Dieser Artikel behandelt hauptsächlich Icw und Ipk im Kontext von Niederspannungs–IEC 61439-Schaltgerätekombinationen.
Wenn Ingenieure ein Datenblatt für Sammelschienen oder Schaltanlagen lesen, sorgen zwei Bemessungswerte häufig für Verwirrung: Icw und Ipk.
Eine einfache Betrachtungsweise:
- Icw betrifft die thermische Kurzzeitbelastbarkeit
- Ipk betrifft die mechanische Stoßbelastbarkeit
Dies ist wichtig, weil ein Kurzschluss die Schaltanlage nicht nur auf eine Weise belastet. Er erzeugt Wärme in Leitern und Kontakten, aber auch starke mechanische Kräfte in Sammelschienen und internen Stützen.
Deshalb behandeln IEC-Normen für Schaltgerätekombinationen diese Bemessungswerte ernst. In IEC-basierten Niederspannungs-Schaltanlagen sind sowohl die Effektivwert-Fehlerbeanspruchung als auch die Spitzenwert-Fehlerbeanspruchung bei der Bewertung der Kurzschlussfestigkeit relevant.
Hier ist eine Tabelle zum Vergleich von Icw vs. Ipk:
| Parameter | Vollständige Bezeichnung | Hauptaspekt | Was es aussagt |
|---|---|---|---|
| Icw | Bemessungs-Kurzzeitstrom | Thermische Belastbarkeit | Wie viel Fehlerstrom die Schaltgerätekombination für eine bestimmte Zeit aushalten kann |
| Ipk | Bemessungsspitzenstromfestigkeit | Mechanische Belastbarkeit | Der höchste momentane Fehlerstrom-Spitzenwert, den die Schaltgerätekombination aushalten kann |
- Dieser Artikel enthält das Konzept des Effektivwerts. Um die Grundlagen von Effektivwert und Spitzenwert zu verstehen, lesen Sie bitte unseren entsprechenden Artikel: Effektivwert vs. Spitzenwert: Unterschied bei Spannung und Strom.
- Um zu verstehen, warum der Effektivwert in der Elektrotechnik verwendet wird und eine tiefere Erklärung von Effektivwert und Spitzenwert bei Kurzschlussbedingungen zu erhalten, lesen Sie bitte: Effektivwert vs. Spitzenwert bei Kurzschlussstrom: Warum beides wichtig ist.
- Für einen umfassenderen Überblick über elektrische Parameter in Schaltanlagen lesen Sie bitte: Definition von Schaltanlagen-Parametern.
Was ist Icw?
Icw bedeutet Bemessungs-Kurzzeitstrom.
Es ist der Kurzschlussstrom, den eine Schaltgerätekombination für eine bestimmte Zeit, wie z. B. 1 Sekunde oder 3 Sekunden, unter festgelegten Bedingungen aushalten kann.
Wenn also ein Datenblatt angibt:
Icw = 50 kA / 1 s
bedeutet dies, dass die Schaltgerätekombination oder das Sammelschienensystem 50 kA für 1 Sekunde unter den angegebenen Prüf- und Nachweisbedingungen aushalten kann. Es bedeutet nicht, dass die Anlage diesen Strom unterbricht. Es bedeutet, dass die Schaltgerätekombination für diese kurze Dauer ohne unzulässige Beschädigung intakt bleiben kann.
In IEC-bezogenen Daten für Schaltgerätekombinationen wird Icw als Effektivwert angegeben.
Was ist Ipk?
Ipk bedeutet Bemessungs-Stoßkurzschlussstrom.
Es ist der maximale momentane Kurzschlussstrom-Spitzenwert, den eine Schaltgerätekombination unter festgelegten Bedingungen aushalten kann.
Wenn also Icw die Frage beantwortet: „Kann die Schaltgerätekombination den Fehler für kurze Zeit überstehen?“, dann beantwortet Ipk die Frage: „Kann die Schaltgerätekombination den höchsten momentanen Spitzenwert des Fehlerstroms überstehen?“
Dieser Unterschied ist wichtig, weil der Stromspitzenwert oft der Moment ist, in dem Sammelschienen, Stützen, Verbindungen und interne Leiter die stärkste mechanische Beanspruchung erfahren.
In der Konstruktion von Sammelschienen und Schaltanlagen ist dies der Grund, warum Stützfestigkeit, Abstände, Verstrebungen, Verbindungen und Leitergeometrie so wichtig sind. Selbst wenn die Schaltgerätekombination den Fehlerstrom für kurze Zeit aushalten kann, muss sie auch den mechanischen Stoß überstehen, der durch den Spitzenstrom verursacht wird.
In IEC-bezogenen Daten für Schaltgerätekombinationen wird Ipk als Spitzenwert angegeben.
Icw, Ipk und das Sammelschienensystem
Sowohl Icw als auch Ipk werden stark vom Sammelschienensystem beeinflusst, aber der endgültig angegebene Bemessungswert gehört zur vollständig nachgewiesenen Schaltgerätekombination, nicht zur Kupferschiene allein.
Wie Icw und Ipk mit dem Sammelschienensystem zusammenhängen
| Parameter | Stärker beeinflusst durch | Hauptrisiko |
|---|---|---|
| Icw | Sammelschienenmaterial, Querschnitt, Widerstand, Verbindungen, Fehlerdauer | Erwärmung |
| Ipk | Schienenabstand, Stützisolatoren, Verstrebungen, Klemmen, Verbindungen, Rahmensteifigkeit, Befestigung | Mechanische Kraft |
Für Icw
Sammelschienengröße und -material haben in der Regel einen sehr starken Einfluss, da Icw mit der thermischen Kurzzeitbelastbarkeit verbunden ist.
Für Icw beeinflusst die Sammelschiene daher häufig:
- Leitererwärmung
- Temperaturanstieg
- Kurzzeitstrombelastbarkeit
Aber auch Verbindungen, Kontaktwiderstand, Fehlerdauer, Gehäusebelüftung und der gesamte Strompfad sind relevant.
Für Ipk
Die Sammelschienanordnung ist weiterhin sehr wichtig, aber die mechanische Struktur wird noch kritischer.
Ipk hängt stark ab von:
- Schienenabstand
- Stützfestigkeit
- Verstrebung
- Montagesteifigkeit
- Verbindungsfestigkeit
Was bedeuten Icw und Ipk für Sammelschienen?
Für Sammelschienen ist die Kombination besonders wichtig.
Das Sammelschienensystem ist nicht nur ein Leiter. Es ist eine mechanische Struktur innerhalb der Schaltgerätekombination. Es besteht aus Schienen, Verbindungen, Isolatoren, Stützen, Abständen und Montageteilen. Unter Fehlerbedingungen muss die Sammelschiene beides überstehen:
- thermische Beanspruchung, die sich auf den Effektivstrom über eine festgelegte Dauer bezieht
- elektrodynamische Beanspruchung, die sich auf den Spitzenstrom und die magnetischen Kräfte zwischen Leitern bezieht
Deshalb sollten Sammelschienen-Nennwerte niemals nur als „Stromtragfähigkeit“ verstanden werden. Eine Sammelschiene, die thermisch bei normalem Laststrom ausreichend dimensioniert ist, kann dennoch mechanisch versagen, wenn die Kurzschluss-Spitzenbeanspruchung die verifizierte Kurzschlussfestigkeit der Schaltgerätekombination überschreitet.
Die Beziehung zwischen Icw vs. Ipk
Icw und Ipk sind eng miteinander verbunden, da beide die Kurzschlussbelastbarkeit beschreiben. Beide beziehen sich auf dieselbe Fehlerstromkurve, die zwei wichtige Merkmale aufweist: den Effektivwert und den Spitzenwert.
Für ausführliche Details zu Spitzenwert und Effektivwert lesen Sie bitte einen weiteren Artikel: Effektivwert vs. Spitzenwert: Unterschied bei Spannung und Strom.
Die Beziehung zwischen Icw und Ipk ist ähnlich der Beziehung zwischen Effektivwert und Spitzenwert, aber nur im Idealfall.
Idealerweise:
Icw ist die Effektivwert-Seite der Kurzschlussbelastbarkeit.
Es ist der Bemessungs-Kurzzeitstrom, der üblicherweise mit einer Zeit wie 1 Sekunde angegeben wird. Praktisch gesagt gibt er an, wie viel Fehlerstrom die Schaltgerätekombination über eine kurze Dauer aus thermischer Sicht aushalten kann.
Ipk ist die Spitzenwert-Seite der Kurzschlussbelastbarkeit.
Es ist der Bemessungs-Stoßkurzschlussstrom, was den höchsten momentanen Stromspitzenwert bedeutet, den die Schaltgerätekombination während eines Fehlers überstehen kann. Praktisch gesagt ist er enger mit mechanischer Beanspruchung und elektrodynamischer Kraft verbunden.
In der Praxis:
Kurzschlussstrom beginnt normalerweise nicht als perfekt symmetrische Sinuswelle.
Der erste Spitzenwert ist oft höher, weil der Fehlerstrom zu Beginn einen Gleichstromanteil enthalten kann. Deshalb können reale Kurzschlussbelastbarkeits-Bemessungswerte nicht allein anhand der einfachen idealen Beziehung verstanden werden, und deshalb ist Ipk oft höher als 1,414 × Icw.
Für weitere Details zum Verhalten von Kurzschlussströmen in Bezug auf Effektivwert und Spitzenwert lesen Sie bitte unseren entsprechenden Artikel: Effektivwert vs. Spitzenwert bei Kurzschlussstrom: Warum beides wichtig ist.
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Ein einfaches Datenblatt-Beispiel
Angenommen, eine Schaltgerätekombination ist angegeben als:
Icw = 50 kA / 1 s
Ipk = 105 kA
Die korrekte Interpretation ist:
- Die Schaltgerätekombination kann 50 kA Effektivwert für 1 Sekunde aushalten
- Die Schaltgerätekombination kann auch einen momentanen Spitzenwert von 105 kA unter den festgelegten Bedingungen aushalten
Das bedeutet nicht, dass 105 kA ein Strom über lange Dauer ist. Es bedeutet auch nicht, dass die Schaltgerätekombination „mit 105 kA bemessen“ ist, so wie man umgangssprachlich über das Ausschaltvermögen von Leistungsschaltern spricht. Diese beiden Werte beschreiben unterschiedliche Dimensionen der Fehlerbeanspruchung.
Fazit
Icw ist der Effektivwert-Kurzzeitstrom. Er beantwortet die thermische Frage: Wie viel Kurzschlussstrom kann die Schaltgerätekombination für eine bestimmte Zeit aushalten?
Ipk ist der Stoßkurzschlussstrom. Er beantwortet die mechanische Frage: Was ist der maximale momentane Kurzschluss-Spitzenwert, den die Schaltgerätekombination überstehen kann?
Für Sammelschienen und IEC-Schaltanlagen-Kombinationen sind beide wichtig. Der eine hilft, die thermische Kurzzeitbelastbarkeit zu definieren. Der andere hilft, die Widerstandsfähigkeit gegen die heftigen elektrodynamischen Kräfte zu definieren, die beim Fehlerspitzenwert erzeugt werden. Zusammen gelesen geben sie ein wesentlich genaueres Bild der Festigkeit der Schaltgerätekombination als eine einzelne Fehlerstromzahl allein.
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FAQ
Ist Icw ein Effektivwert?
Ja. Schneider definiert ihn als den Effektivwert des Stroms, den die Schaltanlage im geschlossenen Zustand für eine bestimmte kurze Zeit führen kann, und ABB beschreibt ihn in IEC 61439-Material als den vom Hersteller der Schaltgerätekombination angegebenen Effektivwert des Kurzzeitstroms.
Ist Ipk ein Spitzenwert?
Ja. IEC Electropedia definiert ihn als den Wert des Spitzenstroms, den ein Stromkreis oder Schaltgerät im geschlossenen Zustand aushalten kann, und ABB verwendet dieselbe Spitzenwert-Belastbarkeits-Bedeutung für Schaltgerätekombinationen.
Ist Ipk immer das 1,414-fache von Icw?
Nein. Diese Beziehung gilt nur für eine reine sinusförmige Wellenform. Realer Kurzschlussstrom kann Asymmetrie und einen abklingenden Gleichstromanteil enthalten, sodass der erste Spitzenwert schwerwiegender sein kann, als das symmetrische Sinuswellen-Verhältnis vermuten lässt.
Sind Icw und Ipk nur Sammelschienen-Bemessungswerte?
Nicht genau.
Icw und Ipk werden am häufigsten für Sammelschienensysteme und Schaltgerätekombinationen verwendet, da beide die Kurzschlussbelastbarkeit beschreiben. Sie sind jedoch nicht streng auf die Sammelschiene allein beschränkt. In der Praxis werden sie besser als Bemessungswerte des vollständigen Strompfads und der Struktur der Schaltgerätekombination verstanden.
