Gredler Peter - Institut für Elektrische Anlagen

Analyse technischer Maßnahmen in ausgedehnten
Erdungsanlagen zur Reduktion von Berührungs- und
Schrittspannungen unter Berücksichtigung genullter
Niederspannungsnetze
Diplomarbeit
Institut für
Elektrische Anlagen und Hochspannungstechnik
TU-Graz
Institutsvorstand: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Hans Michael Muhr
Betreuer: Dipl.-Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer
Begutachter: O. Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr. techn. Lothar Fickert
Vorgelegt von
Gredler Peter
Graz, September 2001

Diese Diplomarbeit ist
meinen Eltern
Franz und Inge
und meiner zukünftigen Frau
Verena
gewidmet.

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
1. Einführung – Kurzfassung ..................................................1
2. Projekt 1 ................................................................................2
2.1. Einleitung........................................................................................................ 2
2.2. Aufgabenstellung........................................................................................... 2
2.3. Skizze.............................................................................................................. 3
2.4. Freileitungsdaten ........................................................................................... 3
2.5. Erdungsberechnung ...................................................................................... 4
2.5.1. Grundriss der Erdungsanlage.....................................................................4
2.5.2. Erdungsanlagendaten ................................................................................5
2.5.3. Ergebnisse .................................................................................................5
2.6. Messsimulation .............................................................................................. 6
2.6.1. Berechnungsergebnisse Messkettenleiter..................................................6
2.6.2. Überprüfung der Messergebnisse ..............................................................7
2.6.2.1. Skizze Messanordnung........................................................................7
2.6.2.2. Nachbildung der Messanordnung ........................................................8
2.6.2.3. Simulationsdaten .................................................................................9
2.6.2.4. Gegenüberstellung Messergebnisse / Simulationsergebnisse.............9
2.6.2.5. Folgerungen.........................................................................................9
2.7. Fehlersimulation ...........................................................................................10
2.7.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall ...................................11
2.7.2. Anwendung auf die realen Bedingungen..................................................12
2.7.2.1. Skizze Fehlerfall.................................................................................12
2.7.2.2. Nachbildung im Fehlerfall...................................................................13
2.7.2.3. Simulationsdaten ...............................................................................14
2.7.2.4. Ergebnisse.........................................................................................15
2.8. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987................................................................16
2.8.1. §3 Erde, Erder, Erden...............................................................................16
2.8.2. §5 Widerstandsarten ................................................................................16
2.8.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen Erdungsanlagen .....................16
2.8.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen, Schnellausschaltung ..............16
2.8.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines ..............................17
Gredler Peter
Seite I

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
2.8.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich der
Spannungen an der Erdungsanlage .........................................................17
2.8.6.1. Ergebnisse ohne Nullungsverbindung ...............................................18
2.8.6.2. Ergebnisse mit Nullungsverbindung...................................................25
2.8.7. §19 Freileitungsmaste ..............................................................................31
2.8.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen mit
Nennspannungen über 1 kV und mit Nennspannungen bis 1000 V .........32
2.8.8.1. Variante 1...........................................................................................32
2.8.8.2. Variante 2...........................................................................................32
2.8.8.3. Variante 3...........................................................................................33
2.8.8.4. Variante 4...........................................................................................33
2.8.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes ......................33
2.8.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen.................................................34
2.9. Zusammenfassung .......................................................................................34
3. Projekt 2 ..............................................................................35
3.1. Einleitung.......................................................................................................35
3.2. Aufgabenstellung..........................................................................................35
3.3. Skizze.............................................................................................................36
3.4. Freileitungsdaten ..........................................................................................36
3.5. Erdungsberechnung .....................................................................................37
3.5.1. Erdungsanlagendaten ..............................................................................37
3.5.2. Grundrisse der Erdungsanlage.................................................................38
3.5.3. Ergebnisse ...............................................................................................40
3.6. Fehlersimulation ...........................................................................................40
3.6.1. Berechnungsergebnisse 110-kV- bzw. 220-kV- Messkettenleiter.............41
3.6.2. Berechnungsergebnisse 380-kV-Kettenleiter im Fehlerfall.......................41
3.6.3. Anwendung auf die realen Bedingungen..................................................44
3.6.3.1. Nachbildung im Fehlerfall...................................................................44
3.6.3.2. Simulationsdaten ...............................................................................45
3.6.3.3. Ergebnisse.........................................................................................45
3.7. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987................................................................46
3.7.1. §3: Erde, Erder, Erden..............................................................................46
Gredler Peter
Seite II

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
3.7.2. §5 Widerstandsarten ................................................................................47
3.7.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen Erdungsanlagen .....................47
3.7.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen, Schnellausschaltung ..............47
3.7.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines ..............................48
3.7.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich der
Spannungen an der Erdungsanlage .........................................................48
3.7.6.1. Ergebnisse ohne Nullungsverbindung ...............................................50
3.7.6.2. Ergebnisse mit Nullungsverbindung...................................................54
3.7.7. §19 Freileitungsmaste ..............................................................................57
3.7.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen mit
Nennspannungen über 1 kV und mit Nennspannungen bis 1000 V .........58
3.7.8.1. Variante 1...........................................................................................58
3.7.8.2. Variante 2...........................................................................................58
3.7.8.3. Variante 3...........................................................................................59
3.7.8.4. Variante 4...........................................................................................59
3.7.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes ......................60
3.7.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen.................................................60
3.8. Zusammenfassung .......................................................................................60
4. Projekt 3 ..............................................................................61
4.1. Einleitung.......................................................................................................61
4.2. Aufgabenstellung..........................................................................................61
4.3. Skizze.............................................................................................................62
4.4. Freileitungsdaten ..........................................................................................62
4.5. Erdungsberechnung .....................................................................................63
4.5.1. Grundriss der Erdungsanlage...................................................................63
4.5.2. Erdungsanlagendaten ..............................................................................64
4.5.3. Ergebnisse ...............................................................................................64
4.6. Messsimulation .............................................................................................65
4.6.1. Berechnungsergebnisse Messkettenleiter................................................65
4.6.2. Überprüfung der Messergebnisse ............................................................65
4.6.2.1. Nachbildung der Messanordnung ......................................................66
4.6.2.2. Simulationsdaten für Variante II a.)....................................................67
4.6.2.3. Gegenüberstellung Messergebnisse / Simulationsergebnisse...........67
4.6.2.4. Folgerungen.......................................................................................67
Gredler Peter
Seite III

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
4.7. Fehlersimulation ...........................................................................................68
4.7.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall ...................................72
4.7.2. Anwendung auf die realen Bedingungen..................................................74
4.7.2.1. Nachbildung des Fehlerfalls für die Varianten I..................................74
4.7.2.2. Nachbildung des Fehlerfalls für die Varianten II.................................75
4.7.2.3. Simulationsdaten ...............................................................................76
4.7.2.4. Ergebnisse.........................................................................................77
4.8. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987................................................................78
4.8.1. §3: Erde, Erder, Erden..............................................................................78
4.8.2. §5 Widerstandsarten ................................................................................78
4.8.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen Erdungsanlagen .....................79
4.8.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen, Schnellausschaltung ..............79
4.8.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines ..............................79
4.8.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich der
Spannungen an der Erdungsanlage .........................................................80
4.8.6.1. Ergebnisse Variante I a.) ...................................................................82
4.8.6.2. Ergebnisse Variante I b.) ...................................................................84
4.8.6.3. Ergebnisse Variante I c.)....................................................................86
4.8.6.4. Ergebnisse Variante I d.) ...................................................................87
4.8.6.5. Ergebnisse Variante II a.) ..................................................................88
4.8.6.6. Ergebnisse Variante II b.) ..................................................................90
4.8.6.7. Ergebnisse Variante II c.)...................................................................91
4.8.6.8. Ergebnisse Variante II d.) ..................................................................92
4.8.6.9. Ersatzmaßnahmen.............................................................................93
4.8.7. §19 Freileitungsmaste ..............................................................................94
4.8.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen mit
Nennspannungen über 1 kV und mit Nennspannungen bis 1000 V .........94
4.8.8.1. Variante II a.) .....................................................................................94
4.8.8.2. Variante II b.) .....................................................................................94
4.8.8.3. Variante II c.)......................................................................................95
4.8.8.4. Variante II d.) .....................................................................................95
4.8.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes ......................95
4.8.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen.................................................95
4.9. Zusammenfassung .......................................................................................96
5. Projekt 4 ..............................................................................99
5.1. Einleitung.......................................................................................................99
5.2. Aufgabenstellung..........................................................................................99
Gredler Peter
Seite IV

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
5.3. Skizze.............................................................................................................99
5.4. Freileitungsdaten ........................................................................................100
5.5. Erdungsberechnung ...................................................................................100
5.5.1. Grundriss der Erdungsanlage.................................................................101
5.5.2. Erdungsanlagendaten ............................................................................102
5.5.3. Ergebnisse .............................................................................................102
5.6. Fehlersimulation .........................................................................................103
5.6.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall .................................104
5.6.2. Anwendung auf die realen Bedingungen................................................105
5.6.2.1. Nachbildung im Fehlerfall.................................................................105
5.6.2.2. Simulationsdaten .............................................................................107
5.6.2.3. Ergebnisse.......................................................................................107
5.7. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987..............................................................108
5.7.1. §3 Erde, Erder, Erden.............................................................................108
5.7.2. §5 Widerstandsarten ..............................................................................108
5.7.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen Erdungs-anlagen ..................108
5.7.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen, Schnellausschaltung ............109
5.7.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines ............................109
5.7.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich der
Spannungen an der Erdungsanlage .......................................................110
5.7.6.1. Ergebnisse Variante I a.) .................................................................111
5.7.6.2. Ergebnisse Variante I b.) .................................................................113
5.7.6.3. Ergebnisse Variante II......................................................................115
5.7.7. §19 Freileitungsmaste ............................................................................116
5.7.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen mit
Nennspannungen über 1 kV und mit Nennspannungen bis 1000 V .......117
5.7.8.1. Variante II.........................................................................................117
5.7.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes ....................118
5.7.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen...............................................118
5.8. Zusammenfassung .....................................................................................118
6. Anhang ..............................................................................119
6.1. Standardmasten..........................................................................................119
6.1.1. 110-kV-Mast ...........................................................................................119
Gredler Peter
Seite V

Diplomarbeit
Inhaltsverzeichnis
6.1.2. 220-kV-Mast ...........................................................................................120
6.1.3. 380-kV-Mast ...........................................................................................121
6.2. Kenngrößen typischer Leiterseile .............................................................122
6.3. ÖVE EH-41/1987 Erdungen in Wechselstrom-anlagen mit
Nennspannungen über 1 kV.......................................................................123
6.3.1. Tabelle 12-1 ...........................................................................................123
6.3.2. Tabelle 15-1 ...........................................................................................124
6.3.3. Tabelle 23-1 ...........................................................................................125
6.3.4. Abbildung 18-1 .......................................................................................125
6.4. Änderungen betreffend ÖVE/ÖNORM E 8383...........................................126
7. Verzeichnisse ...................................................................129
7.1. Literaturverzeichnis....................................................................................129
7.2. Abbildungsverzeichnis...............................................................................130
7.3. Diagrammverzeichnis.................................................................................131
7.4. Tabellenverzeichnis....................................................................................132
Gredler Peter
Seite VI

Diplomarbeit
Einführung – Kurzfassung
1. Einführung – Kurzfassung
Spätestens bis 31. Dezember 2008 sind neu zu errichtende öffentliche Stromnetze
so auszuführen, dass sie die technischen Voraussetzungen für die Anwendung der
Schutzmaßnahme Nullung in den Verbraucheranlagen erfüllen
(„Nullungsverordnung“).
Durch diese Maßnahme wird die Sicherheit (Schutz gegen elektrischen Schlag für
Menschen und Tiere) vor allem in den unmittelbar an diese Netze
angeschlossenen Verbraucheranlagen erhöht. Durch das zunehmende
Umweltbewusstsein und die immer geringer werdenden freien Bauflächen werden
zwangsläufig immer mehr neue Bauwerke teilweise innerhalb des Einflussbereichs
von Hochspannungsanlagen errichtet. Beim Zusammenschluss von
Hochspannungs-Schutzerdung (HS-Erdung) und Niederspannungs-
Betriebserdung (NS-Erdung) können nun jedoch kritische Bereiche durch die
Ausführung der Schutzmaßnahme „Nullung“ entstehen.
Diese komplexe Problematik bedarf einer grundlegenden Betrachtung von
Erdungsanlagen, insbesondere HS-Erdungsanlagen (Freileitungs-Kettenleiter),
deren Modellbildung und der Kriterien für einen sicheren Zusammenschluss von
Erdungsanlagen allgemein. Diese Grundlagen wurden in einer weiteren
wissenschaftlichen Abhandlung (siehe [8]) erarbeitet.
Die vorliegende Diplomarbeitarbeit befasst sich mit der Betrachtung und
Bewertung der kritischen Bereiche entsprechend der österreichischen Normen
(ÖVE EN-1 ersetzt durch ÖVE/ON E8001-1; ÖVE EH41 ersetzt und integriert in
ÖVE/ÖNORM E 8383). Anhand von vier ausgewählten Szenarien, wie sie in der
Praxis auftreten können, wird das systematische Vorgehen (vom Grundriss der
betrachteten Anlagen über eine Berechnung von möglichen auftretenden
Gefährdungspotentiale mittels simulationstechnischer Hilfsmittel bis hin zur
Bewertung der kritischen Bereiche) demonstriert.
Besonderes Augenmerk wurde dabei auch auf Szenarien in Ballungszentren
gelegt, in denen aufgrund dichter Bebauung keine technische Wahlmöglichkeit
besteht.
Gredler Peter Seite 1

Diplomarbeit Projekt 1
2. Projekt 1
2.1. Einleitung
Es handelt sich hierbei um einen künstlich angelegten Badeteich über den eine
110-kV- und eine 220-kV-Hochspannungsleitung führen. In der einen Richtung
enden die Leitungen in einer Entfernung von 17 km in einem Umspannwerk, in der
anderen Richtung nach 3,5 km. Jede der Leitungen verfügt über einen geerdeten
Masten im Bereich der Liegewiese des Badeteiches. Die Masterdungen sind dabei
direkt in die Erdungsanlage der Badeteichliegewiese eingebunden. Zusätzlich
werden die Pumpen und die WC-Anlage (deren Erdungsanlagen sind ebenfalls in
die Erdungsanlage der Liegewiese involviert) gemeinsam von der nahegelegenen
Stadt aus über einen eigenen Stadtnetztrafo gespeist. Die gesamte
Erdungsanlage, im Bereich der Liegewiese und auf Teilen des Gehweges, ist
potentialgesteuert ausgeführt.
Im Osten der Anlage befindet sich ein Betriebsgebäude. Die Erdungsanlage des
Betriebsgebäudes ist mit dem naheliegenden Stadtnetz verbunden und gemäß der
Schutzmaßnahme „Nullung“ ausgelegt.
2.2. Aufgabenstellung
Es ist zu überprüfen, ob die Kriterien für einen sicheren Betrieb der Anlage
bestehen bzw. welche Ersatzmaßnahmen oder Ergänzungen getroffen werden
müssen, um diesen zu gewährleisten. Hierzu dienen die Vorschriften der
ÖVE-EH 41 und ÖVE-EN 1 (bzw. ÖVE/ON E8001-1) als Bewertungsgrundlage.
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben)
Gredler Peter Seite 2

Diplomarbeit Projekt 1
2.3. Skizze
3,5km
≅ 11Masten
17 k m ≅ 5 2 Masten
Erdseil
220-kV - Freileitung
Phasenseil
Erdseil
110-kV - Freileitung
Phasenseil
Stadtnetz
Nullungs
verbindung
Erdungsanlage Liegewiese
“Schalter
Mast -
Betriebsgebäude”
Betriebs
Gebäude
Abbildung 1: Skizze Projekt 1
2.4. Freileitungsdaten
Werte
Objekte
für 110-kV-
Leitung
für 220-kV-
Leitung
I Mittlerer Abstand Erdseil-Phasenseil in [m] 10,46 15,82
II Phasenseil - Durchmesser in [m] 0,0322 0,0277
III Erdseil - Durchmesser in [m] 0,019 0,021
IV Phasenseil - Widerstand in [Ω / km] 0,051 0,085
V Erdseil - Widerstand in [Ω / km] 0,179 0,131
VI Spannfeldlänge in [km] 0,33 0,33
VII Durchschnittlich spez. Bodenwiderstand [Ωm] 1000 1000
VIII Spez. Bodenwid. der Oberschicht: ρ 1 in [Ωm] 800 800
IX Spez. Bodenwid. der Unterschicht: ρ 2 in [Ωm] 1900 1900
X Schichtdicke der Oberschicht in [m] 1 1
XI Mast-Ausbreitungswiderstand in [Ω] 54,84 34,02
Tabelle 1: Freileitungsdaten
Gredler Peter Seite 3

Diplomarbeit Projekt 1
Bemerkungen zu den Daten:
ad. I, II, IV, VI:
ad. III, V:
ad. VII, VIII, IX, X:
ad. XI:
gemäß Datenblättern für durchschnittliche Freileitungssysteme
(siehe Anhang: Standardmasten bzw.
Kenngrößen typischer Leiterseile)
Annahmen (typisches Erdseil)
Annahmen für geologische Gegebenheiten, wie sie in
Österreich auftreten können
aus Berechnungen der Mastausbreitungswiderstände mit
dem Erdungsberechnungsprogramm „OBEIN Version 3.0“
(siehe Anhang Standardmasten)
2.5. Erdungsberechnung
Zur Berechnung der bestehenden Erdungsanlage wurde das
Erdungsberechnungsprogramm OBEIN Version 3.0 1 verwendet.
2.5.1. Grundriss der Erdungsanlage
in [m]
g3
20 40 60 80 100 120
WC
Pumpen
Nullungsverbindung
Erdungsanlage
der Liegewiese
Stadtnetz
Betriebsgebäude
20 40 60 80 100 120
in [m]
Abbildung 2: Grundriss der Erdungsanlage mit den
Aufpunktgeraden g1,g2,g3
1 Erläuterung des Programmes siehe Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz
Gredler Peter Seite 4

Diplomarbeit Projekt 1
Der Grundriss der Erdungsanlage wurde mittels graphischer Eingabe auf einem
Digitalisier-Tablett maßstabsgetreu eingegeben. Zusätzlich wurde zur
bestehenden Erdungsanlage eine fiktive Erdungsanlage, welche das nahe
Stadtnetz simuliert, eingebracht. Dadurch kann man Änderungen an der
Nullungsverbindung einfach simulieren und deren Auswirkungen auf die
Gesamtanlage feststellen.
2.5.2. Erdungsanlagendaten
Banderder
Staberder (Tiefenerder)
Spezifischer Bodenwiderstand
Schichtdicke
Bandbreite 0,03 m
Durchschnittsverlegungstiefe 1m
Radius von 0,01 m
Länge 15m
ρ 1 = 100 Ωm , ρ 2 = 1000 Ωm
0,3 m (dünne Humusschicht)
Tabelle 2: Erdungsanlagendaten
Die Stadterdung wurde aufgrund ihrer Ausdehnung und Erfahrungswerten auf
einen Wert von 0,14 Ω festgesetzt. Weiters wurde der Widerstand der
Erdungsverbindung zwischen Stadtnetz und Betriebsgebäude mit 0,1 Ω
angenommen. Damit ergibt sich für die gesamte Stadtnetzerdungsanlage ein Wert
von 0,24 Ω.
2.5.3. Ergebnisse
Teilbereich
Erdausbreitungswiderstand
in Ω
Erdungsanlage der Liegewiese allein 8,762
Erdungsanlage des Betriebsgebäudes allein (ohne Stadt) 27,6
Erdungsanlage Stadtnetz 0,24
Gesamtanlage ohne Nullungsverbindung
(beeinflussender Erder = Liegewiese
beeinflusster Erder = Betriebsgebäude (BG) am Stadtnetz)
8,677
(U beeinflusst = 0,0001 p.u.) 2
Gesamtanlage mit Nullungsverbindung 0,234
Tabelle 3: Ergebnisse der Erdungsberechnung
2 U beeinflusst in p.u. ist jener Teil der Erdungsspannung, der an der beeinflussten Erdungsanlage
(Betriebsgebäude) abfällt. Dieser Wert wird für die Simulationsrechnung benötigt.
Gredler Peter Seite 5

Diplomarbeit Projekt 1
2.6. Messsimulation
Die mathematischen Nachbildungen der Freileitungen wurden mit einem
Simulationsmodell in MATLAB 5.3 (siehe [8]) realisiert. Aufgrund der
Messanordnung (siehe [8] Kapitel Kettenleiter) ergeben sich andere Werte für die
Ketten(leiter)impedanzen als im realen Fehlerfall:
Der Einfluss des Stroms im Phasenseil auf das Erdseil (Gegeninduktivität
zwischen Phasenseil und Erdseil), ist durch die Höhe des Betriebsstromes sehr
gering und wird aufgrund der bei der Messung angewandten
Schwebungsmethode eliminiert.
Diese spezielle Form der Ketten(leiter)impedanzen wird in weiterer Folge als
„Messketten(leiter)impedanzen“ bezeichnet.
2.6.1. Berechnungsergebnisse Messkettenleiter
Im Kapitel Kettenleiter unter [8] erfolgt eine genauere Betrachtung der Kettenleiter
bei Messverhältnissen.
110-kV-Leitung 220-kV-Leitung
Mastanzahl Z KetteMess110kV
in Ω
Z KetteMess220kV
in Ω
11 3,03 2,81
52 3,99 3,12
Tabelle 4: Ergebnis der Messkettenimpedanzen für 110-kV und 220-kV
Gredler Peter Seite 6

Diplomarbeit Projekt 1
2.6.2. Überprüfung der Messergebnisse
Es wurden vor Ort Strom-Spannungsmessungen mittels Schwebungsmethode
(Messfrequenz = 50,3 Hz) an der Erdungsanlage vorgenommen. Durch diese
Methode ist eine klare Trennung der Messströme (Prüfströme) von den
Betriebsströmen möglich.
2.6.2.1. Skizze Messanordnung
3,5km
≅ 11Masten
17 k m ≅ 5 2 Masten
Erdseil
abgehobenes Erdseil
Stromfluss
Phasenseil
220 kV - Freileitung
Erdseil
Phasenseil
110 kV - Freileitung
Spannungs
Quelle:
UMESS:60/110V
fMESS:50,3 Hz
Nullungs
verbindung
Stadtnetz
Erdungsanlage Liegewiese
“Schalter
Mast -
Betriebsgebäude”
Betriebs
Gebäude
Z KetteMess220kV-11Masten
Z KetteMess110kV-11Masten
HPA
R A-Liegewiese
Z KetteMess110kV-52Masten
Z KetteMess220kV-52Masten
R A-Betriebsgebäude
R A-Stadtnetz
Abbildung 3: Skizze Messanordnung der Gesamtsimulation
Gredler Peter Seite 7

Diplomarbeit Projekt 1
2.6.2.2. Nachbildung der Messanordnung
Abbildung 4: Nachbildung der Messanordnung
Gredler Peter Seite 8

Diplomarbeit Projekt 1
2.6.2.3. Simulationsdaten
Simulationsvariablen
Widerstandswert
in Ω
Z-KetteMess11 110 kV 3,03
Z-KetteMess52 110 kV 3,99
Z-KetteMess11 220 kV 2,81
Z-KetteMess52 220 kV 3,12
RA-Liegewiese 8,677
Simulationsvariablen
Widerstandswert
in Ω
RA-Betriebsgebäude 27,6
RA-Stadtnetz 0,14
R-Verbindung Stadtnetz 0,1
R-abgehobenes Erdseil 0,043
Tabelle 5: Simulationsdaten für die Messsimulation
RA ... Ausbreitungswiderstand
ad. R-Verbindung Stadtnetz: Widerstand der Nullungsverbindung zwischen
Betriebsgebäude und Stadtnetz.
ad. abgehobenes Erdseil: beim ersten Masten (220-kV) in Richtung der 17 km
entfernten Umspannstation ist das Erdseil abgehoben und errechnet sich
somit aus 0,33 km . 0,131 Ω/km
2.6.2.4. Gegenüberstellung Messergebnisse / Simulationsergebnisse
Messergebnisse
Simulationsergebnisse
U mess in [V] I mess in [A] U sim in [V] I sim in [A]
Ohne Nullung a) 110 20,8 110 37,65
Mit Nullung b) 60 20 60 35,46
Tabelle 6: Gegenüberstellung Mess- / Simulationsergebnisse
a)
Verbindungsschalter zwischen Betriebsgebäude und Haupt-PAS ist offen.
D.h. keine genullte Verbindung vom Badeteich zum Stadtnetz vorhanden.
b)
Verbindungsschalter zwischen Betriebsgebäude und Haupt-PAS ist geschlossen.
D.h. genullte Verbindung vom Badeteich zum Stadtnetz vorhanden
2.6.2.5. Folgerungen
Bei der Gegenüberstellung der gerechneten zu den gemessenen Werten ergeben
sich relativ hohe Abweichungen. Diese Abweichungen können mehrere Ursachen
haben:
Gredler Peter Seite 9

Diplomarbeit Projekt 1
• Erdseil: Eine Änderung des Erdseilmaterials von hochleitfähigen Seilen auf
Stahlseile bzw. eine Erdseilunterbrechung ergibt in der Simulation eine
relativ große Änderung der Simulationswerte (I sim wird kleiner).
• Masterdung: In der Simulation wurden Abmessungen von Standard-
Masterdungen und durchschnittliche spezifische Bodenwiderstände
(für geologische Gegebenheiten, wie sie in Österreich auftreten
können) zur Berechnung der Masterdausbreitungswiderstände
verwendet. Eine genaue Betrachtung jedes einzelnen Mastens
bezüglich Erdungsgeometrie und Bodenverhältnisse ist in der Praxis
schwer durchführbar.
• Badeteichanlage: Unsicherheit in der Wahl des durchschnittlichen spez.
Bodenwiderstandes;
• Stadtnetz: keine genauen Angaben über die vorliegenden Erdungsverhältnisse
vorhanden;
Die „Mess-Kettenimpedanzen“ der 220-kV-Ebene, deren Werte in erster Linie von
den Masterdausbreitungswiderständen, der Anzahl der Masten in der Kette und
dem Material des Erdseiles abhängen, haben dabei den größten Einfluss auf die
Simulationsergebnisse.
• Messung: Durch die relativ geringe Wahl der Messspannung und dem sich
dadurch ergebenden kleinen Messstrom, könnten die
Übergangswiderstände im Verhältnis zu den zu messenden
Widerstandswerten überproportionale Auswirkungen haben und so
die Messwerte verfälschen!
2.7. Fehlersimulation
Die Berechnung der einzelnen Szenarien wurde in einer umfangreichen
Gesamtsimulation, welche den Erdstromverlauf darstellt und verfolgen lässt,
mittels „Matlab“ - Simulation verwirklicht.
Hierbei wurde besonderes Augenmerk auf die Realisierung der
Erdseilkettenimpedanzen gelegt und beobachtet, wie sich insbesondere deren
Änderung auf den Stromverlauf in der Gesamtanlage auswirkt.
In der Simulation werden Erdungsanlagen, die sich in ihrer Wirkung nicht
gegenseitig beeinflussen, als Ersatzwiderstände (in ihrer gegebenen bzw.
gerechneten Höhe) dargestellt. Durch Einbau entsprechender Messgeräte in die
Schaltung, kann der tatsächlich fließende Strom in den einzelnen Anlagenteilen
(Teilströme) angezeigt werden. Erdungsanlagenteile, die aus welchen Gründen
auch immer in ihrem Wert variabel sind, können dabei sehr leicht in der Simulation
geändert werden.
Als voneinander unabhängige Erdungsanlagen können eingestuft werden:
• Die Liegewiese mit der involvierten Erdungsanlage der beiden durchführenden
Masten
• die Erdseilkettenwiderstände für die Freileitungen
• das Betriebsgebäude
• das Stadtnetz
Gredler Peter Seite 10

Diplomarbeit Projekt 1
Zusätzlich zu den einzelnen Elementen sind noch zwei Schalter eingebunden, die
eine mögliche Nullungsverbindung zwischen Badeteichanlage und
Betriebsgebäude simulieren sollen (in der Simulation mit Widerständen realisiert
EIN-Zustand = 1 µΩ, AUS-Zustand = 100 MΩ). Durch die gegebenen Abstände zu
den Umspannstationen lässt sich mit der Spannfeldlänge von 0.33 km in Richtung
des 17 km langen Abschnitts eine Mastanzahl von 11 und in Richtung des 3,5 km
langen Abschnitts eine von 52 errechnen.
2.7.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall
Im Fall Projekt 1 (Masten von 2 verschiedenen Spannungsebenen) werden bei
einem einpoligen Fehler auf der 220-kV–Ebene 2 verschiedene Arten von
Erdseilbeeinflussung wirksam. Für die 110-kV–Ebene wird der „Messkettenleiter“
wirksam, für die 220-kV–Ebene der „reale“ Kettenleiter (siehe [8]).
Zur Berechnung/Simulation von Z Kette220kV wird am Fehlerort (220-kV–Mast im
Badeteichareal) die Parallelschaltung aus Z KetteMess110kV (für 11 und 52 Masten, bei
Standardmast-Ausbreitungswiderstand 54,84 Ω) und der wirksame
Ausbreitungswiderstand R A(wirksam) (abhängig von Nullung oder nicht Nullung) der
Gesamterdungsanlage Badeteich als Fehlerortimpedanz wirksam (siehe
Abbildung 5).
Z
fehler
=
Z
1
KetteMess110kV11Masten
+
Z
1
1
KetteMess110kV
52Masten
+
R
1
A(
wirksam)
a)
Verbindungsschalter zwischen Betriebsgebäude und Haupt-PAS ist offen.
D.h. keine genullte Verbindung vom Badeteich zum Stadtnetz vorhanden.
Zur Berechnung von Z fehler :
R A(wirksam) = 8,677 Ω (siehe Tabelle 3)
Z KetteMess110kV-11Masten = 3,03 Ω
Z KetteMess110kV-52Masten = 3,99 Ω
b)
Verbindungsschalter zwischen Betriebsgebäude und Haupt-PAS ist geschlossen.
D.h. genullte Verbindung vom Badeteich zum Stadtnetz vorhanden
Zur Berechnung von Z fehler :
R A(wirksam) = 0,234 Ω (siehe Tabelle 3)
Z KetteMess110kV-11Masten = 3,03 Ω
Z KetteMess110kV-52Masten = 3,99 Ω
Gredler Peter Seite 11

Diplomarbeit Projekt 1
Anzahl der
Masten
Ohne Nullung a)
(Z fehler = 1,437 Ω)
Z Kette220kV
KRF
in Ω
in Ω
11 1,06 0,33
0,33
52 2,17
1,11
Mit Nullung b)
(Z fehler = 0,206 Ω)
Z Kette220kV
Tabelle 7: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV
KRF
0,55
Der Kettenleiterreduktionsfaktor (KRF) 3 ist hier bestimmt durch den
Gesamtfehlerstrom über dem Strom über R A(wirksam) .
2.7.2. Anwendung auf die realen Bedingungen
2.7.2.1. Skizze Fehlerfall
3,5km
≅ 11Masten
17 k m ≅ 5 2 Masten
Erdseil
220-kV - Freileitung
Stromverlauf
Phasenseil
Erdseil
110-kV - Freileitung
Phasenseil
Stadtnetz
Nullungs
verbindung
Erdungsanlage Liegewiese
“Schalter
Mast -
Betriebsgebäude”
Betriebs
Gebäude
I F
Z Kette220kV-11Masten
Z KetteMess110kV-11Masten
HPA
R A-Liegewiese
Z KetteMess110kV-52Masten
Z Kette220kV-52Masten
R A-Betriebsgebäude
R A-Stadtnetz
Abbildung 5: Skizze Fehlerfall der Gesamtsimulation
3 siehe [8],Kapitel Kettenleiter;
Gredler Peter Seite 12

Diplomarbeit Projekt 1
2.7.2.2. Nachbildung im Fehlerfall
Abbildung 6: Nachbildung Fehlerfall
Gredler Peter Seite 13

Diplomarbeit Projekt 1
2.7.2.3. Simulationsdaten
Weitere in der Simulation enthaltene Elemente sind:
• ein Erdseilteilleiterstück (da in Richtung des 17 km langen Abschnitts das
Erdseil der 220-kV-Leitung vom ersten Masten abgehoben ist)
• die Leitung von der Betriebsgebäude-PAS zum Stadtnetz.
Simulationsvariablen
Widerstandswert
in Ω
Z-KetteMess11 110 kV 3,03
Z-KetteMess52 110 kV 3,99
o.N.
m.N.
Z-Kette11 220 kV 1,06 0,33
Z-Kette52 220 kV 2,17 1,11
U beeinflusst in p.u. 0,0001 -
RA-Liegewiese 8,677
Simulationsvariablen
Widerstandswert
in Ω
RA-Betriebsgebäude 27,6
RA-Stadtnetz 0,14
R-Verbindung Stadtnetz 0,1
R-abgehobenes Erdseil 0,043
R-PEN 0,1
Körperersatzwiderstand
+ Standortwiderstand
3000
o.N.....
m.N....
RA......
ohne Nullung
mit Nullung
Ausbreitungswiderstand
Tabelle 8: Simulationsdaten für den Fehlerfall
ad. U beeinflusst in p.u.: Der Teil der Erdungsspannung (am Masten), der an der
beeinflussten Erdungsanlage (Betriebsgebäude) abfällt. (Wert aus Tabelle 3)
ad. R-Verbindung Stadtnetz: Widerstand der Nullungsverbindung zwischen
Betriebsgebäude und Stadtnetz.
ad. R-abgehobenes Erdseil: beim ersten Masten (220-kV) in Richtung des 17 km
entfernten Umspannwerks ist das Erdseil abgehoben und errechnet sich somit
aus 0,33 km . 0,131 Ω/km.
ad. „R-PEN“ und „Körperersatzwiderstand“: Die Kombination dieser beiden Ersatzwiderstände
stellt eine Potentialverschleppung, wie sie zum Beispiel durch
einen Kabelroller erfolgen könnte, dar. „R-PEN“ steht für den Ersatzwiderstand
der Zuleitung (Schutzleitungswiderstand) und der „Körperersatzwiderstand“ 4
für den menschlichen Körperwiderstand inklusive Standortwiderstand.
In der Simulation wird für den Fehlerstrom I Fehler der Wert von 1 kA festgesetzt.
Damit ist eine einfache Umrechnung der Teilstromwerte für beliebige
Fehlerstromwerte möglich.
4 siehe [2] Seite 1-5 ff
Gredler Peter Seite 14

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2.7.2.4. Ergebnisse
Teilströme im Fehlerfall
Stromwert in A
(I Fehler = 1 kA) Ohne Nullung Mit Nullung
I Kette11-110kV 157,8 37,5
I Kette11-220kV 451,1 344,4
I Kette52-110kV 119,8 28,5
I Kette52-220kV 216,0 98,6
I Mast-110kV 277,6 66,0
I Mast-220kV 332,9 557,0
I Liegewiese 55,1 13,3
I Betriebsgebäude 0 4,1
I Stadtnetz 0,2 473,6
I Nullungsverbindung 0 477,7
I Körper in [ A ] 0,16 0,04
Tabelle 9: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA
Auftretende Spannungen
Spannungswert in V
(I Fehler = 1 kA) Ohne Nullung Mit Nullung
U F (=U PTmax ) Liegewiese 478,1 113,7
U F (=U PTmax ) Stadtnetz 0,03 66,3
U PT Liegewiese - Stadt 478,1 47,7
U F (=U PTmax ) Betriebsgebäude 0,05 113,7
U PT Liegewiese - Betriebsgebäude 478,1 0
U F .........
U Ptmax ...
U PT .......
Fehlerspannung (Spannung zwischen Anlage und Bezugserde)
maximale auftretende prospektive Berührungsspannung (worst case)
prospektive Berührungsspannung
Tabelle 10: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA
Berechnungsbeispiel:
ZB.: I Fehler real = 10 kA
I
Liegewiese
real
= I
Liegewiese
⋅
I
Fehler real
1 kA
I
10 kA
= 55 ,1 ⋅ =
1 kA
Liegewiese real
551
A
Gredler Peter Seite 15

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2.8. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987
„Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben)
2.8.1. §3 Erde, Erder, Erden
ad. §3.6: Die Gesamterdungsanlage umfasst sämtliche über den
„Hauptpotentialausgleich 220-kV-Mast“ in leitender Verbindung
stehende Teil-Erdungsanlagen (EA) welche sind:
• die EA Liegewiese (diese beinhaltet die Erdungsanlage der
Liegewiese selber mit den Masterdungsanlagen des 110- bzw. 220-
kV-Mastens)
• die EA Betriebsgebäude
• die EA des genullten Stadtnetzes
• die 110-kV-Erdseilkettenleiter (Z KetteMess110kV )
• die 220-kV-Erdseilkettenleiter (Z Kette220kV )
2.8.2. §5 Widerstandsarten
ad. §5.3: Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der Parallelschaltung der
Ausbreitungswiderstände der Teil-Erdungsanlagen unter §3.6 (siehe
Abbildung 5).
2.8.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen
Erdungsanlagen
ad. §8.1: Die Erdungsspannung U E ist die zwischen dem
„Hauptpotentialausgleich 220-kV-Mast“ und Bezugserde auftretende
Spannung, wenn ein Strom über die „Erdungsimpedanz“ fließt.
2.8.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen,
Schnellausschaltung
ad. §9.2: Da in dem betrachteten Fall ein Erdschluss sowohl auf der 110-kV-
Ebene wie auch auf der 220-kV-Ebene auftreten kann, sind zwei
Erdfehlerströme (I Fehler ) verschiedener Höhe möglich. Hierbei ist der
höhere Stromwert laut §12.4 für die weitere Bewertung heranzuziehen.
Dieser ist auf der 220-kV-Ebene (niederohmige Sternpunkterdung) laut
§9.2.(3) der Erdkurzschlussstrom I K
“
1pol =10,1 kA 5
Dieser ist auf der 110-kV-Ebene (mit Erdschlusskompensation) laut
§9.2.(2) der Erdschlussreststrom I Rest =132 A 5 .
5 Annahme
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ad §9.3: Die dabei auftretenden Teil-Erdungsströme sind jene Anteile des
Erdfehlerstroms, welche die entsprechenden Teil-Erdungsanlagen
durchfließen und dadurch eine Potentialanhebung verursachen. Diese
sind: I Liegewiese , I Betriebsgebäude , I Stadtnetz , I Kette-220 kV , I Kette-110 kV
2.8.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines
Die maßgebenden Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen sind in
ÖVE EH41 Tabelle 12-1 (siehe Anhang) aufgeführt.
ad. §12.3: Die Bemessung der Erdungsanlage wird durch den Strom, der im
Fehlerfall durch den betreffenden Teil der Erdungsanlage fließt
(entspricht den in der Simulation enthaltenen Teil-Erdungsströmen wie
unter §9.3), und durch die Ausschaltzeit bei ordnungsgemäßem
Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bestimmt.
ad. §12.4: Zur Bemessung der Erdungsanlage wird der größte Teil-Erdungsstrom
der untersuchten Teil-Erdungsanlage zugrunde gelegt. In diesem Fall
ergibt sich der größte Teil-Erdungsstrom bei einem Erdschluss auf der
220-kV-Ebene (I K
“
1pol > I Rest ).
Der Erwartungsfaktor w wird auf den Wert 1 (worst case) gesetzt.
2.8.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich
der Spannungen an der Erdungsanlage
Die Anforderungen, denen eine Erdungsanlage hinsichtlich auftretender
Spannungen genügen muss, sind in ÖVE EH41 Tabelle 15-1 (siehe Anhang)
angeführt.
ad. §15.1 Für die Bestimmung der Spannung an der Teil-Erdungsanlage
Liegewiese ist aufgrund der Simulation der Teil-Erdungsstrom I Liegewiese
maßgebend. Da die Ströme in der Simulation auf einen Fehlerstrom von
1 kA bezogen sind, werden die Werte aus Tabelle 9 und Tabelle 10
noch mit dem tatsächlichen auftretenden Fehlerstrom (in diesem Fall
10,1 kA) gewichtet.
Ohne Nullungsverbindung:
I Liegewiese = 55,1 [A] . 10,1 = 556,51 A
U E = R ALiegewiese . I Liegewiese = 8,677 . 556,51 = 4 829 V
Mit Nullungsverbindung:
I Liegewiese = 13,3 [A] . 10,1 = 134,33 A
U E = R ALiegewiese . I Liegewiese = 8,762 . 134,33 = 1 177 V
Da der „worst case“ bei einem Fehler auf der 220-kV-Ebene eintritt, ist die Zeile 10
der Bewertungstabelle Tab 15-1 lt. ÖVE EH41 (Netze mit niederohmiger
Sternpunktserdung) zu verwenden.
Gredler Peter Seite 17

Diplomarbeit Projekt 1
Beide Varianten ergeben eine Erdungsspannung U E > 125 V
Laut ÖVE EH41 Abb. 18-1 (siehe Anhang) darf die Berührungsspannung U B bei
ordnungsgemäßem Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bei einer
sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s (realistischer Wert laut
Netzbetreiber) max. 700 V betragen. Laut ÖVE EH41 §9.4 ist eine
„Schnellabschaltung“ definiert als eine Abschaltung innerhalb 0,5 s. Bei 0,5 s
würde dies eine Berührungsspannung von 125 V erlauben. Gemäß §19.3.4 dürfen
bei Freileitungsmasten in Freibädern und Campingplätzen die Spannung zwischen
zwei beliebigen 1,5 m entfernten Punkten (spezielle Form der Schrittspannung)
obengenannte Werte nach Abb. 18-1 ebenfalls nicht überschreiten.
Die Schrittspannungen werden entlang ausgewählter Geraden (siehe
Abbildung 2) mit Hilfe des Programmes OBEIN über das Schrittspannungsberechnungsmodul
errechnet (die veränderte Schrittweite auf 1,5 m mit dem
Modul „o2splt15.exe“).
2.8.6.1. Ergebnisse ohne Nullungsverbindung
Ohne Nullungsverbindung: U E = 4829 V
Diagramm 1: Ohne Nullung - Potentialgebirge in [pu]
Gredler Peter Seite 18

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 2: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1
Diagramm 3: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m)
entlang der Gerade g1
Gredler Peter Seite 19

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 4: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang
der Gerade g1
Diagramm 5: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2
Gredler Peter Seite 20

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 6: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m)
entlang der Gerade g2
Diagramm 7: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang
der Gerade g2
Gredler Peter Seite 21

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 8: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3
Diagramm 9: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m)
entlang der Gerade g3
Gredler Peter Seite 22

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Diagramm 10: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m)
entlang der Gerade g3
Die maximale Berührungsspannung liegt bei 4829 V.
Die maximalen Schrittspannungen (Schrittweite 1 m) liegen im Bereich von 190 V.
Die maximalen Schrittspannungen (Schrittweite 1,5 m) liegen bei 280 V.
Das bedeutet bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (siehe ÖVE EH41
Tabelle 15-1):
• Bei einer sicheren Abschaltung innerhalb 0,1 s liegt die maximale
Berührungsspannung über dem gesetzlich zulässigen Wert von 700 V.
• Bei einer „Schnellabschaltung“ (innerhalb 0,5 s) liegt die maximale
Berührungsspannung ebenfalls über dem gesetzlich zulässigen Wert von 125 V.
Für diesen Fall sind unter §15.3 „Voraussetzungen, unter denen
Ersatzmaßnahmen entbehrlich sind“, angeführt (siehe letzte Zeile von ÖVE
EH41 Tab.15-1):
Eine Erdungsimpedanzverbesserung lt. §15.3(2) durch Erweiterung der
bestehenden Erdungsanlage (durch zusätzlich verlegte Horizontalerder oder
2 ⋅U
B
Kabel mit Erderwirkung) auf einen Wert von Z ≤ =
2 ⋅125
E
= 0, 45 Ω
6 ist
I
E
556,51
bei den vorliegenden Erdungsverhältnissen bzw. örtlichen Raumdargebotes nur
sehr schwer zu erzielen.
6 Z E = benötigter R A-Liegewiese ; I E = I liegewiese aus Tabelle 9, ohne Nullung, für I Fehler = 10,1 kA
Gredler Peter Seite 23

Diplomarbeit Projekt 1
Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei einer Erdungsverbesserung von R A-
Liegewiese die gesamte Stromaufteilung (siehe Abbildung 5) ändert und dadurch
der gewünschten Wirkung (niedrigere Berührungsspannung) durch einen
höheren Strom über R A-Liegewiese entgegenwirken kann.
Weiters wird der in §15.3(3.2) geforderte maximale Erdkurzschlussstrom von
2000 A bei einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s überschritten.
Daher sind lt. ÖVE EH41 Tab.15-1 neben Schnellausschaltung folgende
„Ersatzmaßnahmen“ gemäß §15.2 erforderlich:
außerhalb elektrisch abgeschlossener Betriebsstätten:
nach §15.2.1: „Ersatzmaßnahmen außerhalb der Außenwände von
Gebäuden“: Diese Maßnahmen kommen nur dann zum Tragen, wenn Teile
der Außenwände des Betriebsgebäudes als Teil der Anlagenumzäunung
fungieren und mit dieser in elektrisch leitender Verbindung stehen.
(1) Sind die Außenwände aus elektrisch nicht leitfähigem Material
(Mauerwerk, Holz) ohne von außen berührbare geerdete Metallteile, dann
sind keine Maßnahmen erforderlich.
(2) Sind die Außenwände aus elektrisch leitfähigem Material oder bei
Vorhandensein von außen berührbarer geerdeter Metallteile, sind folgende
Maßnahmen erforderlich:
(2.1) Ein Horizontalerder zur Potentialsteuerung in etwa 1m Abstand und
etwa 0,5m Tiefe entlang der Außenwand ist zu verlegen und mit der
Erdungsanlage zu verbinden.
(2.2) Eine Standortisolierung (gemäß §8.8), realisiert durch eine Schotterschicht
entlang der Außenwand mit mindestens 10 cm Dicke und 1,25 m
Breite.
nach §15.2.2: „Ersatzmaßnahmen an äußeren Umzäunungen“:
(1) Die äußere Umzäunung muß aus nichtleitendem Material, dazu gehören
auch Zäune aus kunststoffummanteltem Maschendraht mit Pfosten aus
Beton oder Metall, bestehen.
(2) Besteht die Umzäunung aus leitendem Material sind weitere Maßnahmen
erforderlich:
(2.1) Ein Horizontalerder zur Potentialsteuerung in etwa 1m Abstand und
etwa 0,5 m Tiefe außerhalb des Zaunes ist zu verlegen und mit dem Zaun zu
verbinden.
(2.2) Eine Standortisolierung (gemäß §8.8), realisiert durch eine Schotterschicht
außerhalb des Zaunes mit mindestens 10 cm Dicke und 1,25 m
Breite, und den Zaun mit der Erdungsanlage verbinden.
(3) Tore in der äußeren Umzäunung, die mit der Erdungsanlage (z.B. über
Schutzleiter) verbunden sind, müssen in ihrem Schwenkbereich gemäß
§8.8 mit einer mindestens 10 cm dicken Schotterschicht oder mindestens
1 cm dicken Asphaltschicht standortisoliert werden. Ist die restliche äußere
Umzäunung aus leitendem Material und nicht mit der Erdungsanlage
verbunden, so sind die Tore durch doppelte Unterbrechungen außerhalb des
Schwenkbereiches von dieser elektrisch zu trennen. Ein gleichzeitiges
Berühren der getrennten Zaunteile darf dabei nicht möglich sein.
Gredler Peter Seite 24

Diplomarbeit Projekt 1
innerhalb abgeschlossener elektrischer Betriebsstätten – Freiluftanlagen:
nach §15.2.4: „Ersatzmaßnahmen in Freiluftanlagen“
(2) Die Erdungsanlage ist mit einem geschlossenen äußeren Ring zu
umgeben und in der Art vermascht sein, dass Maschen von höchstens
10 m . 50 m entstehen. Einzeln stehende geerdete Anlagenteile außerhalb
des Maschenerders sind mit einem Steuererder in etwa 1 m Abstand und
0,2 m Tiefe zu versehen.
2.8.6.2. Ergebnisse mit Nullungsverbindung
Mit Nullungsverbindung: U E = 1 177 V
Diagramm 11: Mit Nullung - Potentialgebirge in [pu]
Gredler Peter Seite 25

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 12: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1
Diagramm 13: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m)
entlang der Gerade g1
Gredler Peter Seite 26

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 14: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m)
entlang der Gerade g1
Diagramm 15: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2
Gredler Peter Seite 27

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 16: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m)
entlang der Gerade g2
Diagramm 17: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m)
entlang der Gerade g2
Gredler Peter Seite 28

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 18: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3
Diagramm 19: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m)
entlang der Gerade g3
Gredler Peter Seite 29

Diplomarbeit Projekt 1
Diagramm 20: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m)
entlang der Gerade g3
Die maximale Berührungsspannung liegt bei 1177 V.
Die maximalen Schrittspannungen (Schrittweite 1 m) liegen im Bereich von 20 V.
Die maximalen Schrittspannungen (Schrittweite 1,5 m) liegen bei 30 V.
Das bedeutet bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (siehe ÖVE EH41
Tabelle 15-1):
• Bei einer sicheren Abschaltung innerhalb 0,1 s liegt die maximale
Berührungsspannung über dem gesetzlich zulässigen Wert von 700 V.
• Bei einer „Schnellabschaltung“ (innerhalb 0,5 s) liegt die maximale
Berührungsspannung ebenfalls über dem gesetzlich zulässigen Wert von 125 V.
Für diesen Fall sind unter §15.3 „Voraussetzungen, unter denen
Ersatzmaßnahmen entbehrlich sind“, angeführt (siehe letzte Zeile von ÖVE
EH41 Tab.15-1):
Eine Erdungsimpedanzverbesserung lt. §15.3(2) durch Erweiterung der
bestehenden Erdungsanlage (durch zusätzlich verlegte Horizontalerder oder
2 ⋅U
B
Kabel mit Erderwirkung) auf einen Wert von Z ≤ =
2 ⋅125
E
= 1, 86Ω
7 ist
I 134,33
E
7 Z E = benötigter R A-Liegewiese ; I E = I liegewiese aus Tabelle 9, mit Nullung, für I Fehler = 10,1 kA
Gredler Peter Seite 30

Diplomarbeit Projekt 1
bei den vorliegenden Erdungsverhältnissen bzw. örtlichen Raumdargebotes
nur sehr schwer zu erzielen. Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei einer
Erdungsverbesserung von R A-Liegewiese die gesamte Stromaufteilung
(siehe Abbildung 5) ändert und dadurch der gewünschten Wirkung (niedrigere
Berührungsspannung) durch einen höheren Strom über R A-Liegewiese
entgegenwirken kann.
Weiters wird der in §15.3(3.2) geforderte maximale Erdkurzschlussstrom von
2000 A bei einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s überschritten.
Daher sind lt. ÖVE EH41 Tab.15-1 neben Schnellausschaltung
„Ersatzmaßnahmen“ gemäß §15.2 erforderlich (siehe Ausführungen unter
2.8.6.1 „Ergebnisse ohne Nullungsverbindung“).
2.8.7. §19 Freileitungsmaste
ad §19.1 Bei Leitungen mit durchlaufendem Erdseil gilt der Wert bei aufgelegtem
Erdseil als Erdungsimpedanz für die Schutzerdung.
ad §19.3 Nach §19.3.4 dürfen bei Masten in Campingplätzen und Freibädern die
Berührungsspannung am Mast und die Spannung zwischen zwei
beliebigen, 1,5 m entfernten Punkten der Mastumgebung die Werte
nach ÖVE EH41 / Abb.18-1 (siehe Anhang) nicht überschreiten, wenn
der Erdungsstrom nach §19.3.2 (I E = w . r E . I F ) zum Fließen kommt.
Wie bereits unter §12 und §15 beschrieben, kommt hier der Teil-
Erdungsstrom I Liegewiese bei einem einpoligen Erdkurzschlussstrom I k
“
1pol
im niederohmig geerdeten 220-kV-Netz als Bemessungs-Erdungsstrom
zum Tragen. Maßnahmen zum Erfüllen dieser Forderungen sind
ebenfalls unter §15 beschrieben.
Gredler Peter Seite 31

Diplomarbeit Projekt 1
2.8.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen
mit Nennspannungen über 1 kV und mit
Nennspannungen bis 1000 V
Auf dem Badeteichareal befinden sich ein Pumpenhaus und eine WC-Anlage,
welche vom Stadtnetz mit elektrischer Energie versorgt werden.
Es gibt nun vier Möglichkeiten diese zu versorgen:
• mittels einer isolierten Speisung (IT-System).
• mit Schutzerdung (TT-System)
• mit einem TN-System, bei dem sich die Trafoerdung nicht im Einflussbereich
der Stadterdung befindet
• mit einem TN-System, bei dem die Trafoerdung mit der Stadterdung
verbunden ist
Das Betriebsgebäude wird über eine genullte Verbindung vom Stadtnetz versorgt.
2.8.8.1. Variante 1
Pumpenhaus und WC-Anlage werden von der Stadt aus über ein IT-System
gespeist, das genullte Betriebsgebäude ist nicht mit der EA-Liegewiese verbunden.
Im Fehlerfall ergibt sich eine Erdungsspannung von 4829 V, die durch die isolierte
Anspeisung bezüglich Isolationsfestigkeit kein Problem darstellt und somit erlaubt
wäre. Aufgrund der Ergebnisse hinsichtlich Berührungsspannungsgefährdung im
Abschnitt „2.8.6.1 Ergebnisse ohne Nullungsverbindung“ ist ein Zusammenschluss
der Erdungsanlagen (Masterdung mit Liegewiese, Pumpenhaus und WC) jedoch
nicht gestattet.
2.8.8.2. Variante 2
Pumpenhaus und WC-Anlage werden von der Stadt aus über ein TT-System
gespeist, das genullte Betriebsgebäude ist nicht mit der EA-Liegewiese verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Es ergibt sich am Pumpenhaus im Fehlerfall eine Erdungsspannung von 4829 V
welche über dem gesetzlich erlaubten Wert von 1200 V 8 (siehe ÖVE EH41 Tabelle
23-1 Zeile 5) liegt. D.h. ein Zusammenschluss der Hochspannungs- und
Niederspannungserdung (Masterdung mit Liegewiese, Pumpenhaus und WC) ist
aufgrund der Rechenergebnisse nicht möglich und in diesem Fall aufzutrennen
(durch Abheben der Erdseile der integrierten Masten). Wäre der Fehlerstrom je
Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)) wäre ein Zusammenschluss gestattet.
8 Isolationsfestigkeit alter Niederspannungsbetriebsmittel
Gredler Peter Seite 32

Diplomarbeit Projekt 1
2.8.8.3. Variante 3
Pumpenhaus und WC-Anlage werden von der Stadt aus über ein TN-System
gespeist (Trafoerdung befindet sich nicht im Einflussbereich der Stadterdung). Es
werden ausschließlich das Pumpenhaus und die WC-Anlage von diesem Trafo
versorgt (genullt). Das genullte Betriebsgebäude ist nicht mit der EA-Liegewiese
(somit nicht mit Pumpenhaus und WC) verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Bei einer Trafobetriebserdung (R B ) von 0,2 Ω ergibt sich im Fehlerfall eine
Erdungsspannung von ca. 1140 V (Schrittspannungen < 30 V), bei einer
Trafoerdung von ca. 2 Ω eine Erdungsspannung von ca. 3550 V
(Schrittspannungen < 210 V). Die Erdungsspannungen beider Fälle liegen über
dem gesetzlich erlaubten Wert von 700 V (siehe ÖVE EH41 Tabelle 23-1 Zeile 3).
Daher wäre ein Zusammenschluss nur gestattet, wenn lt. § 15.3(3.2) der
Erdkurzschlussstrom in Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung in der Anlage
2000 A je Netz bei einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s nicht überschreitet.
2.8.8.4. Variante 4
Pumpenhaus und WC-Anlage werden von der Stadt aus über ein TT-System, ein
IT-System oder ein TN-System gespeist, das genullte Betriebsgebäude ist mit der
EA-Liegewiese verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Es ergibt sich im Fehlerfall eine Erdungsspannung von 1177 V. Trotz der
zusätzlichen Verbindung zum Betriebsgebäude liegt die maximale
Berührungsspannung (1177 V) im Badeteichareal (Schrittspannungen < 30 V) über
dem gesetzlich erlaubten Wert von 700 V (Abschaltung innerhalb 0,1 s, siehe ÖVE
EH41 Tabelle 23-1 Zeile 3). Eine Verbindung zum Betriebsgebäude (und somit
zum Stadtnetz) ist daher nicht erlaubt. Ein Zusammenschluss der
Hochspannungs- und Niederspannungserdung (Masterdung mit Liegewiese,
Pumpenhaus, WC und Betriebsgebäude) ist aufgrund der Rechenergebnisse nicht
gestattet und in diesem Fall aufzutrennen (z.B.: durch Abheben der Erdseile der
integrierten Masten). Wäre der Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)) wäre ein
Zusammenschluss gestattet.
2.8.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des
Blitzschutzes
Die Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes erfolgt nicht aufgrund
sicherheitstechnischer, sondern aufgrund betriebstechnischer Erwägungen (siehe
ÖVE EH41 Anhang 1).
Gredler Peter Seite 33

Diplomarbeit Projekt 1
2.8.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen
Erdungsanlagen sind zur Feststellung allfälliger Korrosionsschäden periodisch an
kritischen Stellen zu kontrollieren.
2.9. Zusammenfassung
Ein sicherer Betrieb der Anlage nach ÖVE-EH41 und ÖVE-EN1 (bzw. ÖVE/ON
E8001-1) ist daher durch folgende Lösungsmöglichkeiten gewährleistet:
Lösungsmöglichkeit 1:
Die Erdseile der HS–Masten werden abgehoben und damit eine Trennung der HSund
NS-Erdungen durchgeführt. Zusätzlich müssen geeignete Isolatoren an den
Masten verwendet werden, um einen Überschlag von Phasen- auf Erdseil
möglichst ausschließen zu können.
Dadurch ist eine weitere Bewertung der Anlage nur noch gemäß ÖVE-EN1 (bzw.
ÖVE/ON E8001-1) notwendig.
Lösungsmöglichkeit 2:
Es wird dafür gesorgt, dass der Erdschlussstrom vor Ort einen geringeren Wert
aufweist. Dies kann beispielsweise durch Kurzschlussdrosseln, oder durch
Verringerung der Zahl der geerdeten Transformatorsternpunkte des
Hochspannungsnetzes erfolgen. Es ist dann eine erneute Bewertung gemäß ÖVE-
EH41 bzw. ÖVE-EN1 (ÖVE/ON E8001-1) hinsichtlich der auftretenden
Gefährdungsspannungen durchzuführen.
Gredler Peter Seite 34

Diplomarbeit Projekt 2
3. Projekt 2
3.1. Einleitung
In diesem Projekt handelt es sich um eine Tankstellenanlage (siehe
Abbildung 7) in der Nähe einer Stadt, auf deren Areal sich vier geerdete
Hochspannungsmasten befinden. Zwei Masten sind dabei aus der 220-kV-Ebene,
wobei einer der beiden Masten (Mast 1) relativ nahe an das Tankstellengebäude
heranreicht. Der zweite 220-kV-Mast (Mast 2) steht im Osten direkt im
Parkgelände. Ein 380-kV-Mast (Mast 3) befindet sich südlich der zwei 220-kV-
Masten ebenfalls am Parkgelände nahe des Grundstückszaunes. Über das
Gelände führt noch eine 110-kV-Leitung. Die Masten dieser Leitung haben durch
ihre Lage ebenfalls Auswirkungen auf die Erdungseigenschaften der Anlage.
Sowohl die 220-kV–Leitung als auch die 380-kV-Leitung enden in
Umspannwerken, wobei die Entfernungen ca. 10 km bzw. ca. 8,6 km betragen.
Die 110-kV-Leitung endet einerseits ebenfalls in dem ca. 8,6 km entfernten
Umspannwerk und andererseits in einem Umspannwerk, welches sich sehr nahe
der Tankstelle, in 500 m Entfernung befindet. Das Tankstellengebäude soll, wenn
möglich, über die Schutzmaßnahme Nullung vom Stadtnetz aus gespeist werden.
3.2. Aufgabenstellung
Es ist zu überprüfen, ob die Kriterien für einen sicheren Betrieb der Anlage
bestehen bzw. welche Ersatzmaßnahmen oder Ergänzungen getroffen werden
müssen, um diesen zu gewährleisten. Hierzu dienen die Vorschriften der
ÖVE-EH 41 und ÖVE-EN 1 (bzw. ÖVE/ON E8001-1) als Bewertungsgrundlage
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben).
Gredler Peter Seite 35

Diplomarbeit Projekt 2
3.3. Skizze
8,6 k m ≅ 2 6 Masten
10 k m ≅ 3 0 Masten
Erdseil
Phasenseil
380-kV - Freileitung
220-kV - Freileitung
Erdseil
Erdseil
Phasenseil
110-kV - Freileitung
0,5 k m ≅ 2 Masten
Phasenseil
Stadtnetz
Betriebs
Gebäude
Erdungsanlage Tankstelle
Nullungs
verbindung
Abbildung 7: Skizze Projekt 2
3.4. Freileitungsdaten
Werte
Objekte
für 110-kV-
Leitung
für 220-kV-
Leitung
für 380-kV-
Leitung
I Mittlerer Abstand Erdseil-Phasenseil in [ m ] 10,46 15,82 22,24
II Phasenseil - Durchmesser in [ m ] 0,0322 0,0277 0,036
III Erdseil - Durchmesser in [ m ] 0,0149 0,0165 0,0218
IV Phasenseil - Widerstand in [ Ω / km ] 0,051 0,085 0,043
V Erdseil - Widerstand in [ Ω / km ] 0,299 0,276 0,138
VI Spannfeldlänge in [ km ] 0,33 0,33 0,33
VII Durchschnittlich spez. Bodenwiderstand [ Ωm ] 1000 1000 1000
VIII Spez. Bodenwid. der Oberschicht: ρ 1 in [ Ωm ] 800 800 800
IX Spez. Bodenwid. der Unterschicht: ρ 2 in [ Ωm ] 1900 1900 1900
X Schichtdicke der Oberschicht in [ m ] 1 1 1
XI Mast-Ausbreitungswiderstand in [ Ω ] 54,84 34,02 32,00
Tabelle 11: Freileitungsdaten
Gredler Peter Seite 36

Diplomarbeit Projekt 2
Bemerkungen zu den Daten:
ad. I, II, III, IV, V, VI:
ad. VII, VIII, IX, X:
ad. XI:
gemäß Datenblättern für durchschnittliche Freileitungssysteme
(siehe Anhang: Standardmasten bzw.
Kenngrößen typischer Leiterseile)
Annahmen für geologische Gegebenheiten, wie sie in
Österreich auftreten können
aus Berechnungen der Mastausbreitungswiderstände mit
dem Erdungsberechnungsprogramm „OBEIN Version 3.0“
(siehe Anhang Standardmasten)
3.5. Erdungsberechnung
Zur Berechnung der bestehenden Erdungsanlage wurde das Programm OBEIN
9
Version 3.0 verwendet. Zusätzlich zur Ausgangserdungsanlage wurden
Varianten mit erweiterten Erdungsanlagen berechnet, um deren Auswirkungen auf
den Gesamterdungswiderstand zu zeigen.
3.5.1. Erdungsanlagendaten
Banderder
Bandbreite von 0,04 m
Durchschnittsverlegungstiefe 1 m
Staberder
Radius von 0,01 m
Länge 14 m
Spezifischer Bodenwiderstand ρ 1 = 500 Ωm, ρ 2 = 300 Ωm
Schichtdicke
1 m
Tabelle 12: Erdungsanlagendaten
Für die Erdungsanlage wurden obige Daten angenommen. Die Banderder liegen
dabei in einer Tiefe von 1 m, die Tiefenerder reichen bis in eine Tiefe von 15 m
(14 m Länge). Die Stadtnetzerdungsanlage wurde aufgrund von Erfahrungswerten
auf einen Wert von 0,2 Ω festgesetzt.
9 Erläuterung des Programmes siehe Institut für elektrische Anlagen TU-Graz
Gredler Peter Seite 37

Diplomarbeit Projekt 2
3.5.2. Grundrisse der Erdungsanlage
Mast 1 (220-kV)
Tankstellengebäude
Parkplätze
Mast 2 (220-kV)
Mast 4 (110-kV)
Mast 3 (380-kV)
Abbildung 8: Grundriss der Ausgangserdungsanlage mit
den Aufpunktsgeraden g 1 , g 2 , g 3
Der Grundriss der Erdungsanlage wurde mittels graphischer Eingabe auf einem
Digitalisier-Tablett maßstabsgetreu eingegeben. Zusätzlich sind in Abbildung 8 die
Positionen des Tankstellengebäudes, des Parkplatzes und der einzelnen Masten
eingezeichnet.
Gredler Peter Seite 38

Diplomarbeit Projekt 2
Abbildung 9: Grundriss mit 26 zusätzlichen TE
Abbildung 10: Grundriss mit zusätzlichem Banderder
(Außenring)
Abbildung 11: Grundriss mit 34 zusätzlichen TE und
zusätzlichem Banderder
Gredler Peter Seite 39

Diplomarbeit Projekt 2
3.5.3. Ergebnisse
Teilbereich
Erdausbreitungswiderstand
in Ω
Erdungsanlage Stadtnetz (R AStadtnetz ) - Annahme 0,2
Ausgangserdungsanlage
(siehe Abbildung 8)
1,034
Erdungsanlage mit 26 zusätzlichen Tiefenerdern
(siehe Abbildung 9)
0,98
Erdungsanlage mit zusätzlichem Banderder
(Außenring) (siehe Abbildung 10)
0,877
Erdungsanlage mit 34 zusätzlichen Tiefenerdern und
zusätzlichem Banderder (siehe Abbildung 11)
0,835
Tabelle 13: Ergebnisse der Erdungsberechnung
3.6. Fehlersimulation
Die Berechnung der einzelnen Szenarien wurde in einer umfangreichen
Gesamtsimulation, welche den gesamten Erdstromverlauf darstellt und verfolgen
lässt, mittels Matlab - Simulation verwirklicht.
Hierbei wurde besonderes Augenmerk auf die Realisierung der Erdseilkettenimpedanzen
gelegt und beobachtet, wie sich insbesondere deren Änderung auf
den Stromverlauf in der Gesamtanlage auswirkt.
In der Simulation werden Erdungsanlagen, die sich in ihrer Wirkung nicht
gegenseitig beeinflussen, als Ersatzwiderstände (in ihrer gegebenen bzw.
gerechneten Höhe) dargestellt. Durch Einbau entsprechender Messgeräte in die
Schaltung, kann der tatsächlich fließende Strom in den einzelnen Anlagenteilen
(Teilströme) angezeigt werden. Erdungsanlagenteile, die aus welchen Gründen
auch immer in ihrem Wert variabel sind, können dabei sehr leicht in der Simulation
geändert werden.
Als voneinander unabhängige Erdungsanlagen können eingestuft werden:
• die Erdseilkettenwiderstände für die Freileitung:
110-kV in Richtung der Umspannwerke 8,6 km bzw. 0,5 km entfernt
220-kV in Richtung der Umspannwerke 8,6 km bzw. 10 km entfernt
380-kV in Richtung der Umspannwerke 8,6 km bzw. 10 km entfernt
• die Gesamterdungsanlage der Tankstelle R ATankstelle (Tankstellengebäude inkl.
Masterdungen und Parkplatzerdungsanlage)
• das Stadtnetz
Zusätzlich zu den einzelnen Elementen ist noch ein Schalter eingebunden, der
eine mögliche Nullungsverbindung zwischen der Tankstelle und dem Stadtnetz
simulieren soll (in der Simulation mit einem Widerstand realisiert
EIN-Zustand = 1 µΩ, AUS-Zustand = 100 MΩ). Durch die gegebenen Abstände zu
den Umspannstationen lassen sich mit der Spannfeldlänge von 0.33 km folgende
Mastanzahlen errechnen: 30 Masten für 10 km, 26 für 8,6 km und 2 für 0,5 km.
Gredler Peter Seite 40

Diplomarbeit Projekt 2
3.6.1. Berechnungsergebnisse 110-kV- bzw. 220-kV-
Messkettenleiter
Die mathematischen Nachbildungen der Freileitungen wurden mittels
Simulationsprogramm MATLAB 5.3 realisiert. Der Einfluss des Stroms im
Phasenseil auf das Erdseil (Gegeninduktivität zwischen Phasenseil und Erdseil),
ist durch die Höhe des Betriebsstromes sehr gering und wird nicht berücksichtigt.
Diese spezielle Form der Ketten(leiter)impedanzen wird in weiterer Folge als
„Messketten(leiter)impedanzen“ bezeichnet.
Im Kapitel Kettenleiter unter [8] erfolgt eine genauere Betrachtung der Kettenleiter
bei Messverhältnissen.
Für das Umspannwerk in 500 m Entfernung wurde eine Betriebserdung von 0,5 Ω
angenommen, für die anderen Umspannwerke der Standardwert von 0,2 Ω.
110-kV-Leitung 220-kV-Leitung
Mastanzahl Z KetteMess110kV
in Ω
Z KetteMess220kV
in Ω
2 1,12
26 4,29 3,34
30 3,29
Tabelle 14: Ergebnisse der Messkettenimpedanzen für 110-kV und 220-kV
3.6.2. Berechnungsergebnisse 380-kV-Kettenleiter im
Fehlerfall
Im Fall Projekt 2 (Masten von 3 verschiedenen Spannungsebenen) werden bei
einem einpoligen Fehler auf der 380-kV–Ebene zwei verschiedene Arten von
Erdseilbeeinflussung wirksam. Für die 110-kV–Ebene sowie für die 220-kV-Ebene
wird der „Messkettenleiter“ wirksam, für die 380-kV–Ebene der „reale“ Kettenleiter
(siehe [8], Kapitel Kettenleiter).
Zur Berechnung/Simulation von Z Kette380kV wird am Fehlerort (Mast 3) die
Parallelschaltung aus Z KetteMess110kV (für 26 und 2 Masten, bei Standardmast-
Ausbreitungswiderstand 54,84 Ω), Z KetteMess220kV (für 26 und 30 Masten, bei
Standardmast-Ausbreitungswiderstand 34,02 Ω), der wirksame Ausbreitungswiderstand
R ATankstelle der Gesamterdungsanlage der Tankstelle, sowie im Falle
Nullung, der R AStadtnetz als Fehlerortimpedanz wirksam.
Gredler Peter Seite 41

Diplomarbeit Projekt 2
I F
Z Kette380kV-30Masten
Z KetteMess220kV-30Masten
Z KetteMess110kV-2Masten
HPA
R ATankstelle
Z KetteMess110kV-26Masten
Z KetteMess220kV-26Masten
Z Kette380kV-26Masten
R AStadtnetz
Abbildung 12: Skizze Fehlerfall
Z
fehler
=
Z
1
KetteMess110kV
2Masten
+
Z
1
KetteMess110kV
26Masten
+
Z
1
1
KetteMess220kV
26Masten
+
Z
1
KetteMess220kV
30Masten
+
R
1
ATankstelle
+
R
1
AStadtnetz
Hier wurden nur die Varianten mit dem maximalen bzw. minimalen
Ausbreitungswiderstand (siehe Tabelle 13) zur Berechnung herangezogen.
a)
Verbindungsschalter zwischen Stadtnetz und Haupt-PAS ist offen.
D.h. keine genullte Verbindung von der Tankstelle zum Stadtnetz vorhanden.
Zur Berechnung von Z fehler :
R ATankstelle = 1,034 Ω bzw.0,835 Ω (siehe Tabelle 13)
Z KetteMess110kV-2Masten = 1,12 Ω
Z KetteMess110kV-26Masten = 4,29 Ω
Z KetteMess220kV-26Masten = 3,34 Ω
Z KetteMess220kV-30Masten = 3,29 Ω
b)
Verbindungsschalter zwischen Stadtnetz und Haupt-PAS ist geschlossen.
D.h. genullte Verbindung von der Tankstelle zum Stadtnetz ist vorhanden.
Zur Berechnung von Z fehler :
R ATankstelle = 1,034 Ω bzw.0,835 Ω (siehe Tabelle 13)
R AStadtnetz = 0,2 Ω
Z KetteMess110kV-2Masten = 1,12 Ω
Z KetteMess110kV-26Masten = 4,29 Ω
Z KetteMess220kV-26Masten = 3,34 Ω
Z KetteMess220kV-30Masten = 3,29 Ω
Gredler Peter Seite 42

Diplomarbeit Projekt 2
Anzahl der
Masten
Ohne Nullung a) Mit Nullung b)
max min max min
(Z fehler = 0,37 Ω) (Z fehler = 0,34 Ω) (Z fehler = 0,13 Ω) (Z fehler = 0,126 Ω)
Z Kette380kV
Z Kette380kV
Z Kette380kV
Z Kette380kV
in Ω
in Ω
in Ω
in Ω
26 0,78 0,73 0,35 0,34
30 0,96 0,91 0,44 0,43
KRF 0,54 0,54 0,6 0,6
KRF ... Kettenleiterreduktionsfaktor 10 : Gibt hier den Teil des Gesamtfehlerstroms an, der über Z fehler fließt.
Tabelle 15: Ergebnisse der Kettenimpedanzen für 380-kV
10 (siehe [8], Kapitel Kettenleiter)
Gredler Peter Seite 43

Diplomarbeit Projekt 2
3.6.3. Anwendung auf die realen Bedingungen
3.6.3.1. Nachbildung im Fehlerfall
Abbildung 13: Nachbildung Fehlerfall
Gredler Peter Seite 44

Diplomarbeit Projekt 2
3.6.3.2. Simulationsdaten
Simulationsvariablen
Widerstandswert in Ω
Z-KetteMess2 110 kV 1,12
Z-KetteMess26 110 kV 4,29
Z-KetteMess26 220 kV 3,34
Z-KetteMess30 220 kV 3,29
o.N.
m.N.
max min max min
Z-Kette26 380 kV 0,78 0,73 0,35 0,34
Z-Kette30 380 kV 0,96 0,91 0,44 0,43
RA-Tankstelle
1,034 (max.) bzw. 0,835 (min.)
RA-Stadtnetz 0,2
R-PEN 0,1
Körperersatzwiderstand +
Standortwiderstand
3000
o.N.....
m.N....
RA......
max,min ....
ohne Nullung
mit Nullung
Ausbreitungswiderstand
Berechnung bei R Atankstelle = 1,034 bzw. 0,835 Ω
Tabelle 16: Simulationsdaten für den Fehlerfall
ad. „R-PEN“ und „Körperersatzwiderstand“: Die Kombination dieser beiden Ersatzwiderstände stellt
eine Potentialverschleppung, wie sie zum Beispiel durch einen Kabelroller erfolgen könnte, dar.
„R-PEN“ steht für den Ersatzwiderstand der Zuleitung (Schutzleitungswiderstand) und der
„Körperersatzwiderstand“ 11 für den menschlichen Körperwiderstand inklusive
Standortwiderstand.
In der Simulation wird für den Fehlerstrom I Fehler der Wert von 1 kA festgesetzt.
Damit ist eine einfache Umrechnung der Teilstromwerte für beliebige
Fehlerstromwerte möglich.
3.6.3.3. Ergebnisse
Stromwert in A
Teilströme im Fehlerfall
Ohne Nullung Mit Nullung
(I Fehler = 1 kA)
max min max min
I Kette2-110kV 177,84 165,47 69,61 67,67
I Kette26-110kV 46,43 43,2 18,17 17,67
I Kette26-220kV 59,64 55,49 23,34 22,69
I Kette30-220kV 60,54 56,33 23,7 23,04
I Kette26-380kV 255,36 253,87 222,75 222,92
I Kette30-380kV 207,48 203,65 177,19 176,26
I Mast-110kV 224,27 208,66 87,78 85,34
I Mast-220kV 120,18 111,81 47,04 45,73
I Mast-380kV 537,15 542,48 600,06 600,82
I Tankstelle 192,63 221,94 75,4 90,77
I Stadtnetz 0 0 389,81 378,96
I Körper in [ A ] 0,07 0,06 0,03 0,03
Tabelle 17: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA
11 siehe [2] Seite 1-5 ff
Gredler Peter Seite 45

Diplomarbeit Projekt 2
Spannungswert in V
Auftretende Spannungen
Ohne Nullung Mit Nullung
(I Fehler = 1 kA)
max min max Min
U F (=U PTmax ) Tankstelle 199,18 185,32 77,96 75,79
U F (=U PTmax ) Stadtnetz 0 0 77,96 75,79
U PT Tankstelle - Stadt 199,18 185,32 0 0
U F .........
U Ptmax ...
U PT .......
Fehlerspannung (Spannung zwischen Anlage und Bezugserde)
maximale auftretende prospektive Berührungsspannung (worst case)
prospektive Berührungsspannung
Tabelle 18: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA
Berechnungsbeispiel:
ZB.: I Fehler real = 10 kA
I
Tankstelle
real
= I
Tankstelle
I
⋅
Fehler real
1 kA
I
10 kA
= 192 ,63 ⋅ =
1 kA
Tankstelle real
1926
A
3.7. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987
„Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben)
3.7.1. §3: Erde, Erder, Erden
ad. §3.6: Die Gesamterdungsanlage umfasst sämtliche über den
„Hauptpotentialausgleich“ in leitender Verbindung stehende Teil-
Erdungsanlagen (EA) welche sind:
• die Gesamterdungsanlage der Tankstelle R ATankstelle (Tankstellengebäude
inkl. Masterdungsanlage von Mast 1,2,3 und Parkplatzerdungsanlage)
• die Erdseilkettenleiter:
110-kV in Richtung des 8,6 km bzw. 0,5 km entfernten Umspannwerkes
(Z KetteMess110kV )
220-kV in Richtung des 10 km bzw. 8,6 km entfernten Umspannwerkes
(Z KetteMess220kV )
380-kV in Richtung des 10 km bzw. 8,6 km entfernten Umspannwerkes
(Z Kette380kV )
• die EA des genullten Stadtnetzes
Gredler Peter Seite 46

Diplomarbeit Projekt 2
3.7.2. §5 Widerstandsarten
ad. §5.3: Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der Parallelschaltung der
Ausbreitungswiderstände der Teil-Erdungsanlagen unter §3.6 (siehe
Abbildung 12).
3.7.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen
Erdungsanlagen
ad. §8.1: Die Erdungsspannung U E ist die zwischen dem
„Hauptpotentialausgleich“ und Bezugserde auftretende Spannung,
wenn ein Strom durch die „Erdungsimpedanz“ fließt.
3.7.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen,
Schnellausschaltung
ad. §9.2: Da in dem betrachteten Fall ein Erdschluss sowohl auf der 110-kV-
Ebene, der 220-kV-Ebene wie auch auf der 380-kV-Ebene auftreten
kann, sind drei Erdfehlerströme (I Fehler ) verschiedener Höhe möglich.
Dieser ist auf der 380-kV-Ebene (niederohmige Sternpunkterdung) laut
§9.2.(3) der Erdkurzschlussstrom I K
“
1pol = 11 kA 12 .
Dieser ist auf der 220-kV-Ebene (niederohmige Sternpunkterdung) laut
§9.2.(3) der Erdkurzschlussstrom I K
“
1pol = 5,9 kA 12 .
Dieser ist auf der 110-kV-Ebene (mit Erdschlusskompensation) laut
§9.2.(2) der Erdschlussreststrom I Rest = 132 kA 12
Hierbei ist der höhere Stromwert laut §12.4 für die weitere Bewertung
heranzuziehen.
ad §9.3: Die dabei auftretenden Teil-Erdungsströme sind jene Anteile des
Erdfehlerstroms, welche die entsprechenden Teil-Erdungsanlagen
durchfließen und dadurch eine Potentialanhebung verursachen. Diese
sind: I Tankstelle , I Stadtnetz , I Kette-380 kV , I Kette-220 kV , I Kette-110 kV
12 Annahme
Gredler Peter Seite 47

Diplomarbeit Projekt 2
3.7.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines
Die maßgebenden Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen sind in ÖVE
EH41 Tabelle 12-1 (siehe Anhang) aufgeführt.
ad. §12.3: Die Bemessung der Erdungsanlage wird durch den Strom, der im
Fehlerfall durch den betreffenden Teil der Erdungsanlage fließt
(entspricht den in der Simulation enthaltenen Teil-Erdungsströmen wie
unter §9.3), und durch die Ausschaltzeit bei ordnungsgemäßem
Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bestimmt.
ad. §12.4: Zur Bemessung der Erdungsanlage wird der größte Teil-Erdungsstrom
der untersuchten Teil-Erdungsanlage zugrunde gelegt. In diesem Fall
ergibt sich der größte Teil-Erdungsstrom bei einem Erdschluss auf der
380-kV-Ebene (I K
“
1pol 380-kV > I K
“
1pol 220-kV > I Rest ).
Der Erwartungsfaktor w wird auf den Wert 1 (worst case) gesetzt.
3.7.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich
der Spannungen an der Erdungsanlage
Die Anforderungen, denen eine Erdungsanlage hinsichtlich auftretender
Spannungen genügen muss, sind in ÖVE EH41 Tabelle 15-1 (siehe Anhang)
angeführt.
ad. §15.1 Für die Bestimmung der Spannung an der Teil-Erdungsanlage
Tankstellenareal ist aufgrund der Simulation der Teil-Erdungsstrom
I Tankstelle maßgebend. Da die Ströme in der Simulation auf einen
Fehlerstrom von 1 kA bezogen sind, werden die Werte aus Tabelle 17
und Tabelle 18 noch mit dem tatsächlichen auftretenden Fehlerstrom (in
diesem Fall 11 kA) gewichtet.
Ohne Nullungsverbindung:
I Tankstelle = 192,63 [A] . 11 = 2118,93 A
.
U E = R ATankstelle ITankstelle = 1,034 . 2118,93 = 2 191 V
Mit Nullungsverbindung:
I Tankstelle = 75,4 [A] . 11 = 829,4 A
.
U E = R ATankstelle ITankstelle = 1,034 . 829,4 = 858 V
Für die ergänzende Variante mit bester Erderwirkung im Bereich
Tankstelle (R ATankstelle = min) ergeben sich folgende Werte:
Ohne Nullung: U E = 2 039 V
Mit Nullung: U E = 834 V
Man sieht, dass der kostenintensive Aufwand mit zusätzlichen Erdern
nur mäßigen Erfolg mit sich bringt und daher für die weitere
Betrachtung nicht mehr herangezogen wird.
Gredler Peter Seite 48

Diplomarbeit Projekt 2
Da der „worst case“ bei einem Fehler in der 380-kV-Ebene eintritt, ist die Zeile 10
der Bewertungstabelle Tab 15-1 lt. ÖVE EH41 (Netze mit niederohmiger
Sternpunktserdung) zu verwenden.
Sowohl die Variante mit Nullung als auch die ohne Nullung ergeben eine
Erdungsspannung U E > 125 V.
Laut ÖVE EH41 Abb. 18-1 darf die Berührungsspannung U B bei
ordnungsgemäßem Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bei einer
sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s (realistischer Wert laut
Netzbetreiber) max. 700 V betragen. Laut ÖVE EH41 §9.4 ist eine
„Schnellabschaltung“ definiert als eine Abschaltung innerhalb 0,5 s. Bei 0,5 s
würde dies eine Berührungsspannung von 125 V erlauben.
Die Schrittspannung wird entlang ausgewählter Geraden (siehe Abbildung 8) mit
Hilfe des Programmes OBEIN über das Schrittspannungsberechnungsmodul
errechnet.
Ohne Nullungsverbindung: U E = 2 191 V
Mit Nullungsverbindung: U E = 858 V
Diagramm 21: Potentialgebirge in [pu]
Gredler Peter Seite 49

Diplomarbeit Projekt 2
3.7.6.1. Ergebnisse ohne Nullungsverbindung
Diagramm 22: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1
Diagramm 23: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Gredler Peter Seite 50

Diplomarbeit Projekt 2
Diagramm 24: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2
Diagramm 25: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g2
Gredler Peter Seite 51

Diplomarbeit Projekt 2
Diagramm 26: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3
Diagramm 27: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g3
Gredler Peter Seite 52

Diplomarbeit Projekt 2
Die maximale Berührungsspannung liegt bei 2191 V.
Die maximalen Schrittspannungen liegen im Bereich von 100 V.
Das bedeutet bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (siehe ÖVE EH41
Tabelle 15-1):
• Bei einer sicheren Abschaltung innerhalb 0,1 s liegt die maximale
Berührungsspannung über dem gesetzlich zulässigen Werts von 700 V.
• Bei einer „Schnellabschaltung“ (innerhalb 0,5 s) liegt die maximale
Berührungsspannung ebenfalls über dem gesetzlich zulässigen Wert von 125 V.
Für diesen Fall sind unter §15.3 „Voraussetzungen, unter denen
Ersatzmaßnahmen entbehrlich sind“, angeführt (siehe letzte Zeile von ÖVE
EH41 Tab.15-1):
Eine Erdungsimpedanzverbesserung lt. §15.3(2) durch Erweiterung der
bestehenden Erdungsanlage (durch zusätzlich verlegte Horizontalerder oder
2 ⋅U
B
Kabel mit Erderwirkung) auf einen Wert von Z ≤ =
2 ⋅125
E
= 0, 12 Ω
13 ist
I
E
2118,93
bei den vorliegenden Erdungsverhältnissen bzw. örtlichen Raumdargebotes nur
sehr schwer zu erzielen.
Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei einer Erdungsverbesserung von
R A-Tankstelle die gesamte Stromaufteilung (siehe Abbildung 12) ändert und
dadurch der gewünschten Wirkung (niedrigere Berührungsspannung) durch
einen höheren Strom über R A-Tankstelle entgegenwirken kann.
Weiters wird der in §15.3(3.2) geforderte maximale Erdkurzschlussstrom von
2000 A bei einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s überschritten.
Daher sind lt. ÖVE EH41 Tab.15-1 neben Schnellausschaltung
„Ersatzmaßnahmen“ gemäß §15.2 erforderlich (siehe Ausführungen unter
2.8.6.1 „Ergebnisse ohne Nullungsverbindung“).
13 Z E = benötigter R A-Tankstelle ; I E = I Tankstelle aus Tabelle 17, ohne Nullung, max, für I Fehler = 11 kA
Gredler Peter Seite 53

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3.7.6.2. Ergebnisse mit Nullungsverbindung
Diagramm 28: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1
Diagramm 29: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Gredler Peter Seite 54

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Diagramm 30: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Geraden g2
Diagramm 31: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g2
Gredler Peter Seite 55

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Diagramm 32: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3
Diagramm 33: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g3
Gredler Peter Seite 56

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Die maximale Berührungsspannung liegt bei 858 V.
Die maximalen Schrittspannungen liegen im Bereich von 40 V.
Das bedeutet bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (siehe ÖVE EH41
Tabelle 15-1):
• Bei einer sicheren Abschaltung innerhalb 0,1 s liegt die maximale
Berührungsspannung über dem gesetzlich zulässigen Werts von 700 V.
• Bei einer „Schnellabschaltung“ (innerhalb 0,5 s) liegt die maximale
Berührungsspannung ebenfalls über dem gesetzlich zulässigen Wert von 125 V.
Für diesen Fall sind unter §15.3 „Voraussetzungen, unter denen
Ersatzmaßnahmen entbehrlich sind“, angeführt (siehe letzte Zeile von ÖVE
EH41 Tab.15-1):
Eine Erdungsimpedanzverbesserung lt. §15.3(2) durch Erweiterung der
bestehenden Erdungsanlage (durch zusätzlich verlegte Horizontalerder oder
2 ⋅U
B
Kabel mit Erderwirkung) auf einen Wert von Z ≤ =
2 ⋅125
E
= 0, 3 Ω
14 ist bei
I
E
829,4
den vorliegenden Erdungsverhältnissen bzw. örtlichen Raumdargebotes nur
sehr schwer zu erzielen.
Es ist jedoch zu beachten, dass sich bei einer Erdungsverbesserung von
R A-Tankstelle die gesamte Stromaufteilung (siehe Abbildung 5) ändert und dadurch
der gewünschten Wirkung (niedrigere Berührungsspannung) durch einen
höheren Strom über R A-Tankstelle entgegenwirken kann.
Weiters wird der in §15.3(3.2) geforderte maximale Erdkurzschlussstrom von
2000 A bei einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s überschritten.
Daher sind lt. ÖVE EH41 Tab.15-1 neben Schnellausschaltung
„Ersatzmaßnahmen“ gemäß §15.2 erforderlich (siehe Ausführungen unter
2.8.6.1 „Ergebnisse ohne Nullungsverbindung“).
3.7.7. §19 Freileitungsmaste
ad §19.1 Bei Leitungen mit durchlaufendem Erdseil gilt der Wert bei aufgelegtem
Erdseil als Erdungsimpedanz für die Schutzerdung.
14 Z E = benötigter R A-Tankstelle ; I E = I Tankstelle aus Tabelle 17, mit Nullung, max, für I Fehler = 11 kA
Gredler Peter Seite 57

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3.7.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen
mit Nennspannungen über 1 kV und mit
Nennspannungen bis 1000 V
Auf dem Tankstellenareal befindet sich das Tankstellenbetriebsgebäude, welches
von einem Niederspannungsnetz (230/400 V) versorgt werden muss. Es gibt nun
vier Möglichkeiten dieses zu versorgen:
• mittels einer isolierten Speisung (IT-System).
• mit Schutzerdung (TT-System)
• mit einem TN-System bei dem sich die Trafoerdung nicht im Einflussbereich
der Stadterdung befindet
• mit einem TN-System bei dem die Trafoerdung mit der Stadterdung verbunden
ist
3.7.8.1. Variante 1
Das Tankstellengebäude wird von der Stadt über ein IT-System gespeist. Die
Parkplatzerdungsanlage ist mit der EA des Tankstellengebäudes verbunden.
Im Fehlerfall ergibt sich eine Erdungsspannung von 2191 V, die jedoch durch die
isolierte Anspeisung kein Problem bezüglich Isolationsfestigkeit darstellt und somit
erlaubt wäre. Aufgrund der Ergebnisse hinsichtlich Berührungsspannungsgefährdung
im Abschnitt 3.7.6.1 „Ergebnisse ohne Nullungsverbindung“ ist ein
Zusammenschluss der Erdungsanlagen (Masterdungen mit Tankstellengebäude
und Parkplatz) nicht gestattet.
3.7.8.2. Variante 2
Das Tankstellengebäude wird von der Stadt aus über ein TT-System gespeist. Die
Parkplatzerdungsanlage ist mit der EA des Tankstellengebäudes verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Es ergibt sich am Tankstellengebäude im Fehlerfall eine Erdungsspannung von
2191 V, welche über dem gesetzlich erlaubten Wert von 1200 V 15 (siehe ÖVE
EH41 Tabelle 23-1 Zeile 5) liegt. D.h. ein Zusammenschluss der Hochspannungsund
Niederspannungserdung (Masterdung mit Parkplatz- und
Tankstellengebäude) ist aufgrund der Rechenergebnisse nicht möglich und in
diesem Fall aufzutrennen (z.B.: durch Abheben der Erdseile der integrierten
Masten). Wäre der Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)) wäre ein
Zusammenschluss gestattet.
15 Isolationsfestigkeit alter Niederspannungsbetriebsmittel
Gredler Peter Seite 58

Diplomarbeit Projekt 2
3.7.8.3. Variante 3
Das Tankstellengebäude wird von der Stadt aus über ein TN-System gespeist
(Trafoerdung befindet sich nicht im Einflussbereich der Stadterdung). Es wird
ausschließlich das Betriebsmittel Tankstellengebäude von diesem Trafo versorgt
(genullt). Die Parkplatzerdungsanlage ist mit der EA des Tankstellengebäudes
verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Bei einer Trafobetriebserdung von 0,2 Ω ergibt sich im Fehlerfall eine
Erdungsspannung von 858 V (Schrittspannungen < 40 V), bei einer Trafoerdung
von ca. 2 Ω eine Erdungsspannung von ca. 1900 V (Schrittspannungen < 100 V).
Die Erdungsspannungen beider Fälle liegen über dem gesetzlich erlaubten Wert
von 700 V (siehe ÖVE EH41 Tabelle 23-1 Zeile 3). Daher wäre ein
Zusammenschluss nur gestattet, wenn lt. § 15.3(3.2) der Erdkurzschlussstrom in
Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung in der Anlage 2000 A je Netz bei
einer Ausschaltzeit von höchstens 3 s nicht überschreitet.
3.7.8.4. Variante 4
Das Tankstellengebäude wird von der Stadt aus über ein TN-System gespeist. Die
Parkplatzerdungsanlage ist mit der EA des Tankstellengebäudes verbunden.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Es ergibt sich im Fehlerfall eine Erdungsspannung von 858 V. Trotz der
Verbindung mit der Stadtnetzerdung (Nullung) liegt die maximale
Berührungsspannung (858 V; siehe Abschnitt 3.7.6.2) über dem gesetzlich
erlaubten Wert von 700 V (Abschaltung innerhalb 0,1 s, siehe ÖVE EH41 Tabelle
23-1 Zeile 3). Ein Zusammenschluss der Hochspannungs- und
Niederspannungserdung (Masterdung mit Parkplatz- und Tankstellengebäude) ist
nicht erlaubt und in diesem Fall aufzutrennen (z.B.: durch Abheben der Erdseile
der integrierten Masten). Eine Verbindung zum Stadtnetz wäre nach § 23 nur bei
einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,085 s möglich. Wäre
der Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)) wäre ein Zusammenschluss ebenfalls
gestattet.
Gredler Peter Seite 59

Diplomarbeit Projekt 2
3.7.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des
Blitzschutzes
Die Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes erfolgt nicht aufgrund
sicherheitstechnischer, sondern aufgrund betriebstechnischer Erwägungen (siehe
ÖVE EH41 Anhang 1).
3.7.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen
Erdungsanlagen sind zur Feststellung allfälliger Korrosionsschäden periodisch an
kritischen Stellen zu kontrollieren.
3.8. Zusammenfassung
Ein sicherer Betrieb der Anlage nach ÖVE-EH41 und ÖVE-EN1 (bzw. ÖVE/ON
E8001-1) ist durch folgende Lösungsmöglichkeiten gewährleistet:
Lösungsmöglichkeit 1:
(Das Tankstellengebäude wird von der Stadt aus über ein TN-System gespeist. Die
Parkplatzerdungsanlage ist mit der EA des Tankstellengebäudes verbunden.)
Bei einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,085 s ist die
auftretende Fehlerspannung U F im Falle der unter Variante 4 beschriebenen
Erdungszusammenschlussvariante unter dem gesetzlich erlaubten Wert (lt. ÖVE
EH41 Abb. 18-1). Außerdem stellt die damit verbundene Verschleppung der
Fehlerspannung in das Stadtnetz ein vertretbares Risiko im Sinne der
Wirkfehlerspannung U FA (siehe ÖVE/ON 8001-1) dar.
Lösungsmöglichkeit 2:
Die Erdseile der HS–Masten werden abgehoben und damit eine Trennung der
HS- und NS-Erdungen durchgeführt. Zusätzlich müssen geeignete Isolatoren an
den Masten verwendet werden, um einen Überschlag von Phasen- auf Erdseile
möglichst ausschließen zu können.
Dadurch ist eine weitere Bewertung der Anlage nur noch gemäß ÖVE-EN1
notwendig.
Lösungsmöglichkeit 3:
Es wird dafür gesorgt, dass der Erdschlussstrom vor Ort einen geringeren Wert
aufweist. Dies kann beispielsweise durch Kurzschlussdrosseln, oder durch
Verringerung der Zahl der geerdeten Transformatorsternpunkte des
Hochspannungsnetzes erfolgen. Es ist dann eine erneute Bewertung gemäß ÖVE-
EH41 bzw. ÖVE-EN1 (ÖVE/ON E8001-1) hinsichtlich der auftretenden
Gefährdungsspannungen durchzuführen.
Gredler Peter Seite 60

Diplomarbeit Projekt 3
.
4. Projekt 3
4.1. Einleitung
Es handelt sich hierbei um eine Gärtnerei mit Wohnflächen (Geschäftsräumen)
und Glashäusern, die alle über Fundamenterder geerdet sind. Über diese Anlage
führt eine 220-kV-Hochspannungsfreileitung, wobei sich ein Mast direkt am
Grundstück befindet. Die 220-kV-Leitung endet einerseits in einem 7 km
entfernten und andererseits in einem 13 km entfernten Umspannwerk. Die
Anspeisung der Gärtnerei erfolgt über einen Transformator, der sich westlich vom
Masten, direkt am Gelände der Gärtnerei befindet. Dieser Trafo ist über einen
PEN-Leiter mit der HPA-Schiene der Gärtnerei verbunden und damit als genulltes
Netz ausgeführt. Der Transformator versorgt dabei auch noch andere umliegende
Verbraucher (mitunter auch eine sehr gut geerdete Industrieanlage). Die
Versorgung des Trafos erfolgt über eine Kabelverbindung zum Stadtnetz (zwei
erdfühlig verlegte Kabel), welches ebenfalls nach der Schutzmaßnahme „Nullung“
ausgelegt ist.
4.2. Aufgabenstellung
Es ist zu überprüfen, ob die Kriterien für einen sicheren Betrieb der Anlage
bestehen bzw. welche Ersatzmaßnahmen oder Ergänzungen getroffen werden
müssen, um diesen zu gewährleisten. Hierzu dienen die Vorschriften der
ÖVE-EH 41 und ÖVE-EN 1 (bzw. ÖVE/ON E8001-1) als Bewertungsgrundlage
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben).
Gredler Peter Seite 61

Diplomarbeit Projekt 3
4.3. Skizze
7 k m ≅ 2 1 Masten
13 k m ≅ 4 0 Masten
Erdseil
220 kV - Freileitung
Phasenseil
Industrienetz
Nullungs
verbindung
Stadtnetz
fiktive Verbindung
Mast- + Gärtnereierdung
Erdungsanlage Gärtnerei
Trafo
Nullungs
verbindung
Abbildung 14: Skizze Projekt 3
4.4. Freileitungsdaten
Werte
Objekte
für 220-kV-
Leitung
I Mittlerer Abstand Erdseil-Phasenseil in [ m ] 22,24
II Phasenseil - Durchmesser in [ m ] 0,0277
III Erdseil - Durchmesser in [ m ] 0,0149
IV Phasenseil - Widerstand in [ Ω / km ] 0,085
V Erdseil - Widerstand in [ Ω / km ] 0,2992
VI Spannfeldlänge in [ km ] 0,33
VII Durchschnittlich spez. Bodenwiderstand [ Ωm ] 1000
VIII Spez. Bodenwiderstand der Oberschicht: ρ 1 in [ Ωm ] 150
IX Spez. Bodenwiderstand der Unterschicht: ρ 2 in [ Ωm ] 300
X Schichtdicke der Oberschicht in [ m ] 4
XI Mast-Ausbreitungswiderstand in [ Ω ] 32
Tabelle 19: Freileitungsdaten
Gredler Peter Seite 62

Diplomarbeit Projekt 3
Bemerkungen zu den Daten: Hier handelt es sich prinzipiell um ein 380-kV-
Übertragungssystem, das allerdings nur mit einem
220-kV-Leitungssystem belegt ist.
ad. I, II, IV, VI:
ad. III, V:
ad. VII, VIII, IX, X:
ad. XI:
gemäß Datenblätter für durchschnittliche Freileitungssysteme
(siehe Anhang: Standardmasten bzw.
Kenngrößen typische Leiterseile)
Annahmen (typisches Erdseil)
Annahmen für geologische Gegebenheiten, wie sie in
Österreich auftreten können
aus Berechnungen der Mastausbreitungswiderstände mit
dem Erdungsberechnungsprogramm „OBEIN Version 3.0“
(siehe Anhang Standardmasten)
4.5. Erdungsberechnung
Zur Berechnung der bestehenden Erdungsanlage wurde das Programm OBEIN
Version 3.0 16 verwendet.
4.5.1. Grundriss der Erdungsanlage
Schalter 1
Trafostation
Mast
g1
Industrieanlage
Schalter 3
Stadtnetz
Abbildung 15: Grundriss der Erdungsanlage Gärtnerei mit
der Aufpunktgerade g1
Der Grundriss der Erdungsanlage wurde mittels graphischer Eingabe auf einem
Digitalisier-Tablett maßstabsgetreu eingegeben.
16 Erläuterung des Programmes siehe Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz
Gredler Peter Seite 63

Diplomarbeit Projekt 3
4.5.2. Erdungsanlagendaten
Banderder
Spezifischer Bodenwiderstand
Schichtdicke
Bandbreite von 0,04 m
Durchschnittsverlegungstiefe 1 m
ρ 1 =150 Ωm, ρ 2 = 300 Ωm
4 m
Tabelle 20: Erdungsanlagendaten
Der Erdungswiderstand der naheliegenden Industrieanlage wird aufgrund der
hervorragenden Erdbedingungen mit 0,5 Ω angenommen. Der Stadterdungs-
Ausbreitungswiderstand ist aufgrund der Ausdehnung und Erfahrungswerten auf
einen Wert von 0,2 Ω festgesetzt.
Es ergeben sich zwei grundsätzliche Varianten für die weitere Erdungsberechnung
(Masterdung in die Gärtnereierdungsanlage integriert oder nicht):
Variante I: Der 220-kV-Mast ist nicht in die Erdungsanlage der Gärtnerei integriert
und fungiert daher als beeinflussender Erder.
Variante II: Der 220-kV-Mast ist in die Erdungsanlage der Gärtnerei integriert.
4.5.3. Ergebnisse 17
Variante I
(Mast ist beeinflussender Erder)
Teilbereich
Beeinflusster Erder:
Gärtnerei + Industrie +Stadt
Beeinflusster Erder:
Gärtnerei + Industrie
Beeinflusster Erder:
Gärtnerei + Stadt
Beeinflusster Erder:
Gärtnerei
Erdausbreitungswiderstand
in Ω
Beeinflussungsspannung
in per unit
8,66 0,0143
8,86 0,0399
8,70 0,0195
9,69 0,1305
Variante II
(Mast ist integriert)
Erdungsanlage Gärtnerei 1,29 -
Erdungsanlage Stadtnetz 0,2 -
Erdungsanlage Industrieanlage 0,5 -
Tabelle 21: Ergebnisse der Erdungsberechnung
ad. Beeinflussungsspannung in per unit (p.u.): Die Beeinflussungsspannung gibt den Teil, der am
Fehlerort entstehenden Erdungsspannung an, welcher an den beeinflussten Erdern auftritt und
wird im Programm OBEIN als p.u.–Wert, bezogen auf die Erdungsspannung, berechnet und
ausgegeben.
17 siehe Skizzen in Kapitel 4.7 Fehlersimulation
Gredler Peter Seite 64

Diplomarbeit Projekt 3
4.6. Messsimulation
Die mathematischen Nachbildungen der Freileitungen wurden mittels
Simulationsprogramm MATLAB 5.3 realisiert. Aufgrund der Messanordnung
(siehe [8], Kapitel Kettenleiter) ergeben sich andere Werte für die
Ketten(leiter)impedanzen als im realen Fehlerfall:
Der Einfluss des Stroms im Phasenseil auf das Erdseil (Gegeninduktivität
zwischen Phasenseil und Erdseil), ist durch die Höhe des Betriebsstromes sehr
gering und wird aufgrund der bei der Messung angewandten
Schwebungsmethode eliminiert.
Diese spezielle Form der Ketten(leiter)impedanzen wird in weiterer Folge als
„Messketten(leiter)impedanzen“ bezeichnet.
4.6.1. Berechnungsergebnisse Messkettenleiter
Im Kapitel Kettenleiter unter [8] erfolgt eine genauere Betrachtung der Kettenleiter
bei Messverhältnissen.
Variante
Z KetteMess220kV in Ω
21 Masten 40 Masten
gilt für alle Varianten 3,17 3,30
Tabelle 22: Ergebnis der Messkettenimpedanzen
4.6.2. Überprüfung der Messergebnisse
Es wurden vor Ort Strom-Spannungsmessungen mittels Schwebungsmethode
(Messfrequenz = 50,3 Hz) an der Gesamterdungsanlage (Gärtnerei-, Stadtnetz-,
Industrieerdungsanlage sind zusammengeschlossen; entspricht Variante II a. ) in
Kapitel 4.7 Fehlersimulation) vorgenommen. Durch diese Methode ist eine klare
Trennung der Messströme (Prüfströme) von den Betriebsströmen möglich.
Gredler Peter Seite 65

Diplomarbeit Projekt 3
4.6.2.1. Nachbildung der Messanordnung
Abbildung 16: Nachbildung der Messanordnung
Gredler Peter Seite 66

Diplomarbeit Projekt 3
4.6.2.2. Simulationsdaten für Variante II a.)
Simulationsvariablen Widerstandswert in Ω
Z-KetteMess21 220 kV 3,17
Z-KetteMess40 220 kV 3,30
RA-Gärtnerei (+Mast) 1,29
RA-Stadtnetz 0,2
RA-Industrienetz 0,5
R-PEN 0,1
Körperersatzwiderstand +
Standortwiderstand
3000
geschlossene Schalter 1,2,3
RA......
Ausbreitungswiderstand
Tabelle 23: Simulationsdaten für die Messsimulation
ad. „R-PEN“ und „Körperersatzwiderstand“: Die Kombination dieser beiden Ersatzwiderstände stellt
eine Potentialverschleppung, wie sie zum Beispiel durch einen Kabelroller erfolgen könnte, dar.
„R-PEN“ steht für den Ersatzwiderstand der Zuleitung (Schutzleitungswiderstand) und der
„Körperersatzwiderstand“ 18 für den menschlichen Körperwiderstand inklusive
Standortwiderstand.
4.6.2.3. Gegenüberstellung Messergebnisse / Simulationsergebnisse
Messergebnisse
Simulationsergebnisse
U mess in [V] I mess in [A] U sim in [V] I sim in [A]
Variante II a.) 60 40 60 34,37
Tabelle 24: Gegenüberstellung Mess- / Simulationsergebnisse
4.6.2.4. Folgerungen
Bei der Gegenüberstellung der gerechneten zu den gemessenen Werten ergeben
sich Abweichungen. Diese Abweichungen können mehrere Ursachen haben:
• Erdseil: Eine Verringerung des angenommenen Erdseilwiderstandes ergibt in
der Simulation eine höheren Wert für I sim .
• Masterdung: In der Simulation wurden Abmessungen von Standard-
Masterdungen und durchschnittliche spezifische Bodenwiderstände
(für geologische Gegebenheiten, wie sie in Österreich auftreten
können) zur Berechnung der Masterdausbreitungswiderstände
verwendet. Eine genaue Betrachtung jedes einzelnen Mastens
bezüglich Erdungsgeometrie und Bodenverhältnisse ist in der Praxis
schwer durchführbar.
18 siehe [2] Seite 1-5 ff
Gredler Peter Seite 67

Diplomarbeit Projekt 3
• Gärtnerei: Unsicherheit in der Wahl des durchschnittlichen spezifischen
Bodenwiderstandes, keine genauen Angaben über die vorliegenden
Erdungsverhältnisse vorhanden;
• Stadtnetz bzw. Industrienetz: keine genauen Angaben über die vorliegenden
Erdungsverhältnisse vorhanden;
Die „Mess-Kettenimpedanzen“ der 220-kV-Ebene, deren Werte in erster Linie von
den Masterdausbreitungswiderständen, der Anzahl der Masten in der Kette und
dem Material des Erdseiles abhängen, haben dabei den größten Einfluss auf die
Simulationsergebnisse.
• Messung: Durch die relativ geringe Wahl der Messspannung und dem sich
dadurch ergebenden kleinen Messstrom, könnten die
Übergangswiderstände im Verhältnis zu den zu messenden
Widerstandswerten überproportionale Auswirkungen haben und so
die Messwerte verfälschen!
4.7. Fehlersimulation
Die Berechnung der einzelnen Szenarien wurde in einer umfangreichen
Gesamtsimulation, welche den gesamten Erdstromverlauf darstellt und verfolgen
lässt, mittels Matlab - Simulation verwirklicht.
Hierbei wurde besonderes Augenmerk auf die Realisierung der
Erdseilkettenimpedanzen gelegt und beobachtet, wie sich insbesondere deren
Änderung auf den Stromverlauf in der Gesamtanlage auswirkt.
In der Simulation werden Erdungsanlagen, die sich in ihrer Wirkung nicht
gegenseitig beeinflussen, als Ersatzwiderstände (in ihrer gegebenen bzw.
gerechneten Höhe) dargestellt. Durch Einbau entsprechender Messgeräte in die
Schaltung, kann der tatsächlich fließende Strom in den einzelnen Anlagenteilen
(Teilströme) angezeigt werden. Erdungsanlagenteile, die aus welchen Gründen
auch immer in ihrem Wert variabel sind, können dabei sehr leicht in der Simulation
geändert werden.
Es ergeben sich zwei grundsätzliche Varianten (Masterdung in die
Gärtnereierdungsanlage integriert oder nicht) mit Untervarianten. In den
Untervarianten wird eine mögliche Kombination der Versorgungs- und
Erdungsverhältnisse simuliert, welche für die weitere Bewertung notwendig sind.
Die Variantenstruktur ist demnach folgende:
Gredler Peter Seite 68

Diplomarbeit Projekt 3
Variante I: Der 220-kV-Mast ist nicht in die Erdungsanlage der Gärtnerei integriert
und fungiert daher als beeinflussender Erder. Alle anderen Erder sind
demnach als beeinflusste Erder einzustufen.
a) Alle Erdungsanlagen (Gärtnerei + Industrie + Stadt) sind zusammengeschlossen
und sind beeinflusste Erder.
wirksame beeinflusste Erdung: Gärtnerei + Industrie + Stadtnetz
I F
Z Kette220kV-21Masten
Masterdung
R A-Mast
U beeinflusst
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
R A-Industrienetz
R A-Stadtnetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
b) Der Trafo (inkl. Trafoerdung) befindet sich außerhalb des
Einflussbereiches der Gärtnereierdung. Es gibt keine Erderverbindung
zw. Gärtnerei und Trafoerdung. D.h. die Gärtnerei ist nicht genullt!
wirksame beeinflusste Erdung: Gärtnerei
I F
Z Kette220kV-21Masten
Masterdung
R A-Mast
U beeinflusst
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
c) Das Industrienetz ist nicht genullt. Es gibt keine Erderverbindung zw.
Industrienetz und Trafoerdung. Die Nullungsverbindung zum Stadtnetz
bleibt bestehen.
wirksame beeinflusste Erdung: Gärtnerei + Stadtnetz
I F
Z Kette220kV-21Masten
Masterdung
R A-Mast
U beeinflusst
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
R A-Stadtnetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
Gredler Peter Seite 69

Diplomarbeit Projekt 3
d) Die primärseitige Trafoerdung ist von der sekundärseitigen
Trafoerdung getrennt. D.h. die Trafoerdungen liegen nicht im
gegenseitigen Einflussbereich. Es gibt keine Erderverbindung zw.
Stadtnetz und sekundärseitiger Trafoerdung (Gärtnerei +
Industrienetz)
wirksame beeinflusste Erdung: Gärtnerei + Industrienetz
I F
Z Kette220kV-21Masten
Masterdung
R A-Mast
U beeinflusst
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
R A-Industrienetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
Variante II: Der 220-kV-Mast ist in die Erdungsanlage der Gärtnerei integriert.
a) Alle Erdungsanlagen (Gärtnerei + Industrie + Stadt) sind zusammengeschlossen.
wirksame Erdung: Parallelschaltung von Gärtnerei + Industrie +
Stadtnetz
I F
Z Kette220kV-21Masten
R A-Gärtnerei
+Mast
HPA-Trafoerdung
R A-Industrienetz
R A-Stadtnetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
b) Der Trafo (inkl. Trafoerdung) befindet sich außerhalb des
Einflussbereiches der Gärtnereierdung. Es gibt keine Erderverbindung
zw. Gärtnerei und Trafoerdung. D.h. die Gärtnerei ist nicht genullt!
wirksame Erdung: Gärtnerei
Z Kette220kV-21Masten
I F
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
+Mast
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
Gredler Peter Seite 70

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c) Das Industrienetz ist nicht genullt. Es gibt keine Erderverbindung zw.
Industrienetz und Trafoerdung. Die Nullungsverbindung zum Stadtnetz
bleibt bestehen.
wirksame Erdung: Parallelschaltung von Gärtnerei + Stadtnetz
I F
Z Kette220kV-21Masten
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
+Mast
R A-Stadtnetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
d) Die primärseitige Trafoerdung ist von der sekundärseitigen
Trafoerdung getrennt. D.h. die Trafoerdungen liegen nicht im
gegenseitigen Einflussbereich. Es gibt keine Erderverbindung zw.
Stadtnetz und sekundärseitiger Trafoerdung (Gärtnerei +
Industrienetz).
wirksame Erdung: Parallelschaltung von Gärtnerei + Industrienetz
Z Kette220kV-21Masten
I F
R A-Gärtnerei
HPA-Trafoerdung
+Mast
R A-Industrienetz
Z Kette220kV-40Masten
R fehler
Als voneinander unabhängige Erdungsanlagen können eingestuft werden:
Bei den Berechnungen unter Variante I:
• der gesamte beeinflusste Erder (je nach Untervariante in seiner Größe bzw.
Ausdehnung verschieden).
• die Erdseilkettenwiderstände für die Freileitung in beide Richtungen
Bei den Berechnungen unter Variante II:
• die Erdungsanlage des Gärntereiareals (durch die dichte Bebauung und die
Lage der einzelnen Erdungsanlagen zueinander, beinhaltet diese
Erdungsanlage sämtliche Erdungsanlagen wie z.B.: Erdungsanlagen der
einzelnen Häuser, Trafo, die Masterdung des 220-kV-Masten sowie die
Erdungsanlagen der einzelnen Gewächshäuser)
• die Erdseilkettenwiderstände für die Freileitung in beide Richtungen
• die Erdungsanlage des Industrienetzes
• die Erdungsanlage des Stadtnetzes
Gredler Peter Seite 71

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Zusätzlich zu den einzelnen Elementen sind noch Schalter eingebunden
(Schalter 1: Verbindung Trafoerdung-Industrieerdung; Schalter 2: Verbindung
Trafoerdung-Gärtnereierdung; Schalter 3: Verbindung Trafoerdung-Stadtnetz), die
verschiedenste Variantenrechnungen, wie z.B. eine mögliche Nullungsverbindung
zwischen Gärtnerei und Stadtnetz etc., zulassen sollen (in der Simulation mit
Widerständen realisiert: EIN-Zustand = 1 µΩ, AUS-Zustand = 100 MΩ). Durch die
gegebenen Abstände zu den Umspannstationen lassen sich mit der
Spannfeldlänge von 0.33 km folgende Mastanzahlen errechnen:
21 Masten für 7 km und 40 für 13 km.
4.7.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall
Im Fall eines einpoligen Fehlers auf der 220-kV–Ebene wird der „reale“
Kettenleiter wirksam (siehe [8], Kapitel Kettenleiter).
Zur Berechnung/Simulation von Z Kette220kV wird am Fehlerort (220-kV–Mast in der
Gärtnerei) in Abhängigkeit der betrachteten Variante folgender R fehler wirksam:
Variante R fehler in Ω
Bemerkung
I a.) 8,66
I b.) 9,69
I c.) 8,70
I d.) 8,86
II a.) 0,13
siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21:
Beeinflusster Erder: Gärtnerei + Industrie + Stadtnetz
siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21:
Beeinflusster Erder: Gärtnerei
siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21:
Beeinflusster Erder: Gärtnerei + Stadtnetz
siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21:
Beeinflusster Erder: Gärtnerei + Industrie
R
fehler
=
1
1
+
1
+
1
RA RA RA
Gärtnerei
Stadt
Industrie
RA...siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21
II b.) 1,29
R
fehler
= RAGärtnerei
RA...siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21
R
fehler
=
1
1 1
II c.) 0,17
+
RA RA
II d.) 0,36
Gärtnerei
Stadt
RA...siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21
R
fehler
=
1
1
+
1
RA RA
Gärtnerei
Industrie
RA...siehe unter 4.5 Erdungsberechnung/Tabelle 21
Tabelle 25: R fehler für die Kettenleiterberechnung
Gredler Peter Seite 72

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Variante
Z Kette220kV in Ω
21 Masten 40 Masten
I a.) 1,96 2,34
I b.) 1,97 2,35
I c.) 1,96 2,34
I d.) 1,96 2,34
II a.) 0,36 0,62
II b.) 1,51 1,99
II c.) 0,45 0,77
II d.) 0,81 1,26
Tabelle 26: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV
Gredler Peter Seite 73

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4.7.2. Anwendung auf die realen Bedingungen
4.7.2.1. Nachbildung des Fehlerfalls für die Varianten I
Abbildung 17: Nachbildung Fehlerfall (Variante I)
Gredler Peter Seite 74

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4.7.2.2. Nachbildung des Fehlerfalls für die Varianten II
Abbildung 18: Nachbildung Fehlerfall (Variante II)
Gredler Peter Seite 75

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4.7.2.3. Simulationsdaten
Simulationsvariablen
Widerstandswert in Ω
I a.) I b.) I c.) I d.) II a.) II b.) II c.) II d.)
Z-Kette21 220 kV 1,96 1,97 1,96 1,96 0,36 1,51 0,45 0,81
Z-Kette40 220 kV 2,34 2,35 2,34 2,34 0,62 1,99 0,77 1,26
RA-Mast 8,66 9,69 8,70 8,86 -
Beeinflussungsspannung
in per unit
0,0143 0,1305 0,0195 0,0399 -
RA-Gärtnerei 1,29
RA-Stadtnetz 0,2
RA-Industrienetz 0,5
R-PEN 0,1
Körperersatzwiderstand
3000
+ Standortwiderstand
geschlossene Schalter 1,2,3 2 2,3 1,2 1,2,3 2 2,3 1,2
RA...... Ausbreitungswiderstand
Tabelle 27: Simulationsdaten für den Fehlerfall
ad. Beeinflussungsspannung: Die Beeinflussungsspannung gibt den Teil, der am Fehlerort
entstehenden Erdungsspannung an, welcher an den beeinflussten Erdern auftritt. Diese Werte
werden in der Simulation für die Stromaufteilung im Falle der Varianten I (beeinflusste Erder)
benötigt.
ad. „R-PEN“ und „Körperersatzwiderstand“: Die Kombination dieser beiden Ersatzwiderstände
stellt eine Potentialverschleppung, wie sie zum Beispiel durch einen Kabelroller erfolgen
könnte, dar. „R-PEN“ steht für den Ersatzwiderstand der Zuleitung (Schutzleitungswiderstand)
und der „Körperersatzwiderstand“ 19 für den menschlichen Körperwiderstand inklusive
Standort-widerstand.
In der Simulation wird für den Fehlerstrom I Fehler der Wert von 1 kA festgesetzt.
Damit ist eine einfache Umrechnung der Teilstromwerte für beliebige
Fehlerstromwerte möglich.
19 siehe [2] Seite 1-5 ff
Gredler Peter Seite 76

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4.7.2.4. Ergebnisse
Teilströme im Fehlerfall
Stromwert in A
(I Fehler = 1 kA) I a.) I b.) I c.) I d.) II a.) II b.) II c.) II d.)
I Kette21-220kV 484,3 489,7 484,6 485,5 228,3 341,4 239,1 257,0
I Kette40-220kV 405,7 410,5 405,9 406,7 132,6 259,0 139,7 165,2
I Mast-220kV 109,9 99,9 109,5 107,7 639,2 399,8 621,3 577,9
I Gärtnerei 10,5 97,6 14,4 29,4 63,7 399,6 83,4 161,4
I Stadtnetz 67,9 0 92,6 0 411,0 0 537,9 0
I Industrie 27,2 0 0 75,9 164,4 0 0 416,4
I Körper 0,3 0,3 0,3 0,3 0,03 0,2 0,04 0,07
Tabelle 28: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA
Auftretende Spannungen
Spannungswert in V
(I Fehler = 1 kA) I a.) I b.) I c.) I d.) II a.) II b.) II c.) II d.)
U F (=U PTmax ) Mast 949,3 964,7 949,8 951,6
82,2 515,5 107,6 208,2
U F (=U PTmax ) Gärtnerei 13,6 125,9 18,5 38,0
U F (=U PTmax ) Stadtnetz 13,6 0 18,5 0 82,2 0 107,6 0
U F (=U PTmax ) Industrie 13,6 0 0 38,0 82,2 0 0 208,2
U PT Gärtnerei - Mast 935,7 838,8 931,3 913,6 -
U PT Gärtnerei - Stadt 0 125,9 0 38,0 0 515,5 0 208,2
U PT Gärtnerei - Industrie 0 125,9 18,5 0 0 515,5 107,6 0
U F .........
U Ptmax ...
U PT .......
Fehlerspannung (Spannung zwischen Anlage und Bezugserde)
maximale auftretende prospektive Berührungsspannung (worst case)
prospektive Berührungsspannung
Berechnungsbeispiel:
ZB.: I Fehler real = 10 kA
Tabelle 29: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA
I
Gärtnerei
real
=
I
Gärtnerei
⋅
I
Fehler
1 kA
real
I
10 kA
= 10 ,5 ⋅ =
1 kA
Gärtnerei real
105
A
Gredler Peter Seite 77

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4.8. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987
„Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben)
4.8.1. §3: Erde, Erder, Erden
ad. §3.6: In Variante 1 umfasst die Gesamterdungsanlage sämtliche beteiligte
Teil-Erdungsanlagen (EA) (sowohl beeinflussende, wie auch
beeinflusste), d.h.:
als beeinflussende Erder wirken:
• die Masterdung
• die 220-kV-Erdseilkettenleiter (Z Kette220kV )
als beeinflusste Erder wirken:
• die EA Gärtnerei (sämtliche Erdungsanlagen wie zB.: Haus neu,
Haus alt, Trafo, sowie die Erdungsanlagen der einzelnen
Gewächshäuser)
• das EA des genullten Stadtnetzes
• die EA Industrienetz
In Variante 2 umfasst die Gesamterdungsanlage sämtliche über den
„Hauptpotentialausgleich Trafoerdung“ in leitender Verbindung
stehende Teil-Erdungsanlagen, d.h.:
• die EA Gärtnerei (sämtliche Erdungsanlagen wie z.B.: Haus neu,
Haus alt, Trafo, Masterdung sowie die Erdungsanlagen der
einzelnen Gewächshäuser)
• die EA des genullten Stadtnetzes
• die EA Industrienetz
• die 220-kV-Erdseilkettenleiter (Z Kette220kV )
4.8.2. §5 Widerstandsarten
ad. §5.3: Variante 1: Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der Parallelschaltung
der Erdseilkettenleiter mit dem wirksamen Erdausbreitungswiderstand
des Masten (beinhaltet auch die Widerstandsbeeinflussung
durch die beeinflussten Erder). Die Beeinflussungsimpedanz Z beeinflusst
ergibt sich aus der Parallelschaltung der unter Kapitel 4.8.1 unter
Variante 1, wirksamen beeinflussten Teil-Erdungsanlagen.
Gredler Peter Seite 78

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Variante 2: Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der
Parallelschaltung der Ausbreitungswiderstände der Teil-Erdungsanlagen
unter Kapitel 4.8.1.
4.8.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen
Erdungsanlagen
ad. §8.1: Variante 1: Die Erdungsspannung U E ist die zwischen der
„Masterdung“ und Bezugserde auftretende Spannung, wenn ein Strom
über die „Erdungsimpedanz“ fließt. Die Erdungsspannung durch
Beeinflussung U beeinflusst ist die zwischen dem „Hauptpotentialausgleich
Trafoerdung“ und Bezugserde auftretende Spannung, wenn ein Strom
über Z beeinflusst fließt.
Variante 2: Die Erdungsspannung U E ist die zwischen dem
„Hauptpotentialausgleich Trafoerdung“ und Bezugserde auftretende
Spannung, wenn ein Strom über die „Erdungsimpedanz“ fließt.
4.8.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen,
Schnellausschaltung
ad. §9.2: Da im betrachteten Fall ein Erdschluss nur auf der 220-kV-Ebene
auftreten kann, ist der Erdfehlerstrom (I Fehler ) dieser Spannungsebene
laut §12.4 für die weitere Bewertung heranzuziehen.
Dieser ist auf der 220-kV-Ebene (niederohmige Sternpunkterdung) laut
§9.2.(3) der Erdkurzschlussstrom I K
“
1pol = 6,1 kA 20
ad §9.3: Die dabei auftretenden Teil-Erdungsströme sind jene Anteile des
Erdfehlerstroms, welche die entsprechenden Teil-Erdungsanlagen
durchfließen und dadurch eine Potentialanhebung verursachen. Diese
sind: I Gärtnerei , I Industrie , I Stadtnetz , I Kette-220 kV
4.8.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines
Die maßgebenden Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen sind in ÖVE
EH41 Tabelle 12-1 (siehe Anhang) aufgeführt.
ad. §12.3: Die Bemessung der Erdungsanlage wird durch den Strom, der im
Fehlerfall durch den betreffenden Teil der Erdungsanlage fließt
(entspricht den in der Simulation enthaltenen Teil-Erdungsströmen wie
unter §9.3), und durch die Ausschaltzeit bei ordnungsgemäßem
Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bestimmt.
20 Annahme
Gredler Peter Seite 79

Diplomarbeit Projekt 3
ad. §12.4: Zur Bemessung der Erdungsanlage wird der größte Teil-Erdungsstrom
der untersuchten Teil-Erdungsanlage zugrunde gelegt. In diesem Fall
ergibt sich der größte Teil-Erdungsstrom beim Erdkurzschluss auf der
220-kV-Ebene.
Der Erwartungsfaktor w wird auf den Wert 1 (worst case) gesetzt.
4.8.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich
der Spannungen an der Erdungsanlage
Die Anforderungen, denen eine Erdungsanlage hinsichtlich auftretender
Spannungen genügen muss, sind in ÖVE EH41 Tabelle 15-1 (siehe Anhang)
angeführt.
ad. §15.1 Für die Bestimmung der Spannung an der Teil-Erdungsanlage
Gärtnerei ist aufgrund der Simulation der Teil-Erdungsstrom I Gärtnerei
maßgebend.
Varianten I Mast-220kV
in A
I Gärtnerei
in A
für I Fehler = 6,1 kA
R AMast R AGärtnerei
in Ω in Ω
U E
in V
U beeinflusst
in V
I a.) 670,4 64,1 8,66 1,29 5805,7 82,7
I b.) 609,4 595,4 9,69 1,29 5905,1 768,1
I c.) 668,0 87,8 8,70 1,29 5811,6 113,3
I d.) 657,0 179,3 8,86 1,29 5821,0 231,3
II a.) 388,6 1,29 501,3
II b.) 2437,6 1,29 3144,5
II c.) 508,7 1,29 656,2
II d.) 984,5 1,29 1270,0
Tabelle 30: Ströme und Spannungen zur Bemessung
ad. Berechnungen Variante I
.
U E = R AMast IMast-220kV
.
U beeinflusst = R AGärtnerei IGärtnerei
Wobei U E die zu betrachtende (bzw. zu bewertende) max. Spannung an
der Masterdung und U beeinflusst die zu betrachtende (bzw. zu
bewertende) max. Spannung an den beeinflussten Erdungsanlagen ist.
Gredler Peter Seite 80

Diplomarbeit Projekt 3
ad. Berechnungen Variante II
U E = R AGärtnerei
. I Gärtnerei
U beeinflusst ist hier nicht vorhanden, da die Erdungsanlagen von Mast und
Gärtnerei in Variante II immer zusammenhängen!
Da es sich hier um ein niederohmig geerdetes 220-kV-Netz handelt, ist die Zeile
10 der Bewertungstabelle Tab 15-1 lt. ÖVE EH41 (Netze mit niederohmiger
Sternpunktserdung) zu verwenden. Da der in §15.3(3.2) geforderte maximale
Erdkurzschlussstrom von 2000 A je Netz, bei einer Ausschaltzeit von höchstens
3 s, überschritten wird, müssen die Erdungsanlagen bezüglich Spannungen
überprüft werden.
Ist die Erdungsspannung > 125 V, darf die Berührungsspannung U B bei
ordnungsgemäßem Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bei einer
sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s (realistischer Wert laut
Netzbetreiber) laut ÖVE-EH41 Abb. 18-1 (siehe Anhang) max. 700 V betragen.
Gemäß ÖVE EH41 §9.4 ist eine „Schnellabschaltung“ definiert als eine
Abschaltung innerhalb 0,5 s. Bei 0,5 s würde dies eine Berührungsspannung von
125 V erlauben.
Die Schrittspannung wird entlang der ausgewählten Gerade g1 (siehe
Abbildung 2) mit Hilfe des Programmes OBEIN über das Schrittspannungsberechnungsmodul
errechnet.
Gredler Peter Seite 81

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.1. Ergebnisse Variante I a.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 5805,7 V
U beeinflusst = 82,7 V
Diagramm 34: Variante I a.) - Potentialgebirge in [p.u.]
Die maximale Berührungsspannung im Bereich der Masterdung beträgt 5805,7 V
und ist damit > 125 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels
Begrenzung der Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt
werden (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß
§15.2.4 zu treffen.
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 82,7 V nicht
dauerhaft als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das
Bewertungskriterium. In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung,
innerhalb der das Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages
vertretbar ist in Abhängigkeit von der Dauer des Fehlerstromes dargestellt.
Gredler Peter Seite 82

Diplomarbeit Projekt 3
Es kann also diese Abbildung zur Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst
(ist in der Abbildung mit der Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen
werden. Bei der im Gesetz definierten „Schnellabschaltung“ sind bei 82,7 V
keinerlei zusätzliche Maßnahmen (wie z.B. Potentialsteuerung,
Erderverbesserungen, etc.) an den Erdungsanlagen von Gärtnerei, Stadt und
Industrie notwendig.
Diagramm 35: Variante I a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannungen liegen bei ca. 1020 V.
Gredler Peter Seite 83

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.2. Ergebnisse Variante I b.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 5905,1 V
U beeinflusst = 768,1 V
Diagramm 36: Variante I b.) - Potentialgebirge in [p.u.]
Sowohl im Bereich des beeinflussenden als auch im Bereich des beeinflussten
Erders (Gärtnerei) ergibt sich eine Erdungsspannung > 125 V. Es muss daher eine
Überprüfung der Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung im Bereich des Masten liegt bei
5905,1 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels Begrenzung der
Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt werden (siehe ÖVE
EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen.
Gredler Peter Seite 84

Diplomarbeit Projekt 3
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 768,1 V nicht
dauerhaft als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das
Bewertungskriterium. In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung,
innerhalb der das Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages
vertretbar ist in Abhängigkeit von der Dauer des Fehlerstromes dargestellt. Es
kann also diese Abbildung zur Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst (ist in
der Abbildung mit der Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen
werden. Bei 768,1 V müsste eine sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger
als 0,09 s erfolgen. Kann dieser Wert nicht garantiert werden, ist diese Variante
nicht erlaubt.
Diagramm 37: Variante I b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannungen liegen bei ca. 930 V.
Gredler Peter Seite 85

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.3. Ergebnisse Variante I c.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 5811,6 V
U beeinflusst = 113,3 V
Die maximale Berührungsspannung im Bereich der Masterdung beträgt 5811,6 V
und ist damit > 125 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels
Begrenzung der Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt
werden (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß
§15.2.4 zu treffen.
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 113,3 V nicht
dauerhaft als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das
Bewertungskriterium. In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung,
innerhalb der das Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages
vertretbar ist in Abhängigkeit von der Dauer des Fehlerstromes dargestellt.
Es kann also diese Abbildung zur Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst
(ist in der Abbildung mit der Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen
werden. Bei der im Gesetz definierten „Schnellabschaltung“ sind bei 113,3 V
keinerlei zusätzliche Maßnahmen (wie z.B. Potentialsteuerung, Erderverbesserungen,
etc.) an den Erdungsanlagen von Gärtnerei und Stadt notwendig.
Diagramm 38: Variante I c.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannungen liegen bei ca. 1020 V.
Gredler Peter Seite 86

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.4. Ergebnisse Variante I d.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 5821,0 V
U beeinflusst = 231,3 V
Sowohl im Bereich des beeinflussenden als auch im Bereich des beeinflussten
Erders (Gärtnerei und Industrie) ergibt sich eine Erdungsspannung > 125 V. Es
muss daher eine Überprüfung der Berührungsspannungen im gesamten Areal
(Anmerkung: auch im Industrieareal; wurde hier nicht durchgeführt) erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung im Bereich des Masten liegt bei
5821 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels Begrenzung der
Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt werden (siehe ÖVE
EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen.
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 231,3 V nicht
dauerhaft als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das Bewertungskriterium.
In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung, innerhalb
der das Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist in
Abhängigkeit von der Dauer des Fehlerstromes dargestellt. Es kann also diese
Abbildung zur Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst (ist in der Abbildung mit
der Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen werden. Bei 231,3 V
müsste eine sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,3 s erfolgen. Kann
dieser Wert nicht garantiert werden, ist diese Variante nicht gestattet.
Diagramm 39: Variante I d.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannungen liegen bei ca. 1020 V.
Gredler Peter Seite 87

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.5. Ergebnisse Variante II a.)
Es ergibt sich für die Erdungsspannung (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 501,3 V
Diagramm 40: Varianten II (gilt für alle Untervarianten)
- Potentialgebirge in [p.u.]
Die Erdungsspannung > 125 V. Es muss daher eine Überprüfung der
Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung liegt bei 501,3 V. Eine
Berührungsspannung in dieser Höhe fordert nach ÖVE EH41 Abb.18-1 eine
sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,15 s, welche laut Netzbetreiber
eingehalten werden kann (0,1 s ... realistischer Wert laut Netzbetreiber).
Hinsichtlich Spannungen an der Erdungsanlage wäre diese Variante aufgrund der
Rechenergebnisse nicht erlaubt.
Gredler Peter Seite 88

Diplomarbeit Projekt 3
Diagramm 41: Variante II a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung im Bereich der Gärtnerei liegt bei ca. 20 V.
Gredler Peter Seite 89

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.6. Ergebnisse Variante II b.)
Es ergibt sich für die Erdungsspannung (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 3144,5 V
Die Erdungsspannung > 125 V. Es muss daher eine Überprüfung der
Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung liegt bei 3144,5 V. Eine
Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels Begrenzung der
Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt werden (siehe ÖVE
EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen.
Können die Ersatzmaßnahmen nicht getroffen werden, ist der Betrieb in dieser
Form (Variante) nicht erlaubt.
Diagramm 42: Variante II b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 120 V.
Gredler Peter Seite 90

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.7. Ergebnisse Variante II c.)
Es ergibt sich für die Erdungsspannung (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 656,2 V
Die Erdungsspannung > 125 V. Es muss daher eine Überprüfung der
Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung liegt bei 656,2 V. Eine
Berührungsspannung in dieser Höhe fordert nach ÖVE EH41 Abb.18-1 eine
sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s, welche laut Netzbetreiber
eingehalten werden kann (0,1 s ... realistischer Wert laut Netzbetreiber).
Hinsichtlich Spannungen an der Erdungsanlage ist diese Variante nicht gestattet.
Diagramm 43: Variante II c.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 25 V.
Gredler Peter Seite 91

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.8. Ergebnisse Variante II d.)
Es ergibt sich für die Erdungsspannung (bei I Fehler = 6,1 kA):
U E = 1270,0 V
Die Erdungsspannung > 125 V. Es muss daher eine Überprüfung der
Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Die maximal auftretende Berührungsspannung liegt bei 1270 V. Eine
Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels Begrenzung der Fehlerstromdauer
(Schnellabschaltung) kaum mehr bewältigt werden (bei ca. 0,06 s
siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1; realistischer Wert laut Netzbetreiber ist 0,1 s). Es sind
daher Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen. Können die
Ersatzmaßnahmen nicht getroffen werden, ist der Betrieb in dieser Form
(Variante) aufgrund der Rechenergebnisse nicht möglich.
Diagramm 44: Variante II d.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 48 V.
Gredler Peter Seite 92

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.6.9. Ersatzmaßnahmen
außerhalb elektrisch abgeschlossener Betriebsstätten:
nach §15.2.1: „Ersatzmaßnahmen außerhalb der Außenwände von Gebäuden“:
Diese Maßnahmen kommen nur dann zum Tragen, wenn Teile der Außenwände
des Betriebsgebäudes als Teil der Anlagenumzäunung fungieren und mit dieser in
elektrisch leitender Verbindung stehen.
(1) Sind die Außenwände aus elektrisch nicht leitfähigem Material (Mauerwerk,
Holz) ohne von außen berührbare geerdete Metallteile, dann sind keine
Maßnahmen erforderlich.
(2) Sind die Außenwände aus elektrisch leitfähigem Material oder bei
Vorhandensein von außen berührbarer geerdeter Metallteile, sind folgende
Maßnahmen erforderlich:
(2.1) Ein Horizontalerder zur Potentialsteuerung in etwa 1m Abstand und etwa
0,5 m Tiefe entlang der Außenwand ist zu verlegen und mit der Erdungsanlage zu
verbinden.
(2.2) Eine Standortisolierung (gemäß §8.8), realisiert durch eine Schotterschicht
entlang der Außenwand mit mindestens 10 cm Dicke und 1,25 m Breite.
nach §15.2.2: „Ersatzmaßnahmen an äußeren Umzäunungen“:
(1) Die äußere Umzäunung muß aus nichtleitendem Material, dazu gehören auch
Zäune aus kunststoffummanteltem Maschendraht mit Pfosten aus Beton oder
Metall, bestehen.
(2) Besteht die Umzäunung aus leitendem Material sind weitere Maßnahmen
erforderlich:
(2.1) Ein Horizontalerder zur Potentialsteuerung in etwa 1m Abstand und etwa
0,5m Tiefe außerhalb des Zaunes ist zu verlegen und mit dem Zaun zu verbinden.
(2.2) Eine Standortisolierung (gemäß §8.8), realisiert durch eine Schotterschicht
außerhalb des Zaunes mit mindestens 10 cm Dicke und 1,25 m Breite, und den
Zaun mit der Erdungsanlage verbinden.
(3) Tore in der äußeren Umzäunung, die mit der Erdungsanlage (z.B. über
Schutzleiter) verbunden sind, müssen in ihrem Schwenkbereich gemäß §8.8 mit
einer mindestens 10 cm dicken Schotterschicht oder mindestens 1 cm dicken
Asphaltschicht standortisoliert werden. Ist die restliche äußere Umzäunung aus
leitendem Material und nicht mit der Erdungsanlage verbunden, so sind die Tore
durch doppelte Unterbrechungen außerhalb des Schwenkbereiches von dieser
elektrisch zu trennen. Ein gleichzeitiges Berühren der getrennten Zaunteile darf
dabei nicht möglich sein.
innerhalb abgeschlossener elektrischer Betriebsstätten – Freiluftanlagen:
nach §15.2.4: „Ersatzmaßnahmen in Freiluftanlagen“
(2) Die Erdungsanlage ist mit einem geschlossenen äußeren Ring zu umgeben
und in der Art vermascht sein, dass Maschen von höchstens 10 m . 50 m
entstehen. Einzeln stehende geerdete Anlagenteile außerhalb des Maschenerders
sind mit einem Steuererder in etwa 1 m Abstand und 0,2 m Tiefe zu versehen.
Gredler Peter Seite 93

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.7. §19 Freileitungsmaste
ad §19.1 Bei Leitungen mit durchlaufendem Erdseil gilt der Wert bei aufgelegtem
Erdseil als Erdungsimpedanz für die Schutzerdung.
ad §19.3 Wie bereits unter §12 und §15 beschrieben, kommt hier der Teil-
Erdungsstrom I Mast bei einem einpoligen Erdkurzschlussstrom I k
“
1pol im
niederohmig geerdeten 220-kV-Netz als Bemessungserdungsstrom
zum Tragen.
4.8.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen
mit Nennspannungen über 1 kV und mit
Nennspannungen bis 1000 V
In diesem Abschnitt sind nur die Varianten II (HS-Erdung (Masterdung) ist mit der
NS-Erdung (EA-Gärtnerei) verbunden) von Interesse.
4.8.8.1. Variante II a.)
Alle Erdungsanlagen (Gärtnerei, Industrie, Stadt) sind zusammengeschlossen. Die
Niederspannungsseite ist genullt ausgeführt.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Im Fehlerfall ergibt sich eine Erdungsspannung von 501,3 V. Unter der
Voraussetzung einer sicheren Abschaltung in der Zeit von 0,1 s, ist der
Zusammenschluss von HS-Erdung mit NS-Erdung aufgrund der
Rechenergebnisse möglich. Bei einer „Schnellabschaltung“ von 0,5 s wäre eine
Verschleppung von 501,3 V in die Stadt bzw. Industrie nicht erlaubt und die
Erdungsverbindung aufzutrennen (entspricht in diesem Fall Variante I a)
4.8.8.2. Variante II b.)
Die Gärtnerei wird über ein TT-System versorgt (die Trafoerdung liegt außerhalb
des Einflussbereiches der Gärtnereierdung), d.h. es liegt keine
Erdungsverbindung zur Stadt bzw. Industrie vor.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Es ergibt sich im Fehlerfall eine Erdungsspannung von 3144,5 V, welche über
dem gesetzlich erlaubten Wert von 1200 V 21 (siehe ÖVE EH41 Tabelle 23-1 Zeile
5) liegt. D.h. ein Zusammenschluss der Hochspannungs- und Niederspannungserdung
(Masterdung mit Gärtnerei) ist nicht erlaubt und in diesem Fall
aufzutrennen (durch Abheben des Erdseils des integrierten Masten). Wäre der
Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)) wäre ein Zusammenschluss gestattet.
21 Isolationsfestigkeit alter Niederspannungsbetriebsmittel
Gredler Peter Seite 94

Diplomarbeit Projekt 3
4.8.8.3. Variante II c.)
Die Erdungsanlagen Gärtnerei und Stadt sind zusammengeschlossen. Die
Industrieerdungsanlage ist von dieser getrennt. Die Niederspannungsseite ist
genullt ausgeführt.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Im Fehlerfall ergibt sich eine Erdungsspannung von 656,2 V. Unter der
Voraussetzung einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s, ist
der Zusammenschluss von HS-Erdung mit NS-Erdung aufgrund der
Rechenergebnisse möglich. Bei einer „Schnellabschaltung“ von 0,5 s wäre eine
Verschleppung von 656,2 V in die Stadt nicht gestattet und gegebenenfalls die
Erdungsverbindung zwischen HS-Erdung und NS-Erdung aufzutrennen (entspricht
in diesem Fall Variante I c)
4.8.8.4. Variante II d.)
Die Gärtnerei- und Industrieerdung sind zusammengeschlossen. Die Stadterdung
ist von dieser getrennt (durch Trennung der primärseitigen von der
sekundärseitigen Trafoerdung). Die Niederspannungsseite ist genullt ausgeführt.
(siehe [8], Kapitel Grundlagen)
Im Fehlerfall ergibt sich eine Erdungsspannung von 1270 V. Der
Zusammenschluss ist laut ÖVE EH-41 Tab 23-1 nicht aufgrund der
Rechenergebnisse möglich und demnach aufzutrennen (entspricht in diesem Fall
Variante I d).
4.8.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des
Blitzschutzes
Die Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes erfolgt nicht aufgrund
sicherheitstechnischer, sondern aufgrund betriebstechnischer Erwägungen (siehe
ÖVE EH41 Anhang 1).
4.8.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen
Erdungsanlagen sind zur Feststellung allfälliger Korrosionsschäden periodisch an
kritischen Stellen zu kontrollieren.
Gredler Peter Seite 95

Diplomarbeit Projekt 3
4.9. Zusammenfassung
Variante I a.)
Diese Variante ist aufgrund der Rechenergebnisse grundsätzlich möglich. Da die
auftretende Beeinflussungsspannung U beeinflusst von 82,7 V in der Gärtnereierdungsanlage
(und somit auch deren Verschleppung in die angeschlossenen
Erdungsanlagen: Stadtnetz + Industrie) als Wirkfehlerspannung U FA 22 und nicht als
dauerhaft anliegende Fehlerspannung auftritt, ist eine Bewertung nach ÖVE EH41
Abb.18-1 vorzunehmen. Darin ist die zulässige Berührungsspannung (hier wird die
Wirkfehlerspannung zur Bewertung herangezogen), innerhalb der das Risiko eines
schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist in Abhängigkeit von der Dauer
des Fehlerstromes dargestellt. Die maximale Berührungsspannung im Bereich der
Gärtnereierdung liegt bei dieser Variante bei 82,7 V. Dieser Wert liegt unter dem
einer gesetzlich definierten „Schnellabschaltung“ von 125 V für eine
Fehlerstromdauer von 0,5 s. Durch Zusicherung einer garantierten Schnellabschaltung
innerhalb von 0,1 s (vom Netzbetreiber garantiert) stellt dieser Wert
keine Gefahr dar.
Durch die hohe Erdungsspannung im Bereich der Masterdung ist allerdings der
Bereich um den Masten entsprechend der vorliegenden Vorschriften nach ÖVE
EH41 zu isolieren und gegen direktes Berühren zu sichern.
Variante I b.)
Die maximal auftretende Berührungsspannung im Bereich des Masten liegt bei
5905,1 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels Begrenzung der
Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt werden (siehe ÖVE
EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen.
Diese Variante ist aufgrund der Rechenergebnisse nicht erlaubt, da die
auftretende Beeinflussungsspannung U beeinflusst von 768,1 V in der Gärtnereierdungsanlage
(Wirkfehlerspannung U FA ) nicht ausreichend schnell abgeschaltet
werden kann (siehe 4.8.6.2).
22 nach ÖVE/ON E8001-1
Gredler Peter Seite 96

Diplomarbeit Projekt 3
Variante I c.)
Diese Variante ist aufgrund der Rechenergebnisse grundsätzlich möglich. Da die
auftretende Beeinflussungsspannung U beeinflusst von 113,3 V in der Gärtnereierdungsanlage
(und somit auch deren Verschleppung in die angeschlossene
Erdungsanlage: Stadtnetz) als Wirkfehlerspannung U FA und nicht als dauerhaft
anliegende Fehlerspannung auftritt, ist eine Bewertung nach ÖVE EH41 Abb.18-1
vorzunehmen. Darin ist die zulässige Berührungsspannung (hier wird die
Wirkfehlerspannung zur Bewertung herangezogen), innerhalb der das Risiko eines
schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist in Abhängigkeit von der Dauer
des Fehlerstromes dargestellt. Die maximale Berührungsspannung im Bereich der
Gärtnereierdung liegt bei dieser Variante bei 113,3 V. Dieser Wert liegt unter dem
einer gesetzlich definierten „Schnellabschaltung“ von 125 V für eine
Fehlerstromdauer von 0,5 s. Durch Zusicherung einer garantierten Schnellabschaltung
innerhalb von 0,1 s (vom Netzbetreiber garantiert) stellt dieser Wert
keine Gefahr dar.
Durch die hohe Erdungsspannung im Bereich der Masterdung ist allerdings der
Bereich um den Masten entsprechend der vorliegenden Vorschriften nach ÖVE
EH41 zu isolieren und gegen direktes Berühren zu sichern.
Variante I d.)
Diese Variante ist aufgrund der Rechenergebnisse grundsätzlich möglich. Da die
auftretende Beeinflussungsspannung U beeinflusst von 231,3 V in der Gärtnereierdungsanlage
(und somit auch deren Verschleppung in die angeschlossene
Erdungsanlage: Industrienetz) als Wirkfehlerspannung U FA und nicht als dauerhaft
anliegende Fehlerspannung auftritt, ist eine Bewertung nach ÖVE EH41 Abb.18-1
vorzunehmen. Die maximale Berührungsspannung im Bereich der
Gärtnereierdung liegt bei dieser Variante bei 231,3 V (siehe 4.8.6.4). Dieser Wert
liegt zwar über dem einer gesetzlich definierten „Schnellabschaltung“ von 125 V
für eine Fehlerstromdauer von 0,5 s, durch Zusicherung einer sicheren
Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s (vom Netzbetreiber garantiert)
stellt dieser Wert jedoch keine Gefahr dar.
Durch die hohe Erdungsspannung im Bereich der Masterdung ist allerdings der
Bereich um den Masten entsprechend der vorliegenden Vorschriften nach ÖVE
EH41 zu isolieren und gegen direktes Berühren zu sichern.
Gredler Peter Seite 97

Diplomarbeit Projekt 3
Variante II a.)
Diese Variante wäre nur bei einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger
als 0,1 s möglich (siehe 4.8.6.5 Ergebnisse Variante II a.) und 4.8.8.1
Variante II a.)).
Variante II b.)
Diese Variante wäre nicht gestattet (siehe 4.8.8.2 Variante II b.)).
Variante II c.)
Diese Variante wäre nur bei einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger
als 0,1 s möglich (siehe 4.8.6.7 und 4.8.8.3).
Variante II d.)
Diese Variante wäre nicht gestattet (siehe 4.8.8.4 Variante II d.)).
Gredler Peter Seite 98

Diplomarbeit Projekt 4
5. Projekt 4
5.1. Einleitung
Es handelt sich hierbei um ein geplantes Blockheizkraftwerk (BHKW) auf einem
Grundstück, welches sich direkt neben einem Fluss befindet. Auf dem Grundstück
befindet sich ein geerdeter Mast einer 220-kV-Hochspannungsleitung. Die
220-kV-Leitung endet in zwei Umspannwerken, 16,5 km bzw. 3,3 km entfernt. Die
Masterdung ist dabei nord-westlich vom geplanten BHKW.
5.2. Aufgabenstellung
Es ist zu überprüfen, ob die Kriterien für einen sicheren Betrieb der Anlage
bestehen bzw. welche Ersatzmaßnahmen oder Ergänzungen getroffen werden
müssen, um diesen zu gewährleisten. Hierzu dienen die Vorschriften der
ÖVE-EH 41 und ÖVE-EN 1 (bzw. ÖVE/ON E8001-1) als Bewertungsgrundlage
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben).
5.3. Skizze
3,3 k m ≅ 1 0 Masten
16,5 km ≅ 50Masten
Erdseil
220 kV - Freileitung
Phasenseil
Stadtnetz
Trafo
mögliche Verbindung
Mast- + BHKW-Erdung
Erdungsanlage
Blockheizkraftwerk
Nullungs
verbindung
Abbildung 19: Skizze Projekt 4
Gredler Peter Seite 99

Diplomarbeit Projekt 4
5.4. Freileitungsdaten
Werte
Objekte
für 220-kV-
Leitung
I Mittlerer Abstand Erdseil-Phasenseil in [m] 15,82
II Phasenseil - Durchmesser in [m] 0,0277
III Erdseil - Durchmesser in [m] 0,021
IV Phasenseil - Widerstand in [Ω / km] 0,085
V Erdseil - Widerstand in [Ω / km] 0,131
VI Spannfeldlänge in [km] 0,33
VII Durchschnittlich spez. Bodenwiderstand [Ωm] 1000
VIII Spez. Bodenwid. der Oberschicht: ρ 1 in [Ωm] 800
IX Spez. Bodenwid. der Unterschicht: ρ 2 in [Ωm] 1900
X Schichtdicke der Oberschicht in [m] 1
XI Mast-Ausbreitungswiderstand in [Ω] 34,02
Tabelle 31: Freileitungsdaten
Bemerkungen zu den Daten:
ad. I, II, IV, VI:
ad. III, V:
ad. VII, VIII, IX, X:
ad. XI:
gemäß Datenblätter für durchschnittliche Freileitungssysteme
(siehe Anhang: Standardmasten bzw. Kenngrößen
typischer Leiterseile)
Annahmen (typisches Erdseil)
Annahmen für geologische Gegebenheiten, wie sie in
Österreich auftreten können
aus Berechnungen der Mastausbreitungswiderstände mit
dem Erdungsberechnungsprogramm „OBEIN Version 3.0“
(siehe Anhang Standardmasten)
5.5. Erdungsberechnung
Zur Berechnung der bestehenden Erdungsanlage wurde das Programm OBEIN
Version 3.0 23 verwendet.
23 Erläuterung des Programmes siehe Institut für Elektrische Anlagen, TU-Graz
Gredler Peter Seite 100

Diplomarbeit Projekt 4
5.5.1. Grundriss der Erdungsanlage
Fluss
220-kV Mast
Blockheizkraftwerk
Areal
0
Abbildung 20: Grundriss der Erdungsanlage mit der
Aufpunktgerade g1
Der Grundriss der Erdungsanlage wurde mittels graphischer Eingabe auf einem
Digitalisier-Tablett maßstabsgetreu eingegeben. Zusätzlich wurde die bestehende
Masterdungsanlage mit Tiefenerder (TE) erweitert, um Änderungen bzw.
Auswirkungen dieser auf die Gesamt-erdungsanlage zu zeigen.
0
Abbildung 21: Grundriss der erweiterten Erdungsanlage
(3 zusätzliche TE) mit der Aufpunktgerade g1
Gredler Peter Seite 101

Diplomarbeit Projekt 4
5.5.2. Erdungsanlagendaten
Banderder
Staberder
Spezifischer Bodenwiderstand
Schichtdicke
Bandbreite von 0,03 m
Durchschnittsverlegungstiefe 1 m
Radius von 0,01 m
Länge 15 m
ρ 1 = 1400 Ωm, ρ 2 = 700 Ωm
5 m
Tabelle 32: Erdungsanlagendaten
Die gewählten Daten sind Annahmen für geologische Gegebenheiten, wie sie in
Österreich auftreten können.
5.5.3. Ergebnisse
Teilbereich
Erdausbreitungswiderstand
in Ω
Beeinflussungsspannung
in per unit
BHKW allein 16,9 -
Variante I a.)
beeinflussender Erder: Masterdung
beeinflusster Erder: BHKW
Variante I b.)
beeinflussender Erder: Masterdung + 3 TE
beeinflusster Erder: BHKW
Variante II
Erdungsanlage zusammengeschlossen
(Masterdung + BHKW)
15,4 0,1728
11,4 0,2050
9,4 -
Tabelle 33: Ergebnisse der Erdungsberechnung
ad. Beeinflussungsspannung in per unit (p.u.): Die Beeinflussungsspannung gibt den Teil, der am
Fehlerort entstehenden Erdungsspannung an, welcher an den beeinflussten Erdern auftritt und
wird im Programm OBEIN als p.u.–Wert, bezogen auf die Erdungsspannung, berechnet und
ausgegeben.
ad. Varianten: siehe Prinzipskizzen unter Kapitel 5.6
Gredler Peter Seite 102

Diplomarbeit Projekt 4
5.6. Fehlersimulation
Die Berechnung der einzelnen Szenarien wurde in einer umfangreichen
Gesamtsimulation, welche den gesamten Erdstromverlauf darstellt und verfolgen
lässt, mittels Matlab-Simulation verwirklicht.
Hierbei wurde besonderes Augenmerk auf die Realisierung der
Erdseilkettenimpedanzen gelegt und beobachtet, wie sich insbesondere deren
Änderung auf den Stromverlauf in der Gesamtanlage auswirkt.
In der Simulation werden Erdungsanlagen, die sich in ihrer Wirkung nicht
gegenseitig beeinflussen, als Ersatzwiderstände (in ihrer gegebenen bzw.
gerechneten Höhe) dargestellt. Durch Einbau entsprechender Messgeräte in die
Schaltung, kann der tatsächlich fließende Strom in den einzelnen Anlagenteilen
(Teilströme) angezeigt werden. Erdungsanlagenteile, die aus welchen Gründen
auch immer in ihrem Wert variabel sind, können dabei sehr leicht in der Simulation
geändert werden.
Es ergeben sich zwei grundsätzliche Varianten (Masterdung mit der BHKW-
Erdung zusammengeschossen oder nicht). Die Variantenstruktur ist demnach
folgende (Werte siehe Tabelle 33):
Variante I (a bzw b): Masterdung (in Variante I b.) mit 3 zusätzlichen TE) wirkt als
beeinflussender Erder, die BHKW-Erdung als beeinflusster
Erder.
I F
Z Kette220kV-10Masten
Masterdung
R A-Mast
U beeinflusst
R A-BHKW
BHKW-Erdung
Z Kette220kV-50Masten
R fehler
Variante II:
Masterdung und BHKW-Erdung sind zusammengeschlossen.
Z Kette220kV-10Masten
I F
BHKW-Erdung
R A-BHKW
+Mast
Z Kette220kV-50Masten
R fehler
Gredler Peter Seite 103

Diplomarbeit Projekt 4
Als voneinander unabhängige Erdungsanlagen können eingestuft werden:
• Die Gesamterdungsanlage im Bereich des BHKW (verschiedene Erdungsverhältnisse
siehe Tabelle 33 und nachfolgende Bilder)
• die Erdseilkettenwiderstände für die Freileitung in beide Richtungen
Durch die gegebenen Abstände zu den Umspannstationen lassen sich mit der
Spannfeldlänge von 0.33 km folgende Mastanzahlen errechnen:
10 Masten für 3,3 km und 50 für 16,5 km.
5.6.1. Berechnungsergebnisse Kettenleiter im Fehlerfall
Bei einem einpoligen Fehler auf der 220-kV–Ebene wird der „reale“ Kettenleiter
wirksam. (siehe [8], Kapitel Kettenleiter).
Zur Berechnung/Simulation von Z Kette220kV werden am Fehlerort (220-kV–Mast am
BHKW Gelände), je nach Variante, die Erdausbreitungswiderstände aus
Tabelle 33 als Fehlerortimpedanz wirksam.
Anzahl der
Z Kette220kV in Ω
Masten Variante I a.) Variante I b.) Variante II
10 1,32 1,31 1,30
50 2,46 2,45 2,44
ad Varianten: siehe Kapitel 5.6
Tabelle 34: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV
Gredler Peter Seite 104

Diplomarbeit Projekt 4
5.6.2. Anwendung auf die realen Bedingungen
5.6.2.1. Nachbildung im Fehlerfall
Abbildung 22: Nachbildung Fehlerfall (Varianten I a. ) und b. ) )
Gredler Peter Seite 105

Diplomarbeit Projekt 4
Abbildung 23: Nachbildung Fehlerfall (Variante II)
Gredler Peter Seite 106

Diplomarbeit Projekt 4
5.6.2.2. Simulationsdaten
Simulationsvariablen
Widerstandswert in Ω
Variante I a.) Variante I b.) Variante II
RFehler 15,4 11,4 9,4
Z-Kette10 220 kV 1,32 1,31 1,30
Z-Kette50 220 kV 2,46 2,45 2,44
U beeinflusst in per unit 0,1728 0,2050 -
RA-BHKW 16,9
R-PEN 0,1
Körperersatzwiderstand +
Standortwiderstand
3000
RA...... Ausbreitungswiderstand
ad Varianten: siehe Kapitel 5.6
Tabelle 35: Simulationsdaten für den Fehlerfall
ad. „R-PEN“ und „Körperersatzwiderstand“: Die Kombination dieser beiden Ersatzwiderstände stellt
eine Potentialverschleppung, wie sie zum Beispiel durch einen Kabelroller erfolgen könnte, dar.
„R-PEN“ steht für den Ersatzwiderstand der Zuleitung (Schutzleitungswiderstand) und der
„Körperersatzwiderstand“ 24 für den menschlichen Körperwiderstand inklusive
Standortwiderstand.
In der Simulation wird für den Fehlerstrom I Fehler der Wert von 1 kA festgesetzt.
Damit ist eine einfache Umrechnung der Teilstromwerte für beliebige
Fehlerstromwerte möglich.
5.6.2.3. Ergebnisse
Teilströme im Fehlerfall
Stromwert in A
(I Fehler = 1 kA) Variante I a.) Variante I b.) Variante II
I Kette10-220kV 616,4 606,3 598,3
I Kette50-220kV 330,8 324,2 318,7
I Mast-220kV 52,8 69,7
I BHKW 8,3 9,7
82,7
I Körper 0,3 0,3 0,3
Tabelle 36: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA
Auftretende Spannungen
Spannungswert in V
(I Fehler = 1 kA) Variante I a.) Variante I b.) Variante II
U F (=U PTmax ) Mast 813,6 794,3 777,7
U F (=U PTmax ) BHKW 140,6 162,8 777,7
U PT Mast - BHKW 673,0 631,5 0
U F ......... Fehlerspannung (Spannung zwischen Anlage und Bezugserde)
U Ptmax ... maximale auftretende prospektive Berührungsspannung (worst case)
U PT ....... prospektive Berührungsspannung
ad Varianten: siehe Kapitel 5.6
Tabelle 37: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA
24 siehe [2] Seite 1-5 ff
Gredler Peter Seite 107

Diplomarbeit Projekt 4
5.7. Bewertung nach ÖVE-EH 41/1987
„Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“
(Neuerungen durch ÖVE/ÖNORM E 8383 werden im Anhang beschrieben)
5.7.1. §3 Erde, Erder, Erden
ad. §3.6: Die Gesamterdungsanlage umfasst sämtliche beteiligte Teil-Erdungsanlagen
(sowohl beeinflussende, wie auch beeinflusste) welche sind:
In Variante I a.) und I b.):
• die Masterdung (beeinflussender Erder)
• die 220-kV-Erdseilkettenleiter (Z Kette220kV )
• die Erdungsanlage BHKW (beeinflusster Erder)
In Variante II:
• die Gesamterdungsanlage (Masterdung + Erdungsanlage BHKW)
• die 220-kV-Erdseilkettenleiter (Z Kette220kV )
5.7.2. §5 Widerstandsarten
ad. §5.3: Variante I a.) und I b.): Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der
Parallelschaltung der Erdseilkettenleiter mit dem Erdausbreitungswiderstand
des Masten (beinhaltet auch die Beeinflussung durch den
beeinflussten Erder). Die Beeinflussungsimpedanz Z beeinflusst
entspricht dem Ausbreitungswiderstand des BHKW’s.
Variante II: Die Erdungsimpedanz Z E ergibt sich aus der
Parallelschaltung der Erdseilkettenleiter mit dem Erdausbreitungswiderstand
der Gesamtanlage.
5.7.3. §8 Spannungen bei stromdurchflossenen Erdungsanlagen
ad. §8.1: Variante I a.) und I b.): Die Erdungsspannung U E ist die zwischen der
„Masterdung“ und Bezugserde auftretende Spannung, wenn ein Strom
über die „Erdungsimpedanz“ fließt. Die Erdungsspannung durch
Beeinflussung U beeinflusst ist die zwischen dem „Hauptpotentialausgleich
BHKW“ und Bezugserde auftretende Spannung, wenn ein Strom über
Z beeinflusst fließt.
Variante II: Die Erdungsspannung U E ist die zwischen dem
„Hauptpotentialausgleich BHKW“ und Bezugserde auftretende
Spannung, wenn ein Strom über Z E fließt.
Gredler Peter Seite 108

Diplomarbeit Projekt 4
5.7.4. §9 Erdschluss, Ströme bei Erdschlüssen,
Schnellausschaltung
ad. §9.2: Da in dem betrachteten Fall ein Erdschluss nur auf der 220-kV-Ebene
auftreten kann, ist der Erdfehlerstrom (I Fehler ) dieser Spannungsebene
laut §12.4 für die weitere Bewertung heranzuziehen.
Dieser ist auf der 220-kV-Ebene (niederohmige Sternpunkterdung) laut
§9.2.(3) der Erdkurzschlussstrom I K
“
1pol = 6 kA 25 .
ad §9.3: Die dabei auftretenden Teil-Erdungsströme sind jene Anteile des
Erdfehlerstroms, welche die entsprechenden Teil-Erdungsanlagen
durchfließen und dadurch eine Potentialanhebung verursachen. Diese
sind: I BHKW , I Kette-220 kV
5.7.5. §12 Bemessung von Erdungsanlagen – Allgemeines
Die maßgebenden Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen sind in ÖVE
EH41 Tabelle 12-1 (siehe Anhang) aufgeführt.
ad. §12.3: Die Bemessung der Erdungsanlage wird durch den Strom, der im
Fehlerfall durch den betreffenden Teil der Erdungsanlage fließt
(entspricht den in der Simulation enthaltenen Teil-Erdungsströmen wie
unter §9.3), und durch die Ausschaltzeit bei ordnungsgemäßem
Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bestimmt.
ad. §12.4: Zur Bemessung der Erdungsanlage wird der größte Teil-Erdungsstrom
der untersuchten Teil-Erdungsanlage zu Grunde gelegt. In diesem Fall
ergibt sich der größte Teil-Erdungsstrom bei einem Erdschluss auf der
220-kV-Ebene.
Der Erwartungsfaktor w wird auf den Wert 1 (worst case) gesetzt.
25 Annahme
Gredler Peter Seite 109

Diplomarbeit Projekt 4
5.7.6. §15 Bemessung von Erdungsanlagen hinsichtlich
der Spannungen an der Erdungsanlage
Die Anforderungen, denen eine Erdungsanlage hinsichtlich auftretender
Spannungen genügen muss, sind in ÖVE EH41 Tabelle 15-1 (siehe Anhang)
angeführt.
ad. §15.1 Für die Bestimmung der Spannung an der Teil-Erdungsanlage BHKW
ist aufgrund der Simulation der Teil-Erdungsstrom I BHKW maßgebend.
Variante
I Mast-220kV
in A
I BHKW
in A
für I Fehler = 6 kA
R AMast R BHKW
in Ω in Ω
U E
in V
U beeinflusst
in V
I a.) 316,8 49,8 15,4 16,9 4879 842
I b.) 418,2 58,2 11,4 16,9 4767 954
II 496,2 9,4 4664 -
ad Varianten: siehe Kapitel 5.6
Tabelle 38: Ströme und Spannungen zur Bemessung
ad. Berechnungen Variante I a.) und I b.)
U
E
= RAMast
⋅ I
Mast220kV
U
beeinf
lusst
= R
ABHKW
⋅ I
BHKW
Wobei U E die zu betrachtende (bzw. zu bewertende) max. Spannung an
der Masterdung und U beeinflusst die zu betrachtende (bzw. zu
bewertende) max. Spannung an der beeinflussten Erdungsanlage ist.
ad. Berechnungen Variante II
U
E
=
R
ABHKW
⋅ I
BHKW
U beeinflusst ist hier nicht vorhanden, da die Erdungsanlagen von Mast und
BHKW in Variante II immer zusammenhängen!
Da es sich hier um ein niederohmig geerdetes 220-kV- Netz handelt, ist die Zeile
10 der Bewertungstabelle Tab 15-1 lt. ÖVE EH41 (Netze mit niederohmiger
Sternpunktserdung) zu verwenden. Da der in §15.3(3.2) geforderte maximale
Erdkurzschlussstrom von 2000 A je Netz, bei einer Ausschaltzeit von höchstens
3 s, überschritten wird, müssen die Erdungsanlagen bezüglich Spannungen
überprüft werden.
Gredler Peter Seite 110

Diplomarbeit Projekt 4
Laut ÖVE-EH41 Abb. 18-1 (siehe Anhang) darf die Berührungsspannung U B bei
ordnungsgemäßem Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter bei einer
sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s (realistischer Wert laut
Netzbetreiber) max. 700 V betragen. Laut ÖVE EH41 §9.4 ist eine
„Schnellabschaltung“ definiert als eine Abschaltung innerhalb 0,5 s. Bei 0,5 s
würde dies eine Berührungsspannung von 125 V erlauben.
Die Schrittspannung wird entlang der ausgewählten Gerade g1 (siehe Abbildung
20) mit Hilfe des Programmes OBEIN über das Schrittspannungsberechnungsmodul
errechnet.
5.7.6.1. Ergebnisse Variante I a.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I fehler = 6 kA):
U E = 4879 V
U beeinflusst = 842 V
Sowohl im Bereich der beeinflussenden als auch im Bereich der beeinflussten
Erdungsanlage (BHKW) ergibt sich eine Erdungsspannung > 125 V. Es muss
daher eine Überprüfung der Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Diagramm 45: Variante I a.) - Potentialgebirge in [pu]
Gredler Peter Seite 111

Diplomarbeit Projekt 4
Die maximale Berührungsspannung im Bereich der Masterdung beträgt 4879 V
und ist damit > 125 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels
Begrenzung der Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt
werden (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß
§15.2.4 zu treffen.
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 842 V nicht dauerhaft
als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das Bewertungskriterium.
In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung, innerhalb der das
Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist in Abhängigkeit von
der Dauer des Fehlerstromes dargestellt. Es kann also diese Abbildung zur
Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst (ist in der Abbildung mit der
Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen werden. Bei 842 V müsste
eine sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,09 s erfolgen. Kann
dieser Wert nicht garantiert werden ist diese Variante nicht erlaubt.
Diagramm 46: Variante I a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 460 V.
Gredler Peter Seite 112

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5.7.6.2. Ergebnisse Variante I b.)
Es ergeben sich für die Erdungsspannungen (bei I fehler = 6 kA):
U E = 4767 V
U beeinflusst = 954 V
Sowohl im Bereich der beeinflussenden als auch im Bereich der beeinflussten
Erdungsanlage (BHKW) ergibt sich eine Erdungsspannung > 125 V. Es muss
daher eine Überprüfung der Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Diagramm 47: Variante I b.) - Potentialgebirge in [pu]
Die maximale Berührungsspannung im Bereich der Masterdung beträgt 4767 V
und ist damit > 125 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels
Begrenzung der Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt
werden (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß
§15.2.4 zu treffen.
Gredler Peter Seite 113

Diplomarbeit Projekt 4
Für die beeinflusste Erdungsanlage wird zur Bewertung prinzipiell die
Grenzfehlerspannung U FL bzw. die Wirkfehlerspannung U FA nach ÖVE/ON E8001-1
verwendet. Da die auftretende Beeinflussungsspannung von 954 V nicht dauerhaft
als Fehlerspannung anliegt, ist die Wirkfehlerspannung das Bewertungskriterium.
In ÖVE EH41 Abb.18-1 ist die zulässige Berührungsspannung, innerhalb der das
Risiko eines schädlichen elektrischen Schlages vertretbar ist in Abhängigkeit von
der Dauer des Fehlerstromes dargestellt. Es kann also diese Abbildung zur
Bewertung der Spannungshöhe von U beeinflusst (ist in der Abbildung mit der
Berührungsspannung gleichzusetzen) herangezogen werden. Bei 954 V müsste
eine sichere Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,08 s erfolgen. Kann
dieser Wert nicht garantiert werden ist diese Variante nicht erlaubt.
Diagramm 48: Variante I b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 410 V.
Gredler Peter Seite 114

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5.7.6.3. Ergebnisse Variante II
Es ergibt sich für die Erdungsspannung (bei I fehler = 6 kA):
U E = 4664 V
Die Erdungsspannung > 125 V, d.h. es muss daher eine Überprüfung der
Berührungsspannungen im gesamten Areal erfolgen.
Diagramm 49: Variante II - Potentialgebirge in [pu]
Die maximale Berührungsspannung im gesamten Erdungsbereich beträgt 4664 V
und ist damit > 125 V. Eine Berührungsspannung in dieser Höhe kann mittels
Begrenzung der Fehlerstromdauer (Schnellabschaltung) nicht mehr bewältigt
werden (siehe ÖVE EH41 Abb. 18-1). Es sind daher Ersatzmaßnahmen gemäß
§15.2.4 zu treffen.
Gredler Peter Seite 115

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Diagramm 50: Variante II - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1
Die maximal auftretende Schrittspannung liegt bei ca. 310 V.
5.7.7. §19 Freileitungsmaste
ad §19.1 Bei Leitungen mit durchlaufendem Erdseil gilt der Wert bei aufgelegtem
Erdseil als Erdungsimpedanz für die Schutzerdung.
ad §19.3 Wie bereits unter §12 und §15 beschrieben, kommt hier der Teil-
Erdungsstrom I Mast bei einem einpoligen Erdkurzschlussstrom I k
“
1pol im
niederohmig geerdeten 220-kV-Netz als Bemessungserdungsstrom
zum Tragen. Maßnahmen zum Erfüllen dieser Forderungen sind
ebenfalls unter §15 beschrieben.
Gredler Peter Seite 116

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5.7.8. §23 Zusammenschluss von Erdungen in Anlagen
mit Nennspannungen über 1 kV und mit
Nennspannungen bis 1000 V
In diesem Abschnitt wird nur die Variante II (HS-Erdung (Masterdung) ist mit der
NS-Erdung (BHKW-Erdung) verbunden) von Interesse.
5.7.8.1. Variante II
Die Erdungsanlage der HS-Masterdung ist mit der BHKW-Erdung verbunden.
Für den Fall, dass der Blocktrafo des BHKW’s mit der Erdungsanlage des BHKW’s
in Verbindung steht, ergeben sich zwei Möglichkeiten die bewertet werden
müssen.
• Der Blocktrafo ist genullt (die BHKW-Erdung ist mit der Stadterdung
verbunden) ausgeführt (siehe [8], Kapitel Grundlagen). In diesem Fall muss die
Erdungsspannung U E unter dem in ÖVE EH41 Abb. 18-1 angegebenen Wert
liegen. Bei einem Gesamt-Ausbreitungswiderstand des Stadtnetzes von 0,2 Ω
ergibt sich im Fehlerfall eine Erdungsspannung von ca. 650 V, bei 2 Ω eine
Erdungsspannung von ca. 3200 V. Ist der Wert der Stadterdung niedrig genug
(≤ 0,2 Ω), wäre ein Zusammenschluss von Hoch- und Niederspannungserdung
bei einer garantierten Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s möglich.
Wäre der Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)), wäre ein Zusammenschluss
in jedem Fall möglich.
• Der Blocktrafo speist über ein TT-System (siehe [8], Kapitel Grundlagen) die
Stadt. In diesem Fall muss die Erdungsspannung ≤ 1200 V sein. Da die
Erdungsspannung in Variante II 4664 V (siehe 5.7.6.3) beträgt, und diese im
versorgten Gebiet die Isolationsfestigkeit elektrischer Betriebsmittel
überschreitet, ist in diesem Fall der Zusammenschluss der
HS-Erdung mit der BHKW- Erdung nicht erlaubt und demnach aufzutrennen.
Wäre der Fehlerstrom je Netz ≤ 2 kA (§15.3(3.2)), wäre ein Zusammenschluss
möglich.
Die Erdungsanlage des Blocktrafos liegt außerhalb des Einflussbereichs der
BHKW-Erdung (bzw. Masterdung)
Ist dieser Umstand gegeben, ist der bestehende Zusammenschluss von
HS-Masterdung mit BHKW-Erdung erlaubt. Es können hier keine Spannungsverschleppungen
über die Trafoerdung in das Versorgungsgebiet erfolgen.
Gredler Peter Seite 117

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5.7.9. §24 Berücksichtigung der Erfordernisse des
Blitzschutzes
Die Berücksichtigung der Erfordernisse des Blitzschutzes erfolgt nicht aufgrund
sicherheitstechnischer, sondern aufgrund betriebstechnischer Erwägungen (siehe
ÖVE EH41 Anhang 1).
5.7.10. §25 Überwachung von Erdungsanlagen
Erdungsanlagen sind zur Feststellung allfälliger Korrosionsschäden periodisch an
kritischen Stellen zu kontrollieren.
5.8. Zusammenfassung
Ein sicherer Betrieb der Anlage nach ÖVE-EH41 und ÖVE-EN1 (bzw. ÖVE/ON
E8001-1) ist daher durch folgende Lösungsmöglichkeiten möglich:
Lösungsmöglichkeit 1 (Variante II):
Der Blocktrafo ist mit der Erdungsanlage des Stadtnetzes (≤ 0,2 Ω) verbunden. Im
Falle einer sicheren Abschaltung in einer Zeit von weniger als 0,1 s kann die
HS-Masterdung mit der BHKW-Erdung verbunden bleiben (die Erdseile bleiben
aufgelegt).
Lösungsmöglichkeit 2 (Variante II):
Die Erdungsanlage des Blocktrafos liegt außerhalb des Einflussbereichs der BHKW-
Erdung (bzw. Masterdung), wodurch keine Gefahr einer Verschleppung in das
Stadtnetz besteht. Da die maximale Berührungsspannung im gesamten
Erdungsbereich 4664 V beträgt, sind Ersatzmaßnahmen gemäß §15.2.4 zu treffen.
Lösungsmöglichkeit 3:
Die Erdseile der HS–Masten werden abgehoben und damit eine Trennung der HSund
NS-Erdungen durchgeführt. Zusätzlich müssen geeignete Isolatoren an den
Masten verwendet werden, um einen Überschlag von Phasen- auf Erdseil möglichst
ausschließen zu können.
Dadurch ist eine weitere Bewertung der Anlage nur noch gemäß ÖVE-EN1 (bzw.
ÖVE/ON E8001-1) notwendig.
Lösungsmöglichkeit 4:
Es wird dafür gesorgt, dass der Erdschlussstrom vor Ort einen geringeren Wert
aufweist. Dies kann beispielsweise durch Kurzschlussdrosseln, oder durch
Verringerung der Zahl der geerdeten Transformatorsternpunkte des Hochspannungsnetzes
erfolgen. Es ist dann eine erneute Bewertung gemäß ÖVE-EH41 bzw. ÖVE-
EN1 (ÖVE/ON E8001-1) hinsichtlich der auftretenden Gefährdungsspannungen
durchzuführen.
Gredler Peter Seite 118

Diplomarbeit
Anhang
6. Anhang
6.1. Standardmasten
6.1.1. 110-kV-Mast
Masterdung
10 m
8m
5m
0,6 m
1m
0,299 /km
4,12
mittlerer Abstand Phasenseil-Erdseil
3
d
1 2 3
P E P E P E
= 10,46 m
Gredler Peter Seite 119

Diplomarbeit
Anhang
6.1.2. 220-kV-Mast
Masterdung
15 m
10 m
6m
0,6 m
1m
0,276 /km
mittlerer Abstand Phasenseil-Erdseil
3
d
1 2 3
P E P E P E
= 15,82 m
Gredler Peter Seite 120

Diplomarbeit
Anhang
6.1.3. 380-kV-Mast
Masterdung
15 m
10 m
8m
0,6 m
1m
0,138 /km
mittlerer Abstand Phasenseil-Erdseil
3
d
1 2 3
P E P E P E = 10,46 m
Gredler Peter Seite 121

Diplomarbeit
Anhang
6.2. Kenngrößen typischer Leiterseile
Gredler Peter Seite 122

Diplomarbeit
Anhang
6.3. ÖVE EH-41/1987 Erdungen in Wechselstromanlagen
mit Nennspannungen über 1 kV
6.3.1. Tabelle 12-1
I C
1 2 3 4 5 6 7
1
Maßgebend für thermische Belastung 1 )
Erdungssammelleitung
Maßgebend für Erdungsund
Berührungsspannung
2 Erder Erdungsleitung
3 Netze mit isoliertem Sternpunkt
- 2 ) I C I k " EE r x I 3 C )
4
5
6
7
8
9
10
Netze mit Erdschlusskompensation
Netze mit Erdschlusskompensation
und
vorübergehend
niederohmiger
Sternpunkterdung
bis zu 10
s
Netze mit
niederohmiger
Sternpunkterdung
Tab. 12-1. Maßgebende Ströme für die Bemessung von Erdungsanlagen
in den Anlagen mit
Erdschlussspulen
in den Anlagen ohne
Erdschlussspulen
in den Anlagen, in denen
vorübergehend geerdet
wird
in allen
übrigen
Anlagen
U N < 110kV
U N > 110kV
(ausgenommen Freileitungsmaste)
mit
Erdschlussspulen
ohne
Erdschlussspulen
2
I ESp oder I Rest
r × I ESp
+ I
Re
I k " EE
I Rest r x I 3 Rest )
I k " 1pol I k " 1pol I k " 1pol w 1 x I E
I ESp oder I Rest
I Rest r x I Rest 3 )
kapazitiver Erdschlussstrom
I REST Erdschlussreststrom (wenn der genaue Wert nicht bekannt ist, darf mit 0.1x I C gerechnet werden )
I ESp Summe der Nennströme der parallelgeschalteten Erdschlussspulen in der betrachteten Anlage
I k " EE Doppelerdschlussstrom (für I k " EE darf 85% des dreipoligen Anfangskurzschlusswechselstromes eingesetzt
werden)4)
I k " 1pol
Anfangskurzschlusswechselstrom bei einpoligem Erdkurzschluss 4 )
I E
Erdungsstrom 5 )
w 1 Erwartungsfaktor (1, falls nicht ein niedrigerer Wert nachgewiesen wird)
w 2 Erwartungsfaktor (0.7, falls nicht ein niedrigerer Wert nachgewiesen wird)
r Reduktionsfaktor nach § 9.5
Wenn die in die Anlage eingeführten Leitungen unterschiedliche Reduktionsfaktoren haben, so ist der maßgebende
Strom gemäß Anhang 2, § 128, zu bestimmen.
- 2 )
- 2 )
I k " 1pol
I k " 1pol
I k " EE
I k " 1pol
r × I ESp
+ I
2
w 1 x I E
w 2 x I E
3 )
2
st
3 )
2
Re st
1 ) Die Mindestquerschnitte nach § 13.2 bzw. § 14.2 sind zu beachten
2 ) Mindestquerschnitte nach § 13.2
3 ) An Stelle dieser Ströme ist der Doppelerdschlussstrom maßgebend, wenn keine Schutzeinrichtungen zu dessen selbsttätiger Abschaltung vorhanden sind
4 ) Hinsichtlich der Berechnung wird verwiesen auf VDE 0102, Teil 1/11.71, § 7
5 ) Hinsichtlich der Berechnung wird verwiesen auf VDE 0102, Teil 1/11.71, § 8
Gredler Peter Seite 123

Diplomarbeit
Anhang
6.3.2. Tabelle 15-1
1 2 3 4 5 6
Zulässige Berührungsspannung bzw. erforderliche
1
Ersatzmaßnahmen nach § 15.2 und § 15.3
Erdungsspannung
außerhalb abgeschlossener
elektri-
Betriebsstätten
innerhalb abgeschlossener elektrischer
2
3 scher Betriebsstätten Innenraumanlagen Freiluftanlagen
4 Netze aller Art
< 125 keine keine keine
U B < 65 V oder § 15.3(1)
5 Netze mit
> 125...250 oder §15.2.1 bzw.
oder §15.2.4
isoliertem Sternpunkt oder
§15.2.2
mit Erdschlusskompensation
oder §15.2.3
U B < 65 V oder
U B < 65 V
6 > 250
§15.3(1)
oder §15.2.4(2)
U B nach Abb. 18-1 oder § 15.3(3)
7
Netze mit Erdschlusskompensation
und
vorübergehend
Tab. 15-1. Anforderungen im Hinblick auf Spannungen an der Erdungsanlage
in den
Anlagen, in
denen vorübergehend
> 125...250
§ 15.2.1 oder § 15.2.2 oder § 15.2.3
§ 15.2.4(1) oder
§15.2.4(2)
niederohmiger geerdet wird
8 Sternpunkterdung
> 250 wie bei Netzen mit niederohmiger Sternpunkterdung (Zeile 10)
bis zu 10 s in allen übrigen
Anlagen
5 und 6)
wie bei Netzen mit Erdschlusskompensation
(Zeilen
9
U B nach Abb. 18-1 oder § 15.3(2)
Netze mit niederohmiger
oder Schnellausschaltung
und § ausschaltung ausschaltung
oder Schnell-
oder Schnell-
10
< 125
Sternpunkterdung
15.2.1 bzw. § 15.2.2 und § 15.2.3 und § 15.2.4
Bei Vorliegen der Voraussetzungen nach § 15.3 gelten die zulässigen Berührungsspannungen als eingehalten; die
Erdungsspannung braucht nicht festgestellt zu werden.
Gredler Peter Seite 124

Diplomarbeit
Anhang
6.3.3. Tabelle 23-1
Tab. 23-1. Bedingungen, unter denen ohne Nachweis der Berührungsspannung der Zusammenschluss von
Erdungsanlagen bzw. der Anschluss an eine gemeinsame Erdungsanlage zulässig ist
1 2 3 4
Art der Sternpunktbehandlung
Die betrachtete Hochspannungsanlage liegt
1
Hochspannungsnetz
Niederspannungsnetz
1 )
in Gebieten mit
geschlossener Bebauung 3 )
und Industrie
in sonstigen
Gebieten
isolierter Sternpunkt
2 oder
Erdschlusskompensation
3 niederohmige
Sternpunkterdung
4
isolierter Sternpunkt
oder
Erdschlusskompensation
5 niederohmige
Sternpunkterdung
Erdschlusskompensation
und vorübergehend
6
niederohmige Sternpunkterdung
TN-Netz
(PEN-Leiter)
TT-Netz
(N-Leiter)
Zusammenschluss ohne
Bedingung möglich 2 )
U E < 65 V 4 ) oder § 15.3 (3.1)
oder § 15.3 (3.2)
UE < Werte gemäß Abb. 18-1 oder
§ 15.3 (3.2)
U E < 125 V oder § 15.3 (3.1)
oder § 15.3 (3.2)
U E < 1200 V oder § 15.3 (3.2)
Für Anlagen, in denen der Sternpunkt vorübergehend geerdet wird, gelten die bei Netzen
mit niederohmiger Sternpukterdung gemachten Angaben oder es muss § 15.3 (3) erfüllt
sein. Für die übrigen Anlagen, in denen kein Sternpunkt geerdet wird, gelten die Angaben
wie bei Netzen mit isoliertem Sternpunkt oder Erdschlusskompensation.
1 ) In Industrieanlagen mit einem IT-Niederspannungsnetz sind,unabhängig von der Sternpunktbehandlung im Hochspannungsnetz, Hochspannungserdung und Niederspannungsschutzerdung
zusammenzuschließen.
2
) Unter dieser Voraussetzung ist eine einwandfreie Trennung der Erdungen ohnehin nicht möglich.
3 ) Gebiete mit geschlossener Bebauung sind Gebiete, in denen durch die Dichte der Bebauung (Fundamenterder) oder durch Versorgunseinrichtungen mit Erderwirkung die Gesamtheit der
vorhandenen Erder wie ein Maschenerder wirkt.
4
) Dabei wird vorausgesetzt, dass zusätzliche Betriebserdungen im Niederspannungsnetz die Erdungsspannung in den Abnehmeranlagen auf Werte < 50 V reduzieren.
6.3.4. Abbildung 18-1
1000
UB in [V]
100
10
0.01 0.1 1 10
t F in [s]
Abb. 18-1. Berührungsspannung U B in Abhängigkeit von der Dauer
des Fehlerstromes t F
Gredler Peter Seite 125

Diplomarbeit
Anhang
6.4. Änderungen betreffend ÖVE/ÖNORM E 8383
Entsprechend den Wünschen bei CENELEC enthält das Harmonisierungsdokument
auch Regelungen über die Erdungen von Starkstromanlagen.
Die Norm ÖVE/ÖNORM E 8383 ersetzt sowohl die Normen ÖVE EH 1/1982
(„Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen über 1 kV“) sowie
ÖVE EH 41/1987 („Erdungen in Wechselstromanlagen mit Nennspannungen über
1 kV“).
2.7.10.2 Ausbreitungswiderstand R E
Wirkwiderstand der Erde zwischen dem Erder und der Bezugserde.
(Anmerkung: R E bisher R A genannt)
2.7.13.4 Leerlaufspannung des Berührungsstromkreises U ST (max. mögliche
Berührungsspannung)
Spannung, die bei einem Erdfehler zwischen leitfähigen Teilen und Erde auftritt,
während diese Teile noch nicht berührt werden (Quellspannung).
U SS Leerlaufschrittspannung
U TST Verschleppte Leerlaufberührungsspannung, wenn der Mantel am
entfernten Ende nicht geerdet ist.
U TSTE Verschleppte Leerlaufberührungsspannung, wenn der Mantel am
entfernten Ende ebenfalls geerdet ist.
Die Leerlaufberührungsspannung
U ST : ist jener Teil von U E (U F ), der
von einem Menschen überbrückt
werden kann (waagrechter
Abstand 1m vom berührbaren
Teil). Sie teilt sich im Falle einer
Berührung (Stromfluss über den
Körper) in die Berührungsspannung
U T und den
Spannungsabfall an R a auf.
(Anmerkung: U ST entspricht der
bisher verwendeten „prospektiven
Berührungsspannung“ U PT )
Z ..Körperimpedanz
B
I ..Körperstrom
B
R
a..zusätzlicher Widerstand
(R = R +R )
a a1 a2
R
a1..z.B.: Widerstand der Schuhe
R
a2.. Ausbreitungswiderstand des Standortes
I B
I B
Z B
R a
U T
U ST
Als U Tp wird die maximal (Indizes p ) zulässige Berührungsspannung U T bezeichnet,
als U STp die maximal zulässige Leerlaufberührungsspannung.
Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden sämtliche
Projekte hinsichtlich der „prospektiven Berührungsspannung“ (U PT ) und damit der
in ÖVE/ÖNORM E 8383 angeführten Leerlaufberührungsspannung U ST bewertet.
Gredler Peter Seite 126

Diplomarbeit
Anhang
2.7.14.5 Globales Erdungssystem
Ein durch die Verbindung von örtlichen Erdungsanlagen hergestelltes
Erdungssystem, das sicherstellt, dass durch den geringen gegenseitigen Abstand
dieser Erdungsanlagen keine gefährlichen Berührungsspannungen auftreten.
Solch ein System bildet eine Quasiäquipotentialfläche.
9.2 Bemessung von Erdungsanlagen bei Betriebsfrequenz
9.2.1 Allgemeines
Die Höhe des Fehlerstromes ist abhängig von der Art der Sternpunktbehandlung
des Hochspannungsnetzes. Die hierfür maßgebende Tabelle 5 entspricht der
Tab.12-1 in ÖVE EH41 bis auf folgende Änderung: Der Erwartungsfaktor w
wurde aus der Tabelle entfernt. Eine direkte Äquivalenz zwischen den beiden
Tabellen erreicht man durch Gleichsetzen des Faktors w auf 1 (worst case).
Unter 4) in Tabelle 5 ist vermerkt: Sind mehrere Stromflusswege möglich, darf die
sich ergebende Stromverteilung für die Auslegung des Erdernetzes berücksichtigt
werden (Vergleich ÖVE EH41 §12.3).
Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden der
Erwartungsfaktor w generell auf 1 gesetzt.
Ad. Reduktionsfaktor r:
In ÖVE/ÖNORM E 8383-Anhang N werden Möglichkeiten zur Bestimmung der
Erdungsspannung U E und des Erdungsstromes I E (Berechnung oder Messung)
rein informativ aufgezeigt. Unter Anhang J werden typische Werte für
Reduktionsfaktoren für Freileitungen und Kabeln angeführt.
Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurde die tatsächliche
Stromaufteilung (Höhe der auftretenden Betriebs- und Fehlerströme) zur
Bewertung herangezogen. Aus diesem Grund waren Kenntnisse über typische
Reduktionsfaktorwerte nicht notwendig.
9.2.4 Bemessung im Hinblick auf Berührungs- und Schrittspannungen
9.2.4.1 Zulässige Werte
In der Praxis erfolgt die Bemessung an Hand der in ÖVE/ÖNORM E 8383 Bild 9.1
angegebenen Grenzwerte für Berührungsspannungen U Tp in Abhängigkeit von der
Stromflussdauer.
Um eine Abschätzung über die maximal zulässigen Leerlaufberührungsspannung
U STp durchführen zu können, werden in der ÖVE/ÖNORM E 8383 Anhang C
Rechenverfahren zur Berücksichtigung zusätzlicher Widerstände (z.B.: Schuhwerk,
Standortwiderstand,..) angegeben.
Gredler Peter Seite 127

Diplomarbeit
Anhang
Jeder Erdschluss wird automatisch oder von Hand abgeschaltet, wodurch keine
zeitlich unbegrenzten Berührungsspannungen als Folge von Erdfehlern auftreten
können. Für die zu berücksichtigende Fehlerstromdauer ist vom ordnungsgemäßen
Arbeiten der Schutzeinrichtungen und Schalter auszugehen.
Für Schrittspannungen ist es nicht erforderlich, zulässige Werte zu definieren, da
diese um einiges größer als die zulässigen Berührungsspannungen sind.
Anmerkung: In der vorliegenden wissenschaftlichen Arbeit wurden sämtliche
Projekte hinsichtlich der „prospektiven Berührungsspannung“ (U PT ) und damit der
in ÖVE/ÖNORM E 8383 angeführten Leerlaufberührungsspannung U ST bewertet.
Die Abbildung 18-1. von ÖVE EH41 weicht geringfügig von ÖVE/ÖNORM E 8383
Bild 9.1 (Grenzwerte für Berührungsspannungen U Tp in Abhängigkeit von der
Stromflussdauer) ab.
9.2.4.2 Maßnahmen zur Einhaltung der zulässigen Berührungsspannungen
In der neuen Norm ÖVE/ÖNORM E 8383 sind für den Fall, dass die betreffende
Anlage entweder
a.) Teil eines globalen Erdungssystems ist oder
b.) die Erdungsspannung den zweifachen Wert der maximal zulässigen
Berührungsspannung (U E ≤ 2 . U Tp ) nicht überschreitet,
keine zusätzlichen Maßnahmen notwendig.
Anderenfalls sind Maßnahmen M (Anhang D) in Abhängigkeit von der
Fehlerstromdauer und der Höhe der Erdungsspannung:
a.) für U E ≤ 4 . U Tp
b.) für U E ≥ 4 . U Tp
Standortisolierung, Potentialsteuerung,..
Genaue Bestimmung der örtlichen U T (Messung oder
Berechnung) und Überprüfung U T ≤ U Tp .
Potentialverschleppungen müssen immer zusätzlich überprüft werden.
Anmerkung: In ÖVE EH41 Tab. 15-1. werden für die Bewertung fixe Grenzwerte
für U E als Hauptbewertungskriterium und als Unterbewertungskriterium die örtlich
auftretende Berührungsspannung herangezogen. In ÖVE/ÖNORM E 8383
Anhang D werden variable Grenzwerte (maximal zulässige Berührungsspannung
U Tp in Abhängigkeit der Fehlerdauer) als Hauptbewertungskriterium herangezogen.
Die neue Betrachtung vereinfacht die Bewertung dahingehend, dass bei schnellen
Abschaltzeiten eine Kenntnis der lokalen Berührungsspannungen wegfallen kann.
9.4 Gemeinsame Erdungsanlagen für Hoch- und Niederspannungsnetze
Die Anforderungen für den Zusammenschluss von HS- mit NS-Erdungsanlagen
sind in ÖVE/ÖNORM E 8383 unter Tabelle 6 aufgelistet. Diese Tabelle entspricht
im wesentlichen Tabelle 23-1. aus ÖVE EH41 wobei die Art der Beeinflussung der
NS-Anlage durch U E explizit angeführt ist.
Anmerkung: In [8] Kapitel Grundlagender berücksichtigt.
Gredler Peter Seite 128

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7. Verzeichnisse
7.1. Literaturverzeichnis
[1] .... „Erdung und Schutzmaßnahmen in Elektrischen Anlagen“
Dipl. – Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer
Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz 1997/98
[2] .... „Elektrische Anlagentechnik (Kraftwerke, Netze, Schaltanlagen,
Schutzeinrichtungen)“
Wilfried Knies/Klaus Schierack
Carl Hanser Verlag München Wien 1991
[3] .... „ÖVE EH41; ÖVE EN-1; ÖVE B1; ÖVE/ON E8001-1“
Normen nach ÖVE
[4] .... „Erdungen in Wechselstromanlagen über 1 kV“
Walther Koch, 3 Auflage
Springer Verlag Berlin/Göttingen/Heidelberg 1961
[5] .... „Niederfrequente Beeinflussung technischer Systeme durch Elektrische
Anlagen“ Vorlesungsunterlagen
Dipl. – Ing. Dr. techn. Ernst Schmautzer
Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz
[6] .... „ÖVE/ÖNORM E 8383“ Norm nach ÖVE
[7] .... „Einführung in die Elektrische Anlagentechnik“
Vorlesungsunterlagen
O.Univ. – Prof. Dipl. – Ing. Dr. techn. Richard Muckenhuber
Institut für Elektrische Anlagen TU-Graz
[8] .... „Ein Beitrag zur rechnerischen Bestimmung von Erdungsimpedanzen,
Erdungsströmen und Erdungsspannungen von elektrischen Anlagen in
Netzen mit niederohmiger Sternpunktserdung
Diplomarbeit – Gabbauer Anton
Institut für Elektrische Anlagentechnik und Hochspannungstechnik
TU – Graz 2001
Gredler Peter Seite 129

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7.2. Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Skizze Projekt 1...................................................................................................................3
Abbildung 2: Grundriss der Erdungsanlage mit den Aufpunktgeraden g1,g2,g3.....................................4
Abbildung 3: Skizze Messanordnung der Gesamtsimulation...................................................................7
Abbildung 4: Nachbildung der Messanordnung .......................................................................................8
Abbildung 5: Skizze Fehlerfall der Gesamtsimulation........................................................................... 12
Abbildung 6: Nachbildung Fehlerfall...................................................................................................... 13
Abbildung 7: Skizze Projekt 2................................................................................................................ 36
Abbildung 8: Grundriss der Ausgangserdungsanlage mit den Aufpunktsgeraden g 1 , g 2 , g 3 ................ 38
Abbildung 9: Grundriss mit 26 zusätzlichen TE..................................................................................... 39
Abbildung 10: Grundriss mit zusätzlichem Banderder (Außenring) ...................................................... 39
Abbildung 11: Grundriss mit 34 zusätzlichen TE und zusätzlichem Banderder.................................... 39
Abbildung 12: Skizze Fehlerfall ............................................................................................................. 42
Abbildung 13: Nachbildung Fehlerfall.................................................................................................... 44
Abbildung 14: Skizze Projekt 3.............................................................................................................. 62
Abbildung 15: Grundriss der Erdungsanlage Gärtnerei mit der Aufpunktgerade g1............................. 63
Abbildung 16: Nachbildung der Messanordnung .................................................................................. 66
Abbildung 17: Nachbildung Fehlerfall (Variante I)................................................................................. 74
Abbildung 18: Nachbildung Fehlerfall (Variante II)................................................................................ 75
Abbildung 19: Skizze Projekt 4.............................................................................................................. 99
Abbildung 20: Grundriss der Erdungsanlage mit der Aufpunktgerade g1........................................... 101
Abbildung 21: Grundriss der erweiterten Erdungsanlage (3 zusätzliche TE) mit der
Aufpunktgerade g1 ....................................................................................................... 101
Abbildung 22: Nachbildung Fehlerfall (Varianten I a. ) und b. ) ) ............................................................ 105
Abbildung 23: Nachbildung Fehlerfall (Variante II).............................................................................. 106
Gredler Peter Seite 130

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7.3. Diagrammverzeichnis
Diagramm 1: Ohne Nullung - Potentialgebirge in [pu]........................................................................... 18
Diagramm 2: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1 ................................................. 19
Diagramm 3: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m) entlang der Gerade g1 ...... 19
Diagramm 4: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g1 ... 20
Diagramm 5: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2 ................................................. 20
Diagramm 6: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m) entlang der Gerade g2 ...... 21
Diagramm 7: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g2 ... 21
Diagramm 8: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3 ................................................. 22
Diagramm 9: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1m) entlang der Gerade g3 ...... 22
Diagramm 10: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g3 . 23
Diagramm 11: Mit Nullung - Potentialgebirge in [pu]............................................................................. 25
Diagramm 12: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1 ................................................... 26
Diagramm 13: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m) entlang der Gerade g1 ........ 26
Diagramm 14: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g1 .... 27
Diagramm 15: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2 ................................................... 27
Diagramm 16: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m) entlang der Gerade g2 ....... 28
Diagramm 17: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g2 .... 28
Diagramm 18: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3 ................................................... 29
Diagramm 19: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1 m) entlang der Gerade g3 ....... 29
Diagramm 20: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf (Schrittweite 1,5 m) entlang der Gerade g3 ..... 30
Diagramm 21: Potentialgebirge in [pu] .................................................................................................. 49
Diagramm 22: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1 ............................................... 50
Diagramm 23: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1.................................. 50
Diagramm 24: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g2 ............................................... 51
Diagramm 25: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g2.................................. 51
Diagramm 26: Ohne Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3 ............................................... 52
Diagramm 27: Ohne Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g3.................................. 52
Diagramm 28: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g1 ................................................... 54
Diagramm 29: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1...................................... 54
Diagramm 30: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Geraden g2 ................................................. 55
Diagramm 31: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g2...................................... 55
Diagramm 32: Mit Nullung - Potentialverlauf entlang der Gerade g3 ................................................... 56
Diagramm 33: Mit Nullung - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g3...................................... 56
Diagramm 34: Variante I a.) - Potentialgebirge in [p.u.] ........................................................................ 82
Diagramm 35: Variante I a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1................................... 83
Diagramm 36: Variante I b.) - Potentialgebirge in [p.u.] ........................................................................ 84
Diagramm 37: Variante I b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1................................... 85
Diagramm 38: Variante I c.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1 ................................... 86
Diagramm 39: Variante I d.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1................................... 87
Diagramm 40: Varianten II (gilt für alle Untervarianten) - Potentialgebirge in [p.u.]............................. 88
Diagramm 41: Variante II a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1.................................. 89
Diagramm 42: Variante II b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1.................................. 90
Diagramm 43: Variante II c.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1 .................................. 91
Diagramm 44: Variante II d.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1.................................. 92
Diagramm 45: Variante I a.) - Potentialgebirge in [pu] ........................................................................ 111
Diagramm 46: Variante I a.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1................................. 112
Diagramm 47: Variante I b.) - Potentialgebirge in [pu] ........................................................................ 113
Diagramm 48: Variante I b.) - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1................................. 114
Diagramm 49: Variante II - Potentialgebirge in [pu] ............................................................................ 115
Diagramm 50: Variante II - Schrittspannungsverlauf entlang der Gerade g1 ..................................... 116
Gredler Peter Seite 131

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7.4. Tabellenverzeichnis
Tabelle 1: Freileitungsdaten .....................................................................................................................3
Tabelle 2: Erdungsanlagendaten .............................................................................................................5
Tabelle 3: Ergebnisse der Erdungsberechnung.......................................................................................5
Tabelle 4: Ergebnis der Messkettenimpedanzen für 110-kV und 220-kV................................................6
Tabelle 5: Simulationsdaten für die Messsimulation ................................................................................9
Tabelle 6: Gegenüberstellung Mess- / Simulationsergebnisse................................................................9
Tabelle 7: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV ........................................................................ 12
Tabelle 8: Simulationsdaten für den Fehlerfall...................................................................................... 14
Tabelle 9: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA .................................................................................... 15
Tabelle 10: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA ...................................................................... 15
Tabelle 11: Freileitungsdaten ................................................................................................................ 36
Tabelle 12: Erdungsanlagendaten ........................................................................................................ 37
Tabelle 13: Ergebnisse der Erdungsberechnung.................................................................................. 40
Tabelle 14: Ergebnisse der Messkettenimpedanzen für 110-kV und 220-kV....................................... 41
Tabelle 15: Ergebnisse der Kettenimpedanzen für 380-kV................................................................... 43
Tabelle 16: Simulationsdaten für den Fehlerfall.................................................................................... 45
Tabelle 17: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA .................................................................................. 45
Tabelle 18: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA...................................................................... 46
Tabelle 19: Freileitungsdaten ................................................................................................................ 62
Tabelle 20: Erdungsanlagendaten ........................................................................................................ 64
Tabelle 21: Ergebnisse der Erdungsberechnung.................................................................................. 64
Tabelle 22: Ergebnis der Messkettenimpedanzen ................................................................................ 65
Tabelle 23: Simulationsdaten für die Messsimulation ........................................................................... 67
Tabelle 24: Gegenüberstellung Mess- / Simulationsergebnisse........................................................... 67
Tabelle 25: R fehler für die Kettenleiterberechnung.................................................................................. 72
Tabelle 26: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV ...................................................................... 73
Tabelle 27: Simulationsdaten für den Fehlerfall.................................................................................... 76
Tabelle 28: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA .................................................................................. 77
Tabelle 29: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA...................................................................... 77
Tabelle 30: Ströme und Spannungen zur Bemessung ......................................................................... 80
Tabelle 31: Freileitungsdaten .............................................................................................................. 100
Tabelle 32: Erdungsanlagendaten ...................................................................................................... 102
Tabelle 33: Ergebnisse der Erdungsberechnung................................................................................ 102
Tabelle 34: Ergebnis der Kettenimpedanzen für 220-kV .................................................................... 104
Tabelle 35: Simulationsdaten für den Fehlerfall.................................................................................. 107
Tabelle 36: Teilströme im Fehlerfall für I F = 1 kA ................................................................................ 107
Tabelle 37: Auftretende Fehlerspannungen für I F = 1 kA.................................................................... 107
Tabelle 38: Ströme und Spannungen zur Bemessung ....................................................................... 110
Gredler Peter Seite 132