Das Verhalten von unterbrechungsfreien Stromversorgungsanlagen (USV) im Kurzschlussfall ist wichtig für die Planung und Auslegung der Abgangssicherungen und Leitungen. Für das Unterrichtsmodul Labor GEE des Bachelor-Studiengangs Gebäudetechnik | Energie wurden deshalb neue Laborversuche aufgebaut, die durch unsere Studierenden seit dem Frühlingssemester 2021 durchgeführt werden können.
Versuchsanordnung
Hauptziel der neuen Versuche ist es herauszufinden, wie lang die angeschlossene Stromleitung sein darf, damit die Auslösung der Leitungsschutzschalter innerhalb der vorgegebenen Zeit sichergestellt werden kann. Zu diesem Zweck wurden zwei USVs an der Hochschule Luzern stationiert. Die erste USV (Typ UPScale ST40) stammt vom Hersteller ABB und hat eine Leistung von 40 kVA. Die zweite USV stammt vom Hersteller Aros, ist etwa zehn Jahre alt und hat eine Leistung von 30 kVA. Beide USVs wurden unabhängig voneinander aufgestellt (Abb. 1).
Die Prüfleitungen sind zusammensteckbar und haben eine Länge von 50 bzw. 150 Meter. Der Querschnitt beträgt 1.5 mm2. Als Abgangssicherungen stehen pro USV drei Leitungsschutzschalter zur Verfügung: (1) Nennstrom 10 A, Auslösecharakteristik B (Typ B, 10A); (2) Nennstrom 10 A, Auslösecharakteristik C (Typ C, 10A); (3) Nennstrom 13 A, Auslösecharakteristik C (Typ C, 13A). Zur Vereinfachung der Versuche werden nur einpolige Kurzschlüsse durchgeführt. Die Auslösezeiten und die Kurzschlussströme können mit einem Oszilloskop bestimmt werden.
Abbildung 1: Versuchsanordnung.
Ergebnisse
Beide USV Anlagen eigenen sich für den Einsatz mit einem Leitungsschutzschalter Typ B, 10A oder Typ C, 13A, sowie einer Kabellänge bis zu mindestens 50 Meter. Der geforderte Kurzschlussstrom gemäss Hersteller für die Auslösung unter 0.4 Sekunden wird dabei nicht unterschritten. In der Abbildung 2 ist die Ermittlung des Kurzschlussstroms am Oszilloskop zu sehen.
Abbildung 2: Kurzschluss hinter Leitungsschutzschalter 10A Typ B, direkt in Unterverteilung.
Weitere Versuche
Mithilfe des Oszilloskops kann, durch die Messung der Spannung bei Kurzschluss, der Einfluss auf weitere Phasenleiter bestimmt werden. Mit einem NIV-Installationstester kann zudem der erwartete Kurzschlussstrom im Batteriebetrieb mit demjenigen bei geschlossenem, manuellem Bypass verglichen werden. Zusätzlich kann mit einer Last (frequenzgesteuertes Gebläse) die Autonomiezeit überprüft werden.
Wir bedanken uns bei der Firma ABB für die Bereitstellung der USV.
Text: Flavio Aregger, Stefan Bieri; Revision: Olivier Steiger
Informationen zum Studiengang Gebäudetechnik | Energie: Link
Kontakt: Roger Buser
