upgrade auf einen teureren, kurzzeitbelastbaren Transferschalter erfordert \u2013 eine \u00c4nderungsanforderung, die durch eine ordnungsgem\u00e4\u00dfe Koordinationsanalyse in der fr\u00fchen Phase h\u00e4tte vermieden werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Teil 3: Kurzschlussfestigkeit und Koordinationsanforderungen von ATS<\/h2>\n

3.1 ATS-Bemessungskurzschlussstrom (WCR): Grundlagen verstehen<\/h3>\n

Jeder automatische Transferschalter hat einen Bemessungskurzschlussstrom (WCR)<\/strong> der den maximalen prospektiven Kurzschlussstrom definiert, dem der Transferschalter bei Schutz durch eine bestimmte \u00dcberstromschutzeinrichtung (OCPD) sicher standhalten kann. Diese Bewertung ist keine eigenst\u00e4ndige Ger\u00e4tef\u00e4higkeit \u2013 sie stellt eine getestete und zertifizierte Kombination des ATS mit bestimmten Typen und Einstellungen des vorgeschalteten Schutzes dar.<\/p>\n

Standard-ATS-Bewertungen basieren typischerweise auf 3-Zyklen-Festigkeitspr\u00fcfung<\/strong> (ca. 50 Millisekunden bei 60 Hz), w\u00e4hrend der der Transferschalter dem Fehlerstrom standhalten muss, w\u00e4hrend die vorgeschaltete OCPD \u00f6ffnet, ohne dass es zu Kontaktschwei\u00dfungen, Isolationsfehlern oder mechanischen Besch\u00e4digungen kommt. Die Pr\u00fcfung erfolgt gem\u00e4\u00df den UL 1008-Protokollen (Standard f\u00fcr Transferschalterger\u00e4te), die das Ger\u00e4t Worst-Case-Fehlerszenarien unterwerfen, einschlie\u00dflich des Aufschaltens auf bestehende Fehler und Fehler, die auftreten, w\u00e4hrend die Kontakte geschlossen sind.<\/p>\n

Die technischen Daten des ATS-Herstellers stellen den WCR typischerweise in zwei Formaten dar:<\/p>\n

\u201cSpezifische Leistungsschalter\u201d-Bewertungen<\/strong> zertifizieren den ATS f\u00fcr die Verwendung mit explizit identifizierten Leistungsschaltermodellen, -nennwerten und -ausl\u00f6seeinstellungen. Zum Beispiel: \u201c100kA SCCR bei Schutz durch Square D Modell HDA36100, 100A Rahmen, magnetische Ausl\u00f6sung eingestellt auf 10\u00d7In, mit aktivierter unverz\u00f6gerter Ausl\u00f6sung.\u201d Dies bietet eine maximale Bewertung, schr\u00e4nkt aber die Designflexibilit\u00e4t ein.<\/p>\n

\u201cBeliebige Leistungsschalter\u201d-Bewertungen<\/strong> zertifizieren den ATS f\u00fcr die Verwendung mit jedem Leistungsschalter, der bestimmte Eigenschaften erf\u00fcllt \u2013 typischerweise eine unverz\u00f6gerte Ausl\u00f6sef\u00e4higkeit und eine Abschaltzeit von maximal 3 Zyklen erfordert. Zum Beispiel: \u201c42kA SCCR bei Schutz durch jeden Leistungsschalter mit Nennstrom \u2265100A mit unverz\u00f6gerter Ausl\u00f6sung und maximaler Abschaltzeit von 3 Zyklen.\u201d Dies bietet Designflexibilit\u00e4t, aber oft bei reduzierten Fehlerstromwerten.<\/p>\n

\u00dcbliche WCR-Werte f\u00fcr kommerzielle und leichtindustrielle ATS-Einheiten reichen von 10kA bis 100kA, mit typischen Werten von 22kA, 42kA, 65kA und 85kA, abh\u00e4ngig von Rahmengr\u00f6\u00dfe und Konstruktion:<\/p>\n\n\n\n\n\n\n\n\n
ATS-Rahmengr\u00f6\u00dfe<\/th>\nTypischer 3-Zyklen-WCR-Bereich<\/th>\n\u00dcbliche OCPD-Anforderung<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
30-100A<\/strong><\/td>\n10-35 kA<\/td>\nBeliebiger Leistungsschalter, unverz\u00f6gerte Ausl\u00f6sung<\/td>\n<\/tr>\n
150-400A<\/strong><\/td>\n22-65 kA<\/td>\nSpezifischer Leistungsschalter oder strombegrenzende Sicherung<\/td>\n<\/tr>\n
600-1200A<\/strong><\/td>\n42-100 kA<\/td>\nSpezifischer Leistungsschalter mit dokumentierten Einstellungen<\/td>\n<\/tr>\n
1600-3000A<\/strong><\/td>\n65-200 kA<\/td>\nEngineered Coordination, oft abgesichert<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n

Profi-Tipp<\/strong>: Der Begriff \u201cbeliebiger Leistungsschalter\u201d ist etwas irref\u00fchrend \u2013 er bedeutet eigentlich \u201cjeder Leistungsschalter mit unverz\u00f6gerter Ausl\u00f6sung, der in 3 Zyklen oder weniger abschaltet\u201d. Dies schlie\u00dft Leistungsschalter der Kategorie B aus, die mit kurzzeitigen Verz\u00f6gerungen konfiguriert sind, eine Einschr\u00e4nkung, die viele Ingenieure \u00fcberrascht, wenn sie versuchen, eine selektive Koordination zu erreichen.<\/p>\n

3.2 Kurzzeitbelastbare ATS: Engineering-L\u00f6sungen f\u00fcr zeitverz\u00f6gerte Koordination<\/h3>\n

Um die Koordination mit Leistungsschaltern der Kategorie B zu erm\u00f6glichen, die absichtliche Zeitverz\u00f6gerungen verwenden, bieten ATS-Hersteller kurzzeitbelastbare Transferschalter<\/strong> die so gepr\u00fcft wurden, dass sie bestimmten Fehlerstr\u00f6men f\u00fcr l\u00e4ngere Zeitr\u00e4ume von bis zu 30 Zyklen (0,5 Sekunden) standhalten. Diese speziellen Einheiten werden strengen Tests gem\u00e4\u00df den UL 1008-Bestimmungen unterzogen, die die Kontaktintegrit\u00e4t, die Lichtbogenunterbrechungsf\u00e4higkeit und die strukturelle Stabilit\u00e4t unter anhaltenden Fehlerbedingungen \u00fcberpr\u00fcfen, die Standard-Transferschalter zerst\u00f6ren w\u00fcrden.<\/p>\n

Typische Kurzzeitwerte folgen einer Zeit-Strom-Beziehung, bei der h\u00f6here Str\u00f6me f\u00fcr k\u00fcrzere Dauern toleriert werden:<\/p>\n