Selektivität in elektrischen Anlagen – Schutzgeräte richtig koordinieren

Wie entsteht Selektivität?

Selektivität ist kein Zufall. Sie entsteht durch die richtige Abstimmung der Schutzgeräte innerhalb einer elektrischen Anlage. Ziel ist es, dass bei einem Fehler nur das Schutzgerät abschaltet, das sich unmittelbar vor der Fehlerstelle befindet. Alle vorgeschalteten Schutzgeräte bleiben eingeschaltet und versorgen die übrigen Stromkreise weiterhin zuverlässig.

Ob dieses Ziel erreicht wird, hängt davon ab, wie die Schutzgeräte aufeinander abgestimmt sind. Dabei spielen insbesondere die Auslösecharakteristik, die Bemessungsströme und – bei elektronischen Schutzgeräten – die eingestellten Auslösezeiten eine entscheidende Rolle. Erst wenn diese Eigenschaften sinnvoll aufeinander abgestimmt sind, entsteht eine selektive Schutzgerätekoordination.

Zwei Stellschrauben führen zur Selektivität
Damit Schutzgeräte im Fehlerfall gezielt zusammenarbeiten, stehen grundsätzlich zwei Möglichkeiten zur Verfügung:

• Abstimmung über den Auslösestrom: Das dem Fehlerort nächstgelegene Schutzgerät spricht bereits bei einem niedrigeren Fehlerstrom an als das vorgeschaltete Schutzgerät. Dadurch wird der Fehler lokal abgeschaltet, ohne dass weitere Anlagenteile betroffen sind.
• Abstimmung über die Auslösezeit: Reicht eine reine Stromabstimmung nicht aus, kann die Auslösung zeitlich gestaffelt werden. Das nachgeschaltete Schutzgerät löst sofort aus, während das vorgeschaltete Schutzgerät bewusst verzögert reagiert. So erhält das untergeordnete Schutzgerät genügend Zeit, den Fehler allein zu beseitigen.

Wichtig: Selektivität wird durch die richtige Kombination von Auslösestrom und Auslösezeit erreicht.

Die verschiedenen Arten der Selektivität

Je nach Fehlerart und eingesetztem Schutzgerät wird Selektivität auf unterschiedliche Weise erreicht. Dabei gilt immer das gleiche Prinzip: Im Fehlerfall soll nur der betroffene Anlagenteil abgeschaltet werden, während alle übrigen Stromkreise weiter versorgt bleiben.

Überstromselektivität
Überstrom entsteht, wenn ein Stromkreis über längere Zeit stärker belastet wird als vorgesehen – beispielsweise durch zu viele angeschlossene Verbraucher. Damit nicht mehrere Schutzgeräte gleichzeitig auslösen, müssen ihre Auslösekennlinien aufeinander abgestimmt sein. So schaltet nur das dem Fehler nächstgelegene Schutzgerät ab.

Kurzschlussselektivität
Ein Kurzschluss verursacht innerhalb kürzester Zeit hohe Fehlerströme. Auch in diesem Fall soll möglichst nur das unmittelbar vorgeschaltete Schutzgerät abschalten. Dies wird durch die Eigenschaften und die korrekte Auslegung der verwendeten Schutzgeräte und ihrer Kombination erfüllt. Hersteller geben hierfür Selektivitätsgrenzen oder Selektivitätstabellen an. Bei Leistungsschaltern kann die Kurzschlussselektivität beispielsweise durch Zeit-, Energie- oder Zonenselektivität erreicht werden.

Fehlerstromselektivität
Werden Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen (RCDs) hintereinander eingesetzt, müssen auch diese selektiv zusammenarbeiten. Durch den Einsatz zeitverzögerter selektiver RCDs wird erreicht, dass zunächst der dem Fehler nächstgelegene RCD abschaltet. Die Stromversorgung der übrigen Anlagenteile bleibt erhalten.

Merke: Für eine zuverlässige Selektivität müssen Schutzgeräte immer als aufeinander abgestimmtes System betrachtet werden.

Zeit-Strom-Diagramme, die den Überlastbereich und den Kurzschlussbereich hervorheben

Selektivität mit Leistungsschaltern

Leistungsschalter bieten besonders flexible Möglichkeiten, Schutzgeräte selektiv aufeinander abzustimmen. Je nach Gerätetyp, Schutzauslöser und Höhe des zu erwartenden Kurzschlussstroms kommen dabei unterschiedliche Verfahren zum Einsatz. Die Höhe des Kurzschlussstroms hängt wiederum von verschiedenen Rahmenbedingungen ab, beispielsweise von der Kabeldimensionierung. Elektronische Schutzauslöser ermöglichen es, Ansprechwerte und Verzögerungszeiten gezielt einzustellen. So kann das nachgeschaltete Schutzgerät einen Fehler abschalten, während der vorgeschaltete Leistungsschalter eingeschaltet bleibt.

Zeitselektivität
Bei der Zeitselektivität werden die Auslösezeiten der Leistungsschalter gestaffelt. Der nachgeschaltete Leistungsschalter löst zuerst aus. Das vorgeschaltete Gerät reagiert mit einer definierten Verzögerung und übernimmt nur, wenn der untergeordnete Schutz nicht abschaltet. Die vorgeschalteten Leistungsschalter müssen den Kurzschlussstrom während dieser Verzögerungszeit sicher führen können. Deshalb ist die Zeitselektivität insbesondere für Leistungsschalter mit ausreichender Kurzzeitstromfestigkeit geeignet.

Energieselektivität
Bei sehr hohen Kurzschlussströmen können die Geräte nicht beliebig lange verzögert werden. Strombegrenzende Leistungsschalter reduzieren die durchgelassene Energie und schalten den Fehler besonders schnell ab. Durch die abgestimmte Konstruktion der Geräte kann der nachgeschaltete Leistungsschalter auslösen, ohne dass der vorgeschaltete Schalter ebenfalls öffnet. Die erreichbaren Selektivitätsgrenzen lassen sich nicht allein aus den Kennlinien ablesen. Sie werden durch Prüfungen ermittelt und in den Koordinationstabellen des Herstellers angegeben.

Moderne ABB-Leistungsschalter der Baureihen Tmax XT und Emax 3 verfügen über elektronische Auslöser, mit denen sich Strom- und Zeitparameter gezielt einstellen lassen. Dadurch können Schutzgeräte optimal aufeinander abgestimmt werden.

Zonenselektivität
Bei der Zonenselektivität tauschen elektronische Schutzauslöser Sperrsignale miteinander aus. Erkennt ein nachgeschalteter Leistungsschalter den Fehler, signalisiert er dem vorgeschalteten Gerät, nicht sofort auszulösen. Der dem Fehler nächstgelegene Schalter öffnet ohne unnötige Verzögerung. Erhält ein vorgeschalteter Leis-tungsschalter kein Sperrsignal, schaltet er den Fehler selbst schnell ab. Dadurch verbindet die Zonenselektivität eine kurze Abschaltzeit mit einer hohen Selektivität.

Selektivität planen und nachweisen

Nachdem die Schutzgeräte ausgewählt wurden, muss überprüft werden, ob sie im Fehlerfall selektiv zusammenarbeiten. Dabei helfen Kennlinien, Selektivitäts- tabellen und Planungswerkzeuge, aber auch Onlinetools wie DOCweb und Curvesweb.