Applikations-Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte

Leitungsschutz im VerteilungsnetzThermischerÜberlastschutz von Kabeln 1. EinleitungEine Reparatur bei einem Ausfall von Erdkabelnkann teuer und zeitaufwendig sein. Schutzsystemesind so konzipiert, dass sie Kabel bei Fehlerzuständenvor hohen Stromwerten schützen. Durch einenTemperaturanstieg aufgrund ausgedehnterÜberlastungszustände kann jedoch ebenfalls einAusfall der Kabel verursacht werden. Da beim Betriebvon Stromversorgungsnetzen die Betriebsmittelso nah wie möglich an den Belastungsgrenzengenutzt werden, nimmt die Bedeutungvon Schutzeinrichtungen gegen thermischeÜberlastungen immer mehr zu.Beim thermischen Überlastschutz wird die Temperaturdes Leiters auf der Grundlage spezifischerLeiterdaten und des im Stromkreis vorhandenenStroms berechnet. Der Schutz wird dazu verwendet,Leiter vor einer Beschädigung aufgrund ausgedehnterÜberlastungen zu schützen. Imvorliegenden Artikel wird nur der thermischeÜberlastschutz von Erdkabeln erörtert.Der thermische Überlastschutz wird normalerweisein einem Alarmmodus verwendet, um die Betreiberdes Stromversorgungsnetzes vor der Gefahreiner möglichen Beschädigung der Kabel zuwarnen. Der thermische Überlastschutz kann jedochauch eingesetzt werden, um einen Leistungsschalterauszulösen. In beiden Fällen kann dasVorhandensein einer thermischen Überlastung erkanntund behoben werden, bevor es zu einemAusfall der Kabel kommt. 2. Thermischer ÜberlastschutzMit dem thermischen Überlastschutz mit Gedächtnisfunktionwird ein Echtzeit-Schätzwert fürden Temperaturanstieg im Kabel (Θ) berechnet,ausgedrückt in Bezug auf den maximalen Temperaturanstieg∆Θ max. Diese Berechnung basiert aufder Größenordnung des zur Last fließendenStroms sowie des maximalen Nenndauerstromsdes Leiters. Für die Berechnung wird die Wärmedifferentialgleichungerster Ordnung verwendet:τ d + Θ = IdΘ 2t∆Θwobei = Θ =∆Θmaxist.Bild 1∆Θ∆Θ maxτIBUIS085.eps= Temperaturanstieg über die Umgebungstemperatur= maximaler Bemessungs-Temperaturanstieg,der dem Höchststrom entspricht= thermische Zeitkonstante für die Erwärmungdes Leiters= gemessener Effektiv-Strom auf der Grundlagedes maximalen Bemessungs-Überlaststroms desgeschützten Leiters: I meas/I max.Die Lösung der Wärmedifferentialgleichung lautet:⎛Θop = Θamb + ∆Θmax⎜1 −e⎝− tτDer Anfangswert ist Θ amb, die Umgebungstemperaturdes Kabels und der stationäre Wert sindΘ amb +∆Θ, wobei ∆Θ durch die Größenordnungvon I bestimmt wird. Es wird angenommen, dassder Anfangswert Θ amb die Temperatur ist, auf derdie Daten der Kabelbemessung basieren. Der stationäreWert wird erreicht, wenn die Temperaturihren Endwert aufgrund der Wärmeeffekte von Ierreicht hat. An diesem Punkt ist der Wert vonτdΘ/dt in der Gleichung 1 Null. Daher gilt bei einemstabilen Zustand ∆Θ = ∆Θ max I 2 , wobeiI = I meas/I max ist. Der Übergang zwischen dem Anfangswertund dem stationären Wert wird durchden Exponentialausdruck1 − e− tbestimmt. τ istτeine Konstante des zu schützenden Kabels.⎞⎟⎠LSP2299.epsSiemens PTD EA · Applikationen für SIPROTEC-Schutzgeräte · 2005 47