Diplomarbeit - von Werner Schuster
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und<br />
Niederspannungsnetzen<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 1
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Eidesstattliche Erklärung<br />
Wir versichern, dass wir die <strong>Diplomarbeit</strong> selbstständig und nach den geltenden Richtlinien<br />
verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet haben.<br />
Unterschriften:<br />
Peter Forjan<br />
Gisela Schriebl<br />
<strong>Werner</strong> Christian <strong>Schuster</strong><br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 2
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Abstract<br />
Power supply<br />
In the voltage transformation station Pirka of the Steweag-Steg GmbH (Ltd.), an additional<br />
110/20kV-transformer is to be installed in 2006/07, for which the entire VTS Pirka must be<br />
held voltage-free, thus having to supply the medium voltage (MV) networks through other<br />
stations.<br />
To provide the data for setting up a possible switching sequence program for the power<br />
transfer and isolating, the current load and net settings had to be registered in the present<br />
work.<br />
In the next step, in the branch circuit Mantscha of the 20-kV station Pirka, a new substation<br />
was to be integrated, along with a low-voltage distribution network – intended to supply a<br />
housing estate and a small enterprise with electric current, with roughly 400 kW connected<br />
load.<br />
A reactive-power compensation equipment (to be dimensioned and calculated) is necessary to<br />
counter the inductive power requirements of the enterprise concerned.<br />
Eventually, possible measures for the overvoltage protection (both at high-voltage and at lowvoltage-level)<br />
as well as the economic factors of this project realisation are discussed at<br />
length.<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 3
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Vorwort<br />
Diese gemeinsam mit der Fa. Steweag-Steg GmbH erarbeitet <strong>Diplomarbeit</strong> behandelt das<br />
Thema der Energieverteilung einerseits im Bereich der Hochspannung im Übertragungsnetz,<br />
anderseits im Mittel- und Niederspannungsbereich des Verteilnetzes.<br />
Als Grundlage für den Hochspannungsbereich dient ein Umbau des Umspannwerkes in Pirka.<br />
Für diesen Zweck muss das gesamte Umspannwerk auf der Hochspannungsseite<br />
spannungsfrei geschaltet werden.<br />
Wie man dies erreichen kann und welche Auswirkungen diese Schaltungen auf das<br />
Übertragungsnetz haben, soll im ersten Abschnitt der Arbeit gezeigt werden.<br />
Im zweiten Abschnitt wird die Einbindung einer zusätzlichen Transformatorstation in einem<br />
Abzweig des UW Pirka projektiert. Auslöser dieser Arbeiten ist ein Bauvorhaben mit einer<br />
Anschlussleistung <strong>von</strong> ca. 400 kVA.<br />
In weiterer Folge wird im dritten Abschnitt die Elektrifizierung dieses Bauprojektes, welches<br />
aus einer Wohnsiedlung sowie aus einem Gewerbebetrieb besteht, erörtert und geplant. Dieser<br />
Punkt beinhaltet neben der Niederspannungsaufschließung zusätzlich die Auslegung einer<br />
Kompensationsanlage für den Gewerbebetrieb sowie eine Berechnung der Wirtschaftlichkeit<br />
einer solchen Anlage.<br />
Als Abschluss der <strong>Diplomarbeit</strong> wird auf Überspannungen in der Energieverteilung und auf<br />
den Schutz gegen diese näher eingegangen. Anhand der Erkenntnisse wird schließlich ein<br />
Überspannungsschutzkonzept erstellt.<br />
Die Projektgruppe setzt sich zusammen aus:<br />
<strong>Werner</strong> Christian <strong>Schuster</strong> 1. Abschnitt; Freischaltung eines Umspannwerkes<br />
Peter Forjan 2. Abschnitt; Errichtung einer Transformatorstation<br />
Gisela Schriebl 3. Abschnitt; Elektrifizierung einer Siedlung und eines<br />
Gewerbebetriebes, sowie Erstellung eines Überspannungsschutzkonzepts<br />
Für die Betreuung während der Erstellung der <strong>Diplomarbeit</strong> bedanken wir uns auf Seiten der<br />
BULME bei Hr. DI Franz Kern, und auf Seiten der Fa. Steweag-Steg GmbH. bei Hr. Ing.<br />
Hubert Rothschedl und Hr. Ing. Wolfgang Gobec.<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 4
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Inhaltsverzeichnis<br />
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen............................................. 1<br />
Eidesstattliche Erklärung............................................................................................................ 2<br />
Abstract ...................................................................................................................................... 3<br />
Power supply .............................................................................................................................. 3<br />
Vorwort ...................................................................................................................................... 4<br />
Inhaltsverzeichnis....................................................................................................................... 5<br />
Freischaltung des Umspannwerkes Pirka............................................................................ 10<br />
1 Freischaltung UW Pirka - Einleitung............................................................................... 11<br />
2 Gründe einer Freischaltung des UW Pirka....................................................................... 11<br />
2.1 Vorgangsweise ......................................................................................................... 13<br />
3 Netzverhältnisse ............................................................................................................... 13<br />
3.1 Hochspannungsnetz / Übertragungsnetz .................................................................. 14<br />
4 Aufnahme der Mittelspannungs-Netzverhältnisse ........................................................... 18<br />
4.1 20-kV Netzübersichtsplan ........................................................................................ 18<br />
4.2 GEONET.................................................................................................................. 22<br />
4.3 Prozessdatenarchiv PSI ............................................................................................ 26<br />
5 Aufnahme der 110-kV Netzverhältnisse .......................................................................... 30<br />
6 110-kV Leitungen und Umspannwerke ........................................................................... 33<br />
7 Leistungen im 110-kV Netz ............................................................................................. 34<br />
8 Lastflussberechnung......................................................................................................... 35<br />
8.1 Festlegung der Speisepunkte.................................................................................... 35<br />
8.2 Festlegung der Netzknotenpunkte............................................................................ 36<br />
8.3 Berechnung der Leitungsadmittanzen...................................................................... 36<br />
8.4 Festlegung der Einspeisespannungen....................................................................... 45<br />
8.5 Aufstellen der Matritzen........................................................................................... 45<br />
9 Schaltung <strong>von</strong> Hoch- und Mittelspannungsanlagen......................................................... 49<br />
9.1 Gebräuchliche Schaltungen...................................................................................... 49<br />
10 Schaltanlagen und Schaltgeräte.................................................................................... 54<br />
10.1 Schaltgeräte .............................................................................................................. 54<br />
10.2 Kurzbeschreibung der Schaltaufgaben:.................................................................... 59<br />
11 Schutz und Erdschlusskompensation ........................................................................... 63<br />
11.1 Trennstellen.............................................................................................................. 63<br />
11.2 UMZ-Schutz............................................................................................................. 64<br />
11.3 Distanzschutz ........................................................................................................... 65<br />
11.4 Distanzschutz mit AWE ........................................................................................... 66<br />
12 Erdschlusskompensation .............................................................................................. 67<br />
12.1 Erdschluss................................................................................................................. 67<br />
13 Arbeiten im spannungsfreien Zustand.......................................................................... 70<br />
13.1 Freischalten .............................................................................................................. 70<br />
13.2 Gegen Wiedereinschaltung sichern.......................................................................... 71<br />
13.3 Spannungsfreiheit feststellen.................................................................................... 71<br />
13.4 Erden und Kurzschließen ......................................................................................... 71<br />
13.5 Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken ............. 72<br />
13.6 Freigabe zur Arbeit................................................................................................... 73<br />
14 Schaltprogramm ........................................................................................................... 73<br />
14.2 Erstellung des Schaltprogramm ............................................................................... 77<br />
15 Anhang zu Abschnitt 1................................................................................................. 77<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 5
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
Errichtung einer Umspannstation 20/04 kV........................................................................ 78<br />
1 Baugenehmigung.............................................................................................................. 79<br />
1.1 Kommissionsakt....................................................................................................... 79<br />
2 Planung und Projektierung <strong>von</strong> Umspannstationen ......................................................... 79<br />
3 Fundament der Umspannstation 20/0,4 kV...................................................................... 80<br />
3.1 Fundament................................................................................................................ 80<br />
4 Erder und Erdungsanlagen ............................................................................................... 81<br />
4.1 Ausführung und Anordnung <strong>von</strong> Erdungsanlagen................................................... 82<br />
4.2 Plan des Fertigteilfundamentes inkl. Erderanlage.................................................... 83<br />
4.3 Materialliste für die Erdung ..................................................................................... 84<br />
5 Mittelspannungsschaltanlagen (20/30 kV – 400/230V) Ortsnetzstationen...................... 85<br />
5.1 Arten <strong>von</strong> Stationen.................................................................................................. 85<br />
6 Kompaktkabelstation in Aluminiumbauweise ................................................................. 86<br />
6.1 Konstruktion............................................................................................................. 86<br />
6.2 Typenbezeichnung ................................................................................................... 86<br />
6.3 KSTV20 630 ............................................................................................................ 87<br />
7 Übertragung und Verteilung elektrischer Energie ........................................................... 87<br />
7.1 Spannungsebenen..................................................................................................... 88<br />
8 Leitungen und Netzformen für die Energieübertragung .................................................. 88<br />
8.1 Netzformen............................................................................................................... 88<br />
9 Kabel für die elektrische Energieversorgung ................................................................... 90<br />
9.1 Bauarten ................................................................................................................... 90<br />
10 Anspeisung der Umspannstation.................................................................................. 91<br />
10.1 20 kV- Übersichtsplan.............................................................................................. 92<br />
10.2 Schaltzustand vor der Einschleifung der Umspannstation....................................... 92<br />
10.3 Freischaltung des Kabelabschnittes Pirka/Bundesstraße nach Pirka II.................... 93<br />
11 Verwendete Kabeltypen: .............................................................................................. 93<br />
12 Übergangsmuffe ........................................................................................................... 94<br />
12.1 Vorbereitung der Kunststoffkabel:........................................................................... 95<br />
12.2 Vorbereitung des Dreimantelkabels:........................................................................ 95<br />
12.3 weitere Arbeitsschritte die durchzuführen sind:....................................................... 96<br />
13 Leitungverlegung nach ÖVE-L20................................................................................ 96<br />
13.1 Geltung..................................................................................................................... 96<br />
13.2 Bei der Kabelverlegung sind folgend Punkte zu berücksichtigen:........................... 96<br />
13.3 Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens................................................ 98<br />
14 Mittelspannungsschaltanlage ..................................................................................... 100<br />
14.1 Arten <strong>von</strong> Innenraumschaltanlagen........................................................................ 100<br />
15 SF6-Schaltanlage........................................................................................................ 102<br />
15.1 Allgemein ............................................................................................................... 102<br />
15.2 Zellentypen............................................................................................................. 103<br />
15.3 Komponenten einer Zelle ....................................................................................... 103<br />
15.4 Wartung.................................................................................................................. 105<br />
16 Verteiltransformator ................................................................................................... 105<br />
16.1 Aufgabe des Umspanners....................................................................................... 105<br />
16.2 Energieverteilung ................................................................................................... 105<br />
16.3 Größe <strong>von</strong> Transformatoren ................................................................................... 106<br />
16.4 Sonderformen ......................................................................................................... 107<br />
16.5 Kühlung <strong>von</strong> Transformatoren............................................................................... 107<br />
16.6 Erwärmung <strong>von</strong> Transformatoren .......................................................................... 108<br />
16.7 Berechnung des erforderlichen Lüftungsquerschnittes nach Gotter ...................... 108<br />
16.8 Bauarten <strong>von</strong> Transformatoren............................................................................... 108<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 6
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
16.9 Schaltgruppen <strong>von</strong> Transformatoren...................................................................... 110<br />
16.10 Ausgewählter Umspanner .................................................................................. 111<br />
16.11 Überwachungsgeräte .......................................................................................... 112<br />
16.12 Kesseldurchführungen........................................................................................ 112<br />
17 MSP-Kurzschlussberechnung ................................................................................... 114<br />
17.1 Allgemein ............................................................................................................... 114<br />
17.2 Berechnung der Leiterreaktanzen und Resistanzen ............................................... 115<br />
17.3 Reaktanz des vorgelagerten 110 kV- Netzes.......................................................... 117<br />
17.4 Impedanz der 20 kV- Leitungen............................................................................. 117<br />
17.5 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k.................................................................... 118<br />
17.6 Berechnung des Stoßfaktors k................................................................................ 119<br />
17.7 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“................................................................... 120<br />
17.8 Stoßkurzschlussstrom IS ........................................................................................ 120<br />
17.9 Sammelschienennennstrom.................................................................................... 120<br />
18 Auswahl der Mittelspannungsschaltanlage ................................................................ 123<br />
19 NSP-Kurzschlussberechnung ..................................................................................... 124<br />
19.1 Allgemeines:........................................................................................................... 124<br />
19.2 Schema: .................................................................................................................. 124<br />
19.3 Berechnung der Nennströme des Umspanners....................................................... 125<br />
19.4 Berechnung der Zuleitung <strong>von</strong> der MSP-Schaltanlage zum Umspanner............... 125<br />
19.5 Berechnung der Verbindungsleitung...................................................................... 126<br />
19.6 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“:.................................................................. 127<br />
19.7 Stoßkurzschlussstrom IS: ....................................................................................... 127<br />
19.8 Anfangskurzschlusswechselstrom und des Stoßkurzschlussstrom ........................ 127<br />
19.9 Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung ........................................................... 130<br />
19.10 Auswahl des Niederspannungsleistungsschalters .............................................. 131<br />
20 Mechanische Beanspruchung <strong>von</strong> Leiterschienen durch Kurzschlussströme............ 133<br />
20.1 Wesentliche Beanspruchungen .............................................................................. 133<br />
20.2 Auslegung der Sammelschiene .............................................................................. 133<br />
20.3 Dimensionierung der Niederspannungssammelschiene......................................... 134<br />
21 Schematische Darstellung: ......................................................................................... 143<br />
22 Anhang Abschnitt 2.................................................................................................... 144<br />
Elektrifizierung einer Siedlung und eines Gewerbebetriebes .......................................... 145<br />
sowie....................................................................................................................................... 145<br />
Erstellung eines Überspannungsschutzkonzeptes............................................................. 145<br />
1 Allgemein ....................................................................................................................... 146<br />
2 Vorgangsweise ............................................................................................................... 147<br />
3 Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)......................................................... 147<br />
3.1 Netzanschluss ......................................................................................................... 148<br />
3.2 Anschlussanlage..................................................................................................... 148<br />
3.3 Hauptleitung ........................................................................................................... 148<br />
3.4 Zuleitung ................................................................................................................ 149<br />
3.5 Leitungsbemessung ................................................................................................ 149<br />
4 Kabelbeschreibung ......................................................................................................... 149<br />
4.1 PVC – isolierte Kabel mit Aluminiumleiter und PE-Mantel ................................. 149<br />
4.2 Kurzzeichenschlüssel für Starkstromkabel laut ÖVE ............................................ 150<br />
4.3 Kabelverlegung ...................................................................................................... 150<br />
4.4 Installation im Gebäude ......................................................................................... 151<br />
4.5 Niederspannungskabelverteiler .............................................................................. 152<br />
4.6 Sicherungen............................................................................................................ 152<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 7
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
4.7 Zählerverteilerschrank............................................................................................ 153<br />
4.8 Zähler ..................................................................................................................... 154<br />
4.9 Baustromanschluss................................................................................................. 154<br />
4.10 Erdungsanlagen ...................................................................................................... 155<br />
5 Niederspannungsaufschließung – Verteilnetz................................................................ 156<br />
6 Hausaufschließung ......................................................................................................... 156<br />
6.1 Erhebung des Leistungsbedarfs.............................................................................. 156<br />
6.2 Erfassung der gesamt Leistung zu den einzelnen Kabelverteilern......................... 157<br />
7 Dimensionierung des Ortsnetz-Kabels........................................................................... 158<br />
7.1 Berechnung des spezifischen Leitwerts für 70° ..................................................... 158<br />
8 Kabelbeschreibung ......................................................................................................... 159<br />
9 Berechnung der Spannungsabfälle ................................................................................. 159<br />
10 Ortsnetz-Kabelverteiler .............................................................................................. 161<br />
10.1 Beschreibung.......................................................................................................... 161<br />
10.2 NH-Lastschaltleiste ................................................................................................ 162<br />
11 Gewerbeaufschließung ............................................................................................... 163<br />
11.1 Erhebung des Leistungsbedarfs.............................................................................. 163<br />
11.2 Ermittlung des Spannungsabfalls........................................................................... 163<br />
12 Niederspannungskabelverteiler - Wohnhausverteiler ................................................ 164<br />
12.1 Installation bis zur Messeinrichtung ...................................................................... 164<br />
12.2 Vorgangsweise ....................................................................................................... 164<br />
12.3 Bestimmung der Länge, des Querschnitts und Schutzorgan.................................. 165<br />
12.4 Ermittlung des Spannungsabfalls........................................................................... 166<br />
13 Wohnhausverteiler bis Wohnungsverteiler ................................................................ 166<br />
13.1 Dimensionierung der Leitungen............................................................................. 167<br />
13.2 Verlegeart und Überstrom-Schutzeinrichtung ....................................................... 167<br />
13.3 Wahl des Leitungsschutzes nach der Messeinrichtung .......................................... 168<br />
13.4 Bestimmung der Leiterlänge .................................................................................. 169<br />
13.5 Berechnung des Spannungsabfalls vom Zähler zum Wohnungsverteiler.............. 169<br />
14 Wohnungsverteiler ..................................................................................................... 171<br />
14.1 Vorzählerteil und Zähler ........................................................................................ 172<br />
15 Schutzmaßnahmen und Netzform .............................................................................. 173<br />
15.1 Allgemein ............................................................................................................... 173<br />
15.2 Direkte Schutzmaßnahmen .................................................................................... 174<br />
15.3 Indirekte Schutzmaßnahmen .................................................................................. 174<br />
16 Nullung....................................................................................................................... 175<br />
16.1 Allgemein ............................................................................................................... 175<br />
17 Fehlerstrom-Schutzschalter........................................................................................ 176<br />
18 Zusatzschutz ............................................................................................................... 177<br />
19 Potentialausgleich....................................................................................................... 177<br />
20 Kompensation............................................................................................................. 178<br />
20.1 Was ist Blindleistung, wo entsteht sie?.................................................................. 178<br />
20.2 Einschätzung des Blindstromverbrauchs ............................................................... 178<br />
20.3 Wann wird eine Blindstrommessung durchgeführt................................................ 178<br />
20.4 Wie funktioniert ein Blindleistungszähler.............................................................. 179<br />
20.5 Was ist eine Kompensationsanlage und ihre Funktionsweise................................ 179<br />
20.6 Warum wird kompensiert? ..................................................................................... 179<br />
20.7 Die Vorteile............................................................................................................ 180<br />
20.8 Kompensationsarten............................................................................................... 180<br />
20.9 Ausführung............................................................................................................. 180<br />
20.10 Wie wird eine Kompensationsanlage ausgelegt? ................................................... 182<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 8
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen<br />
20.11 Bestimmung der Kondensatorgröße................................................................... 183<br />
20.12 Kostenauflistung................................................................................................. 184<br />
20.13 Fazit.................................................................................................................... 185<br />
21 Überspannungsschutzkonzept .................................................................................... 186<br />
21.1 Erstellung eines Schutzkonzeptes .......................................................................... 186<br />
21.2 Überspannung......................................................................................................... 186<br />
21.3 Ursachen................................................................................................................. 186<br />
21.4 Was sollte geschützt werden: ................................................................................. 186<br />
21.5 Gegenüberstellung der Ableiterklassifikation........................................................ 187<br />
21.6 Schutzzonenkonzept............................................................................................... 187<br />
21.7 Funktion ................................................................................................................. 188<br />
21.8 Möglichkeiten zum Überspannungsschutz............................................................. 190<br />
21.9 Überspannungsschutzkonzept ................................................................................ 194<br />
22 Gesamtübersicht und Fazit......................................................................................... 195<br />
23 Bildverzeichnis........................................................................................................... 197<br />
24 Tabellenverzeichnis.................................................................................................... 199<br />
25 Quellenverzeichnis ..................................................................................................... 200<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 9
Freischaltung des UW Pirka<br />
Freischaltung des Umspannwerkes Pirka<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 10
Freischaltung des UW Pirka<br />
1 Freischaltung UW Pirka - Einleitung<br />
Aufgabe dieser Arbeit ist es, das UW Pirka für den Einbau eines zusätzlichen Umspanners<br />
frei zu schalten. Des Weiteren kann das zu erarbeitende Schaltkonzept auch für eine Notfrei-<br />
bzw. Not-Umschaltung dienen.<br />
Zu Beginn wird das Netz der Steweag-Steg beschrieben, in weiterer Folge die darin<br />
enthaltenen Schalt- Sicherheits- und Schutz-Komponenten.<br />
Es wird auf die rechtlichen Vorschriften und Normen eingegangen und insbesondere auf die<br />
internen Anweisungen und Regeln der SSG, welche zur Erstellung des Schaltkonzeptes sowie<br />
für eine sichere Betriebsführung benötigt werden. Zum Abschluss der Arbeit wird das erstellte<br />
Schaltkonzept zur Freischaltung des Umspannwerkes herangezogen.<br />
Zusätzlich zur Erstellung des Schaltprogramms sollen die Auswirkungen einer kompletten<br />
Freischaltung des Umspannwerkes, bzw. die Folgen möglicher Störungen im 110-kV<br />
Übertragungsnetz betrachtet werden. Hierfür sind Lastflussberechnungen des<br />
Übertragungsnetzes nötig.<br />
2 Gründe einer Freischaltung des UW Pirka<br />
Das UW Pirka wurde im Jahr 2004 in Betrieb genommen und stellt somit eines der<br />
modernsten Umspannwerke der Steweag-Steg GmbH (SSG) dar.<br />
Die 110 kV-Versorgung wird durch eine Erdkabelverbindung aus dem UW Webling<br />
sichergestellt (N2XS(FL)2Y 3x1x800 mm² Cu), wo auch der nötige 110-kV Leistungsschalter<br />
installiert ist. Im Bereich des UW Pirka befindet sich derzeit nur ein 110-kV Freiluft-Trenner,<br />
jedoch keine weitere Schaltanlage. Durch diese Lösung konnte man im UW Pirka eine<br />
kompakte Bauform mit geringem Platzbedarf realisieren. Dies ist besonders in einem Gebiet<br />
mit hohen Grundstückspreisen, wie wir sie im Großraum Graz finden, sehr wirtschaftlich.<br />
110 kV-<br />
Sammelschiene<br />
Abb. 1.1: 110 kV-Sammelschiene im UW Webling<br />
110 kV-Abgang Richtung<br />
UW Pirka (Erdkabel)<br />
20 kV-<br />
Doppelsammelschiene<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 11
Freischaltung des UW Pirka<br />
In der ersten Ausbaustufe wurde nur ein 110 kV/20 kV-Umspanner mit einer Nennleistung<br />
<strong>von</strong> 32 MVA installiert, da aber in der Umgebung des Umspannwerkes mit einer weiteren<br />
starken Zunahme der Abnahmeleistung zu rechnen ist – etwa durch einen weiteren Ausbau<br />
des Shopping-Center Seiersberg, vermehrte Wohnbauvorhaben in der Region und der<br />
Ansiedlung <strong>von</strong> zusätzlichen Industrie- und Gewerbebetrieben – muss nun in einer zweiten<br />
Ausbaustufe, ein weiterer 110 kV/20 kV Transformator eingebunden werden.<br />
Erdungsschalter<br />
Trennschalter<br />
Leistungsschalter -<br />
geschlossen<br />
Abb. 1.2: 110 kV-Übersicht UW Pirka<br />
110 kV-Kabel aus dem UW Webling<br />
110 kV/20 kV-Umspanner<br />
Erdschlusslöschspule<br />
Leistungsschalter<br />
- offen<br />
Dieser Einbau des zusätzlichen Umspanners ist aus baulichen und elektrotechnischen<br />
Gegebenheiten nur dann möglich, wenn die 110-kV-Anbindung frei geschaltet und dadurch<br />
der bisherige Transformator außer Betrieb genommen werden kann.<br />
Da jedoch die Versorgung der Mittelspannungsabzweige, welche im Normalbetrieb aus dem<br />
UW Pirka versorgt werden, aufrecht erhalten werden muss, sind die hierfür nötigen<br />
Leistungen <strong>von</strong> anderen Umspannwerken zu liefern und die Abzweigleistungen dahingegen<br />
aufzuteilen und die 20-kV-Verteilnetze umzuschalten.<br />
Dieses Vorhaben erfordert ein gut überlegtes Schaltprogramm, da die Leistungsreserven an<br />
den Einspeisepunkten sehr gering sind und Ausfälle durch die Schalthandlungen, so wie auch<br />
etwa durch mögliche Überlastungen verursachte Störungen, so weit wie möglich verhindert<br />
werden müssen.<br />
Des Weiteren muss auch die Betriebssicherheit des Netzes gewährleistet bleiben – besonders<br />
auf etwaige Leitungsschutzkonzepte und auf die Aufrechterhaltung der Erdschlusslöschung ist<br />
zu achten.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 12
Freischaltung des UW Pirka<br />
Ein weiterer Anwendungsfall des Schaltprogramms wäre in Notfällen gegeben. Sollte es an<br />
der elektrischen Anlage im UW Pirka zu einer Störung kommen, so müsste auch in diesem<br />
Fall die Versorgung der Kundenanlagen gewährleistet bleiben. Dies kann nur durch eine<br />
rasche Umschaltung der betroffenen Mittelspannungs-Abzweige auf die restlichen zu<br />
Verfügung stehenden Umspannwerke in der Umgebung erfolgen.<br />
Im Störungsfall ist daher ein Notfall-Schaltkonzept ein hilfreiches und nötiges Mittel zur<br />
raschen Wiederinstandsetzen der Versorgung.<br />
2.1 Vorgangsweise<br />
Abb. 1.3: Der derzeitig installierte Umspanner im UW-Pirka<br />
Zu Beginn sollen das Übertragungs- und das Verteilnetz der Steweag-Steg betrachtet werden,<br />
bevor näher auf den Aufbau der Schaltanlagen und Schaltgeräte selbst eingegangen wird.<br />
Für die Erstellung eines Schaltprogramms ist es wichtig, die Vorgänge im ungestörten, wie<br />
auch im störungsbehafteten Netz zu verstehen.<br />
Ein weiterer wichtiger Punkt sind gesetzliche und betriebliche Normen sowie Vorschriften,<br />
welche eingehalten werden müssen.<br />
Anhand dieser Erkenntnisse wird dann versucht, ein effizientes Schaltprogramm zu erstellen.<br />
3 Netzverhältnisse<br />
Das Versorgungsgebiet der Steweag-Steg GmbH (SSG) im Großraum Graz wird durch die<br />
Betriebsstelle „Netzverteiler Graz“ (NVG) betreut.<br />
In diesem Gebiet kann man wichtige und sensible Abnehmer wie den Grazer Hauptbahnhof,<br />
die SAPPI in Gratkorn, den Flughafen Graz-Thalerhof oder auch etwa das Magna-Steyer-<br />
Werk in Thondorf finden.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 13
Freischaltung des UW Pirka<br />
3.1 Hochspannungsnetz / Übertragungsnetz<br />
Grundsätzlich erfolgt die Energieversorgung der 20-kV Verteilnetze in der SSG aus dem<br />
Hochspannungs-Übertragungsnetz, welches derzeit mit Spannungen bis zu 380-kV betrieben<br />
wird. Leitungen mit Spannungen bis 110-kV werden durch die Steweag-Steg betrieben,<br />
Leitungen mit höheren Spannungsebenen (220- und 380-kV) werden durch den Verbund<br />
(Austria Power Grid, APG) betreut.<br />
Abb. 1.4: Übertragungsnetz der Steweag-Steg GmbH<br />
In der oben gezeigten Grafik wird das Übertragungsnetz der Steweag-Steg und der Austria<br />
Power Grid dargestellt. Weiters sind die Verknüpfungen (Übergabestellen) zum<br />
übergeordneten Übertragungsnetz (Verbundnetz) eingezeichnet.<br />
Für den Großraum Graz ist die 380-kV/110-kV Übergabestelle im UW Zwaring sowie die<br />
Einspeisung aus dem Kraftwerk Neudorf im UW Neudorf/Werndorf bedeutend.<br />
Das Hochspannungsnetz besteht zum größten Teil aus Freileitungen, jedoch findet man im<br />
Großraum Graz auch vermehrt Kabelstrecken.<br />
Besonders im Fehlerfall ist das Wissen der Leitungsart wichtig, da etwa bei Kabelstrecken<br />
eine Wiedereinschaltung nach einem Fehlerfall nicht sehr ziel führend ist, die in einem<br />
Freileitungsnetz jedoch zur Erhöhung der Versorgungssicherheit beiträgt. In Summe beläuft<br />
sich die Hochspannungs-Systemlänge der 110-kV Ebene auf 1.750 km und verbindet<br />
steiermarkweit 72 Umspannwerke.<br />
Die Versorgung des 20-kV Verteilernetzes im Raum Graz, bestehend aus den Außenstellen<br />
Peggau, Puntigam, St. Peter und Wildon, aus dem 110-kV Übertragungsnetz erfolgt durch 16<br />
Umspannwerke (UW), wobei folgende für die Erstellung der <strong>Diplomarbeit</strong> relevant sind:<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 14
Freischaltung des UW Pirka<br />
• UW Graz Nord (GZN)<br />
• UW Graz Ost (GZO)<br />
• UW Graz Süd II (GZS)<br />
• UW Grambach (GRB)<br />
• UW Neudorf/Werndorf (NWD)<br />
• UW Lieboch (LIB)<br />
• UW Söding (SOE)<br />
• UW Pirka (PIR)<br />
• UW Webling (WEB)<br />
• UW Zwaring (ZWA)<br />
In diesen Umspannwerken wird die Spannung <strong>von</strong> 110-kV auf 20-kV transformiert. Die<br />
Umspannerleistungen betragen dabei ca. 32 - 40 MVA, wobei in den Umspannerwerken<br />
mehrere Umspanner installiert sein können.<br />
Neben den Transformatoren im Eigentum der SSG, die für die Versorgung des Verteilernetzes<br />
nötig sind, findet man auch oftmals Fremdtransformatoren, die für die Eigenversorgung <strong>von</strong><br />
Größtkunden sowie für die Versorgung weitere Netzbetreiber, wie etwa der Energie Graz,<br />
dienen. So findet man etwa im UW Gratkorn für die Versorgung der Fa. SAPPI einen 50<br />
MVA 110/20 kV Umspanner, welcher sich im Eigentum des Kunden befindet. Auch auf diese<br />
Umspanner muss bei der Erstellung des Schaltprogramms Rücksicht genommen werden.<br />
Die folgende Tabelle listet Umspannwerke mit den installierten Transformatoren auf.<br />
Tabelle 1.1: Umspannwerke / NVG<br />
Umspannwerke / Umspanner im Bereich Graz<br />
Umspannwerk<br />
Umspannerleistung<br />
Bezeichnung [MVA] eigen / fremd<br />
Webling UM1 40 Eigen<br />
Webling UM2 22 Fremd<br />
Lieboch UM1 32 Eigen<br />
Lieboch UM2 40 Eigen<br />
Graz/West UM1 32 Fremd<br />
Graz/West UM3 32 Fremd<br />
Graz/West UM4 40 Fremd<br />
Graz/West UM5 22 Fremd<br />
Graz/Nord UM1 32 Fremd<br />
Graz/Nord UM3 32 Fremd<br />
Graz/Nord UM4 32 Eigen<br />
Graz/Nord UM5 32 Fremd<br />
Graz/Süd II UM1 32 Fremd<br />
Graz/Süd II UM2 32 Eigen<br />
Graz/Süd II UM3 22 Fremd<br />
Graz/Süd II Block2 Einspeisung<br />
Grambach UM1 40 Eigen<br />
Grambach UM2 32 Eigen<br />
Grambach UM3 40 Fremd<br />
Graz/Ost UM1 32 Fremd<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 15
Freischaltung des UW Pirka<br />
Graz/Ost UM2 32 Eigen<br />
Gleisdorf UM1 32 Eigen<br />
Gleisdorf UM2 32 Eigen<br />
Keplerbrücke UM1 32 Fremd<br />
Keplerbrücke UM2 32 Fremd<br />
Gratkorn UM1 50 Fremd<br />
Gratkorn UM2 50 Eigen<br />
Deutschfeistritz UM1 32 Eigen<br />
Frohnleiten UM1 32 Eigen<br />
Frohnleiten UM2 22 Eigen<br />
KW Friesach UM Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf U1 Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf U2 Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf U3 Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf U11 EB<br />
Neudorf/Werndorf Block1 Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf Block2 Einspeisung<br />
Neudorf/Werndorf Block3 Einspeisung<br />
In elektrischen Anlagen muss genau geregelt sein, wer für welchen Anlagenteil<br />
verantwortlich ist. Diese Regelung erfolgt durch die Vereinbarung so genannter Eigentums-<br />
und Betriebsführungsgrenzen.<br />
Der genaue Punkt dieser Eigentums- und Betriebsführungsgrenze jeder Anlage wird in einem<br />
Betriebsführungsübereinkommen zwischen dem Kunden und der SSG festgelegt und ist für<br />
jeden Diensthabenden einsehbar.<br />
Das Wissen dieser Grenzen ist für eine einwandfreie Betriebsführung sehr wichtig, da<br />
dadurch etwaige Fehlschaltungen oder sonstige Missverständnisse vermieden werden.<br />
Zu erwähnen ist auch, dass sich die Eigentums- und Betriebsführungsgrenzen nicht immer<br />
decken müssen – so sind etwa im UW-Webling am Umspanner UM2 (Transformator der<br />
Energie Graz GmbH./EGG) die Eigentumsgrenzen an den Klemmen der 110-kV-<br />
Sammelschiene, die Betriebsführungsgrenze befindet sich jedoch an den<br />
oberspannungsseitigen Durchführungen des Umspanners.<br />
Neben den Umspannern findet man in den Umspannwerken auf der Mittelspannungsebene<br />
auch die Löscherspulen für die Erdschlusskompensation. Dort sind zudem die Anlagen für die<br />
Tonfrequenzsteuerungsanlagen installiert.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 16
Freischaltung des UW Pirka<br />
3.1.1 Mittelspannungsnetz / Verteilnetz<br />
Um die Spannung <strong>von</strong> 20-kV auf eine übliche Versorgungsspannung <strong>von</strong> 0.4 kV zu bringen,<br />
werden Transformatorstationen (Trst) benötigt. Derzeit bestehen in der Steweag-Steg/NVG<br />
1.335 Transformatorenstationen. Diese werden entweder als Maststationen,<br />
Kompaktkabelstationen, als gemauerte Bauwerke, wie etwa Turmstationen, Gebäudestationen<br />
oder auch als in Bauwerken inkludierten Räume (Innenraumstationen) errichtet. Die<br />
Umspannerleistungen liegen dabei zwischen 90 und 2.000 kVA.<br />
Knotenpunkte im 20-kV-Verteilnetz werden als Schaltstellen (Schst.) ausgeführt. Im<br />
Unterschied zu Transformatorenstationen können diese auch meist über Fernsteuerung<br />
bedient werden. Im Verteilnetz der NVG findet man derzeit 48 Schaltstellen.<br />
Wie in den Umspannwerken sind auch teilweise in den Schaltstellen Löscherspulen installiert.<br />
Besonders bei Schalthandlungen ist diesem Umstand Rechnung zu tragen, damit nicht<br />
ungelöschte Netzbereiche entstehen.<br />
Das 20-kV-Verteilnetz selbst besteht aus etwa 575 km Kabel sowie aus 493 km Freileitung,<br />
das Niederspannungs-Verteilnetz aus 2.860 km Kabel und 1.079 km Freileitung.<br />
Aus diesem Verteilnetz werden derzeit ca. 82.000 Geschäfts- / Privatkunden versorgt.<br />
Tabelle 1.2: Netzübersicht 20 kV / 0,4 kV<br />
Transformatorstationen 20/0,4 kV 1335 Stk.<br />
Mittelspannungskabel 20 kV 575 km<br />
Mittelspannungsfreileitung 20 kV 493 km<br />
Niederspannungskabel 0,4 kV 2.860 km<br />
Niederspannungsfreileitung 0,4 kV 1.079 km<br />
Kundenanlagen ~82.000 Stk.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 17
Freischaltung des UW Pirka<br />
4 Aufnahme der Mittelspannungs-Netzverhältnisse<br />
Vor Erstellung eines Schaltprogramms ist es nötig, sich über den Aufbau des Netzes und des<br />
aktuellen Schaltzustands zu informieren. Als Informationsquellen dienen in der Steweag-Steg<br />
einerseits Netzübersichtspläne in Papierform, aber auch Pläne und Schaltbilder in<br />
elektronischer Form.<br />
4.1 20-kV Netzübersichtsplan<br />
Abb. 1.05: 20 kV-Netzübersichtsplan<br />
Schaltstelle, ferngesteuert<br />
Mast-Umspannstelle<br />
Umspannstelle<br />
Umspannwerke<br />
Abbildung 1.05 zeigt einen Ausschnitt aus dem Netzübersichtsplan der Betriebsregion Graz.<br />
Anhand dieser Pläne kann man sich rasch eine Übersicht über die Verhältnisse im<br />
Verteilernetz machen.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 18
Freischaltung des UW Pirka<br />
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Umspannwerken (UW), Schaltstellen (Schst.) und<br />
Transformatorstationen (Trst).<br />
Umspannwerke werden durch ein Quadrat symbolisiert und stellen Einspeisepunkte in das<br />
Verteilungsnetz dar. Schaltstellen werden mittels einer Überlagerung <strong>von</strong> zwei Kreisen<br />
dargestellt – ist der innere Kreis gefüllt, so ist die Schaltstelle mittels Fernsteuerung schaltbar,<br />
sind die Kreise jedoch gleichfärbig, so besitzt die Schaltstelle keinen Anschluss an die<br />
Fernsteuerung.<br />
Durch Punkte werden Umspannstellen angezeigt, auch hier gibt es eine farbliche Zuordnung.<br />
So sind schwarze Punkte Mast-Umspannstellen, graue hingegen Umspannstellen<br />
konventioneller Bauart (gemauerte Umspannstellen, Kompaktkabelstationen und<br />
dergleichen).<br />
Abb. 1.6: Netzübersichtsplan, Detail A<br />
Detail-Schaltbild<br />
Erdschluss-Löschspule<br />
LS-Abzweig<br />
Bei den Abzweigen mit Leistungsschaltern ist jeweils erkennbar, wie die Leitung geschützt<br />
ist. Leistungsschalter werden im Netzübersichtsplan durch Dreiecke symbolisiert.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 19
Freischaltung des UW Pirka<br />
Folgende Schutzarten sind in der Steweag-Steg gebräuchlich:<br />
Tabelle 1.3: Schutzarten<br />
LS-Abzweig Symbolbeschreibung Symbol<br />
Ohne Schutz Dreieck, ungefüllt<br />
Mit primär UMZ-Schutz Dreieck, grün<br />
Mit sekundär UMZ-Schutz Dreieck, gelb<br />
Mit Distanzschutz Dreieck, grau<br />
Mit Distanzschutz und AWE Dreieck mit Kreis, grau<br />
Neben den Leistungsschalter-Abzweigen werden auch die Erdschluss-Löschspulen angezeigt,<br />
hier unterscheidet man zwischen geregelten und ungeregelten Spulen.<br />
Bei Umspannstellen mit besonderen Schaltzuständen wird jeweils ein Detail-Schaltbild<br />
angezeigt.<br />
Ob eine Verbindungsleitung als Freileitung oder als Kabelleitung ausgeführt ist, erkennt man<br />
anhand der Linienform. Volle Linien sind Freileitungen, gestrichelte Linien stellen<br />
Kabelstrecken dar.<br />
Abb. 1.7: Netzübersichtsplan, Detail B<br />
Kurzschlussanzeiger<br />
Freileitung<br />
Kabelstrecke<br />
Ebenso sind die im Netz installierten Kurzschlussanzeiger eingezeichnet. Damit ist es<br />
möglich, im Fehlerfall die Störungsstelle einzugrenzen.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 20
Freischaltung des UW Pirka<br />
In der folgenden Aufstellung sind die im Netzübersichtsplan verwendetet Symbole<br />
aufgelistet:<br />
Abb. 1.8: Legende für Netzübersichtsplan<br />
Nachdem man sich mit den Netzverhältnissen vertraut gemacht hat, nimmt man anhand des<br />
Netzplanes den momentanen Schaltzustand auf. Hierfür betrachtet man jeden einzelnen<br />
Abzweig aller im Versorgungsgebiet befindlichen Umspannwerke und erstellt eine<br />
Aufstellung der pro Abzweig versorgten Umspannstellen. Diese Liste dient als Grundlage für<br />
die Erhebung der Leistungen in den einzelnen Zweigen und als Unterstützung bei den<br />
Überlegungen zu möglichen Lastumlegungen.<br />
Ein Netzübersichtsplan bietet aber nur eine grobe Übersicht und gibt keine Rückschlüsse auf<br />
Leitungslängen, Leitungsquerschnitte, Leistungsbedarf und dergleichen, welche in weiterer<br />
Folge bei der Erstellung des Schaltprogramms benötig werden.<br />
Um auch an diese Daten zu kommen, besteht die Möglichkeit zu Nutzung des GEONET und<br />
des PSI-Systems.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 21
Freischaltung des UW Pirka<br />
4.2 GEONET<br />
In diesem System sind sämtliche Leitungs- und Anlagendaten aus dem Hoch- und<br />
Mittelspannungsnetz hinterlegt. Um an die gewünschten Informationen zu kommen, muss<br />
man sich den gewünschten Netzbereich auswählen. In der Steweag-Steg sind derzeit zwei<br />
Systeme des GEONETs im Einsatz, die folgenden Abbildungen wurden mit dem zweiten<br />
System erstellt. Die Benutzerführung ist aber in beiden Fällen annähernd die gleiche.<br />
Das Einstiegsfenster ist folgendermaßen aufgebaut:<br />
Extras<br />
Abb. 1.9: GEONET, Startbildschirm<br />
Kartenwerkzeuge<br />
Themenleiste<br />
Kartenbereich Informationsfeld<br />
Zum Zoomen in den benötigten Netzbereich hat man nun die Möglichkeit, entweder im Feld<br />
Maßstab eine geringeren Maßstab einzutragen und die sich dann aktualisierte Karte auf den<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 22<br />
Maßstab
Freischaltung des UW Pirka<br />
gewünschten Bereich zu verschieben, oder man zieht ein Zoomfenster über die gewünschte<br />
Region auf. Das Bild zeigt dann genau den Inhalt des Fensters an.<br />
Bereich UW<br />
Pirka<br />
Abb. 1.10: GEONET, Netzbereich<br />
Anzeigekriterium<br />
In Abb. 1.10 erkennt man den Netzbereich um das Umspannwerk Pirka. Als Anzeigekriterium<br />
wurde in der Themenleiste der Punkt „Mittelspannung“ ausgewählt. Auf diese Weise werden<br />
alle Mittelspannungsleitungen und Anlagen dargestellt. Um eine Abfrage bezüglich<br />
technischer Daten zu starten, ist es hilfreich sich einen noch geringeren Maßstab anzeigen zu<br />
lassen.<br />
Will man zu den Mittelspannungsleitungen zusätzliche Daten anzeigen lassen, so kann man<br />
im Themenbereich eine Auswahl treffen. Je nach gewähltem Maßstab werden dann die<br />
gewünschten Details angezeigt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 23
Freischaltung des UW Pirka<br />
Doppel-Klick auf<br />
Leitungszug<br />
Abb. 1.11: GEONET, Leitungsdaten<br />
Leitungsdaten<br />
Abb.1.11 zeigt den Bereich des Mittelspannungsnetzes, in dem die projektierte<br />
Transformatorstation eingebunden werden soll. Um etwa an die Daten der bereits verlegten<br />
20-kV Kabel zu kommen, wählt man unter den Abfragethemen den Punkt „MS-Leitungen<br />
Übersicht“ aus und klickt auf den gewünschten Leitungszug – durch eine direkte<br />
Verknüpfung mit den im SAP hinterlegten Daten werden nun in einem eigenen Fenster die<br />
gespeicherten Daten der Leitung angezeigt. Diese beinhalten den Technischen Platz (eine<br />
eindeutige Zuordnung im Steweag-Steg System), die Leitungslänge, das Baujahr, die<br />
Bezeichnung des Abschnittes und den Leiterquerschnitt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 24
Freischaltung des UW Pirka<br />
Teilabschnitte<br />
Trassenlänge<br />
Abb. 1.12: GEONET, Detaildaten zum Technischen Platz<br />
Technischer Platz<br />
Verwendeter Kabel- /<br />
Leitungstyp<br />
Diese Daten können zur weiteren Bearbeitung in Word oder Excel exportiert werden.<br />
Auf ähnlichem Weg bekommt man Zugang zu den technischen Daten der Schaltanlagen<br />
welche ebenfalls im SAP hinterlegt sind.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 25
Freischaltung des UW Pirka<br />
4.3 Prozessdatenarchiv PSI<br />
Sämtliche elektrotechnische Messwerte aus Umspannwerken und Schaltstellen werden im<br />
Prozessdatenarchiv PSI gespeichert und stehen für Auswertungen zu Verfügung.<br />
Um zu einem gewünschten Messwert zu kommen, muss man zuerst die gewünschte Station<br />
und den Abzweig auswählen.<br />
Im nächsten Schritt wählt man den gewünschten Messwert aus.<br />
Abb. 1.13: PSI, Startbildschirm<br />
Messwerte<br />
Auswahl der Station<br />
Auswahl des Abzweigs<br />
Nach der Festlegung des Messwertes folgt die zeitliche Eingrenzung. Für die Erstellung des<br />
Schaltprogramms wurde in Absprache mit Hr. Ing. Gobec der Vergleichszeitraum vom<br />
15.8.2005 0.00 Uhr bis zum 16.8.2005 0.00 Uhr gewählt.<br />
Ausschlaggebend für diese Zeitwahl waren einerseits der Umstand, dass der zusätzliche<br />
Transformator im Sommer 2007 installiert werden soll, anderseits die Erfahrung, dass in den<br />
Sommermonaten im UW Pirka höhere Leistungen benötigt werden, als in den<br />
Wintermonaten. Der Grund hierfür liegt an den zahlreichen Betrieben mit Kühlanlagen und<br />
Klimageräten.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 26
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.14: PSI, Datums- und Zeiteingrenzung<br />
Datums- und<br />
Zeiteingrenzung<br />
Werteauswahl<br />
Neben der Eingrenzung des Betrachtungszeitraumes hat man zudem die Möglichkeit, den<br />
Wertetyp der Messwerte auszuwählen.<br />
Für den Leistungsbedarf wurde der Maximal-Wert ausgewählt, da dieser bei einer<br />
Umschaltung auf jeden Fall bereitgestellt werden muss.<br />
Weiters besteht die Möglichkeit der Darstellung der Messwerte anhand eine Dauerlinie –<br />
diese Darstellungsform wird unter anderem für den Vertrieb für die Planung des<br />
Energieeinkaufes benötigt.<br />
Die ausgewählten Werte kann man sich nun entweder in Listenform oder als Grafik anzeigen<br />
lassen. Für die weitere Bearbeitung ist die Listenform vorteilhaft, da sich diese gut in<br />
Tabellenkalkulationen und Datenbanken exportieren lässt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 27
Freischaltung des UW Pirka<br />
Darstellung in Kurvenform<br />
(siehe Abb. 1.16)<br />
Abb. 1.15: PSI, Daten in Listenform<br />
Abb. 1.16: PSI, Daten in Kurvenform<br />
Export in<br />
Tabellenkalkulation<br />
(Excel)<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 28
Freischaltung des UW Pirka<br />
Für die Erstellung des Schaltprogramms waren zuerst die einzelnen Leistungen an den 20-kV<br />
Abgängen des UW Pirka interessant. Im Ahnhang „UW Pirka – Abzweigleistungen“ ist eine<br />
Aufstellung mit den jeweils drei höchsten ¼-Stunden Messwerten der Wirkleistung der<br />
einzelnen Abzweige ersichtlich.<br />
Bsp.: Abzweig Feldkirchnerstraße:<br />
MEZ DATUM P_MW_MAX<br />
14.08.2005 23:30 15.08.2005 00:30 -1,965<br />
15.08.2005 10:45 15.08.2005 11:45 -1,924<br />
15.08.2005 22:15 15.08.2005 23:15 -1,993<br />
Anhand dieser Messwerte wurden nun folgende Leistungen für die einzelnen Abzweige<br />
angenommen:<br />
Tabelle 1.4: UW Pirka, Abzweigleistungen<br />
Abzweig Leistung (P_Max)<br />
Feldkirchnerstraße 1,993 MW<br />
Flughafen 2,253 MW<br />
Gradnerstraße 1,616 MW<br />
Mantscha 1,851 MW<br />
Neuseiersberg/Gewerbepark 2,111 MW<br />
Premstätten 3,004 MW<br />
Seiersberg/Ort 2,635 MW<br />
Webling 0,861 MW<br />
Windorf 0,715 MW<br />
SUMME 17,039 MW<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 29
Freischaltung des UW Pirka<br />
5 Aufnahme der 110-kV Netzverhältnisse<br />
Die Aufnahme der Netzverhältnisse im 110-kV Übertragungsnetz war vor allem für die<br />
Berechnung der Lastflüsse <strong>von</strong> großer Wichtigkeit.<br />
Ebenso wie für die Mittelspannungsebene gibt es Netzübersichtspläne in Papierform wie auch<br />
in elektronischer Form. Für die Erstellung des Übersichtschaltbildes wurde das<br />
Hochspannungsnetzschema herangezogen. Die Leitungsparameter, wie Länge, Aufbau und<br />
Querschnitt, wurden mit Hilfe des GEONET und des SAP gesammelt.<br />
Die Vorgehensweise entspricht in etwa der, die auch im 20-kV Mittelspannungsnetz<br />
angewendet wird. Beim Hochspannungsnetz werden im GEONET jedoch nur die<br />
Technischen Plätze der Leitungen angezeigt – mit deren Hilfe kommt man im SAP einfach zu<br />
den nötigen Daten.<br />
Abb. 1.17: Technischer Platz, Stammdaten<br />
Technischer Platz<br />
Bezeichnung des<br />
Leitungsabschnittes<br />
Leitungslänge<br />
Hier sieht man einen „Technischen Platz“ mit seinen Klassendaten, wie er im SAP abgebildet<br />
wird – unter anderem findet man unter dieser Ansicht die Leitungslänge.<br />
Wechselt man in die Strukturansicht, so werden auch die verlegten Leiterquerschnitte und<br />
Leitungstypen angezeigt.<br />
Im folgenden Bild sieht man die Strukturansicht des oben gezeigten Technischen Platzes<br />
(110-kV Leitung vom UW Graz Nord zur Schaltstelle Friesach).<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 30
Freischaltung des UW Pirka<br />
In der Strukturansicht ist der Technische Platz weiter unterteilt. So werden in der<br />
Hochspannungsebene alle Stützpunkte und alle Spannfelder einzeln aufgegliedert.<br />
Abb. 1.18: Technischer Platz, Strukturdarstellung<br />
Technischer Platz<br />
der gesamten Leitung<br />
Kennzeichen für weitere<br />
Daten<br />
Technischer Platz eines<br />
Stützpunktes (Mast)<br />
Technischer Platz eines<br />
Spannfeldes<br />
Durch einen Doppelklick auf einen gewünschten Teil der Leitungsstrecke kommt man in die<br />
„Equipments“. Unter Equipment werden die einzelnen technischen Bestandteile der Leitung<br />
bezeichnet, so kann man bei einer 110-kV Freileitung eine Unterscheidung zwischen<br />
Spannfeldern und Stützpunkte treffen.<br />
Unter dem Equipment des Stützpunktes werden Daten zum Masten eingetragen, unter dem<br />
Punkt Spannfeld findet man die Spannfeldlänge, das Leitermaterial und den Querschnitt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 31
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.19: Equipmentanzeige<br />
Equipment-Nummer<br />
Spannfeldlänge<br />
Leitungstyp und<br />
Querschnitt<br />
Anhand dieser Daten wurde in weiterer Folge ein Übersichtsplan des 110-kV<br />
Übertragungsnetzes erstellt, in dem Leiterquerschnitte, Leitungsaufbau und Leitungslängen<br />
vermerkt wurden.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 32
Freischaltung des UW Pirka<br />
6 110-kV Leitungen und Umspannwerke<br />
Anhand der durch die Übersichtspläne, durch GEONET und SAP gewonnen Netzdaten<br />
konnte eine Aufstellung der Umspannwerke und deren 110-kV Leitungsverbindungen erstellt<br />
werden. Diese Aufstellung ist im Anhang (110 kV-Leitungsverbindungen) ersichtlich.<br />
Als Beispielt wird hier die Verbindung der Umspannwerke Arnstein, Graz/Süd II und<br />
Webling gezeigt:<br />
H5-1342-A H5-1342-B<br />
ARN GZS<br />
H5-1341A-A H5-1341B-B<br />
H5-1341A-B<br />
WEB<br />
H5-1341B-A<br />
Technischer Platz Länge Type<br />
H5-1341A-A 20.847 m E-AL/ST 210/35<br />
H5-1341B-B 3.254 m E-AL/ST 210/35<br />
H5-1341A-B 616 m E-AL/ST 210/35<br />
H5-1341B-A 616 m E-AL/ST 210/35<br />
H5-1342-A 20.847 m E-AL/ST 210/35<br />
H5-1342-B 3.254 m E-AL/ST 210/35<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 33
Freischaltung des UW Pirka<br />
7 Leistungen im 110-kV Netz<br />
Die Leistungen an den einzelnen Abzweigen und an den Umspannern in den Umspannwerken<br />
wurden auf die gleiche Weise, wie schon bei den 20-kV-Abzweigen beschrieben, erhoben.<br />
Als Darstellungsform der Messwerte wurde für diese Aufstellung der Tageswert gewählt –<br />
dieser Wert gibt den höchsten Leistungswert innerhalb eines Tages zurück. Sämtliche<br />
Angaben sind in MW. Als Beispiel wird hier das UW Webling gezeigt, man erkennt, dass<br />
zwei Transformatoren installiert sind und dass die maximale Leistungsabgabe 20,38 MW<br />
betragen hat.<br />
UW Webling:<br />
DATUM UM1 UM2<br />
14.08.2005 00:00 13,08 7,3<br />
15.08.2005 00:00 12,36 5,82<br />
Die Leistungsabgaben der weiteren Umspannwerke wird im Anhang (Leistungen im 110 kV-<br />
Netz) gezeigt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 34
Freischaltung des UW Pirka<br />
8 Lastflussberechnung<br />
Um zu erkennen, welche Auswirkungen Lastumlegungen oder Störfälle auf das 110-kV<br />
Übertragungsnetz haben, ist es nötig Lastflussberechnungen zu erstellen. Diese Berechnungen<br />
können durch das Knotenpunkt-Potentialverfahren durchgeführt werden.<br />
Die Vorgangsweise dieser Berechnungsmethode läuft nach folgendem Schema ab:<br />
• Festlegung der Speisepunkte<br />
• Festlegung der Netzknotenpunkte<br />
• Berechnung der Leitungsadmittanzen<br />
• Festlegung der Einspeisespannungen<br />
• Einzeichnen der Zweigströme in ihrer Richtung<br />
• Aufstellen der Zweigstromformeln<br />
• Aufstellen der Knotenpunktformeln<br />
• Einsetzen der Zweigstromformeln in die Knotenpunktformeln<br />
• Sortieren der Formeln<br />
• Übernahme der Formeln in die Matritzenschreibweise (oder direktes Aufstellen der<br />
Matrix)<br />
1<br />
• Berechnung durchführen � U = Y * ( Y * U − I )<br />
−<br />
8.1 Festlegung der Speisepunkte<br />
K<br />
K<br />
Anhand des zuvor erstellten 110-kV Netzübersichtsplans wurden folgende Umspannwerke als<br />
Speisepunkte gewählt:<br />
• UW Arnstein (ARN)<br />
• UW Neudorf (NWD)<br />
• UW Zwaring (ZWA)<br />
• UW Gleisdorf (GLD)<br />
• UW Graz/Nord (GZN)<br />
• UW Bärnbach (BAE)<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 35<br />
S<br />
S<br />
K
Freischaltung des UW Pirka<br />
Bei diesen Umspannwerken handelt es sich um Punkte, bei denen entweder Leistungen aus<br />
dem übergeordneten Verbundnetz eingespeist werden (z. B. in Zwaring und Neudorf), oder<br />
um Umspannwerke mit Verbindungen zu Kraftwerken (z. B. Arnstein und Bärnbach).<br />
8.2 Festlegung der Netzknotenpunkte<br />
Die Umspannwerke, welche im Übersichtsplan nicht als Speisepunkte angesehen wurden,<br />
stellen die Netzknotenpunkte dar.<br />
• UW Graz/West (GZW)<br />
• UW Graz/Süd (GZS)<br />
• UW Webling (WEB)<br />
• UW Pirka (PIR)<br />
• UW Lieboch (LIB)<br />
• UW Grambach (GRB)<br />
• UW Brodingberg (BRO)<br />
• UW Graz/Ost (GZO)<br />
• UW Keplerbrücke (KEP)<br />
8.3 Berechnung der Leitungsadmittanzen<br />
Im Kapitel Netzverhältnisse wurden bereits die Leitungslängen, Querschnitte und<br />
Leitungstypen der Verbindungsleitungen zwischen den Umspannwerken aufgenommen. Aus<br />
diesen Daten können nun die einzelnen Leitungswiderstände errechnet werden.<br />
Die Admittanz ist der Kehrwert des Leitungswiderstandes (Leitwert).<br />
Folgende Leitungstypen sind im Netzwerk vorhanden:<br />
Kabel:<br />
• NÖAKUDE2Y 1x1000 RM/V<br />
• ÖAHKUDEY 1x850<br />
• NÖAKUDEY 1x800 RM/V<br />
• NÖKUDEY 1x800 RM/V<br />
• N2XS(FL)2Y 1x800<br />
• ÖAKUD(G)Y 1x800<br />
• NÖKUDEY 1x500 RM/V<br />
• 2xS(FL)2Y 1/500 RM<br />
• O-PMDNY 1x500 RM<br />
Freileitungen:<br />
• E-AL/ST 560/50<br />
• E-AL/STALUM 560/50<br />
• E-ALMGSI 400<br />
• E-AL/STALUM 325/28<br />
• E-AL/STALUM 240/40<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 36
Freischaltung des UW Pirka<br />
• E-AL/ST 210/35<br />
• E-ALMGSI/ST 120/25<br />
• E-CU 95<br />
8.3.1 Ermittlung des Gleichstromwiderstandes<br />
Der Gleichstromwiderstand wird im Regelfall vom Hersteller als Widerstandsbelag<br />
(Ohm/km) angegeben.<br />
Sind diese Daten nicht bekannt, kann man diesen Wert nach folgenden Formeln errechnen:<br />
l<br />
m<br />
= κ<br />
κ<br />
κ<br />
R20 Cu = 56<br />
35<br />
2 Al =<br />
2<br />
* A<br />
Ω mm<br />
Ω mm<br />
m<br />
Danach errechnet man den Widerstandswert bei Betriebstemperatur. Bei Freileitungen sind<br />
Werte bis zu 80° C, bei Kabel bis zu 90° C zulässig. Für unsere Berechnung wurde mit einer<br />
einheitlichen Betriebstemperatur <strong>von</strong> 80° C gerechnet.<br />
80<br />
20<br />
−1<br />
( 1 + α ( 80 − 20°<br />
C)<br />
) = 0,<br />
004<br />
R = R *<br />
α K<br />
20<br />
Tabelle 1.5: Ohmscher Leitungswiderstand<br />
Widerstand / km<br />
Querschnitt [mm²] 20° C 80°C<br />
Kupfer<br />
95 0,1880 0,2331<br />
500 0,0357 0,0443<br />
800 0,0223 0,0277<br />
Aluminium<br />
120 0,2381 0,2952<br />
210 0,1361 0,1687<br />
240 0,1190 0,1476<br />
325 0,0879 0,1090<br />
400 0,0714 0,0886<br />
560 0,0510 0,0633<br />
800 0,0357 0,0443<br />
850 0,0336 0,0417<br />
1000 0,0286 0,0354<br />
20<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 37
Freischaltung des UW Pirka<br />
8.3.2 Ermittlung der Induktivität<br />
Bei der Parallelführung mehrerer Leiter, welche <strong>von</strong> Wechselstrom durchflossen werden,<br />
wird in jeder Leiterschleife eine Spannung induziert.<br />
Diese Spannung setzt sich aus einer Selbst- und einer Gegeninduktionsspannung zusammen:<br />
U<br />
U<br />
S<br />
G<br />
dφs<br />
dis<br />
= − = − L *<br />
dt dt<br />
= −<br />
dφ<br />
dt<br />
g<br />
= −<br />
dig<br />
M *<br />
dt<br />
Da aus diesem Grund jede Leitung einen induktiven Spannungsabfall besitzt, lässt sich jeder<br />
Phase eine Induktivität zuordnen.<br />
Im symmetrischen Drehstromnetz berechnet sich diese folgendermaßen:<br />
d ⎡mH<br />
⎤<br />
L ` = 0,<br />
2 * (ln + 0,<br />
25)<br />
r = Radius der Leiter d = Abstand der Leiter<br />
r ⎢<br />
⎣ km ⎥<br />
⎦<br />
Da das Verhältnis Durchmesser zu Radius bei steigender Spannung nur wenig schwankt, kann<br />
man den Induktivitätsbelag eine Drehstromfreileitung <strong>von</strong> 0,4 kV bis 380 kV mit etwa 1<br />
mH/km annehmen – dieser Wert entspricht einem induktiven Blindwiderstand <strong>von</strong> ca. 0,31<br />
Ohm/Kilometer. Grund hierfür ist, dass mit steigender Spannung nicht nur der Leiterradius<br />
größer wird, sondern auch der Abstand zwischen den Leitern. Zusätzlich gleicht die<br />
Logarithmus-Funktion kleine Schwankungen aus.<br />
Für die Berechnung der Induktivitäten wurde für die Freileitungsstrecken mit einem<br />
durchschnittlichen Leiterabstand <strong>von</strong> 4 Meter und bei Kabelstrecken mit Einzelleitern <strong>von</strong> 0,2<br />
Meter gerechnet.<br />
Tabelle 1.06: Induktiver Widerstandsbelag<br />
Leiterabstand Querschnitt Leiterradius<br />
[d]<br />
[A]<br />
[r] L`/km XL/km<br />
400 95 5,50 1,32E-03 0,4141<br />
400 120 6,18 1,29E-03 0,4067<br />
400 210 8,18 1,24E-03 0,3891<br />
400 240 8,74 1,23E-03 0,3849<br />
400 325 10,17 1,20E-03 0,3754<br />
400 400 11,28 1,17E-03 0,3689<br />
400 560 13,35 1,14E-03 0,3583<br />
20 500 12,62 5,56E-04 0,1746<br />
20 800 15,96 5,10E-04 0,1601<br />
20 850 16,45 5,04E-04 0,1582<br />
20 1000 17,84 4,88E-04 0,1532<br />
Bei Kabelstrecken ist die Induktivität im Regelfall kleiner als bei Freileitungen – Grund<br />
hierfür sind die geringeren Leiterabstände. Werden die Kabel in Dreieck verlegt, so wird der<br />
induktive Widerstand noch geringer.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 38
Freischaltung des UW Pirka<br />
In der Tabelle 1.06 findet man die anhand der angeführten Formel errechneten induktiven<br />
Widerstandswerte für die im Netz der Steweag-Steg verwendeten Hochspannungsleitungen.<br />
Tabelle 1.07: Induktiver Widerstand Kabel/Freileitung<br />
XL [Ohm/km]<br />
0,6000<br />
0,5000<br />
0,4000<br />
0,3000<br />
0,2000<br />
0,1000<br />
0,0000<br />
1<br />
100<br />
200<br />
300<br />
400<br />
XL / km<br />
Querschnitt [mm²]<br />
500<br />
600<br />
700<br />
800<br />
900<br />
1000<br />
Freileitung<br />
Kabel<br />
In Tabelle 1.07 wird der induktive Widerstandsbelag in Abhängigkeit vom Leiterquerschnitt<br />
graphisch dargestellt. Man erkennt gut den Unterschied <strong>von</strong> Kabel und Freileitungen.<br />
8.3.3 Ermittlung der Kapazität<br />
Die Kapazität einer Leitung setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Man unterscheidet die<br />
Kapazität zwischen Leiter – Leiter und zwischen Leiter – Erde.<br />
Die Leiter-Leiter Kapazität lässt sich nach folgender Formel berechnen:<br />
C L<br />
π * l * ε 0 = l = Leiterläng,<br />
d = Leiterabstand,<br />
r =<br />
d<br />
ln<br />
r<br />
Die Leiter – Erde Kapazität:<br />
C E<br />
2 * π<br />
* l * ε 0<br />
=<br />
2 * h − r<br />
ln<br />
r<br />
h = mittlere Höhe über Erde<br />
Leiterradius<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 39
UA<br />
Freischaltung des UW Pirka<br />
Aus den beiden Kapazitäten kann man nun die Betriebskapazität errechnen:<br />
C = C + 3*<br />
C<br />
B<br />
E<br />
L<br />
Bei Freileitungen beträgt der Betriebskapazitätswert etwa 10 nF/km und ist relativ<br />
spannungsunabhängig.<br />
Bei Kabel ist die Kapazität aufgrund der geringeren Abstände etwa 30 Mal so groß wie bei<br />
Freileitungen.<br />
8.3.4 Ermittlung der Einzel-Admittanzen<br />
Anhand der Ergebnisse kann man nun den Scheinwiderstand jeder einzelnen Leitung, welche<br />
im Netzwerk vorhanden ist, ausrechnen. Für die Lastflussanalyse wird dann der Kehrwert<br />
(Leitwert) benötigt.<br />
Rechnungsvorgang:<br />
Als Beispiel für den Rechenvorgang zur Ermittlung der Admittanzen wird die Leitung 1341-<br />
A-A herangezogen.<br />
Freileitung E-AL/ST<br />
210/35<br />
Man kann sich die Leitung als eine Schaltung <strong>von</strong> ohmschen, induktiven und kapazitiven<br />
Widerständen vorstellen:<br />
IA<br />
IRL<br />
Rl<br />
Xl<br />
IE<br />
CB<br />
UCB1<br />
URl<br />
Abb. 1.20: Ersatzschaltbild einer Leitung<br />
Länge: 20.847 m<br />
Diese Ersatzschaltung einer Leitung nennt man PI-Ersatzschaltbild.<br />
Rl und Xl bilden die Längsimpedanz, durch die Betriebskapazitäten wird die Querimpedanz<br />
gebildet. Bei genaueren Berechnungen kommt parallel zum kapazitiven Widerstand Xc noch<br />
der Ableitwiderstand G. Dieser Wert berücksichtigt den ohmschen Anteil der Ströme, welche<br />
über Kriechstrecken oder dergleichen im Verlauf der Leitung gegen Erde abfließen. Für die<br />
Lastflussanalyse in diesem Projekt können die Ableitströme über den Ableitwiderstand G<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 40<br />
UXl<br />
UCB2<br />
ICB1 ICB2<br />
CB<br />
UE
Freischaltung des UW Pirka<br />
jedoch vernachlässigt werden – erst bei Berechnungen mit größeren Leitungslängen werden<br />
diese Werte ebenfalls relevant.<br />
8.3.5 Berechnung der Längsimpedanz / Längsadmittanz:<br />
Bei den Berechnungen <strong>von</strong> Leiterseilen kann der Widerstand/Leitwert des Stahlseiles<br />
vernachlässigt werden und man kann den Aluminium-Querschnitt als Grundlage heranziehen.<br />
Für den ohmschen Widerstand pro Kilometer wird für den Querschnitt AL 210 aus der<br />
Tabelle 1.05 der Wert <strong>von</strong> 0,1687 Ohm/km ausgewählt.<br />
Das ergibt bei einer Leitungslänge <strong>von</strong> 20,847 km einen ohmschen Widerstandswert <strong>von</strong><br />
3,5169 Ohm.<br />
R<br />
L<br />
[ km]<br />
R = 0,<br />
1687 * 20,<br />
847 = 3,<br />
Ω<br />
`<br />
= R * Leitungslänge<br />
5169<br />
80 L<br />
Ebenso wird für den induktiven Widerstand Xl vorgegangen:<br />
X<br />
L<br />
[ km]<br />
X = 0,<br />
3891*<br />
20,<br />
847 = 8,<br />
Ω<br />
`<br />
= X * Leitungslänge<br />
1115<br />
l<br />
Für die Längsimpedanz gilt nun:<br />
Z<br />
RL<br />
2 2<br />
2<br />
2<br />
= R + X Z = 3,<br />
5169 + 8,<br />
1115 = 8,<br />
8411 Ω<br />
L<br />
L<br />
RL<br />
L<br />
Anhand dieses Beispieles erkennt man, dass der ohmsche Anteil im Vergleich zum induktiven<br />
Anteil der Längsimpedanz relativ gering ist. Aufgrund dieser Tatsache ist für die folgende<br />
Lastflussanalyse der induktive Widerstand ausschlaggebend, und der ohmsche Anteil wird<br />
vernachlässigt. Bei Berechnungen im Niederspannungsnetzen ist aber sehr wohl auch auf den<br />
ohmschen Anteil zu achten.<br />
Für eine solche Berechnung setzt man die Längsimpedanz in komplexer Schreibweise ein:<br />
Z RL = RL<br />
+ j * X L Z RL = 3,<br />
5169 + j * 8,<br />
1115<br />
In polarer Schreibweise ergibt das:<br />
Z RL<br />
= 8,<br />
8411Ω<br />
∠ 66,<br />
56°<br />
Man erkennt, dass sich eine Phasenverschiebung zwischen Ur und Uxl eingestellt hat – das<br />
bedeutet, dass die Eingangsspannung UA am Leitungsanfang eine andere Phasenlage als die<br />
Spannung UE am Leitungsende besitzt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 41
Freischaltung des UW Pirka<br />
Die Leitungs-Admittanz ist nun der Kehrwert der Leitungs-Impedanz (unter<br />
Vernachlässigung des ohmschen Anteiles):<br />
1<br />
YL = YL<br />
=<br />
X<br />
L<br />
1<br />
8,<br />
1115<br />
=<br />
123,<br />
28<br />
mS<br />
Für eine komplexe Berechnung lautet der Wert:<br />
Y<br />
RL<br />
=<br />
R<br />
L<br />
1<br />
+ j * X<br />
L<br />
8.3.6 Berechnung der Querimpedanz:<br />
Y<br />
RL<br />
=<br />
1<br />
1<br />
=<br />
= 0,<br />
113*<br />
e<br />
3,<br />
5169 + j * 8,<br />
1115 8,<br />
8411∠66,<br />
56°<br />
j*<br />
−66,<br />
5°<br />
Für die Querimpedanz sind vor allem die kapazitiven Widerstände verantwortlich<br />
(Ableitwiderstände G werden vernachlässigt).<br />
Bei Freileitungen kann man 10 nF/km als Richtwert für die Betriebskapazität C`B annehmen.<br />
Das würde für die Beispielsleitung einen Wert für CBL <strong>von</strong> 208 nF ergeben:<br />
`<br />
CBL = CB<br />
*<br />
Leitungslänge<br />
[ km]<br />
= 10 nF * 20,<br />
847km<br />
= 208nF<br />
Der kapazitive Widerstand XC ist demnach:<br />
1<br />
1<br />
= X =<br />
= 15,<br />
26 kΩ<br />
−9 ω * C<br />
2 * π * 50 * 208*<br />
10<br />
X C<br />
C<br />
BL<br />
In diesem Fall würde es zu folgenden Ableitstrom führen:<br />
U<br />
63.<br />
508<br />
I XC = I XC = =<br />
X<br />
15.<br />
260<br />
C<br />
4,<br />
161<br />
A<br />
Man erkennt, dass die Querimpedanz ungleich größer als die Längsimpedanz ist. Da das<br />
Übertragungsnetz zum größten Teil aus Freileitungen besteht, und nur wenige Kabelstrecken<br />
aufweist, bei denen die Querimpedanz stärker zu tragen kommen würde, kann man in diesem<br />
Fall auf den kapazitiven Anteil verzichten und mit der Impedanz bezogen auf den induktiven<br />
Längswiderstand rechnen.<br />
Würde man die Querimpedanzen ebenfalls berücksichtigen, so müsste man die kapazitiven<br />
Ableitströme jeweils an den Knotenpunkten den Abgangsströmen hinzurechnen.<br />
Für die Beispielleitung 1341A-A wird aufgrund der Berechnung nun mit einer Admittanz <strong>von</strong><br />
132,28 mS gerechnet.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 42<br />
S
Freischaltung des UW Pirka<br />
In der Aufstellung „Leitungsadmittanzen“ im Anhang sind sämtliche Leitungen im Netzwerk<br />
und deren Admittanzen aufgelistet<br />
Die Berechnung der Werte erfolgte in einem Tabellenkalkulationsprogramm (Excel). Um<br />
Auswertungen der Gesamt-Admittanzen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine Access-<br />
Datenbank angelegt.<br />
Der Aufbau der Datenbank beinhaltet einerseits die Struktur der Leitungen zwischen den<br />
einzelnen Umspannwerken, welche sich aus mehreren technischen Plätzen zusammensetzen,<br />
und anderseits die zugehörigen elektrotechnischen Daten.<br />
Leitungsaufbau<br />
Abb. 1.21: Datenbank für Leitwertberechnung<br />
Aufstellung der<br />
Leitungen<br />
Technische Daten der<br />
Leitung<br />
Anhand dieser Tabellen war es nun möglich eine Abfrage zu erstellen, in der die Gesamt-<br />
Admittanz pro Leitung errechnet wird:<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 43
Freischaltung des UW Pirka<br />
Gesamt-<br />
Admittanz<br />
Abb. 1.22: Datenbank, Abfrage der Gesamtadmittanz<br />
Das Ergebnis dieser Auswertung ergibt folgende Werte für die einzelnen Leitungsstrecken:<br />
Tabelle 1.08: Strecken-Admittanzen<br />
Leitungsnummer Name Admittanz Y [S]<br />
1 ARN-WEB 0,2762<br />
2 ARN-GZS 0,2460<br />
3 WEB-PIR 0,4550<br />
4 WEB-GZS 1,5316<br />
5 GZS-GRB 1,5639<br />
6 GZS-GZW 2,9146<br />
7 NWD-GZS 1,8762<br />
8 NWD-GRB-1 1,2179<br />
9 NWD-GRB-2 1,1628<br />
10 NWD-ZWA-1 3,0395<br />
11 NWD-ZWA-2 3,1269<br />
12 NWD-FEI 0,3702<br />
13 ZWA-LIB 0,7228<br />
14 ZWA-BAE 0,4559<br />
15 LIB-BAE 1,2305<br />
16 BAE-GZN-1 0,4697<br />
17 BAE-GZN-2 0,4698<br />
18 GZW-GZN 6,1766<br />
Leitungsabschnitt<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 44
Freischaltung des UW Pirka<br />
Leitungsnummer Name Admittanz Y [S]<br />
19 GZN-GLD-1 0,6787<br />
20 GZN-GLD-2 0,6787<br />
21 KEP-GZN 1,1270<br />
22 GZO-KEP 1,3434<br />
23 GRB-GZO 0,5967<br />
24 GRB-GLD-1 0,7044<br />
25 GRB-GLD-2 0,7044<br />
26 GLD-BRO 44,0529<br />
8.4 Festlegung der Einspeisespannungen<br />
Als Einspeisespannung wird jeweils die Nennspannung <strong>von</strong> 110 kV festgelegt. Sollten in<br />
weiterer Folge bei der Berechnung der Knotenspannungen zu geringe Spannungshöhen als<br />
Ergebnis auftreten, so wird in einem weiteren Rechnungsgang die Einspeisespannung erhöht.<br />
8.5 Aufstellen der Matritzen<br />
8.5.1 Knottenpunktadmittanzmatrix Yk<br />
PIR WEB GZS GRB GZO KEP GZW LIB<br />
Y3 -Y3 0 0 0 0 0 0<br />
-Y3 Y3+Y1+Y4 -Y4 0 0 0 0 0<br />
-Y4 Y2+Y4+Y5+Y6+Y7 -Y5 0 0 -Y6 0<br />
0 0 -Y5 Y5+Y9+Y8+Y23+Y24+Y25 -Y23 0 0 0<br />
0 0 0 -Y23 Y22+Y23 -Y22 0 0<br />
0 0 0 0 -Y22 Y21+Y22 0 0<br />
0 0 -Y6 0 0 0 Y6+Y18 0<br />
0 0 0 0 0 0 0 Y13+Y15<br />
8.5.2 Spannungsvektor der Knotenpunktspannungen Uk<br />
U_PIR<br />
U_WEB<br />
U_GZS<br />
U_GRB<br />
U_GZO<br />
U_KEP<br />
U_GZW<br />
U_LIB<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 45
Freischaltung des UW Pirka<br />
8.5.3 Speisepunktadmittanzen Ys<br />
ARN GZN BAE ZWA NWD GLD<br />
0 0 0 0 0 0<br />
Y1 0 0 0 0 0<br />
Y2 0 0 0 Y7 0<br />
0 0 0 0 Y8+Y9 Y24+Y25<br />
0 0 0 0 0 0<br />
0 0 0 0 0 0<br />
0 0 0 0 0 0<br />
0 0 0 0 0 0<br />
0 Y21 0 0 0 0<br />
0 Y18 0 0 0 0<br />
0 0 Y15 Y13 0 0<br />
8.5.4 Spannungsvektor der Speisespannung Us<br />
U_ARN<br />
U_GZN<br />
U_BAE<br />
U_ZWA<br />
U_NWD<br />
U_GLD<br />
8.5.5 Stromvektoren der Lastströme (Knotenpunktströme)<br />
I_PIR<br />
I_WEB<br />
I_GZS<br />
I_GRB<br />
I_GZO<br />
I_KEP<br />
I_GZW<br />
I_LIB<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 46
Freischaltung des UW Pirka<br />
Die Lastströme werden anhand der maximalen Abgabeleistungen vom 15.08.2005 bzw. den<br />
Umspannerleistungen berechnet. Als cos_phi wurde in Absprache mit Hr. Ing. Wolfgang<br />
Gobec 0,97 gewählt.<br />
Tabelle 1.09: Lastströme<br />
UW Umspanner P_Nenn [MW] P_MAX_18.05.05 [MW] I_Nenn [A] I_Max_15.08.05 [A]<br />
PIR UM1 32 13,081 173,15 70,78<br />
WEB UM1 40 13,08 216,44 70,78<br />
WEB UM2 22 7,3 119,04 39,50<br />
GZS UM1 32 8,64 173,15 46,75<br />
GZS UM2 32 9,124 173,15 49,37<br />
GZS UM3 22 10,8 119,04 58,44<br />
GRB UM1 40 7,439 216,44 40,25<br />
GRB UM2 32 8,995 173,15 48,67<br />
GRB UM3 40 0 216,44 0,00<br />
GZO UM1 40 16,345 216,44 88,44<br />
GZO UM2 32 14,07 173,15 76,13<br />
KEP UM1 32 16 173,15 86,58<br />
KEP UM2 32 16 173,15 86,58<br />
GZW UM1 32 7,029 173,15 38,03<br />
GZW UM3 32 8,953 173,15 48,44<br />
GZW UM4 40 0,362 216,44 1,96<br />
GZW UM5 22 4,134 119,04 22,37<br />
LIB UM1 32 10,29 173,15 55,68<br />
LIB UM2 40 18,55 216,44 100,37<br />
Das ergibt pro Netzknotenpunkt folgende Strom:<br />
Tabelle 1.10: Knotenpunktströme<br />
UW INenn IMax_15.08.05<br />
PIR 173,15 70,78<br />
WEB 335,48 110,28<br />
GZS 465,34 154,56<br />
GRB 606,03 88,92<br />
GZO 389,59 164,57<br />
KEP 346,30 173,15<br />
GZW 681,78 110,81<br />
LIB 389,59 156,05<br />
INenn gibt den Nennstrom aller Umspanner im Umspannwerk an, IMax 15.08.05 gibt den<br />
Maximalwert im Beobachtungszeitraum 2005 an.<br />
Anhand dieser Daten wurde nun in Mathcad versucht eine Netzwerkberechung<br />
durchzuführen.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 47
Freischaltung des UW Pirka<br />
Die erste Berechnung betrachtet das Netz im ursprünglichen Normalzustand. Im Folgenden<br />
wurden dann verschiedene mögliche Netzzustände als Varianten berechnet.<br />
• Variante A: UW PIR mit zusätzlichem Umspanner und doppelter Leistungsabgabe<br />
• Variante B: Freischaltung des UW PIR, Lastumlegung auf UW GZS<br />
• Variante C: Freischaltung des UW PIR, Lastumlegung auf UW WEB<br />
• Variante D: Leitungsbruch in Leitung 8/9 (NDW-GRB)<br />
• Variante E: Leitungsbruch in Leitung 18 (GZN-GZW)<br />
Bei der nachfolgenden Auswertung der Ergebnisse erkennt man, dass die Knotenspannungen<br />
großen Schwankungen unterliegen und teilweise nahe an die Grenzwerte der Normen reichen.<br />
Des weiteren sieht man, dass die theoretisch nötigen Einspeiseleistungen an bestimmten<br />
Punkten in dieser starren Simulation zu hohe Werte annehmen.<br />
In einer Berechnungssoftware, wie etwa ELAPLAN, werden daher auch nicht die<br />
Spannungen an den Einspeisepunkten, sondern die verfügbare Leistungen angegeben (die<br />
Spannung muss nur an einem Punkt definiert werden).<br />
Um nun an bessere Ergebnisse zu kommen, könnte man die Spannungen an den<br />
Einspeisepunkten ändern (dies erfolgt in der Realität etwa durch Stufenschalter an den<br />
Umspannern) oder Änderungen in den Schaltungen der Sammelschienen in den<br />
Umspannwerken durchführen.<br />
Grundsätzlich erkennt man jedoch, welche Auswirkungen Änderungen im Netz auf die<br />
einzelnen Komponenten haben.<br />
So sieht man auch schon anhand dieser groben Simulation, dass etwaige Leitungsbrüche im<br />
Übertragungsnetz schwerwiegende Folgen und Störungen nach sich ziehen könnten.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 48
Freischaltung des UW Pirka<br />
9 Schaltung <strong>von</strong> Hoch- und Mittelspannungsanlagen<br />
Die Schaltung der Hoch- und Mittelspannungsanlagen werden durch betriebliche<br />
Einsatzbedingungen bestimmt. Ob Einfach- oder Mehrfachsammelschienen benötigt werden,<br />
ist dabei im Wesentlichen abhängig <strong>von</strong> der Art der Betriebsführung und <strong>von</strong> der<br />
Notwendigkeit <strong>von</strong> Unterteilungen, durch die hohe Abschaltleistungen vermieden werden<br />
sollen. Erforderliche Maßnahmen zur Freischaltung der Anlage zum Zwecke der Reinigung<br />
bzw. Überholung sowie Reserveplätze für zukünftig notwendige Abgänge werden dabei<br />
berücksichtigt.<br />
Grundsätzlich kann man Schaltanlagen nach ihrem Aufgabengebiet in Verteileranlagen,<br />
Umspanneranlagen und Eigenbedarfsanlagen unterscheiden.<br />
Verteileranlagen werden für eine Spannungsebene ausgelegt, Umspanneranlagen hingegen<br />
besitzen zwei Schaltanlagen – je eine für die Ober- und eine für die Unter-Spannung.<br />
Eigenbedarfsanlagen werden bei Kraftwerken benötigt.<br />
Die Schaltanlage besteht aus der Sammelschiene, Einspeise- und Abgabefelder, bei Bedarf<br />
Kuppelfelder sowie Messfelder.<br />
Die Anlage selbst kann als Freiluftanlage oder als Innenraumanlage ausgeführt sein.<br />
9.1 Folgende Schaltungen sind im Hoch- und<br />
Mittelspannungsbereich gebräuchlich:<br />
9.1.1 Einfachsammelschiene<br />
Trennschalter<br />
Erdungsschalter<br />
Abb. 1.23: Einfachsammelschiene<br />
Leistungsschalter<br />
(geschlossen)<br />
Längstrennung<br />
Leistungsschalter<br />
(offen)<br />
Diese Schaltung ist geeignet für kleinere Anlagen, wie etwa für die im Bild gezeigte<br />
Schaltstelle Kalsdorf.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 49
110 kV -<br />
Abgang<br />
Freischaltung des UW Pirka<br />
Eine Längstrennung ermöglicht die Aufteilung in zwei getrennte Betriebsteile und<br />
Teilschaltungen für Revisionszwecke. Als Beispiel für diese Ausführungsform kann man im<br />
Hochspannungsnetz der SSG auch das UW Webling heranziehen.<br />
Die 110 kV Sammelschiene ist dort als Einfachsammelschiene ausgeführt, wobei diese aber<br />
neben der Ausführung als Freiluftschaltanlage auch teilweise mittels einer SF6 Schaltanlage<br />
realisiert wurde. Diese gasisolierte Schaltanlage dient für die Anspeisung des UW-Pirka.<br />
Bei der zukünftigen Erweiterung des Umspannwerkes in Pirka wird ebenfalls eine SF6-<br />
Schaltanlage errichtet. Als großer Vorteil dieser Ausführungsart gilt der geringe Raumbedarf.<br />
9.1.2 Doppelsammelschiene<br />
Doppelsammelschienen werden bei größeren Anlagen bevorzugt, da sie den Vorteil haben,<br />
dass Reinigungen und Revisionen ohne Betriebsunterbrechung möglich sind. Des Weiteren ist<br />
ein getrennter Betrieb <strong>von</strong> Anlagen aus den beiden Sammelschienen möglich.<br />
Werden Längstrennungen in den Sammelschienen eingebaut, erhöht dies die betriebliche<br />
Beweglichkeit weiter.<br />
Diese Art der Sammelschienschaltung ist die in der SSG geläufigste, so findet man<br />
Doppelsammelschienen im UW-Graz/Süd II, Grambach, Graz/Nord , Graz/West und vielen<br />
weiteren Umspannwerken und Schaltstellen.<br />
Abb. 1.24: Doppelsammelschiene<br />
Phasenstrom<br />
Verkettete Spannung<br />
Wirkleistungsabgabe<br />
Blindleistungsabgabe<br />
Umspanner im<br />
Fremdeigentum<br />
(Eigentums- und<br />
Betriebsführungs<br />
grenzen)<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 50
Freischaltung des UW Pirka<br />
9.1.3 Doppelsammelschiene in U-Schienenschaltung<br />
Abb. 1.25: Doppelsammelschiene, in U-Schienenschaltung<br />
Diese Schaltungsart spart an Grundfläche und stellte somit eine wirtschaftliche Möglichkeit<br />
einer Freiluftanlage mit Doppelsammelschienen und Abzweigen nach beiden Seiten dar.<br />
9.1.4 DS-US-Kombination<br />
Abb. 1.26: DS-US-Kombination<br />
Bei der DS-US-Kombination besteht die Möglichkeit die Anlage entweder mit einer<br />
Doppelsammelschiene oder als Einfachsammelschiene mit Umgehungsschiene zu betreiben.<br />
Dies bedeutet, dass man eine sehr variable Anpassungsmöglichkeit besitzt.<br />
9.1.5 Doppelsammelschienen mit ausfahrbaren Leistungsschaltern<br />
Abb. 1.27: Doppelsammelschiene, mit ausfahrbaren Leistungsschalter<br />
Durch ausfahrbare Leistungsschalter erreicht man bei Schalterrevisionen kurze<br />
Unterbrechungszeiten und man erspart sich den Abgangstrennschalter.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 51
Freischaltung des UW Pirka<br />
9.1.6 Zweileistungsschalter-Methode mit ausfahrbaren Leistungsschaltern<br />
Abb. 1.28: Zweileistungsschalter-Methode<br />
Sammelschienen und Abgangstrenner entfallen bei diesem Schaltanlagentyp. Die<br />
ausfahrbaren Leistungsschalter können wahlweise entweder für die Sammelschiene A, oder<br />
für die Sammelschiene B verwendet werden, wodurch dieser Anlagentyp sehr wirtschaftlich<br />
wird.<br />
9.1.7 Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene<br />
Abb. 1.29: Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene<br />
Der Vorteil dieses Anlagenaufbaues ist, dass jeder Abzweig der Anlage ohne<br />
Betriebsunterbrechung freigeschaltet werden kann.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 52
Freischaltung des UW Pirka<br />
9.1.8 Dreifach-(Mehrfach-) Sammelschiene<br />
Abb. 1.30: Mehrfachsammelschienensystem<br />
110 kV-<br />
Dreifachsammelschiene<br />
Mehrfach-Sammelschienen werden bei besonders wichtigen Anlagen oder bei der<br />
Notwendigkeit der Begrenzung der Kurzschlussleistung durch die Bildung <strong>von</strong> galvanisch<br />
getrennten Teilnetzen verwendet.<br />
Sehr häufig findet man in solchen Anlagen auch eine Umgehungsschiene.<br />
Dreifach-Sammelschienen-Systeme bestehen in der SSG im UW-Zwaring und UW-<br />
Neudorf/Werndorf – beide Umspannwerke sind wichtige Einspeisepunkte in das<br />
Übertragungsnetz. So befindet sich etwa in Zwaring die 380-kV Einspeisung aus dem<br />
Verbundnetz und in Neudorf/Werndorf die Einspeisung aus dem Kraftwerk Mellach.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 53
Freischaltung des UW Pirka<br />
10 Schaltanlagen und Schaltgeräte<br />
Vor Erstellung eines Schaltprogramms muss man sich über die im Netz vorhandenen<br />
Schaltanlagen informieren.<br />
Einerseits, welche Schaltgeräte man zu Verfügung hat, anderseits aber auch darüber, welche<br />
Schaltaufgaben man mit diesen überhaupt durchführen kann.<br />
In einer Schaltanlage sind alle notwendigen Betriebsmittel und Hilfseinrichtungen<br />
zusammengeschlossen, die einen zuverlässigen Anlagenbetrieb sowie eine sichere<br />
Energieversorgung gewährleisten.<br />
Schaltanlagen können als Freiluftschaltanlagen oder als Innenraumschaltanlagen (meist in<br />
SF6-Ausführung) realisiert werden. In der SSG findet man neben den SF6-Ausführungen<br />
auch noch oft Schaltanlagen in geschlossener Bauweise, meist unter der Verwendung <strong>von</strong><br />
Schaltzellen der Fa. Alstom, Type PN 506. Bei hohen Schaltleistungen kommen<br />
Ölstrahlschalter oder Vakuumschalter zum Einsatz, diese findet man vor allem in<br />
Schaltstellen und in den Umspannwerken.<br />
In Turmstationen und in Anlagen mit offener Bauweise, wie etwa dem UW Graz Süd II,<br />
werden auch Lasttrennschalter und Trenner mit Luftisolierung verwendet.<br />
10.1 Schaltgeräte<br />
Im Schaltanlagenbau kann man unter folgenden Schaltgeräten unterscheiden:<br />
• Trenner<br />
• Lasttrennschalter<br />
• Leistungsschalter<br />
• Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH-Sicherungen)<br />
10.1.1 Trenner<br />
Trenner dürfen grundsätzlich nur im leistungslosen Zustand geschaltet werden, da sie keine<br />
Vorrichtungen für die Löschung eines Lichtbogens besitzen.<br />
Hauptaufgabe <strong>von</strong> Trennern ist die sichtbare Abtrennung <strong>von</strong> Anlagenteilen, um zu<br />
gewährleisten, dass man in diesen spannungsfrei Arbeiten (Revisionen, Erweiterungen usw.)<br />
durchführen kann.<br />
Zuvor muss der Strom jedoch <strong>von</strong> einem Leistungsschalter unterbrochen werden. Um<br />
Fehlschaltungen zu vermeiden, werden Leistungsschalter und Trennschalter entweder<br />
mechanisch, elektrisch oder durch eine Programmsteuerung gegeneinander verriegelt.<br />
Bei Einbau wird der Trenner immer an der Seite, wo die Spannung ansteht, montiert. Sollte<br />
dies auf beiden Seiten des Leistungsschalters sein, so müssen zwei Trenner montiert werden.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 54
Freischaltung des UW Pirka<br />
An Bauformen kann man Hebeltrennschalter, welche vor allem im Mittelspannungsbereich<br />
Verwendung finden, Dreh- oder Klapptrennschalter im Hochspannungsbereich und Greifer-<br />
und Scherentrennschalter im Höchstspannungsbereich unterscheiden.<br />
Abb. 1.31: Trenner, im UW Graz/Süd II Abb. 1.32: 110-kV-Trenner im UW-Pirka<br />
Alle Konstruktionen müssen den thermischen und dynamischen Beanspruchungen im<br />
Normalbetrieb wie auch im Kurzschlussfall gewachsen sein.<br />
Für den Antrieb der Trennschalter kommen Hand-, Motor- und Druckluftbetätigung in Frage,<br />
wobei aber bei allen Antrieben die Schaltgeschwindigkeit relativ langsam ist.<br />
In der folgenden Tabelle 1.11 findet man eine Zuordnung <strong>von</strong> Bemessungsstoßstrom ipr,<br />
Bemessungskurzzeitstron Ithr und Bemessungsstrom Ir bei dreipoligen Trennschaltern<br />
verschiedener Bemessungsspannungen Ur sowie bei dreipoligen Lasttrennschaltern für<br />
Mittelspannung 10 kV bis 30 kV:<br />
Tabelle 1.11: Zuordnung für Trennschalter<br />
UN/Ur in kV ipr in kA Ithr in kA Ir 2 in A<br />
10/12 1 bzw.<br />
20/24 bzw.<br />
30/36<br />
110/123<br />
220/250<br />
380/420<br />
40 16 400<br />
63 25 630<br />
100 40 630 – 2000<br />
125 50 1250 – 3150<br />
50 20 1250<br />
63 25 1250 – 2000<br />
100 40 1600 – 2500<br />
50 20 1250 – 2000<br />
80 31,5 1250 – 2000<br />
80 31,5 2000<br />
100 40 2000<br />
1 : Der jeweils zweite Wert bei UN/Ur ist die nach DIN VDE 0670/IEC 947 zulässige höchste<br />
Betriebsspannung <strong>von</strong> Betriebsmitteln in Schaltanlagen (Bemessungsspannung).<br />
2 : Bei Lasttrennschaltern auch Bemessungsausschaltstrom Iar.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 55
Freischaltung des UW Pirka<br />
10.1.2 Lasttrennschalter<br />
Bei relativ kleinen Betriebsströmen in Mittelspannungsschaltanlagen würde der Einsatz <strong>von</strong><br />
Leistungsschaltern einen erheblichen Aufwand bedeuten.<br />
In solchen Fällen können Schaltgeräte mit geringerem Schaltvermögen eingesetzt werden, als<br />
es die Kurzschlussverhältnisse verlangen – nämlich Lasttrennschalter.<br />
Im Unterschied zu Trennschaltern sind diese neben der sichtbaren Trennstrecke mit einer<br />
Lichtbogen-Löscheinrichtung an den Stützern des Einschlagkontaktes ausgerüstet.<br />
Abb. 1.33: Funkenkammer, Elin-LTR Abb. 1.34: Funkenkammern (Type Driescher)<br />
Den nötigen Kurzschlussschutz übernehmen in solchen Fällen HH-Sicherungen, welche bei<br />
einem Auslösen durch ihren Schlagbolzen auf ein Schaltschloss des Lasttrennschalters wirken<br />
und dadurch ein allpoliges Abschalten bewirken können.<br />
In der SSG / NVG kommt diese Variante vor allem in den Transformatorabgängen in den<br />
Schaltanlagen der Transformatorstationen vor, dort findet man sie entweder in gekapselter<br />
Bauweise (Bsp. PN506 / SF6-Anlage) oder aber auch teilweise noch in offener Bauweise<br />
(Elin LTR).<br />
Bei Lasttrennschaltern ist zu beachten, dass diese im Erdschlussfall nicht geschaltet werden<br />
dürfen (siehe Abschnitt Erdschluss). Aufgrund der Spannungsverschiebung im Falle eines<br />
Erdschlusses liegt an einem Isolator die doppelte Strangspannung an – ein Schalten würde zu<br />
einem Lichtbogen führen, für dessen Löschung der Lasttrennschalter nicht ausgelegt ist.<br />
10.1.3 Leistungsschalter<br />
Leistungsschalter haben die Aufgabe, Stromkreise mit allen im Normalbetrieb und im<br />
Störungsfall (Kurzschluss, Erdschluss usw.) vorkommenden Ströme beliebiger Phasenlage<br />
willkürlich oder selbsttätig ein- und auszuschalten.<br />
Willkürliches Schalten bedeutet einen Eingriff durch das Bedienpersonal, selbsttätiges<br />
Schalten die Betätigung durch Schutz- oder automatischen Steuereinrichtungen (z. Bsp. KU-<br />
Schaltung, Steuerung über Fernwirkanlagen).<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 56
Freischaltung des UW Pirka<br />
Im UW Pirka kommen in der 20-kV Schaltanlage Vaakum-Leistungsschalter zu Einsatz:<br />
Abb. 1.35: Vakuum-Leistungsschalter, UW Pirka<br />
Abb. 1.36: Vakkum-Leistungsschalter – Schnittbild<br />
1 feststehender Kontakt, 2 beweglicher Kontakt, 3 Vakuumschaltkammer, 4 Metallzylinder, 5 Metallfaltenbalg, 6 Ringkontakt, 7 metallische<br />
Abschirmung, 8 Keramikzylinder, 9 Anschlussstücke, 10 Stützisolatoren, 11 Antriebsgestänge, 12 feste Drehachse, A Aus-, E<br />
Einschaltrichtung<br />
Vakuum-Leistungsschalter sind für sehr große Schaltspielzahlen konstruiert. So können<br />
Kurzschlussströme bis 100 Mal, Bemessungsströme bis zu 20000 Mal und<br />
Kurzunterbrechungen mit 2 kA 1000 Mal geschaltet werden.<br />
Neben den Vakuum-Leistungsschalter findet man in den Umspannwerken und Schaltstellen<br />
auch hauptsächlich ölarme Leistungsschalter:<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 57
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.37: Leistungsschalter (ölarm) mit Öl als Löschmittel<br />
1 beweglicher Schaltstift, 2 fester Rundkontakt, 3 Löschkammer mit Querstömkanälen, 4 Anschlußbolzen, 5 Druckausgleichskammer, 6<br />
Löschkammermantel, 7 Kontaktrollen, 8 Befestigungsflansch, 9 Löschmittel (Öl), 10 Ölablaßschraube, 11 Ölstandsanzeiger, 12<br />
Antriebsgestänge<br />
Folgende Schaltaufgaben bei Wechselstrom müssen bewältigt werden können:<br />
• Dreisträngiger Kurzschluss<br />
• Kurzunterbrechung<br />
• Abstandskurzschluss<br />
• Phasenopposition<br />
• Doppelerdschluss<br />
• Ausschaltung kapazitiver oder induktiver Ströme<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 58
Freischaltung des UW Pirka<br />
10.2 Kurzbeschreibung der Schaltaufgaben:<br />
10.2.1 Dreisträngiger Kurzschluss<br />
Der dreisträngige Kurzschluss ist jener Fehler, bei dem die größten Kurzschlussströme<br />
auftreten. Daher muss jeder Leistungsschalter für diesen Fall ausgelegt sein.<br />
Schaltvorgang:<br />
Beim zunächst symmetrischen Fehler unterbricht einer der drei Schaltpole zuerst den<br />
Stromkreis durch Löschung des Lichtbogens, obwohl alle drei Schaltpole mechanisch<br />
gleichzeitig öffnen. Aus dem dreisträngigen wird ein zweisträngiger Kurzschluss, welcher im<br />
Regelfall binnen einer nächsten Viertelperiode durch Löschung des Lichtbogens an den<br />
beiden restlichen Schaltpolen beseitigt wird. Dieser Schaltvorgang wird im folgenden Bild<br />
erläutert.<br />
Spannungs- und Stromverlauf in den drei Strängen L1, L2 und L3<br />
Zeigerdiagramm der Spannungen<br />
Abb. 1.38 Ersatzschaltung – Ausschaltvorgang<br />
Xk Kurzschlußreaktanz, Cb Betriebskapazität, S Leistungsschalter, K Kurzschlussstelle, K`Kurzschlusspunkt beim zweisträngigen<br />
Kurzschluss, Ust symmetrische Sternpunktspannung, uw wiederkehrende Spannung<br />
1 Schalterpol L1 löscht<br />
2 Schalterpol L2 und L3 löschen<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 59
Freischaltung des UW Pirka<br />
10.2.2 Kurzunterbrechung<br />
Kurzunterbrechung wird in vielen Netzen angewendet.<br />
Dabei wird beim ersten Auftreten eines Fehlers die Leitung für eine kurze Zeit vom Netz<br />
genommen und nach einer einstellbaren Zeit wieder automatisch zugeschaltet.<br />
Sollte der Fehler in der Zwischenzeit behoben sein, bleibt die Leitung in Betrieb, besteht der<br />
Fehler weiter, wird die Leitung endgültig abgeschaltet.<br />
So werden etwa Isolatorüberschläge oder kurzzeitige Kurzschlüsse (etwa durch<br />
zusammenschlagende Leiterseile in Folge eines Baumbruches oder Eisabwurfes) durch diese<br />
Maßnahme nicht zu langzeitigen Ausfällen.<br />
Damit Leistungsschalter für Kurzunterbrechungen tauglich sind, erhalten sie einen Antrieb,<br />
der die Schaltfolge AUS-EIN-AUS durchführen kann.<br />
10.2.3 Abstandskurzschluss<br />
Tritt in einer Entfernung <strong>von</strong> einem bis zu einigen Kilometern <strong>von</strong> der speisenden Station des<br />
Leistungsschalters ein Kurzschluss auf, so nennt man diesen einen Abstandskurzschluss.<br />
In einem solchen Fall wird der Leistungsschalter, vor allem der erstlöschende Schaltpol, <strong>von</strong><br />
der wiederkehrenden Spannung (Einschwingspannung) durch deren großen Anfangssteilheit<br />
sehr stark belastet – die Schaltstrecke wird in diesem Fall stärker <strong>von</strong> der Spannung, als vom<br />
Strom beansprucht und muss dementsprechend ausgeführt sein.<br />
10.2.4 Phasenopposition<br />
Diese Schaltaufgabe tritt zwischen zwei um 180° Grad spannungsverschobenen Netzen auf.<br />
Dies kann etwa beim Synchronisieren <strong>von</strong> Generatoren passieren. An der Schaltstrecke tritt in<br />
einem solchen Fall die doppelte Sternspannung auf.<br />
10.2.5 Doppelerdschluss<br />
Bei einem Doppelerdschluss wird, wenn die Erdübergangswiderstände nicht zu groß sind,<br />
zunächst ein Schalterpol <strong>von</strong> einem Strom der Größenordnung des zweisträngigen<br />
Kurzschlussstromes durchflossen. Nach Löschung des Lichtbogens im anderen<br />
erdschlussbehafteten Schalterpol wird bei Vernachlässigung der Spannung im Erdreich der<br />
Schalterpol mit der Leiterspannung belastet.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 60
Freischaltung des UW Pirka<br />
10.2.6 Ausschaltung kapazitiver und induktiver Ströme<br />
An leerlaufenden Leitungen können aufgrund der Betriebskapazitäten kleine kapazitive<br />
Ströme fließen, dahingegen führen unbelastete Transformatoren und deren Zuleitungen zum<br />
Fließen <strong>von</strong> induktiven Strömen.<br />
Beim Ausschalten solcher Abzweige kann es daher zu hohen Spannungsbeanspruchungen an<br />
den Schalterpolen kommen.<br />
Abb. 1.39: Ausschalten kap. und induktiver Ströme<br />
a.) Ersatzschaltung<br />
b.) Stromverlauf<br />
c.) Verlauf <strong>von</strong> Netzspannung un, Lichtbogenspannung Uli und wiederkehrender Spannung uw<br />
d.) Verlauf der Lichtbogenleistung PLit<br />
1 Schaltstücktrennung<br />
2 Lichtbogenlöschung<br />
W Schaltarbeit<br />
10.2.7 Schaltvorgang bei Wechsel- und Drehstrom<br />
Unterbricht man einen Stromkreis, so entsteht ein Lichtbogen. Die Löschung des Lichtbogens<br />
und das Verhindern des Wiederzündens ist eine grundlegende Aufgabe für jeden Schalter.<br />
10.2.8 Entstehung des Lichtbogens<br />
Trennt man zwei Kontaktflächen <strong>von</strong> einander, nehmen die leitenden Verbindungen immer<br />
weiter ab. Kurz vor dem Abheben nimmt die Stromdichte in den noch leitenden<br />
Verbindungen sehr stark zu, so dass sich an diesen Stellen Schmelzbrücken bilden, welche<br />
den Beginn des Lichtbogens darstellen.<br />
Der Stromkreis bleibt so lange geschlossen, wie der Lichtbogen brennt. Um den<br />
Lichtbogenstrom zu treiben, benötigt es einer Lichtbogenspannung. Je weiter der Lichtbogen<br />
gespannt wird, desto höher wird die dafür benötigte Lichtbogenspannung.<br />
Reicht die Spannung nicht mehr aus, erlischt der Lichtbogen und der Schaltvorgang ist<br />
beendet.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 61
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.40: Schema einer Schaltstrecke<br />
kurz vor, b.) kurz nach der Trennung<br />
1 Schaltstücke, 2 Gebiet der Stromenge, 3 Strömungsfeld, 4 Lichtbogen mit Lichtbogenspannung uLi<br />
10.2.9 Wiederkehrende Spannung<br />
Da sich in jedem Abzweig induktive und kapazitive Komponenten finden, entstehen bei allen<br />
Schaltungen im Netz so genannte Einschwingungsvorgänge.<br />
Diese Einschwingungsvorgänge kann man als freie, gedämpfte Schwingung betrachten. Dabei<br />
wird die <strong>von</strong> der Lichtbogenspannung geladene Netzkapazität auf die Netzspannung<br />
umgeladen, die stets vorhandene Induktivität und der Dämpfungswiderstand wirken dem<br />
entgegen und dämpfen den Einschwingungsvorgang.<br />
Abb. 1.41: Wiederkehrende Spannung<br />
un Netzspannung, uw wiederkehrende Spannung, ik Kurzschlussstrom, Te Einschwingperiodendauer, F1 und F2 Linien der wiederkehrenden<br />
Festigkeit<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 62
Freischaltung des UW Pirka<br />
11 Schutz und Erdschlusskompensation<br />
Bei Betrachtung des Netz-Übersichtsplanes der Steweag-Steg für den Bereich der NVG, kann<br />
man folgende Möglichkeiten für die Ausführung <strong>von</strong> Abzweigen erkennen:<br />
• Trennstelle<br />
• LS-Abzweig ohne Schutz<br />
• LS-Abzweig mit primären UMZ-Schutz<br />
• LS-Abzweig mit sekundären UMZ-Schutz<br />
• LS-Abzweig mit Distanzschutz<br />
• LS-Abzweig mit Distanzschutz und AWE<br />
11.1 Trennstellen<br />
Trennstellen ohne Schutz werden im Mittelspannungs-Netz durch den Einbau <strong>von</strong><br />
Lasttrennschaltern realisiert. Im Freileitungsnetz findet man für diesen Zweck<br />
Masttrennschalter.<br />
Abb. 1.42: 20 kV-Masttrenner, AST Wildon<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 63
Freischaltung des UW Pirka<br />
11.2 UMZ-Schutz<br />
Primärer UMZ-Schutz bedeutet, dass die Messgeräte, welche die Schutzanregung auslösen,<br />
nicht über Wandler an die zu schützende Leitung angeschlossen sind, sondern, dass diese<br />
durch den tatsächlichen Strom / die tatsächliche Spannung angeregt werden.<br />
Beim sekundären UMZ-Schutz hingegen werden die tatsächlichen Größen über Strom- und<br />
Spannungswandler auf niedrigere Werte übersetzt und dann den Messgeräten zugeführt.<br />
Abb. 1.43: Überstromschutz (Funktionsschaltbild)<br />
a) Überstromzeitschutz<br />
b) Überstromrichtungsschutz<br />
1 Überstrommessgerät, 2 Zeitschalter, 3 Richtungsmessgerät, 4 Stromwandler, 5 Spannungswandler, 6 Leistungsschalter<br />
Der UMZ-Schutz lässt sich bei ein- und zweiseitig gespeisten Leitungen einsetzen. Im Norm-<br />
Schaltzustand findet man im Netz zum größten Teil nur einseitig gespeiste Leitungen, daher<br />
ist diese Schutzart häufig zu finden. Vor allem in größeren Transformatorstationen und in<br />
Schaltstellen wir der UMZ-Schutz angewendet.<br />
Bei dieser Schutzart kann man am Gerät einstellen, bei welchem Kurzschlussstrom und in<br />
welcher Zeit das Auslösesignal an den Leistungsschalter gegeben wird.<br />
Bei der einseitig gespeisten Leitung stellt man nun die Auslösezeiten dermaßen ein, dass sie<br />
<strong>von</strong> der Speisestelle der Leitung über ihre Abzweige hin bis zum Ende stufig verringert<br />
werden. Diese Zeitstufen können etwa in 0.5 Sekunden-Schritten erfolgen, es können aber<br />
auch kürzere Zeitdifferenzen programmiert werden. Durch diese Abminderung ergibt sich die<br />
sogenannte Staffelzeit.<br />
Tritt nun an der Leitung eine Störung auf, so wird der nächstgelegene Schalter mit seiner<br />
Auslösezeit angeregt. Fällt dieser aufgrund einer Störung aus, so übernimmt sofort der<br />
nächste Leistungsschalter mit seiner Auslösezeit die Trennung vom Netz.<br />
Abb. 1.44: Staffelplan mit Überstrom- und Überstromrichtungsschutz<br />
a) einseitig gespeiste,<br />
b) zweiseitig gespeiste Energieübertragung,<br />
c) einseitig gespeiste Parallelleitung<br />
1 bis 12: Schaltorte mit Überstromzeitschutz () oder Überstromrichtungsschutz (◄)<br />
tSt Staffelzeit<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 64
Freischaltung des UW Pirka<br />
Nachteil dieser Art des Schutzes ist, dass je näher der Fehler an der Speisestelle liegt, desto<br />
länger die Auslösezeit wird. Das bedeutet, dass der Kurzschlussstrom höher (bis zur vollen<br />
Höhe) ansteigt und vor allem die mechanische Wirkung des Stromes über längere Zeit auf die<br />
Komponenten der Anlage einwirkt. Diese Auswirkungen, bzw. die Kraft, steigen jedoch nicht<br />
linear mit der Stromzunahme, sondern mit dem Quadrat des Stromes (I² x t).<br />
Ein weiterer Nachteil der einseitig gespeisten Leitung ist es, dass nach einem Fehlerfall auch<br />
alle hinter der Fehlerstelle liegenden Anlagenteile spannungslos sind.<br />
Muss eine hohe Versorgungssicherheit gewährleistet werden, wird man die Versorgung über<br />
eine zweiseitig gespeiste Leitung gestallten.<br />
In so einem Fall werden den Schutzgeräten so genannte Richtungsglieder zugeschaltet. Diese<br />
Geräte können erkennen, aus welcher Richtung der Kurzschlussstrom fließt. Des weiteren<br />
stellt man an den Schutzgeräten eine zweite Staffelzeit ein, welche beginnend mit der zweiten<br />
Einspeisestelle bis zum Ende der Leitung, der ersten Einspeisestelle, hin abnimmt.<br />
Im Fehlerfall sprechen nun jene Schutzgeräte an, welche der Fehlerstelle am nächsten liegen<br />
und welche vom Kurzschlussstrom in der richtigen Richtung (Lastflussrichtung) durchflossen<br />
werden.<br />
Hat dieses Schutzgerät ausgelöst, so trennt der nächste Leistungsschalter die Fehlerstelle vom<br />
Netz.<br />
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine selektive Abschaltung der Fehlerstelle zu<br />
erreichen und das nicht fehlerhafte Netz in Betrieb zu halten.<br />
11.3 Distanzschutz<br />
Sollen die Auslösezeiten kürzer sein, so ist neben der Überstrom- und Richtungserfassung<br />
noch eine Erfassung der Fehlerentfernung (Distanz) zu installieren.<br />
Damit kann man für ein Distanzschutzgerät mehrstufige Auslösekennlinien realisieren.<br />
Abb. 1.45: Distanzschutz (Funktionsschaltung)<br />
1 Überstromanregung, 2 Richtungsglied, 3 impedanzabhängiges Zeitglied, 4 Unterimpedanzanzregung, 5 Stromwandler,<br />
6 Spannungswandler, 7 Schaltschloss<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 65
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.46: Distanzschutz einer Energieübertragung<br />
a) Übersichtsschaltplan<br />
b) Zeitstaffelplan<br />
I und II: Einspeisungen, A bis D Sammelschienen, 1,2,3 usw. Distanzschutzgeräte, � Wirkungsrichtung des Richtungsglieds Zi1 erste, Zi2<br />
zweite, Zi3 dritte Kippimpedanz, ti1 Schnellzeit, ti2 bis ti4 Stufenzeiten, te richtungs- und impedanzunabhängige Endzeit<br />
11.4 Distanzschutz mit AWE<br />
Die Automatische Wiedereinschaltung (AWE) kommt besonders bei Leitungsabzweigen mit<br />
Freileitungen zu Verwendung.<br />
Im Fehlerfall wird nach dem Auslösen des Leistungsschalters nach einer eingestellten Zeit<br />
wieder eingeschaltet. Bei kurzzeitigen Fehlern, wie etwa einem „Wischer“ (ein vom Wind<br />
bewegter Ast berührt die Leitungsseile und es kommt zu einem Erd- oder Kurzschluss) oder<br />
durch einen Überschlag an den Isolatoren, kann in dieser Zwischenzeit der Lichtbogen<br />
erlöschen und nach der Wiedereinschaltung die Leitung in Betrieb bleiben.<br />
Sollte der Fehler jedoch auch nach dem Wiedereinschalten bestehen, so wird dann endgültig<br />
abgeschaltet.<br />
Für die Erstellung des Schaltprogramms muss man sich bezüglich der Einstellungen der<br />
Schutzgeräte keine Gedanken machen. Diese sind so parametriert, damit in jedem möglichen<br />
Schaltzustand ein Schutz gewährleistet ist.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 66
Freischaltung des UW Pirka<br />
12 Erdschlusskompensation<br />
Im Netz der Steweag-Steg GmbH kommt ein „gelöschtes“ Netz zum Einsatz.<br />
Hierfür sind in den Umspannwerken und teilweise in den Schaltstellen Löschspulen<br />
installiert.<br />
Jede Spule kann aufgrund ihrer Baugröße einen bestimmten Erdschlussstrom kompensieren<br />
und damit einen bestimmten Netzbereich abdecken.<br />
Um immer wieder den richtigen Impedanzwert zu erreichen, kann man die Spulen regeln.<br />
Dies erfolgt entweder automatisch (vor allem in den Umspannwerken) oder aber auch<br />
manuell.<br />
12.1 Erdschluss<br />
Ein Erdschluss ist eine leitende Verbindung zwischen einem Außenleiter und Erde. Die<br />
Hauptursachen für Erdschlüsse sind bei Freileitungen Leitungsrisse, Isolatorschäden sowie<br />
Windbruch und bei Kabelstrecken fehlerhafte Muffen oder Beschädigungen durch<br />
Grabarbeiten.<br />
Wird der Erdschluss durch einen Lichtbogen hervorgerufen, so wird dieser periodisch<br />
gezündet und gelöscht. Dies ist vor allem bei Erdschlüssen in Freileitungsnetzen der Fall.<br />
Die Auswirkungen des Erdschlussstromes sind einerseits die thermischen Zerstörungen an<br />
den Betriebsmitteln (vor allem bei langen Erdschlusslichtbögen) und anderseits die Gefahr<br />
einer zu hohen Schrittspannung im Bereich der Erdschlussstelle.<br />
In der folgenden Grafik wird ein Erdschluss des Leiters L3 gezeigt.<br />
Durch die Verbindung des Leiters L3 mit Erde nimmt dieser Erdpotenzial an (UE3=0) und die<br />
Erdkapazität <strong>von</strong> L3 ist kurzgeschlossen.<br />
Stellt man nun die Maschengleichungen auf, so kommt man auf die Spannungen für UE1 und<br />
UE2:<br />
U<br />
U<br />
E1<br />
E 2<br />
=<br />
U<br />
= U<br />
Y 1<br />
Y 2<br />
−U<br />
−U<br />
y3<br />
y3<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 67
UNE<br />
Freischaltung des UW Pirka<br />
Abb. 1.47: Erdschluss, ohne Löschung<br />
Man erkennt, dass die Leiter L1 und L2 die verkettete Spannung UE1/UE2 gegenüber Erde<br />
annehmen.<br />
Diese um den Faktor Wurzel aus 3 erhöhten Spannungen bedeuten eine erhöhte<br />
Beanspruchung der Isolationen. Die Spannung UNE ist im Gegensatz zum störungsfreien<br />
Betrieb auch nicht mehr Null, sondern betragsmäßig gleich der Phasenspannung.<br />
Der kapazitive Erdschlussstrom errechnet sich nach folgender Formel:<br />
I = 3* ω * C * U<br />
E<br />
Uy1<br />
Uy2<br />
Uy3<br />
E<br />
y<br />
IE1<br />
IE2<br />
IE3<br />
UE1<br />
IE1 IE2 IE3<br />
UE2<br />
IE=IE1+IE2<br />
Bei mehreren Leitungen in einem Netz, liegen alle Kapazitäten je Strang parallel zueinander.<br />
Um in diesen Fall den Erdschlussstrom errechnen zu können, muss man die Erdkapazitäten<br />
eines Stranges jeder Leitung addieren.<br />
Bei Stichleitungen ist der Erdschlussstrom unabhängig <strong>von</strong> der Fehlerstelle immer gleich<br />
groß.<br />
Die Aufgabe einer Erdschlusslöschung ist es nun, den Erdschlussstrom IE an der Fehlerstelle<br />
nahezu auf Null zu bringen.<br />
Bei einem Transformator mit zugänglichen Sternpunkt wird hierfür eine Induktivität zwischen<br />
Sternpunkt und Erde geschaltet. Dadurch entsteht ein geschlossener Stromkreis mit der<br />
Strangspannung UY3 als treibende Spannung und dem induktiven Strom ID, welche dem<br />
kapazitiven Erdschlussstrom IE entgegenwirkt.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 68<br />
UE3<br />
CE1 CE2 CE3<br />
CL<br />
CL CL
Freischaltung des UW Pirka<br />
ID<br />
Uy1<br />
Uy2<br />
Uy3<br />
ID<br />
Abb. 1.48: Erdschluss, mit Löschung<br />
In der Realität bleibt trotz Löschung ein geringer Wirkreststrom bestehen, dies ist darin<br />
begründet, da ID und IE eine unterschiedliche Phasenlage besitzen (aufgrund der ohmschen<br />
Widerstandsanteile).<br />
Dieser Wirkreststrom beträgt etwa 5 – 10 % des Erdschlussstromes. Bei Werte größer als<br />
etwa 10 Ampere wird dadurch möglicherweise die Löschung des Erdschlusslichtbogens<br />
erschwert.<br />
Die Auslegung der Löschspule (auch Petersenspule genannt) erfolgt nach folgender Formel:<br />
2<br />
SD = 3* ϖ * CE<br />
* U y<br />
IE1<br />
IE2<br />
IE3<br />
IE1 IE2 IE3<br />
UE2<br />
IE=IE1+IE2<br />
Bei einem Transformator, der keinen zugänglichen Sternpunkt besitzt, oder der nicht<br />
zusätzlich durch den Erdschlussstrom belastet werden kann, wird ein so genannter<br />
„Bauchtransformator“ (ein zusätzlicher Drehstromtransformator) zum Zwecke der<br />
Erdschlusslöschung installiert. Nachteilig ist die größere Bauleistung im Vergleich zu einer<br />
Petersenspule (ca. 2,5 Mal so groß).<br />
Da die Dimensionierung einer Löschspule vor allem <strong>von</strong> den Erdkapazitäten CE abhängig ist,<br />
erkennt man, dass Löschspulen nur für einen bestimmten Netzbereich ausgelegt werden<br />
können.<br />
Um diesen Netzbereich flexibler gestallten zu können, verwendet man verstellbare<br />
Löschspulen. Diese können entweder automatisch oder auch manuell verstellt werden.<br />
Dadurch wird es möglich, Netzteile zu- und wegzuschalten.<br />
Bei der Erstellung des Schaltprogramms ist vor allem darauf zu achten, dass nicht<br />
Netzbereiche ohne Löschung entstehen. Ebenso sind die Messwerte und Meldungen der<br />
einzelnen Löschspulen im Zuge der Schalthandlungen im Auge zu behalten, damit man auf<br />
etwaige Fehleinstellungen reagieren kann. Etwa indem man in einem Netzbereich die<br />
Petersenspule manuell reguliert, damit wieder optimale Verhältnisse für die<br />
Erdschlusslöschung vorliegen.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 69<br />
UE3<br />
CE1 CE2 CE3<br />
CL<br />
CL<br />
ID<br />
CL<br />
ID+IE = 0
Freischaltung des UW Pirka<br />
13 Arbeiten im spannungsfreien Zustand<br />
Ein Arbeiten im spannungsfreien Zustand erfordert eine genaue Definition des<br />
Arbeitsbereiches.<br />
Ist der Bereich festgelegt, wird dieser anhand der fünf wesentlichen Anforderungen der ÖVE<br />
EN 50110-1, Pkt.6.2 (5 Sicherheitsregeln) in einen spannungslosen Zustand überführt.<br />
Diese fünf Anforderungen wären:<br />
1. Freischalten<br />
2. Gegen Wiedereinschalten sichern<br />
3. Spannungsfreiheit feststellen<br />
4. Erden und Kurzschließen<br />
5. Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken<br />
Ein Abweichen <strong>von</strong> dieser Reihenfolge ist nur bei wichtigen Gründen gestattet, etwa wenn die<br />
Schaltung mittels Fernsteuerung erfolgt. Hier wäre zum Beispiel das Sichern gegen<br />
Wiedereinschalten erst nach dem durch die Fernsteuerung erfolgten Erden und Kurzschließen<br />
möglich. In so einem Fall ist aber auf jeden Fall auf eine sichere Befehlsübertragung und<br />
Rückmeldung zu achten.<br />
13.1 Freischalten<br />
Freischalten bedeutet, dass der Anlagenteil, an dem gearbeitet wird, <strong>von</strong> allen Einspeisungen<br />
freigeschaltet werden muss.<br />
Besonderes Augenmerk ist hierbei auch auf die im Verteilnetz befindlichen möglichen<br />
Einspeiser zu nehmen. Einspeiser können etwa Photovoltaikanlagen, Kleinwasserkrafterke<br />
und Notstromversorgungsanlagen sein.<br />
Diese müssen über eine Netzfreischalteinrichtung verfügen, die bei Unterbrechung der<br />
Netzspannung die Erzeugeranlage vom Netz nimmt und erst wieder bei wiederkehrender<br />
Spannung ein Zuschalten ermöglicht.<br />
Die Freischaltung ist durch Trennstrecken in Luft oder gleichwertiger Isolation herzustellen,<br />
wobei auf die Gefahr <strong>von</strong> möglichen Überschlägen geachtet werden muss. Dies ist besonders<br />
in Freiluftanlagen und in Anlagen mit starker Verschmutzung zu beachten.<br />
Stehen Anlagenteile nach dem Freischalten aufgrund <strong>von</strong> Kapazitäten (Kondensatoren,<br />
Kabelstrecken) noch unter Spannung, so müssen diese mittels geeigneter Vorrichtungen<br />
entladen werden.<br />
Wird ein Anlagenteil durch eine automatisch betätigte Schalteinrichtung, wie etwa durch<br />
einen Dämmerungsschalter oder durch einen Rundsteuerempfänger, abgeschaltet, so gilt<br />
dieser nicht als freigeschaltet.<br />
Sicherungstrennschalter bei Spannungen über 1000 Volt müssen ausgeschaltet werden, das<br />
herausnehmen der Sicherungen allein genügt nicht.<br />
Auf jeden Fall ist das Fehlen der Spannung alleine keine Bestätigung einer vollzogenen<br />
Freischaltung.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 70
Freischaltung des UW Pirka<br />
13.2 Gegen Wiedereinschaltung sichern<br />
Wird eine Arbeitsstelle Freigeschalten, so müssen alle Schaltgeräte gegen eine<br />
Wiedereinschaltung gesichert werden. Dies soll vorzugsweise durch Sperren des<br />
Betätigungsmechanismus geschehen.<br />
Ist dies nicht möglich, müssen gleichwertige Maßnahmen gesetzt werden.<br />
Wird für Schaltgeräte eine Hilfsenergie zur Betätigung benötigt, so ist diese außer Kraft zu<br />
setzen und unwirksam zu machen (zum Beispiel Druckluft oder Federspeicher).<br />
Ein unbefugtes Schalten ist durch Verbotschilder zu unterbinden, diese sind auch bei<br />
Schaltungen durch eine Fernsteuerung an den Schaltgeräten vor Ort anzubringen.<br />
Sind Schalter allgemein zugänglich, etwa Masttrennschalter, so sind diese auf jeden Fall<br />
mechanisch zu Sperren.<br />
13.3 Spannungsfreiheit feststellen<br />
Der Ort der Prüfung auf Spannungsfreiheit soll so nahe wie möglich an der Arbeitsstelle<br />
liegen. Die Feststellung der Spannungsfreiheit muss allpolig erfolgen. Werden<br />
ortsveränderliche Messgeräte verwendet, so sind diese zuvor einer Funktionsüberprüfung zu<br />
unterziehen.<br />
Besonders bei Hoch- und Mittelspannungsleitungen ist auf eine kapazitive Aufladung der<br />
Leitung zu achten. Die Spannungen können bis zu einigen Kilovolt betragen,<br />
Spannungsprüfer können aber teilweise bereits Spannungsfreiheit anzeigen. Erst durch das<br />
Erden und Kurzschließen wird in solchen Fällen die tatsächliche Spannungsfreiheit<br />
hergestellt. Aus diesem Grund sind Erd- und Kurzschlussvorrichtungen im Hoch- und<br />
Mittelspannungsnetz auch mit isolierten Werkzeug (Schaltstangen, Schlüssel) anzubringen.<br />
13.4 Erden und Kurzschließen<br />
Erd- und Kurzschlussvorrichtungen sind so nahe wie möglich an der Arbeitsstelle<br />
anzubringen und sollten, wenn es möglich ist, <strong>von</strong> dieser einsehbar sein.<br />
Wichtig ist, dass die Erd- und Kurzschlusseinrichtung für die jeweiligen<br />
Kurzschlussbeanspruchungen am Einsatzort ausgelegt sind.<br />
Je nach Kurzschlussstrom kommt es zur Auswahl eines bestimmten Querschnittes für den<br />
Leiter der Kurzschlusseinrichtung:<br />
Tabelle 1.14: Kurzschlusseinrichtung – Querschnitte des Kupferseiles<br />
Querschnitt<br />
des<br />
Kupferseiles<br />
Kurzschlussstrom in A während der Dauer<br />
bis maximal<br />
mm² 10 s 5 s 2 s 1 s 0,5 s<br />
16 1.000 1.400 2.200 3.200 4.400<br />
25 1.500 2.200 3.500 5.000 6.800<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 71
Freischaltung des UW Pirka<br />
35 2.200 3.100 4.800 7.000 9.500<br />
50 3.100 4.300 7.000 10.000 14.000<br />
70 4.300 6.000 9.500 14.000 19.500<br />
95 5.800 8.300 13.000 18.500 26.500<br />
120 7.500 10.500 16.500 23.500 33.500<br />
150 9.200 13.000 21.000 29.500 42.000<br />
Anhand des gewählten Seilquerschnittes für die Kurzschlussvorrichtung sind folgende<br />
Querschnitte für die Erdungsvorrichtung zu verwenden:<br />
Tabelle 1.13: Erdungsseile – Querschnitte<br />
Querschnitt des<br />
Kurzschließseiles<br />
in mm²<br />
16 16<br />
25 16<br />
35 25<br />
50 25<br />
70 35<br />
95 35<br />
> 120 50<br />
Mindestquerschnitt des<br />
Erdungsseiles<br />
in mm²<br />
Bei Hochspannungsanlagen gilt, dass alle nichtisolierten Freileitungen und blanke Leiter,<br />
welche in den Arbeitsstellenbereich führen, allseitig und allpolig zu erden und<br />
kurzzuschließen sind. Dabei muss mindestens eine Erdungs- und Kurzschlussvorrichtung vom<br />
Arbeitsplatz einsehbar sein.<br />
Ausnahmen sind nur zulässig, wenn während der Arbeit kein Leiter unterbrochen wird (dann<br />
reicht eine Erdungs- und Kurzschlussvorrichtung direkt an der Arbeitsstelle aus) oder wenn<br />
ein Anbringen einer einsehbaren Erdungs- und Kurzschließvorrichtung nicht möglich ist<br />
(dann muss eine zusätzliche Vorrichtung im Bereich der Arbeitsstelle angebracht werden<br />
bzw. muss eine eindeutige Kennzeichnung oder Anzeigevorrichtung bezüglich der Erdungs-<br />
und Kurzschließeverhältnisse angebracht sein).<br />
Bei Transformatoren kann oft die Ober- oder Unterspannungsseite nicht unmittelbar geerdet<br />
und kurzgeschlossen werden, hier muss dies dann in der nächstgelegenen Schaltstelle<br />
erfolgen.<br />
13.5 Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder<br />
abschranken<br />
Die Abdeckung <strong>von</strong> Teilen kann mittels Isoliermatten oder Isolierplatten erfolgen. Für<br />
Trenner und Lastrennschalter in offener Bauweise werden Einschubplatten aus Isoliermaterial<br />
verwendet.<br />
Als Abschrankung dienen etwa Balken mit Signalfarben – diese werden etwa zur Abgrenzung<br />
<strong>von</strong> unter Spannung stehenden Zellen verwendet.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 72
Freischaltung des UW Pirka<br />
13.6 Freigabe zur Arbeit<br />
Sind all diese zuvor genannten Punkte erfüllt, so kann die Freigabe zur Arbeit erfolgen.<br />
Diese sollte am besten in schriftlicher Form erfolgen, damit keine Missverständnisse auftreten<br />
können.<br />
14 Schaltprogramm<br />
Ein Schaltprogramm enthält die zeitlich geplante Abfolge mit Richtzeiten der<br />
durchzuführenden Schalthandlungen für die Frei- bzw. Umschaltung eines bestimmten<br />
Anlagenbereiches.<br />
In der Steweag-Steg GmbH werden Schaltprogramme grundsätzlich für das Verteilnetz<br />
erstellt, im Übertragungsnetz sind Schaltprogramme nicht nötig.<br />
Bei Bedarf werden auch die Schalthandlungen im 110-kV-Bereich einbezogen, bzw.<br />
berücksichtigt.<br />
Die Erstellung <strong>von</strong> Schaltprogrammen wird durch die internen Steweag-Steg Anweisungen<br />
10/2003 „Schaltprogramme“, sowie durch die Anweisung 09/2003 „Normierung der<br />
Schaltsprache“ geregelt.<br />
Grundlage für diese Arbeitsanweisungen liefert die Norm ÖVE EN 50110-1. Im Abschnitt 5<br />
werden „Übliche Betriebsvorgänge“ erläutert, unter denen auch die Schalthandlungen fallen.<br />
Eine Schalthandlung dient dazu, den Schaltzustand <strong>von</strong> elektrischen Anlagen zu ändern.<br />
Dabei kann man zwei Arten <strong>von</strong> Schalthandlungen unterscheiden:<br />
• Betriebsmäßiges Ein- und Ausschalten <strong>von</strong> Anlagen, Starten und Stillsetzen <strong>von</strong><br />
Betriebsmitteln mit Einrichtungen, deren bestimmungsgemäßer Gebrauch gefahren los<br />
ist.<br />
• Ausschalten oder Wiedereinschalten <strong>von</strong> Anlagen im Zusammenhang mit der<br />
Durchführung <strong>von</strong> Arbeiten.<br />
Schalthandlungen dürfen vor Ort, aber auch durch Fernsteuerung durchgeführt werden.<br />
Die Durchführung <strong>von</strong> Schalthandlungen obliegt grundsätzlich Elektrofachkräften bzw.<br />
elektrotechnisch unterwiesenen Personen. Dies gilt auch für Schalthandlungen bei Notfällen<br />
im Bereich der öffentlichen Energieversorgung.<br />
Sollte das Abschalten <strong>von</strong> elektrischen Anlagen zur Sicherstellung des Lebens und zur<br />
Verhinderung <strong>von</strong> Brand- und Explosionsgefahr nötig sein, so sind auch Laien befugt,<br />
Schalthandlungen durchzuführen.<br />
Die Feststellung, ob die Anlage spannungsfrei ist, darf nur <strong>von</strong> einer Elektrotechnischen<br />
Fachkraft oder elektrotechnisch unterwiesenen Person gestellt werden.<br />
Besonders zu Beachten ist, dass bei Schalthandlungen in Anlagen, deren Aufbau keinen<br />
Schutz für Personen gegen die gefährlichen Auswirkungen <strong>von</strong> Störlichtbögen gewähren, nur<br />
die mit der Schalthandlung betraute Person zugegen ist.<br />
Diese Personen müssen entsprechende persönliche Schutzausrüstungen verwenden, als<br />
Mindestanforderung kann man eine Arbeitsschutzbekleidung und einen Schutzhelm mit<br />
Gesichtsschutz nennen.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 73
Freischaltung des UW Pirka<br />
Bevor man schaltet, ist es notwendig, dass man sich über eventuelle Fluchtwege informiert,<br />
dies trifft insbesondere auf Einbaustationen oder derartige Anlagen zu.<br />
Unter Punkt 6 der ÖVE EN 50110-01 werden die rechtlichen Belangen der Arbeitsmethoden<br />
erörtert.<br />
So muss laut Norm jede vorgesehene Arbeit geplant werden, dies muss aber nicht in jedem<br />
Fall schriftlich erfolgen. Die Planung und die Erstellung <strong>von</strong> Schaltprogrammen sind jedoch<br />
zwingend auf schriftlicher Basis durchzuführen.<br />
Laut Norm ist diese Planung vom Arbeitsverantwortlichen dem Anlagenverantwortlichen<br />
vorzulegen, der die Arbeitsplanung prüft und gegebenenfalls die Erlaubnis für die<br />
Durchführung der Arbeiten erteilt.<br />
Bei den Arbeitsmethoden kann man folgende drei Arten unterscheiden:<br />
1. Arbeiten im spannungsfreien Zustand<br />
2. Arbeiten unter Spannung<br />
3. Arbeiten in der Nähe unter Spannung stehender Teile<br />
Diese Methoden setzen wirksame Sicherheitsmaßnahmen gegen elektrischen Schlag, bzw.<br />
gegen die Auswirkungen <strong>von</strong> Kurzschluss und Störlichtbogen voraus.<br />
Die Arbeitsanweisung 10/2003 der Stewewag-Steg gilt für das gesamte Mittelspannungsnetz,<br />
abgehend <strong>von</strong> den unterspannungsseitigen Klemmen am den 110-kV/MS-Umspannern<br />
einschließlich der der nachfolgenden Mittelspannungs- Schalt- und Verteilanlagen bzw. bis zu<br />
den definierten Betriebsführungsgrenzen bei den Kundenanlagen.<br />
Wenn Arbeiten im Anlagenbereich der Trafostationen durchgeführt werden und<br />
niederspannungsseitige Schalthandlungen notwendig sind, muss die Trennstelle zum<br />
Niederspannungsnetz ins Schaltprogramm aufgenommen werden. Dadurch wird die Gefahr<br />
einer Einspeisung <strong>von</strong> Seiten des Niederspannungsnetzes vermieden.<br />
Bei der Erstellung des Schaltprogramms dürfen nur Begriffe verwendet werden, welche in<br />
den ÖVE-Vorschriften, insbesondere in der ÖVE-EN 50110-1, für verbindlich erklärt worden<br />
sind bzw. solche Begriffe, welche innerhalb der Steweag-Steg durch Arbeitsanweisungen<br />
genau definiert wurden.<br />
Dies ist deswegen wichtig, da es bei einer unklaren Bezeichnung oder bei regional<br />
unterschiedlichen Bezeichnungen zu Kommunikationsproblemen kommen könnte, welche<br />
schlimmstenfalls zu Fehlschaltungen führen könnten.<br />
Als Entscheidungskriterium wann ein Schaltprogramm nötig ist, dient der Umstand, dass eine<br />
Schalthandlung mehr als einen Schaltpunkt betrifft oder wenn mehr als eine Arbeitspartie<br />
zum Einsatz kommt. Ein Schaltpunkt bezeichnet einen Abzweig mit den dazu gehörigen<br />
Schaltmittel.<br />
In der Steweag-Steg erfolgt die Erstellung des Schaltprogramms in einer Datenbank (MS-<br />
Access)<br />
Als Information werden hinterlegt:<br />
• Sollzeit<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 74
Freischaltung des UW Pirka<br />
• Anlage<br />
• Abzweig<br />
• Schaltgerät<br />
• Schalthandlung<br />
• Name des ausführenden Schaltberechtigten<br />
• Kommunikationsmittel mit Rufnummer<br />
• Auszuführende Tätigkeit<br />
Werden in der Steweag-Steg folgende Tätigkeiten ausgeführt, so kann man auf die<br />
Ausarbeitung eines Schaltprogramms verzichten:<br />
• Schalthandlungen im Störungsfall<br />
• Einzelnen Sammelbefehle der SSG<br />
• Sammelschienenwechsel<br />
• Umspannerwechsel<br />
• Betriebsbedingtes Ein- und Ausschalten (Sommer- / Winterbetrieb)<br />
• Ausschalten <strong>von</strong> Einzelabzweigen<br />
Weiters ist in der Arbeitsanweisung festgelegt, wer Schaltprogramme erstellen darf:<br />
• Betriebsleiter<br />
• Betriebsleiter-Stellvertreter<br />
• Außenstellenleiter<br />
• Außenstellenleiter-Stellvertreter<br />
• Teamleiter<br />
• Regionaler Betriebsdienst (RBD)<br />
• Verteilnetz Wartendienst (VWD)<br />
• Regionaler Wartendienst (RWD)<br />
• Sonstige, vom Betriebsleiter ernannte Personen<br />
Diese Personen müssen schriftlich festgehalten sein und liegen im Verantwortungsbereich des<br />
zuständigen Betriebsleiters.<br />
Bei Erstellung eines Schaltprogramms sind diese Personen für den Inhalt verantwortlich und<br />
scheinen namentlich als Ersteller auf.<br />
Schaltbefehle können als Einzelbefehle oder als Sammelbefehle festegelegt werden.<br />
Einzelbefehle werden für Schaltaufträge für ein Schaltgerät genutzt. Hierbei sind in der SSG<br />
die Befehle „Einschalten“ und „Ausschalten“ in Verwendung.<br />
Werden Einzelbefehle verwendet, so dürfen maximal vier zusammengehörige Schaltbefehle<br />
mit einem Schaltauftrag vom RBD/ÜBD an den SB weitergeleitet werden. Des Weiteren<br />
müssen sich in diesem Fall alle Schalthandlungen im selben Anlagenteil abspielen.<br />
Eine Ausnahme stellen jedoch Sammelschienenwechsel in Umspannwerken und Schaltstellen<br />
dar.<br />
Sammelbefehle sind Schaltbefehle, die bei einer Schalthandlung mehrere Schaltschritte nach<br />
sich ziehen, welche teilweise auch automatisiert sein können.<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 75
Freischaltung des UW Pirka<br />
Nach dem Ausarbeiten muss das Schaltprogramm einer Prüfung unterzogen werden, dazu<br />
befugt sind die Regionalen Betriebsdienste (RBD), die Betriebsleiter,<br />
Schaltauftragsberechtigte sowie der Bereichsübergreifende RBD.<br />
Auch diese Personen sind namentlich anzuführen und ständig evident zu halten, sollten sich<br />
Änderungen im Personenkreis ergeben, so muss dies der Abteilung NVF (Netzbetrieb –<br />
Betriebsführung) schriftlich bekannt gegeben werden.<br />
Als Zeitrahmen für die Prüfung muss man bei der Arbeitsplanung zwei Werktage<br />
berücksichtigen, hinzu kommen dann noch die nötigen Tage für eine Information der Kunden,<br />
welche <strong>von</strong> der Schaltung betroffen sind. Bei einer Postverständigung sind das sieben, bei<br />
einer Eigenverständigung zwei Werktage.<br />
Die Prüfung beinhaltet die sicherheitstechnische Abwicklung (ÖVE-EN 50110-1 und<br />
innerbetriebliche Anweisungen), die Ablaufplanung (Arbeitsorganisation und dergleichen),<br />
die konzeptive Gestaltung, die Netzbetriebsführung (Netzsicherheit, Auswirkungen), die<br />
Beurteilung der Notwendigkeit sowie die Berücksichtigung der Kundenerfordernisse.<br />
Wichtig ist, dass der Prüfer keine Änderungen am Schaltprogramm durchführt, da er dadurch<br />
selbst zum Ersteller werden würde.<br />
Ist das Programm laut Prüfer in Ordnung wird es mit den Vermerken „Erstellt und Geprüft“<br />
und mit den Originalunterschriften versehen an den involvierten Schaltberechtigten verteilt.<br />
Nach dem Durchführen der Schalthandlungen muss das Original mit den Echtschaltzeiten<br />
versehen werden und ist in den Betriebsleitungen abzulegen.<br />
Die Schalthandlung selbst läuft dann nach den folgenden Ablaufschemen ab:<br />
14.1.1 Schalthandlung im Verteilnetz<br />
1. Anmeldung der Schalthandlung beim RBD (Regionaler Betriebsdienst)<br />
2. Feststellung der Schaltbereitschaft durch RBD<br />
3. Erteilung des Schaltbefehls durch den RBD<br />
4. Wörtliche Wiederholung des Schaltbefehls durch den SB (Schaltbeauftragten)<br />
5. RBD bestätigt die wörtliche Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“<br />
6. SB führt die Schalthandlungen durch<br />
7. Rückmeldung der Durchführung der Schalthandlungen im vollen Umfang<br />
(Zeitangabe, Stationsbezeichnung, Spannungsebene…) an den RBD<br />
8. Wörtliche Wiederholung der Rückmeldung durch den RBD<br />
9. Bestätigung der korrekten Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“ durch den SB<br />
10. RBD bereit für die nächste Schalthandlung<br />
14.1.2 Schalthandlung im Übertragungsnetz<br />
1. Anmeldung der Schalthandlung beim ÜBD (Übertragungsnetz Betriebsdienst)<br />
2. Feststellung der Schaltbereitschaft durch den ÜBD<br />
3. Ausführung oder Weitergabe des Schaltbefehles durch den ÜBD<br />
4. Bei Weitergabe: Wörtliche Wiederholung des Schaltbefehles durch den SB<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 76
Freischaltung des UW Pirka<br />
5. ÜBD bestätigt die wörtliche Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“<br />
6. SB führt Schalthandlungen durch<br />
7. Rückmeldung der Durchführung der Schalthandlungen im vollen Umfang an den<br />
ÜBD<br />
8. Wörtliche Wiederholung der Rückmeldung durch den ÜBD<br />
9. Bestätigung der korrekten Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“ durch den SB<br />
10. ÜBD bereit für die nächste Schalthandlung<br />
14.2 Erstellung des Schaltprogramm<br />
Nach der Analyse der Netzverhältnisse im Großraum Graz, wird erkenntlich, dass eine nötige<br />
Freischaltung des UW Pirka (PIR) durch die Umlegung der Lasten auf die Umspannwerke<br />
Webling (WEB), Werndorf (NWD) sowie Graz/Süd II (GZS) erfolgen kann.<br />
Hierbei ist jedoch auf die Leistungsreserven in den einzelnen Umspannwerken zu achten,<br />
damit keine Überlastungen auftreten.<br />
Die Abzweige, welche derzeit aus dem UW PIR versorgt werden, müssen einzeln auf diese<br />
zuvor genannten Umspannwerke aufgeteilt werden.<br />
Die Überlegungen zur Erstellung des Schaltprogramms und das Schaltprogramm selbst, sind<br />
im Anhang ersichtlich.<br />
15 Anhang zu Abschnitt 1<br />
• 20-kv Netzübersichtsplan<br />
• 110-kV Netzübersichtsplan<br />
• UW Pirka – Abzweigleistungen<br />
• 110-kV Leitungsverbindungen<br />
• Leistungen im 110-kV Netz<br />
• Leitungsadmittanzen<br />
• Netzwerk für die Berechnung<br />
• Mathcad-Berechnungen<br />
• Schaltprogramm<br />
<strong>Schuster</strong> Seite 77
Errichtung einer Umspannstation<br />
Errichtung einer Umspannstation 20/04 kV<br />
Forjan Seite 78
Errichtung einer Umspannstation<br />
1 Baugenehmigung<br />
Der Wohnbauträger „Neue Heimat“ beabsichtigt in der Gemeinde Pirka KG 63263 auf<br />
Grundstück Nr. 56 einen Wohnbau mit ca. 30 Wohneinheiten und einen Gewerbebetrieb zu<br />
errichten.<br />
Da die erforderliche Leistung <strong>von</strong> ca. 400 KVA nicht aus dem Niederspannungsnetz zur<br />
Verfügung gestellt werden kann, ist es unumgänglich am Areal des Wohnbauprojektes eine<br />
Umspannstation zu errichten. Da die Umspannstation lt. Steiermärkischen Bauordnungsgesetz<br />
Bauanzeigen pflichtig ist, wurde gemeinsam mit dem Bauträger vereinbart, dass die<br />
Einreichung bzw. Bauanzeige gemeinsam mit dem Bauvorhaben der Neuen Heimat<br />
durchgeführt wird. Betreffend des Standortes der Umspannstation war es ein Bestreben der<br />
Steweag-Steg die Umspannstation so nah wie möglich am Verbrauerschwerpunkt zu situieren.<br />
Nach gemeinsam geführten Gesprächen mit dem Bauträger wurde der Trafostandort auf der<br />
südwestlichen Seite der Bauplatzgrenze in unmittelbarer Nähe der Packer Bundesstraße<br />
vereinbart. Für die Anlieferung und das Versetzen der Kompaktkabelstation als auch für<br />
spätere unter Umständen durchzuführende Umspannertransporte ist die Lage der neu zu<br />
errichtenden Umspannstation für beide Seiten optimal gelöst worden.<br />
Im Gegenzug verpflichteten wir uns, beim Land Steiermark, Fachabteilung 13A, Umweltrecht<br />
und Energiewesen um die Elektrizitätsrechtliche Bau- und Betriebsbewilligung anzusuchen.<br />
Die Erteilung der elektrizitätsrechtlichen Genehmigung ist bei der Behörde schriftlich zu<br />
beantragen. Für den Antrag ist unsererseits ein Kommissionsakt in 4-facher Ausfertigung zu<br />
erstellen.<br />
1.1 Der Kommissionsakt beinhaltet folgende Punkte:<br />
• Einen Technischen Bericht mit Angaben über Zweck, Umfang, Betriebsweise und<br />
technische Ausführung der geplanten Erzeugungsanlage, insbesondere über<br />
Primärenergie, Energieumwandlung, Stromart, Frequenz und Spannung.<br />
• Datenblätter der verwendeten Schaltgeräte.<br />
• Datenblatt des verwendeten Umspanners.<br />
• Plan über die Leitungsführung mit Angaben der verwendeten Kabeltypen und<br />
Querschnitte, inkl. Kabelgrabenquerschnitt und bei vorhandenen Straßenquerungen<br />
einen Plan mit den verwendeten Rohren inkl. Rohrbelegung .<br />
• Schaltschema der Anlage.<br />
• Montageplan der Anlage.<br />
• Katasterplan in der die Trassenführung ersichtlich ist inkl. Grundstücksnummern.<br />
• Verzeichnis der <strong>von</strong> der Kabellegung betroffenen Grundstücke und deren<br />
Grundeigentümer.<br />
2 Planung und Projektierung <strong>von</strong> Umspannstationen<br />
Die Basis für die Projektierung <strong>von</strong> Umspannstationen inkl. der elektrischen Einrichtungen,<br />
wie die Mittelspannungsschaltanlage, Niederspannungsschaltanlage und deren einzelnen<br />
Komponenten, ist immer <strong>von</strong> der projektierten Leistung abhängig. Laut der Aufstellung<br />
Forjan Seite 79
Errichtung einer Umspannstation<br />
seitens des E-Planers wird vor Ort für das geplante Wohnbauvorhaben der Neuen Heimat,<br />
unter der Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit, eine elektrische Leistung <strong>von</strong> ca. 400 kW<br />
ermittelt. Um die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können bzw. für zukünftige<br />
Projekte in unmittelbarer Umgebung genügend elektrische Energie zu Verfügung stellen zu<br />
können, wird die Umspannstation mit einer Leistungsreserve <strong>von</strong> ca. 30% dimensioniert bzw.<br />
ausgelegt.<br />
Ein wichtiger Faktor bei der Projektierung der Umspannstation ist der ermittelte<br />
Leistungsbedarf und die daraus folgenden Nennleistungen und die Nennströme der einzelnen<br />
Betriebsmittel. Die Kurzschlussleistung an den Einspeisepunkten bzw. die Kurzschlussströme<br />
sind zu berechnen, um die elektrischen Betriebsmittel auf dynamische und thermische<br />
Einflüsse auslegen zu können.<br />
Für die Projektierung der Umspannstation sind die einschlägigen Normen heranzuziehen.<br />
ÖVE/ÖNORM E8383 Starkstromanlagen mit Nennwechselspannung<br />
über 1 kV<br />
ÖVE/ÖNORM E8001 Errichtung <strong>von</strong> elektrischen Anlagen mit Nenn-<br />
Spannungen bis ~1000 V und ---1500 V<br />
3 Fundament der Umspannstation 20/0,4 kV<br />
3.1 Fundament<br />
Die Größe des Fundamentes richtet sich nach der benötigten elektrischen Leistung und der<br />
elektrischen Einrichtung. Nachdem bei unserem Projekt <strong>von</strong> einer Leistung <strong>von</strong> ca. 400 kW<br />
ausgegangen werden kann, kommt ein Drehstromölumspanner mit einer Leistung <strong>von</strong> 630<br />
kVA zum Einsatz. Die Mittelspannungsschaltanlage wird für die Aufnahme <strong>von</strong> zwei 20 kV-<br />
Kabel- und einer Trafo-Zelle ausgelegt werden und die Niederspannungsschaltanlage wird für<br />
15 Stk. Niederspannungskabelabgänge dimensioniert werden. Das Fundament muss den<br />
statischen Anforderungen einer Kompakt-Alustation inkl. Drehstromölumspanner<br />
standhalten. Die Kompaktkabelstation weist ein Gewicht <strong>von</strong> ca. 7.0 to und der Umspanner<br />
ein Gewicht <strong>von</strong> ca. 4,5 to auf. Durch das Gesamtgewicht <strong>von</strong> ca. 12,0 to wird das Fundament<br />
der Kompaktkabelstation in Stahlbetonbauweise, Betongüte B225, errichtet werden. Nachdem<br />
eine Kompaktkabelstation in Fertigbauweise geliefert wird, kommt ein Normfundament zum<br />
Einsatz.<br />
3.1.1 Ölauffangwanne und Kabelzwischenboden<br />
Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren sind mit einer Auffangwanne auszurüsten. Die<br />
Ölauffangwanne ist so zu dimensionieren, dass der Ölinhalt des Transformators sich in der<br />
Ölgrube entleeren kann. Die Ausführung der Ölgrube muss öldicht sein. Das kann entweder<br />
mittels massiver Bauweise inkl. öldichten Anstrich oder durch eine entsprechende Ölwanne<br />
(z. B Stahlbecken aus Nirosta) erfolgen.<br />
Nachdem bei unserem Projekt eine Kompaktkabelstation mit einem Normfundament zum<br />
Einsatz kommt, ist die Ölgrube sowie der Kabelzwischenboden ein Bestandteil der<br />
Kompaktkabelstation.<br />
Forjan Seite 80
Errichtung einer Umspannstation<br />
Ein wesentlicher Bestandteil bei der Planung des Fundamentes ist die Dimensionierung der<br />
Erdungsanlage vor Ort. Hierzu ist die ÖVE/ÖNORM E8383 Starkstromanlagen mit<br />
Nennwechselspannung über 1 kV heranzuziehen.<br />
4 Erder und Erdungsanlagen<br />
Erdungsanlagen bestehen aus dem Erder und der Erdungsleitung. Der Erder ist ein im<br />
Erdreich eingebetteter und mit ihm in leitender Verbindung stehender metallischer Leiter mit<br />
einer oder mehrerer Anschlussstellen. Über Erdungsleitungen werden zum Betriebsstromkreis<br />
gehörende Netzteile wie z. B. Transformatorsternpunkte oder Erdschlusslöschspulen als auch<br />
nicht zum Betriebsstromkreis gehörende Netzteile wie Schutzleiter, Betriebsmittel mit<br />
Metallgehäuse und Kabelmäntel am Erder angeschlossen. Die Ausführung der Erder bzw. der<br />
Erderanlage ist ein wesentlicher Faktor für die Schutzmaßnahme. Erdungsanlagen verhindern<br />
gefährliche Berührungsspannungen zwischen geerdeten Anlagenteilen und dem Erdreich.<br />
Werkstoffe und Mindestabmessungen <strong>von</strong> Erdern<br />
• Feuerverzinkter Stahl (Mindestzinkauflage 70µm).<br />
• Bewehrungseisen in Beton (Fundamenterder).<br />
• Nichtrostender Stahl, Niro V4A.<br />
• Kupfer (auch verzinkt oder verzinnt).<br />
• Kupfer mit Bleimantel (Manteldicke mind. 1mm).<br />
Tabelle 2.01: Werkstoffe und Mindestabmessung für Erder<br />
1<br />
1<br />
Werkstoff<br />
2<br />
Erderform<br />
3<br />
Mindestquerschnitt<br />
[mm2]<br />
Forjan Seite 81<br />
4<br />
Mindestdicke<br />
bzw.<br />
Durchmesser<br />
[mm]<br />
5<br />
Sonstige<br />
Mindestabmessungen<br />
bzw.<br />
einzuhaltende<br />
Bedingungen<br />
2 Band 90 3<br />
Feuerverzinkung mit<br />
3<br />
Stahl<br />
Rundstahl 78 10<br />
einer<br />
Mindestzinkauflage <strong>von</strong><br />
70 um<br />
4 Rohr Mindestaußendurchmesser 25 mm bei Verbindungen der Stäbe<br />
durch Außenmuffen,<br />
Mindestwandstärke 2 mm, Feuerverzinkung wie oben oder<br />
Kupferauflage, mind. 2,5 mm dick.<br />
5<br />
Profilstäbe 100 3 Feuerverzinkung wie<br />
6<br />
Stahl mit<br />
Kupferauflage<br />
Rundstahl<br />
50 für Stahlseile<br />
7 Band 50 2<br />
oben<br />
Mindestquerschnitt der<br />
Kupferauflage 30% des<br />
Stahlquerschnitts<br />
8<br />
Kupfer<br />
Seil 35 Mindestdrahtdurchmesser<br />
2 mm<br />
9 Rundkupfer 35 7<br />
1<br />
0<br />
Rohr Mindestaußendurchmesser 20 mm<br />
Mindestwandstärke 2 mm
Errichtung einer Umspannstation<br />
4.1 Ausführung und Anordnung <strong>von</strong> Erdungsanlagen<br />
Grundsätzlich kann man zwischen Horizontalerder und Vertikalerder unterscheiden.<br />
4.1.1 Vertikalerder (Tiefenerder):<br />
Tiefenerder werden senkrecht in größeren Tiefen eingebracht. Die Tiefenerderstäbe können<br />
aus verzinktem Stahl mit verschiedenen Durchmessern bestehen. Die Stablänge beträgt meist<br />
1,5m. Der Vorteil liegt darin, dass man relativ einfach und ohne großen Grabungsaufwand<br />
nachträglich eine Erdungsanlage errichten kann.<br />
4.1.2 Horizontalerder:<br />
Horizontalerder werden in einer Tiefe <strong>von</strong> ca. 0,5 – 1,0m verlegt und mit bindiger,<br />
verfestigter Erde umgeben. Die Verbindungen der Erder untereinander bzw. mit<br />
Erdungsleitungen müssen geschweißt, geschraubt oder geklemmt werden und gegebenenfalls<br />
gegen Korrosion geschützt sein. Verbindungen <strong>von</strong> Erder aus verschiedenen Materialien (z.B.<br />
Stahl mit Kupfer) sind mit geeignetem Verbindungsmaterial (z.B. einer Zweimetallklemme)<br />
durchzuführen, um einer elektrolytischen Zersetzung entgegenzuwirken.<br />
Nachdem Grabungsarbeiten für die Errichtung des Fundamentes der Fertigteilstation als auch<br />
für die Kabelkünetten durchzuführen sind, liegt es nahe, dass bei diesem Projekt eine<br />
Horizontalerderanlage zum Einsatz kommt. Art und Umfang der Horizontalerderanlage als<br />
auch die Material- und Stückliste sind aus dem Anhang ersichtlich.<br />
Forjan Seite 82
Errichtung einer Umspannstation<br />
4.2 Plan des Fertigteilfundamentes inkl. Erderanlage<br />
Abb. 2.01 Erdungsanlage<br />
Forjan Seite 83
Errichtung einer Umspannstation<br />
4.3 Materialliste für die Erdung<br />
Tabelle 2.02: Materialliste für Kupfererdung<br />
Forjan Seite 84
Errichtung einer Umspannstation<br />
5 Mittelspannungsschaltanlagen (20/30 kV – 400/230V)<br />
Ortsnetzstationen<br />
Ortsnetzstationen sind Schaltanlagen, in denen die Mittelspannung (10kV–30kV) in die<br />
Verbraucherspannung (400V/230V) transformiert werden. Ortsnetzstationen werden<br />
üblicherweise in der Nähe vom Verbraucherschwerpunkt gebaut. Sie bestehen im<br />
Wesentlichen aus einem Niederspannungsschaltraum, aus einem Mittelspannungsschaltraum<br />
und aus einer Umspannerkammer, in welcher der Netzumspanner 20 kV/0,4 kV untergebracht<br />
ist.<br />
5.1 Arten <strong>von</strong> Stationen<br />
• Maststation<br />
• Turmstation<br />
• Sonderstationen<br />
• Station mit Kabelanschluss<br />
o Massivbauweise<br />
o Einbaustationen<br />
o Kompaktkabelstationen<br />
5.1.1 Maststation<br />
In der Mittelspannungsebene werden in ländlichen Bereichen zur regionalen Versorgung mit<br />
elektrischer Energie sehr oft Maststationen eingesetzt. Charakteristisch bei solchen Anlagen<br />
ist, dass die elektrischen Betriebsmittel wie die HH-Sicherung, der Umspanner und die<br />
Niederspannungsverteilung am Mast angebracht sind.<br />
5.1.2 Turmstation<br />
Bei den Turmstationen kann die elektrische Betriebsstätte zweigeschossig oder eingeschossig<br />
ausgeführt sein. Bei zweigeschossiger Ausführung befindet sich im Obergeschoss die<br />
Mittelspannungsschaltanlage und im Untergeschoss sind die Niederspannungsschaltanlage<br />
und der Umspanner untergebracht. Bei einer eingeschossigen Ausführung sind alle<br />
elektrischen Betriebsmittel im Untergeschoss (ebenerdig) untergebracht. Die<br />
Mittelspannungsanspeisung erfolgt wie bei den Maststationen über das Freileitungsnetz.<br />
5.1.3 Sonderstationen<br />
Sonderstationen weichen <strong>von</strong> ihrer Ausführung und Konstruktion <strong>von</strong> den anderen<br />
Stationsarten ab.<br />
• Fahrbare Netzstationen z.B. 800 kVA, 6-36 kV<br />
• Gruben- Trafostationen z.B. Kohlebergwerk, 630 kVA, 12 kV<br />
Forjan Seite 85
Errichtung einer Umspannstation<br />
• Containerstationen<br />
• Unterflurstationen<br />
5.1.4 Station mit Kabelanschluss<br />
5.1.4.1 Massivbauweise<br />
Bei dieser Art <strong>von</strong> Verteilstationen sind die Errichtungskosten um ein wesentliches höher als<br />
bei einer Kompaktkabelstation. Der Vorteil einer Massivbauweise besteht darin, dass sie eine<br />
bessere Kühlung und einen mechanischen Schutz der Anlagenteile aufweist.<br />
5.1.4.2 Einbaustationen<br />
Einbaustationen werden in dicht verbauten Gebieten meist als Kellerstationen ausgebildet.<br />
Leitungszu- und abführung stellen eine große Herausforderung dar. Der Trafotransport kann<br />
nur über geeignete Transportwege wie z.B. über Tiefgaragenabfahrten mit zusätzlichen<br />
Sicherungen (Transporthaken) erfolgen oder über einen eigenen errichteten Transportschacht.<br />
Be- und Entlüftungswege, die direkt ins Freie zu führen sind, sind mit einem erheblichen<br />
zusätzlichen baulichen Aufwand verbunden.<br />
6 Kompaktkabelstation in Aluminiumbauweise<br />
6.1 Konstruktion<br />
Das Stationsgehäuse besteht aus einem verschweißten und verschraubten Gerüst aus Al-<br />
Profilen, welche mit Wand und Dachelementen aus Al- Blech verkleidet sind. Die Be- und<br />
Entlüftung der Trafostation erfolgt über stochersichere und schlagregensichere Jalousien oder<br />
durch Kiemen (Lamellen), die in der Transformatortür oder in den Wandelementen eingebaut<br />
sind.<br />
6.2 Typenbezeichnung<br />
Definition der Typenbezeichnung:<br />
1.) Buchstabe: F Freiluftaufstellung<br />
2.) Buchstabe: K Kabelanschluss<br />
3.) Buchstabe: A Aluminiumausführung<br />
Die Stationen stehen in drei Bauhöhen zur Verfügung, die in der Typenbezeichnung durch<br />
den Zusatz I (H=280mm), II (H=2780mm) oder III (H=2450mm) gekennzeichnet sind. Die<br />
Bauhöhen I und III werden hauptsächlich für 20 und 30 kV Stationen eingesetzt. Weitere<br />
Angaben in der Typenbezeichnung geben Hinweise bezüglich der Reihenspannung und<br />
Transformatorleistung an.<br />
Forjan Seite 86
Errichtung einer Umspannstation<br />
6.3 KSTV20 630<br />
Bei unserem Projekt wird eine Kompaktkabelstation mit der Type KSTV20 630 zum Einsatz<br />
kommen. Kompaktkabel-Stations-Verteiler für eine Nennspannung <strong>von</strong> 20 kV und einer<br />
Umspannerleistung <strong>von</strong> 630 kVA.<br />
Abb. 2.02 Kompaktkabelstation<br />
7 Übertragung und Verteilung elektrischer Energie<br />
Um die elektrische Energie <strong>von</strong> der Erzeugung zum Verbraucher transportieren zu können,<br />
werden Hochspannungsnetze eingesetzt. Die im Generator erzeugte elektrische Energie<br />
(Klemmenspannung zwischen 5 kV und 10 kV) wird in dem zum Kraftwerk gehörenden<br />
Umspannwerk mit einem Maschinentransformator hochtransformiert und über das zur<br />
Verfügung stehende Hochspannungsnetz (220 kV bzw. 380 kV) übertragen. Wartung und<br />
Betriebsführung im Bereich des 220- 380 kV Netzes werden vom Verbund durchgeführt.<br />
Die regionalen Landesgesellschaften wie z. B die TIWAG, KELAG, Steweag-Steg sind für<br />
die Betriebsführung des 110 kV Netzes zuständig. In den städtischen bzw. lokalen<br />
Umspannwerken wird das 110 kV-Netz auf 20 kV herunter transformiert und dann in den<br />
jeweiligen Netzverteilstationen auf die beim Verbraucher notwendige Niederspannungsebene<br />
(230/400 V) umgewandelt.<br />
Die regionale Verteilung Elektrischer Energie kann in größeren Mengen nur über elektrische<br />
Leitungen übertragen bzw. verteilt werden. Bei der Übertragung elektrischer Energie<br />
entstehen Leitungsverluste (Wärmeverluste), die möglichst gering gehalten werden sollten.<br />
Die dabei übertragene Scheinleistung ist daher ein relevantes Maß für die Unterteilung der<br />
einzelnen Spannungsebenen. Um die erforderliche Energiemenge wirtschaftlich übertragen zu<br />
können, haben sich vier Spannungsebenen herauskristallisiert.<br />
Forjan Seite 87
Errichtung einer Umspannstation<br />
7.1 Spannungsebenen<br />
• Höchstspannung Spannungsbereich ab 150 kV bis 380 kV<br />
• Hochspannung Spannungsbereich ab 60 kV bis 150 kV<br />
• Mittelspannung Spannungsbereich ab 1 kV bis 60 kV<br />
• Niederspannung Spannungsbereich unter 1 kV<br />
7.1.1 Hochspannungsnetze<br />
• Höchstspannungsnetz Betriebsnennspannung <strong>von</strong> 220 kV, 380 kV<br />
• Hochspannungsnetz Betriebsnennspannung <strong>von</strong> 60 kV, 110 kV<br />
• Mittelspannungsnetz Betriebsnennspannung <strong>von</strong> 10 kV, 20 kV, 30 kV<br />
8 Leitungen und Netzformen für die Energieübertragung<br />
8.1 Netzformen<br />
8.1.1 Allgemein:<br />
Bei der Planung <strong>von</strong> Neuanlagen sind einige Faktoren zu beachten, die für die Auswahl der<br />
jeweiligen Netzform relevant sind.<br />
• Die zu erwartende Lastdichte, d.h. die abgegebene Scheinleistung je km².<br />
• Abwägung der Verlegungsart, d.h. ob eine Freileitung oder ein Kabelnetz errichtet<br />
wird. - - > Kostenfaktor<br />
• Spannungshaltung bzw. Spannungssteifheit.<br />
• Versorgungssicherheit<br />
• Der Ausbauzeitraum und zukünftige zu erwartende Erweiterungen.<br />
• Die zu erwartende Kurzschlussleistung und der damit verbundene Kurzschlussstrom,<br />
der ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der elektrischen Betriebsmittel ist.<br />
• Die zu erwartenden Übertragungsverluste.<br />
Je nach Lage und Anzahl der Einspeisepunkte sowie in Abhängigkeit der<br />
Leitungsverbindungen unterscheidet man unter folgenden Netzformen<br />
• Strahlennetz<br />
• Ringnetz<br />
• Maschennetz<br />
Forjan Seite 88
Errichtung einer Umspannstation<br />
8.1.2 Strahlennetz<br />
Strahlennetze kommen dort zur Anwendung, wo eine kleine Lastdichte zu erwarten ist. Die<br />
Stichleitungen verlaufen <strong>von</strong> einer Umspannstation aus bis zu den einzelnen Abnehmern.<br />
Nachteilig ist die geringe Versorgungssicherheit (keine Umschaltung zu einer anderen<br />
Umspannstation möglich) und die Spannungshaltung, da sie <strong>von</strong> der Belastung am<br />
Leitungsende abhängig ist.<br />
Der große Vorteil dieser Netzart ist jedoch die kostengünstige Errichtung, die sehr häufig mit<br />
Freileitungen realisiert wird.<br />
8.1.3 Ringnetz<br />
Ringnetze werden <strong>von</strong> einer Einspeisestelle versorgt. Die Kabel gehen <strong>von</strong> einer<br />
Einspeisestelle aus und werden zu dieser wieder zurückgeführt. Bei geschlossenen Ringnetzen<br />
stellt sich ein optimaler Lastfluss ein. Der große Vorteil besteht darin, dass bei Ausfall eines<br />
Kabelabschnittes, welches z.B. durch Grabungsarbeiten beschädigt wurde, durch<br />
Umschaltungen im Netz die Fehlerstelle herausgetrennt werden kann. Die übrigen Kabel und<br />
deren Abnehmer bleiben weiterhin versorgt und dadurch ist eine relativ große<br />
Versorgungssicherheit gegeben. Die Nachteile sind teurere Errichtungskosten und größer zu<br />
erwartende Kurzschlussströme.<br />
8.1.4 Maschennetz<br />
Beim Maschennetz werden mehrere Umspannstationen über das Niederspannungsnetz<br />
verbunden, die aber offen betrieben werden. Dadurch ist eine sehr hohe<br />
Versorgungssicherheit und Spannungshaltung gegeben. Jedoch ist die Zunahme der damit<br />
verbundenen Kurzschlussleistungen und Kurzschlussströme so groß, sodass eine bestimmte<br />
Netzgröße damit nicht überschritten werden darf.<br />
Forjan Seite 89
Errichtung einer Umspannstation<br />
9 Kabel für die elektrische Energieversorgung<br />
Kabel sind elektrotechnische Betriebsmittel zur Übertragung <strong>von</strong> Energie und Informationen.<br />
Sie stellen eine wirtschaftliche und betriebsichere Verbindung des Energieerzeugers mit dem<br />
Verbraucher dar.<br />
9.1 Bauarten<br />
• Energiekabel mit Kunststoffisolierung<br />
• Energiekabel mit Papierisolierung und Bleimantel<br />
9.1.1 Energiekabel mit Kunststoffisolierung<br />
9.1.1.1 Energiekabel mit Isolierung und Mantel aus PVC<br />
Isolierung und Mantel diese Kabel bestehen aus einer Kunststoffmischung auf der Basis <strong>von</strong><br />
Polyvinylchlorid (PVC).<br />
Mehr- und vieladrige Kabel haben über den verseilten Adern eine gemeinsame<br />
Aderumhüllung. Über dieser kann ein Schirm bzw. ein konzentrischer Leiter aus Kupfer<br />
aufgebracht sein. Zum mechanischen Schutz können die Kabel je nach Art der mechanischen<br />
Beanspruchung mit einer Bewehrung aus Stahlband oder verzinkten Stahlflach- oder<br />
Stahlrunddrähten versehen sein.<br />
9.1.1.2 Energiekabel mit Isolierung aus PE und Mantel aus PVC oder PE<br />
Kabel für Spannungen 5,8/10 kV, 11,6/20 kV und 17,3/30 kV werden mit einer<br />
Aderisolierung aus thermoplastischem Polyäthylen PE und feldbegrenzenden leitfähigen<br />
Schichten über jeden Leiter und jeder Isolierhülle sowie mit einem Kupferschirm über jeder<br />
Ader gefertigt.<br />
9.1.1.3 Energiekabel mit Isolierung aus VPE und Mantel aus PE<br />
Kabel für Spannungen 5,8/10 kV, 11,6/20 kV und 17,3/30 kV mit einer Aderisolierung aus<br />
trockenem vernetztem Polyäthylen VPE. Feldbegrenzente vernetzte leitfähige Schichten über<br />
Leiter und Isolierhülle sind fest verschweißt.<br />
Durch die hohe Reinheit des verwendeten Materials werden ausgezeichnete elektrische<br />
Eigenschaften erreicht:<br />
• hoher Isolationswiderstand<br />
• niedriger dielektrischer Verlustfaktor<br />
• niedrige Dielektrizitätskonstante<br />
Forjan Seite 90
Errichtung einer Umspannstation<br />
Durch die thermischen als auch die mechanischen Eigenschaften des Isoliermaterials VPE<br />
ergeben sich zusätzlich noch<br />
• hohe Zerreißfestigkeit<br />
• große Dehnung<br />
• große Übertragungsleistung im Normalbetrieb<br />
• hohe Belastbarkeit im Kurzschlussfall<br />
9.1.2 Energiekabel mit Papierisolierung und Bleimantel<br />
Die Leiter aus Kupfer oder Aluminium sind mit massegetränktem Papier isoliert. Über die<br />
Papierisolierung ist je nach Kabeltype ein Bleimantel über jeder einzelner Ader oder ein<br />
gemeinsamer Bleimantel über alle Adern aufgebracht. Darüber liegt ein massegetränktes<br />
Papier. Zum mechanischen Schutz des Kabels ist ein Bandeisen, welches entweder mit Jute<br />
oder aus Kunststoff, gegen die Korrosion aufgebracht ist, versehen.<br />
10 Anspeisung der Umspannstation<br />
Um die Trafostation für das geplante Wohnbauvorhaben mit elektrischer Energie versorgen<br />
zu können, muss ein Mittelspannungskabelsystem <strong>von</strong> der Umspannstation zur bestehenden<br />
Mittelspannungstrasse verlegt werden. Dabei ist die Trassenführung gemeinsam mit dem<br />
Bauträger, der örtlichen Bauaufsicht und der Baufirma, unter Einbeziehung bzw. Einhaltung<br />
der ÖVE-L20 - Verlegung <strong>von</strong> Energie-, Steuer-, und Messkabel, festzulegen. Das bestehende<br />
Mittelspannungskabel der Type E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV, welches aus dem UW-<br />
Pirka versorgt wird, ist im Fahrbahnbereich der Sportplatzgasse verlegt. Das<br />
Mittelspannungskabel, welches die Umspannstation Pirka Bundesstraße und die<br />
Umspannstation Pirka II miteinander verbindet, muss für die Anspeisung der Umspannstation<br />
spannungsfrei geschaltet werden.<br />
Forjan Seite 91
Errichtung einer Umspannstation<br />
10.1 20 kV- Übersichtsplan<br />
Abb. 2.03: 20-kV-Übersichtsplan<br />
10.2 Schaltzustand vor der Einschleifung der Umspannstation<br />
Die Spannungsversorgung erfolgt über das Umspannwerk UW Pirka. Über den Kabelabzweig<br />
Mantscha werden folgende Kabelabschnitte, die für die Freischaltung des Kabelabschnittes<br />
Pirka/Bundesstraße nach Pirka II relevant sind, versorgt.<br />
UW Pirka Abzweig Mantscha nach Ust. Seiersberg/Premstättnerstraße<br />
Ust. Seiersberg/Premstättnerstraße nach Ust. Pirka/Premstättnerstraße<br />
Ust. Pirka/Premstättnerstraße nach Pirka/Bundesstraße<br />
Ust. Pirka/Bundesstraße nach Pirka II<br />
Die neue Umspannstation wird im Kabelabschnitt zwischen der Umspannstation<br />
Pirka/Bundesstraße und der Umspannstation Pirka II errichtet werden.<br />
Forjan Seite 92
Errichtung einer Umspannstation<br />
10.3 Freischaltung des Kabelabschnittes Pirka/Bundesstraße<br />
nach Pirka II<br />
Um die Umspannstation Pirka II weiterhin mit elektrischer Energie versorgen zu können muss<br />
folgende Umschaltung im 20 kV–Netz durchgeführt werden.<br />
Ust. Pirka/Leitenstraße<br />
Abzweig nach Ust. Windorf/Bahn EIN<br />
Ust. Pirka/Bundesstraße<br />
Abzweig nach Ust. Pirka II AUS<br />
Ust. PirkaII<br />
Abzweig nach Ust. Pirka/Bundesstraße AUS<br />
Erdungstenner EIN<br />
Ust. Pirka/Bundesstraße<br />
Abzweig nach Ust. Pirka II<br />
Erdungstrenner EIN<br />
Die Umspannstation Pirka II wird nach erfolgter 20 kV-Umschaltung über das UW Pirka über<br />
folgende Kabelabschnitte versorgt:<br />
UW Pirka Abzweig Windorf nach Ust. Windorf/Gewerbepark<br />
Ust. Windorf/Gewerbepark nach Ust. Windorf/Nord<br />
Ust. Windorf/Nord nach Ust. Windorf II<br />
Ust. Windorf II nach Ust. Windorf/Bahn<br />
Ust. Windorf/Bahn nach Ust. Pirka/Leitenstraße<br />
Ust. Pirka/Leitenstraße nach Ust. Pirkahöhe<br />
Ust. Pirkahöhe nach Ust. Pirka/Fahrschulweg<br />
Ust. Pirka/Fahrschulweg nach Ust. Pirka II<br />
Nach erfolgter Freischaltung des Kabelabschnittes kann mit der Einschleifung bzw.<br />
Verlegung des 20 kV-Mittelspannungskabel begonnen werden. Hierzu wird das bestehende<br />
Mittelspannungskabel der Type E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV im Bereich der<br />
Sportplatzgasse geschnitten und mit dem neu verlegtem Kabel der Type 3 x E-A2XHC2Y 1 x<br />
120 RM25 12/20 kV verbunden.<br />
11 Verwendete Kabeltypen:<br />
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20kV<br />
Kabelaufbau: E- Energiekabel<br />
Leiter: A Aluminiumleiter<br />
Aderisolierung: P Papier<br />
Schirm: H feldbegrenzende leitfähige Schichten<br />
über dem Leiter und über der Isolierung<br />
Mantel über jeder Ader: ME Blei über jeder Ader<br />
Bewehrung: B Stahlband<br />
Umhüllung: U Umhüllung aus Faserstoff<br />
Anzahl der Adern/Querschnitt: 3 x 120<br />
Kurzzeichen des Leiteraufbaues: RM rund, mehrdrahtig<br />
Nennspannung U0/U in kV: 12/20 kV<br />
Forjan Seite 93
Errichtung einer Umspannstation<br />
Dreiadriges Kabel mit Aluminiumleiter rund mehrdrahtig, mit haftmassegetränkter<br />
Papierisolierung, feldbegrenzenden leitfähigen Schichten über dem Leiter und der<br />
Isolierhülle, Bleimantel, Stahlbandbewehrung und Umhüllung aus Faserstoff.<br />
Dreibleimantelkabel<br />
Abb. 2.04: Dreibleimantelkabel<br />
3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM25 12/20 kV<br />
Kabelaufbau: E Energiekabel<br />
Leiter: A Aluminiumleiter<br />
Aderisolierung: 2X PE Polyäthylen<br />
Schirm: H feldbegrenzende leitfähige<br />
Schichten über dem Leiter und<br />
über der Isolierung<br />
C konzentrischer Leiter oder Schirm aus<br />
Kupfer über den verseilten und<br />
gemeinsam umhüllten Adern<br />
Mantel: 2Y PE Polyäthylen<br />
Anzahl der Adern/Querschnitt: 1 x 120<br />
Kurzzeichen des Leiteraufbaues: RM25 rund, mehrdrahtig<br />
Kupferschirm 25 mm²<br />
Nennspannung U0/U in kV: 12/20 kV<br />
Einadriges Kabel mit Aluminiumleiter rund mehrdrahtig, PE-Isolierung, feldbegrenzenden<br />
leitfähigen Schichten über dem Leiter und über der Isolierung, Kupferschirm <strong>von</strong> 25 mm²<br />
Nennquerschnitt und PE-Mantel<br />
12 Übergangsmuffe<br />
Damit man Kabel mit verschiedenem Kabelaufbau miteinander verbinden kann, gibt es so<br />
genannte Übergangsmuffen.<br />
Forjan Seite 94
Errichtung einer Umspannstation<br />
Bezeichnung: Übergangsmuffe zur Verbindung papierisolierter<br />
Dreimantelkabel mit geschirmten, kunststoffisolierten<br />
Einleiterkabel 20 kV ohne Bewehrung.<br />
Fabrikat: RAYCHEM<br />
Type: EPKJ-UE20 95-185<br />
12.1 Vorbereitung der Kunststoffkabel:<br />
Das Kunststoffkabel ist für die Montage entsprechend der Beschreibung abzusetzen. Dabei ist<br />
die Cu-Drahtabschirmung über den PE-Mantel zurückzuklappen. Die Aderisolierung als auch<br />
die leitfähigen Schichten (Feldbegrenzung) sind sorgfältig zu entfernen.<br />
Abb. 2.05: Vorbereitung des Kunststoffkabel<br />
12.2 Vorbereitung des Dreimantelkabels:<br />
Das Dreimantelkabel ist entsprechend der Beschreibung abzusetzen. Dabei sind die<br />
Erdungslitzen zwischen den Bleimänteln und der Stahlbandbewehrung herzustellen.<br />
Aufbringen einer Aufteilkappe und aufschrumpfen beginnend <strong>von</strong> der Mitte aus zum<br />
Kabelmantel und anschließend zu den Adern hin.<br />
Abb. 2.06: Vorbereitung des Dreimantelkabels<br />
Forjan Seite 95
Errichtung einer Umspannstation<br />
12.3 weitere Arbeitsschritte die durchzuführen sind:<br />
• Die Bleimäntel des Dreimantelkabels sind entsprechend der Beschreibung abzusetzen.<br />
• Höchstätterfolie (feldbegrenzende, leitfähige Schicht) und die erste Papierlage ist bis<br />
auf 10 mm vor dem Bleimantel zu entfernen.<br />
• Füllband über die Folie und dem Bleimantel ist aufzuwickeln.<br />
• Transparente Isolierschläuche sind ausgehend vom Bleimantel zur Ader<br />
aufzuschrumpfen.<br />
• leitfähige Schläuche sind über den Isolierschlauch und dem Bleimantel<br />
aufzuschrumpfen.<br />
• Die einzelnen Muffenbauteile müssen über die jeweiligen Kunststoffkabel aufgebracht<br />
werden.<br />
• Die Verbindung der Adern ist unter Hilfenahme <strong>von</strong> Presswerkzeugen herzustellen.<br />
Scharfe Kanten sind zu entfernen. Pressverbinder müssen einen Trennsteg aufweisen.<br />
• Beim Kunststoffkabel ist der Übergang <strong>von</strong> der Feldbegrenzung zur Aderisolierung<br />
mit einem Füllband zu versehen.<br />
• Beim Dreimantelkabel ist der Übergang vom leitfähigen Schlauch auf den<br />
transparenten Isolierschlauch mit einem Füllband zu versehen.<br />
• Über den Pressverbinder wird ein Füllband aufgewickelt.<br />
• Die einzelnen Muffenbauteile sind der Reihe nach <strong>von</strong> der Mitte ausgehend<br />
aufzuschrumpfen.<br />
o Feldsteuerungsschlauch<br />
o Isolierschlauch<br />
o Aderschutzmuffe<br />
• Kupfergewebeband halb überlappend über jede Ader wickeln und das Ende auf dem<br />
Bleimantel festlegen.<br />
• Schirmdrähte des Kunststoffkabels sind zurückzuklappen und flach über die Ader zu<br />
verteilen. Herstellen einer leitenden Verbindung zwischen dem Kupfergewebeband<br />
und der Kupferschirme mit Rollfedern.<br />
• Aufschrumpfen der Außenmuffe.<br />
13 Leitungsverlegung nach ÖVE-L20<br />
13.1 Geltung<br />
Diese Bestimmungen gelten für die ortsfeste Verlegung <strong>von</strong> Energiekabeln aller<br />
Spannungsebenen sowie Steuer- und Messkabeln. Die Kabelanlage endet mechanisch und<br />
elektrisch mit den Kabelabschlusseinrichtungen und den zugehörigen Muffen.<br />
13.2 Bei der Kabelverlegung sind folgend Punkte zu<br />
berücksichtigen:<br />
• zulässige Biegeradien<br />
• zulässige Zugbeanspruchung<br />
• Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens<br />
• Auslegen der Kabel<br />
• Bettung und Schutz der im Erdboden verlegten Kabel<br />
Forjan Seite 96
Errichtung einer Umspannstation<br />
13.2.1 Zulässige Biegeradien<br />
Die zulässigen Biegeradien R dürfen beim Biegen und Auslegen der Kabel und an den<br />
Befestigungspunkten nicht unterschritten werden.<br />
Tabelle 2.03: Biegeradien<br />
Kabeltyp<br />
Mehradrige<br />
und<br />
vieladrige Kabel<br />
Einadrige Kabel<br />
Kunststoffisoliert Kabel<br />
U < 1 kV<br />
bewehrt unbewehrt<br />
Biegeradius R Mindestwert<br />
15 DA<br />
12 DA<br />
U > 1 kV<br />
15 DA<br />
Papierisolierte<br />
Kabel mit<br />
Bleimantel<br />
15 DA<br />
15 DA 25 DA<br />
DA Außendurchmesser des Kabels<br />
Diese Tabelle gilt für Kabel mit einer Nennspannung U bis 60 kV.<br />
13.2.2 zulässige Zugbeanspruchung<br />
Bei maschineller Kabelverlegung wird die Zugkraft unter Verwendung einer Ziehkopfes,<br />
eines Ziehstrumpfes oder anderer geeigneter Vorrichtungen vom Zugseil auf das Kabel<br />
übertragen.<br />
• Beim Ausziehen des Kabels dürfen keine Torsionskräfte entstehen.<br />
• Eine Überschreitung der höchstzulässigen Zugkraft ist zu verhindern<br />
13.2.3 zulässige Beanspruchung bei Verwendung eines Ziehkopfes<br />
Die höchstzulässige Zugkraft wird je mm² Leiterquerschnitt ermittelt. Zur Berechnung ist der<br />
Querschnitt aller Leiter zu verwenden.<br />
Kupferleiter 5 daN/mm²<br />
Aluminiumleiter 3 daN/mm²<br />
13.2.4 zulässige Zugbeanspruchung bei Verwendung eines Ziehstrumpfes<br />
Durch den Ziehstrumpf wird die Zugkraft F auf die Oberfläche des Kabels übertragen und ist<br />
daher entsprechend geringer als bei Verwendung eines Ziehkopfes. Sie ist mittels<br />
nachstehender Formel zu berechnen.<br />
2<br />
F = k * D<br />
k..........0,1 daN/mm²<br />
D.........Kabelaußendurchmesser in mm<br />
Forjan Seite 97
Errichtung einer Umspannstation<br />
Je nach Angabe der Erzeugerfirma kann die Konstante k=0,1 entsprechend dem Kabelaufbau<br />
auch höher angenommen werden.<br />
Kabel mit zugfester Bewehrung<br />
Stahldraht- Bewehrung 12 da/N/mm²<br />
AlMgSi- Draht- Bewehrung 9 da/N/mm²<br />
Aluminiumdraht- Bewehrung 6 da/N/mm²<br />
13.3 Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens<br />
Tabelle 2.04: Verlegetiefen<br />
Bis 1000 V mindestens 0,7 m<br />
1 kV 30 kV mindestens 0,8 m<br />
über 30 kV mindestens 1,2 m<br />
felsiger Boden alle Spannungen mindestens 0,6 m<br />
Bei Verlegung der Kabel in Verkehrsflächen, innerhalb des Fahrbahnbereiches <strong>von</strong> Straßen<br />
sind die angegebenen Verlegungstiefen für Kabel mit Nennspannungen bis 30 kV um<br />
mindestens 0,1 m zu vergrößern. Öffentliche Verkehrsflächen sind in der Regel in<br />
Mantelrohren zu unterfahren. Die Mindestüberdeckung beträgt 0,8 m.<br />
13.3.1 Auslegen der Kabel<br />
Grundsätzlich sind folgende Punkte einzuhalten:<br />
• Kabel sind <strong>von</strong> der Trommel in vorgegebener Richtung zu ziehen.<br />
• Quetschungen und das Scheuern sind zu vermeiden.<br />
• Zulässige Biegeradien dürfen nicht unterschritten werden.<br />
13.3.2 Mindesttemperaturen bei der Kabelverlegung und bei der Montage<br />
Tabelle 2.05: Mindesttemperaturen<br />
Papierisolierte Kabel mit Bleimantel > +5°C<br />
Kabel mit PVC Isolierhülle u/o PVC Mantel > - 5°C<br />
Kabel mit PE oder VPE Isolierhülle, PE Mantel bis 30 kV > - 20°C<br />
Kabel mit PE oder VPE Isolierhülle, PE Mantel über 30 kV Herstellerangabe<br />
Bei tieferen Temperaturen ist ein Aufwärmen des Kabels erforderlich.<br />
Forjan Seite 98
Errichtung einer Umspannstation<br />
13.3.3 Trommelgrößen<br />
Bei der Herstellung und nach erfolgter Fertigung der Kabel werden diese auf Trommeln<br />
aufgewickelt. Die Trommelgröße ist <strong>von</strong> den jeweiligen Mindestbiegeradien abhängig. Diese<br />
Einheitstrommeln werden mit der Bezeichnung<br />
z. B E6 definiert.<br />
E.........Einheitsversandtrommel aus Holz<br />
6.........Flanschdurchmesser in [mm] 600 mm<br />
13.3.4 Zuordnung der Trommeln<br />
Die einem Kabel oder einer Leitung zugeordnete Trommel ist <strong>von</strong> der Länge,<br />
Außendurchmesser und Gewicht des Kabels bzw. der Leitung abhängig.<br />
Entsprechend der Kabel oder Leitungstype muss der Trommelkern einen Mindestwert haben.<br />
Tabelle 2.06: Trommelzuordnung<br />
Energiekabel<br />
Kleinster Kerndurchmesser<br />
bis 6 kV 10 kV über 10 kV<br />
Papier- Bleikabel<br />
Einadrig 25 D 25 D 30 D<br />
mehradrig unbewehrt 25 D 25 D 25 D<br />
Bewehrt 20 D 20 D 20 D<br />
Dreimantelkabel bewehrt - - 20 D<br />
Kunststoffkabel 1 kV 6 kV<br />
Einadrig 20 D 20 D 25 D 25 D<br />
mehradrig bis inkl. 95 mm² 15 D 20 D 20 D 25 D<br />
mehradrig über 95 mm² 20 D 20 D 20 D 25 D<br />
Vieladrig 15 D - - -<br />
13.3.5 Bettung und Schutz der im Erdboden verlegten Kabel<br />
Die Sohle des Kabelgrabens (Künette) soll vor dem Auslegen bzw. vor dem Kabelziehen mit<br />
mindestens 5 cm feinem Sand oder gesiebtem Erdreich bedeckt sein, wenn spitzes oder<br />
kantiges Material vorliegt. Der lichte Abstand <strong>von</strong> Kabel über 1 kV und Kabel bis 1000 V<br />
muss mindestens 10 cm betragen oder sie sind durch eine geschlossene Reihe <strong>von</strong><br />
Mauerziegel oder durch Anbringen <strong>von</strong> Trennplatten zu trennen. Bei Kreuzungen bzw. bei<br />
Näherungen mit Fremdleitungen aller Art sind die Mindestabstände einzuhalten. Die<br />
ausgelegten Kabel sollen <strong>von</strong> der Oberkante des höchsten Kabels gemessen mit mind. 5 cm<br />
bis 10 cm feinem Sand bedeckt werden.<br />
Bei erhöhter mechanischer Gefährdung sind zusätzliche Schutzmassnahmen zu treffen, z.B.<br />
Abdeckungen mit Betonrohre, Metallplatten oder durch Kabeltröge. Über das Sandbett ist<br />
über die gesamte Trassenbreite eine geschlossene Kabelabdeckung mittels<br />
Kabelabdeckplatten aus PVC herzustellen. 30 cm über der Kabelabdeckung muss mind. ein<br />
Trassenwarnband verlegt werden.<br />
Forjan Seite 99
Errichtung einer Umspannstation<br />
14 Mittelspannungsschaltanlage<br />
Schaltanlagen im Mittelspannungsnetz werden hauptsächlich als Innenraumschaltanlagen in<br />
Form einer Schrankanlage nach dem Baukastenprinzip zusammengestellt. Diese könne als<br />
fabrikfertige Schaltzellen, die an Ort und Stelle in der erforderlichen Anordnung kombiniert<br />
werden oder auch als gasisolierte Schaltanlagen zu einer Innenraumschaltanlage<br />
zusammengefügt werden.<br />
14.1 Arten <strong>von</strong> Innenraumschaltanlagen<br />
• offene Bauweise<br />
• gekapselte Bauweise<br />
• geschottete Bauweise<br />
• gasisolierte Bauweise<br />
14.1.1 offene Bauweise<br />
Bei der offenen Bauweise ist kein Berührungsschutz gegeben. Die einzelnen Schaltzellen, die<br />
aus lichtbogenfesten Trennwänden bestehen, werden nur in abgeschlossenen elektrischen<br />
Betriebsstätten aufgestellt. Die einzuhaltenden Mindestabstände sind sehr groß. Als<br />
Isoliermedium dient Luft.<br />
14.1.2 gekapselte Bauweise<br />
Bei der gekapselten Bauweise ist ein vollständiger Berührungsschutz gegeben. Gekapselte<br />
Anlagen sind vollständig mit Stahlblech umhüllt. Die fabrikmäßige Fertigung und die<br />
modulare Bauweise der einzelnen Zellen sind ein großer Vorteil solcher Schaltanlagen.<br />
Entstehender Überdruck durch Schalthandlungen wird über eine Explosionsklappe nach<br />
außen hin, gefahrlos für das Bedienpersonal abgeleitet.<br />
Mittelspannungsschaltanlagen in gekapselter Bauweise können wie folgt eingeteilt werden:<br />
• teilgeschottete Bauweise<br />
• geschottete Bauweise<br />
• metallgeschottete Bauweise<br />
14.1.2.1 gekapselte teilgeschottet Bauweise<br />
Diese Anlagen sind nur mit einer geringen Anzahl oder keinen Zwischenwänden oder<br />
Schotträumen versehen.<br />
Forjan Seite 100
Errichtung einer Umspannstation<br />
14.1.2.2 gekapselte geschottete Bauweise<br />
Bei Anlagen in geschotteter Bauweise sind die Schaltfelder und Funktionsräume durch<br />
nichtmetallische isolierende Zwischenwände getrennt.<br />
14.1.2.3 gekapselte metallgeschottete Bauweise<br />
Bei Anlagen metallgeschotteter Bauweise handelt es sich um Anlagen deren Schaltfelder bzw.<br />
Funktionsräume durch metallische, geerdete Zwischenwände <strong>von</strong>einander getrennt sind.<br />
14.1.3 gasisoliert Bauweise<br />
Bei gasisolierten Anlagen befinden sich alle Komponenten ab dem Kabelendverschluss wie<br />
Sammelschiene, Schalter, Trenner, Wandler usw. in gasdichten Behältern. Die Behälter sind<br />
mit SF6 niedrigen Druckes gefüllt.<br />
Bei unserem Projekt kommt eine metallgekapselte, fabriksfertige und typgeprüfte modular<br />
aufgebaute 24 kV-SF6 gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage für Innenraumaufstellung,<br />
Type CGM 24/L2 zur Anwendung.<br />
14.1.4 Fabrikat: VA TECH ELIN-EBG / ORMAZABAL<br />
Die dreifeldrige Schaltanlagensystem CGM 24/L2 besteht aus:<br />
zwei modulare Netzschaltfelder<br />
Kabelzellen 12/24 kV der Type CML<br />
einem modularen Schutzsicherungsschaltfeld<br />
Trafoschaltzelle mit Sicherungen 12/24 kV der Type CMP-F<br />
14.1.4.1 Kabelzelle<br />
Abb. 2.07: Kabelzelle<br />
Forjan Seite 101
Errichtung einer Umspannstation<br />
14.1.4.2 Trafozelle<br />
15 SF6-Schaltanlage<br />
15.1 Allgemein<br />
Abb. 2.08: Trafozelle<br />
Sie benutzen Schwefelhexafluorid als gasförmiges Isolier- und Löschmittel. Das Gas hat<br />
gegenüber Luft bei gleichem Druck bis zu eine dreifach größere elektrische Festigkeit und<br />
eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, die für das Löschvermögen relevant ist. Auf Grund der<br />
großen elektrischen Festigkeit ergeben sich für die Schaltanlagen kleinere, kompaktere<br />
Bauweisen.<br />
Vorteile des SF6-Gases:<br />
• gute Isoliereigenschaften<br />
• schwer ionisierbar<br />
• ungiftig<br />
• unbrennbar<br />
• chemisch stabil<br />
• nicht aggressiv<br />
• wasserunlöslich<br />
Nachteile des SF6-Gases:<br />
• schwerer als Luft<br />
• geruchlos<br />
• Bildet zusammen mit dem durch den Schaltlichtbogen verdampften<br />
Elektrodenmaterial und der immer vorhandenen Restfeuchtigkeit, giftige und<br />
aggressive Verbindungen.<br />
Gelangt SF6-Gas in die Atmosphäre, unterstütz das Gas den Treibhauseffekt. Allerdings sind<br />
die in der Hochspannungstechnik eingesetzten Mengen sehr gering und entweichen nur in<br />
Schadensfällen in die Atmosphäre.<br />
Forjan Seite 102
Errichtung einer Umspannstation<br />
15.2 Zellentypen<br />
Das System besteht aus mehreren modularen Schaltzellentypen. Die einzelnen Typen sind<br />
beliebig kombinierbar und können damit je nach Kundenwunsch bzw. Erfordernissen zu<br />
entsprechenden Schaltanlagen zusammengeschlossen werden.<br />
Es sind folgende Schaltzellenfunktionen verfügbar:<br />
• Kabelzelle<br />
• Transformatorzelle<br />
• Sammelschienenlängstrennung<br />
• Leistungsschalterzelle<br />
• Messzelle (luftisoliert)<br />
Das modulare Zellensystem bietet durch ihre Bauweise folgende Vorteile:<br />
• komplette, fabrikfertige Ausführung<br />
• Verunreinigungsbeständigkeit des Hochspannungsteils<br />
• Hohe Bediensicherheit, hoher Personensicherheit<br />
• Minimaler Wartungsaufwand<br />
• Modularität (problemloser Austausch und Zubau einzelner Schaltzellen)<br />
15.3 Komponenten einer Zelle<br />
• Gastank<br />
• Niederspannungsnische<br />
• Antriebsraum<br />
• Unterkonstruktion mit Druckentlastungs- und Kabelanschlussraum<br />
• Sammelverbindungsset<br />
15.3.1 Gastank<br />
15.3.1.1 Kapselung<br />
Die Kapselung der Anlage bzw. der einzelnen Schaltfelder bestehen aus einer<br />
Blechkonstruktion, deren mechanische Starrheit eine Verformung unter den gegebenen<br />
Betriebsbedingungen ausschließt. Der Gasbehälter besteht aus Edelstahl, die restlichen<br />
Bauteile aus verzinktem Blech, die einen ausgezeichneten Schutz gegen Korrosion bietet. Der<br />
Gasbehälter der Schaltfelder ist mit einer Druckentlastungsscheibe ausgestattet, die bei<br />
auftretenden Störlichtbögen bzw. Innenlichtbögen wirksam werden. Der dabei entstehende<br />
Gasüberdruck in der Anlage wird nach unten abgeleitet, so dass sie keinerlei Einwirkungen<br />
auf die Mittelspannungskabel bzw. auf die Schaltelemente haben.<br />
Der Gastank ist so konstruiert und abgedichtet, dass er ohne Nachbefüllung ca. 30 Jahre lang<br />
unter sicheren Arbeitsbedingungen in Betrieb bleiben kann.<br />
Forjan Seite 103
Errichtung einer Umspannstation<br />
15.3.1.2 Der Gastank enthält folgende Elemente:<br />
Sammelschiene und Sammelschienenverbindungen<br />
Trenn- , Erdungsschalter und Vakuum- Leistungsschalter<br />
Durchführung für Kabelanschluss mittels Kabelstecksystem<br />
15.3.1.3 Sammelschiene uns Sammelschienenverbindungen<br />
Die Sammelschienen der SF6-Schaltanlage sind für den zulässigen Bemessungs-<br />
Kurzzeitstrom (20 kA /3 s) und dem Bemessungs-Stoßstrom (50kA) ausgelegt und halten den<br />
dynamischen Kräften stand, ohne dass es dabei zu einer bleibenden Verformung kommt. Die<br />
Sammelschienen sind aus Kupfer und intern sind sie mit den einpoligen Durchführungen<br />
verbunden. Diese Durchführungen sind für Modulkupplungen vorgesehen, um ein leichteres<br />
Verbinden der Sammelschienen einzelner Zellen zu ermöglichen.<br />
15.3.1.4 Trenn und Erdungsschalter<br />
Je nach Schaltzellentyp sind im Gastank Leistungsschalter, Trennschalter und / oder<br />
Erdungschalter untergebracht. Es existiert ein robust mechanisches und elektrisches<br />
Verriegelungssystem zwischen Trennschalterbetätigung und Leistungsschalter, um mögliche<br />
Schaltfehler zu vermeiden.<br />
15.3.1.5 Durchführungen für Kabelanschluss mittels Kabelstecksystem<br />
Für die Kabelanschlüsse der externen Hochspannungsanschlüsse stehen drei<br />
Durchführungssysteme zur Verfügung:<br />
• Durchführung für 630 A<br />
• Durchführung für 400 A<br />
• Durchführung für 250 A<br />
15.3.2 Niederspannungsnische<br />
In der Niederspannungsnische, die sich oberhalb des Antriebsraumes befindet, sind die<br />
einzelnen Niederspannungskontrollelemente untergebracht.<br />
15.3.3 Antriebsraum<br />
In diesem Raum befinden sich die Betätigung des 3-Stellung-Trennschalters und des<br />
Vakuum-Leistungsschalters, sowie die Verriegelung zwischen den Schaltelementen und der<br />
Abdeckung des Kabelanschlussraums.<br />
15.3.4 Unterkonstruktion mit Druckentlastungs- und Kabelanschlussraum<br />
Bei Auftreten eines inneren Störlichtbogens können die Gase und der Druck über eine<br />
Berstscheibe in den Druckentlastungsraum entweichen. Durch diese Ableitung der Gase nach<br />
hinten und nach unten werden die angeschlossenen Mittelspannungskabel vor der Einwirkung<br />
des Lichtbogens geschützt.<br />
Forjan Seite 104
Errichtung einer Umspannstation<br />
Die Konstruktion der Schaltzelle erlaubt den Anschluss <strong>von</strong> zwei Kabeln. Der<br />
Kabelanschlussraum beinhaltet zusätzlich auch eine Anlagenerdungsschiene.<br />
15.3.5 Sammelschienenverbindungsset<br />
Damit sind jene Komponenten gemeint, mit denen die Zellen mechanisch und elektrisch<br />
zusammengeschlossen werden.<br />
15.4 Wartung<br />
Auf Grund ihrer Vollisolierung im SF6-Gas sind die spannungsführenden Teile der<br />
Steuergeräte und des Hauptstromkreises wartungsfrei, da sie keinen Umwelteinflüssen<br />
ausgesetzt sind. Antriebselemente und sonstige Bedien- und Bauteile der Schaltanlage, die<br />
außerhalb des Gasbehälters angeordnet sind, unterliegen einer bestimmten Wartung. Die<br />
Wartungsintervalle sind sowohl <strong>von</strong> den jeweiligen Umweltbedingungen und der<br />
Schalthäufigkeit der Anlage als auch <strong>von</strong> deren Bedeutung abhängig.<br />
16 Verteiltransformator<br />
16.1 Aufgabe des Umspanners<br />
Umspanner bzw. Transformatoren dienen der Übertragung elektrischer Energie <strong>von</strong> Systemen<br />
einer Spannung U1 in Systeme anderer Spannung U2, bei gleichbleibender Frequenz.<br />
Man unterscheidet zwischen Aufspanntransformatoren und Abspanntransformatoren.<br />
Aufspanntransformatoren transformieren Spannungen hoch und Abspanntransformatoren<br />
transformieren Spannungen herunter.<br />
Einteilung der Transformatoren nach dem Verwendungszweck:<br />
• Block- Maschinentransformatoren<br />
• Netzkuppeltransformatoren<br />
• Verteiltransformatoren<br />
• Netztransformatoren<br />
16.2 Energieverteilung<br />
16.2.1 Kraftwerk:<br />
In Kraftwerken werden Block- bzw. Maschinentransformatoren eingesetzt. Die<br />
Energierichtung ist <strong>von</strong> der Maschine in das Netz festgelegt.<br />
Leistung: <strong>von</strong> 10 MVA bis zur Grenzleistung (derzeit bei 1300 MVA)<br />
• Aufspanntransformator 220 kV –> 380 kV<br />
110 kV –> 220 kV<br />
Forjan Seite 105
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.2.2 Verbundnetz (Gesellschaften)<br />
Im Verbundnetz werde Kuppeltransformatoren eingesetzt. Der Energiefluss kann in beide<br />
Richtungen erfolgen<br />
Leistung: 100 bis 300 MVA<br />
• Abspanntransformatoren 220 kV –> 110 kV<br />
380 kV –>110 kV<br />
16.2.2.1 Landesgesellschaften<br />
Bei den Landesgesellschaften werden Abspanntransformatoren eingesetzt.<br />
Leistung: 2 MVA bis 50 MVA<br />
• Abspanntransformatoren 110 kV –> 30, 20, 10 kV<br />
10, 20, 30 kV –> 400/231 V<br />
16.3 Größe <strong>von</strong> Transformatoren<br />
• Klein- und Kleinsttransformatoren<br />
• Verteiltransformatoren<br />
• Mitteltransformatoren<br />
• Großtransformatoren<br />
• Grenzleistungstransformatoren<br />
16.3.1 Klein- und Kleinsttransformatoren<br />
Leistung: 16 kVA<br />
Spannung: 1000 V<br />
16.3.2 Verteiltransformatoren<br />
Leistung: 50 kVA bis 2 MVA<br />
Spannung OS: 10, 20, 30 kV<br />
Spannung US: 400 V<br />
16.3.3 Mitteltransformatoren<br />
Industrietransformatoren und in den Umspannwerken<br />
Leistung: 2 MVA bis 50 MVA<br />
Spannung OS: 110 kV<br />
Spannung US: 10, 20, 30 kV<br />
16.3.4 Großtransformatoren<br />
Maschine und Blocktransformatoren<br />
Leistung: 50 MVA bis 400 MVA<br />
Spannung OS: 110, 220, 380, 750 und 1.000 KV<br />
Spannung US: 10, 20, 30 KV<br />
Forjan Seite 106
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.3.5 Grenzleistungstransformatoren<br />
Leistung: ab 400 MVA bis 1.300 MVA<br />
16.4 Sonderformen<br />
• Bahntransformatoren<br />
• Gleichrichtertransformatoren<br />
• Ofentransformatoren<br />
• Schweißtransformatoren<br />
• Schutztransformatoren<br />
• Spartransformatoren<br />
16.5 Kühlung <strong>von</strong> Transformatoren<br />
16.5.1 Kühlmittel:<br />
O Mineralöl<br />
L synthetische Flüssigkeit<br />
G Gas<br />
A LUFT<br />
W Wasser<br />
16.5.2 Kühlmittelbewegung:<br />
N natürliche Bewegung<br />
F erzwungene Bewegung (nicht gerichtet)<br />
D erzwungene Bewegung (gerichtet)<br />
16.5.3 daraus resultierende Kühlungsarten<br />
z.B:<br />
ONAN oil natural air natural<br />
ONAF oil natural air forced<br />
OFAN oil forced air natural<br />
OFAF oil forced air forced<br />
OFWF oil forced water forced<br />
OD oil directed<br />
Kommen die drei Kühlungsarten OFAN, OFAF, OFWF zusammen vor, so spricht man <strong>von</strong><br />
OD oder einer Zwangsdurchpressung.<br />
Forjan Seite 107
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.6 Erwärmung <strong>von</strong> Transformatoren<br />
Beim Betrieb <strong>von</strong> Transformatoren ist auf eine ausreichende Kühlung (Kühlluftzufuhr) zu<br />
achten. Je Verlust in kW sind an Kühlluft ca. 3 bis 4m³/min notwendig, was einer<br />
Lufterwärmung <strong>von</strong> etwa 15°K entspricht. Der notwendige Querschnitt für die<br />
Kühlluftzuführung ist aus dem nachfolgenden Diagramm zu entnehmen oder kann nach der<br />
Formel <strong>von</strong> Gotter berechnet werden.<br />
Tabelle 2.07: Erwärmung <strong>von</strong> Transformatoren<br />
16.7 Querschnitt einer Trafostation für die Berechnung des<br />
erforderlichen Lüftungsquerschnittes nach Gotter<br />
Formel nach Gotter<br />
A = 4,<br />
25*<br />
P *<br />
ζ<br />
H * Δ<br />
A = Querschnitt der Luftein- und Luftaustrittsöffnung[m²]<br />
P = Transformatorverluste [kW]<br />
H = Höhenunterschied zwischen Transformatormitte und Abluft<br />
Δ = Temperaturunterschied zwischen Zu- und Abluft<br />
ζ = Widerstandszahl<br />
Forjan Seite 108<br />
3<br />
Abb. 2.09: Lüftungsquerschnitte<br />
In der hier gezeigten Abbildung beträgt die Widerstandszahl 5 (Gitter in der Zuluftöffnung). Mit einem<br />
zusätzlichen Gitter in der Luftaustrittsöffnung erhöht sich diese Zahl um eine Einheit, mit einem weiteren Knie<br />
in der Luftführung um ca. 1,5.<br />
16.8 Bauarten <strong>von</strong> Transformatoren<br />
• Trockentransformator (Gießharztransformator)<br />
• Öltransformatoren<br />
• Transformator mit synthetischem Kühl- bzw. Isoliermittel
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.8.1 Trockentransformatoren<br />
Beim Trockentransformator dient als Isoliermedium ein mit Isolierharz getränktes Papier oder<br />
der Kern und Wicklung sind z.B. in Gießharz eingegossen. Die Verlustwärme wird direkt an<br />
die Umgebungsluft abgegeben. Die Baugröße ist mit einer Leistung <strong>von</strong> 5.000 kVA und einer<br />
Spannung <strong>von</strong> 36 kV begrenzt. Die Betriebstemperatur <strong>von</strong> Gießharztransformatoren wird mit<br />
Temperaturfühlern (Kaltleiter) überwacht, die in die Unterspannungswicklungen eingegossen<br />
sind. Die Schaltung mit den Kaltleitern ist so ausgeführt, dass bei einer bestimmten<br />
Temperatur, z. B. bei 70°C, eine Warnung ausgelöst wird und bei einer Temperatur <strong>von</strong> ca.<br />
90°C die Umspannerauslösung aktiviert wird.<br />
16.8.2 Öltransformatoren<br />
Abb. 2.10: Trockentransformator<br />
Bei Öltransformatoren befinden sich Kern und Wicklung in einem Mineralöl, welches als<br />
Isolierung und Kühlung dient. Die Verlustwärme wird im ersten Schritt an das Mineralöl und<br />
in weiterer Folge an den Ölkessel, der mit Faltwellen ausgestattet ist, abgegeben. Diese<br />
Bauart kann für Höchstspannungsnetze mit Leistungen <strong>von</strong> über 1.000 MVA ausgelegt<br />
werden. Öltransformatoren sind gegen Überlast und bei Kurzschluss mittels eines<br />
Buchholzrelais (Buchholzschutz) geschützt.<br />
Forjan Seite 109
Errichtung einer Umspannstation<br />
Abb. 2.11: Öltransformator, offene Bauweise<br />
16.8.3 Transformator mit synthetischem Kühl- bzw. Isoliermittel<br />
Bei diesen Transformatoren befinden sich Kern und Wicklung in einer synthetischen<br />
Flüssigkeit, die schwer entflammbar ist.<br />
16.9 Schaltgruppen <strong>von</strong> Transformatoren<br />
Bei Drehstromtransformatoren können die Wicklungsstränge wie folgt beschaltet werden.<br />
• Dreieckschaltung (D, d)<br />
• Sternschaltung (Y, y)<br />
• Zickzackschaltung (Z, z)<br />
• offene Schaltung (III, iii)<br />
Großbuchstaben werden für die Oberspannungswicklungen, Kleinbuchstaben für die<br />
Unterspannungswicklungen verwendet.<br />
16.9.1 bevorzugte Schaltungen bei Transformatoren<br />
Yyn0 Wird als Versorgungstransformator in Hochspannungsnetzen eingesetzt. Der<br />
Sternpunkt kann dauernd bis zu 10% des Nennstromes belastet werden.<br />
YNd5 Wird meist bei Maschinentransformatoren angewendet. Der Sternpunkt ist mit<br />
Nennstrom belastbar und der Anschluss <strong>von</strong> Erdschlussspulen ist möglich.<br />
Yzn5 Für Verteiltransformatoren ab ca. 250 kVA, der Sternpunkt ist mit Nennstrom<br />
belastbar und eignet sich für stark unsymmetrische Last.<br />
Dyn5 Für Verteiltransformatoren ab ca. 315 kVA, der Sternpunkt ist mit Nennstrom<br />
belastbar.<br />
Forjan Seite 110
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.9.2 Kennzahl<br />
Die Kennzahl gibt die Phasenverschiebung <strong>von</strong> der Oberspannungsseite zur<br />
Unterspannungsseite an. Die Kennzahl ist mit dem Faktor 30 zu multiplizieren.<br />
z.B. Dyn5: Oberspannungswicklung ist in Dreieck und die Unterspannungswicklung ist in<br />
Stern geschaltet, der Neutralleiter ist ausgeführt, die Phasenverschiebung<br />
beträgt 5 x 30° = 150°.<br />
16.10 Ausgewählter Umspanner<br />
16.10.1 Drehstromölumspanner<br />
Leistung: 630 kVA<br />
U1N: 20.0000 V<br />
U2N: 400/231 V<br />
Frequenz: 50 Hz<br />
Schaltgruppe: Dyn5<br />
Kurzschlussspannung: 6%<br />
verwendetes Fabrikat: VA TECH ELIN EBG Verteiltransformator<br />
für Innen- und Freiluftaufstellung geeignet<br />
verwendete Type: TDQ<br />
Ausführung ohne Ausdehnungsgefäß,<br />
hermetisch abgeschlossen<br />
Transformatoren in Hermetik- Ausführung sind besonders geeignet für<br />
Kompaktkabelstationen. Ein weiterer Vorteil des Transformators ist die Wartungsfreiheit.<br />
maximale Betriebsspannung: 24 kV<br />
Prüfspannung 50 Hz, 1 min: 50 kV<br />
Prüfspannung Scheitelwert: 125 kV<br />
Forjan Seite 111
Errichtung einer Umspannstation<br />
16.11 Überwachungsgeräte<br />
• Thermogefahrmelder<br />
Trafag-Thermostat<br />
Der Trafag Thermostat dient zur Überwachung der Öltemperatur im<br />
Transformator. Der Temperaturbereich erstreckt sich <strong>von</strong> 20°C bis 150°C.<br />
Durch die Ölerwärmung dehnt sich die Flüssigkeit im Thermostat aus und<br />
bewirkt eine Betätigung des Umschalters. Der Umschalter kann als Arbeits-<br />
oder Ruhekontakt benützt werden. Für die Einstellung des<br />
Temperaturbereiches dient ein Regulierknopf.<br />
• Ziffernblattthermometer<br />
Ist ein Bimetallthermometer und besitzt einen Schlepper für die maximale<br />
Öltemperatur.<br />
• Druckentlastungsventil<br />
Das Druckentlastungsventil schützt den Transformator vor plötzlich<br />
auftretenden Überdruck.<br />
• Hermetik- Schutz<br />
Dient als Schutz hermetisch geschlossener, vollständig mit Öl gefüllter<br />
Transformatoren. Bei Ölverlust oder unzulässiger Gasbildung wird Alarm<br />
ausgelöst.<br />
16.12 Kesseldurchführungen<br />
Oberspannungsseitig sind gießharzisolierte Steckdurchführungen mit genormtem<br />
Außenkonus- System, Fabrikat Euromold, Serie 200 mit Steckkontakt nach DIN 47636<br />
angebracht.<br />
Euromold Gerätedurchführung Anschlusstyp A, 250 A<br />
Type: K180AR-3/J (kurz)<br />
Nennspannung. 20 kV<br />
max. Betriebsspannung: 24 kV<br />
Winkelkabelsteckteil v. nkt cables<br />
Type: EASW 20/250 bis 24 kV<br />
Unterspannungsseitig sind Porzellandurchführungen mit Anschlussklemmen Fabrikat<br />
Pfisterer mit passenden Abdeckhauben versehen.<br />
Klemmen: Pfisterer, Type 332 436 001 (senkrechter Abgang)<br />
Querschnitt RM 4x120-300, SM 4x120-185<br />
Hauben: Pfisterer, Type 332 435 001<br />
Forjan Seite 112
Errichtung einer Umspannstation<br />
Durch diese Maßnahme ist es sichergestellt, dass beim Umspanner auch im Betrieb<br />
(eingeschalteter Zustand) Revisionsarbeiten durchgeführt werden können.<br />
Abb. 2.12: Ölumspanner in Hermetikausführung<br />
Forjan Seite 113
Errichtung einer Umspannstation<br />
17 Kurzschlussberechnung für die 20 kV-Umspannstation<br />
Sportplatzgasse<br />
17.1 Allgemein<br />
Der an der Einbaustelle auftretende größtmögliche Kurzschlussstrom ist maßgebend für die<br />
Dimensionierung bzw. Auswahl der geeigneten Schaltgeräte, Sammelschienen usw. nach dem<br />
• Schaltvermögen<br />
• Kurzschlussfestigkeit<br />
Abb. 2.13: Kurzschlussstromverlauf<br />
Forjan Seite 114
Errichtung einer Umspannstation<br />
Für die Kurzschlussberechnung sind für die einzelnen Kabelabschnitte die jeweiligen<br />
Reaktanzen und Resistanzen zu berechnen. Die Induktivitätsbeläge sind aus den Tabellen zu<br />
ermitteln.<br />
17.2 Berechnung der Leiterreaktanzen und Resistanzen<br />
17.2.1 Strecke 1<br />
Kabel: 3 x E-A2XHC2Y 1 x 240 RM25 12/20 kV - gebündelt<br />
Länge: 983,0 m<br />
aus der Tabelle A2: L`<strong>von</strong> PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,34 mH/km<br />
aus der Tabelle A3: IB = 391 A<br />
XL´<br />
= ω * L´<br />
XL´<br />
= 2 * π * 50 * 0,<br />
34 mH<br />
XL`=<br />
0,<br />
107<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
Km<br />
1000m<br />
RL`=<br />
35m<br />
Ωmm²<br />
* 240mm²<br />
RL`=<br />
0,<br />
119<br />
Ω<br />
X<br />
X<br />
L<br />
L<br />
= l * XL´<br />
XL<br />
= 0,<br />
983Km<br />
* 0,<br />
107Ω<br />
Km<br />
R<br />
R<br />
L<br />
L<br />
= 0,<br />
105Ω<br />
= l * RL´<br />
RL<br />
= 0,<br />
983Km<br />
* 0,<br />
119Ω<br />
Km<br />
= 0,<br />
117Ω<br />
-----------------------------------------------------------------------------------------<br />
17.2.2 Strecke 2<br />
Kabel: E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel<br />
Länge: 285,0 m<br />
aus der Tabelle A1: L` = 0,35 mH/km<br />
aus der Tabelle A3: IB = 237 A<br />
XL´<br />
= ω * L´<br />
XL´<br />
= 2 * π * 50 * 0,<br />
35mH<br />
XL`=<br />
0,<br />
110<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
Ω<br />
Km<br />
1000m<br />
RL`=<br />
35m<br />
Ωmm²<br />
* 120mm²<br />
RL`=<br />
0,<br />
238<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
X<br />
X<br />
L<br />
L<br />
= l * XL´<br />
XL<br />
= 0,<br />
285Km<br />
* 0,<br />
107Ω<br />
Km<br />
R<br />
L<br />
= 0,<br />
031Ω<br />
RL<br />
= l * RL´<br />
RL<br />
= 0,<br />
285Km<br />
* 0,<br />
238Ω<br />
Km<br />
= 0,<br />
068Ω<br />
Forjan Seite 115
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.2.3 Strecke 3<br />
Kabel: E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel<br />
Länge: 570,0 m<br />
aus der Tabelle A1: L` = 0,35 mH/km<br />
aus der Tabelle A3: IB = 237 A<br />
XL´<br />
= ω * L´<br />
XL´<br />
= 2 * π * 50 * 0,<br />
35mH<br />
XL`=<br />
0,<br />
110<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
Ω<br />
Km<br />
1000m<br />
RL`=<br />
35m<br />
Ωmm²<br />
* 120mm²<br />
RL`=<br />
0,<br />
238<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
X<br />
X<br />
X<br />
R<br />
R<br />
R<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
= l * XL´<br />
= 0,<br />
062Ω<br />
Forjan Seite 116<br />
=<br />
=<br />
0,<br />
570<br />
= l * RL´<br />
0,<br />
570<br />
Km<br />
Km<br />
= 0,<br />
136Ω<br />
* 0,<br />
107<br />
* 0,<br />
238<br />
------------------------------------------------------------------------------------------<br />
17.2.4 Strecke 4<br />
Kabel: E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel<br />
Länge: 250,0 m<br />
aus der Tabelle A1: L` = 0,35 mH/km<br />
aus der Tabelle A3: IB = 237 A<br />
XL´<br />
= ω * L´<br />
XL´<br />
= 2 * π * 50 * 0,<br />
35mH<br />
XL`=<br />
0,<br />
110<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
Ω<br />
Km<br />
1000m<br />
RL`=<br />
35m<br />
Ωmm²<br />
* 120mm²<br />
RL`=<br />
0,<br />
238<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
X<br />
X<br />
X<br />
L<br />
L<br />
L<br />
= l * XL´<br />
=<br />
0,<br />
250<br />
Km<br />
= 0,<br />
028Ω<br />
RL<br />
= l * RL´<br />
R<br />
L<br />
= 0,<br />
06Ω<br />
* 0,<br />
110<br />
Ω<br />
Ω<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
Km<br />
RL<br />
= 0,<br />
250Km<br />
* 0,<br />
238Ω<br />
Km
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.2.5 Strecke 5<br />
Kabel: 3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM16 12/20 kV - gebündelt<br />
Länge: 110,0 m<br />
aus der Tabelle A2: L`<strong>von</strong> PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,38 mH/km<br />
aus der Tabelle A3: IB = 267 A<br />
XL´<br />
= ω * L´<br />
XL´<br />
= 2 * π * 50 * 0,<br />
38mH<br />
XL`=<br />
0,<br />
119<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
Ω<br />
Km<br />
1000m<br />
RL`=<br />
35m<br />
Ωmm²<br />
* 120mm²<br />
RL`=<br />
0,<br />
238<br />
Ω<br />
Km<br />
Km<br />
X<br />
X<br />
X<br />
R<br />
R<br />
R<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
L<br />
= l * XL´<br />
= 0,<br />
013Ω<br />
Forjan Seite 117<br />
=<br />
=<br />
0,<br />
110<br />
= l * RL´<br />
0,<br />
110<br />
Km<br />
Km<br />
= 0,<br />
026Ω<br />
* 0,<br />
119<br />
* 0,<br />
238<br />
-------------------------------------------------------------------------------------<br />
17.3 Reaktanz des vorgelagerten 110 kV- Netzes<br />
17.3.1 Umspannwerk UW-Pirka<br />
SK” = 350 MVA lt. Angaben der Steweag-Steg<br />
17.3.2 Berechnung der Reaktanz des vorgelagerten 110kV- Netzes bezogen<br />
auf die 20kV- Seite<br />
X<br />
X<br />
X<br />
N<br />
N<br />
N<br />
2<br />
1,<br />
1*<br />
UN<br />
=<br />
SKN<br />
"<br />
2<br />
1,<br />
1*<br />
( 20.<br />
000)<br />
=<br />
350.<br />
000.<br />
000<br />
= 1,<br />
26Ω<br />
17.4 Impedanz der 20 kV- Leitungen<br />
= 0,<br />
117Ω<br />
+ 0,<br />
105Ω<br />
= 0,<br />
068Ω<br />
+ 0,<br />
031Ω<br />
= 0,<br />
136Ω<br />
+ 0,<br />
062Ω<br />
= 0,<br />
060Ω<br />
+ 0,<br />
028Ω<br />
= 0,<br />
026Ω<br />
+ 0,<br />
013Ω<br />
ZL 1 j<br />
ZL 2 j<br />
ZL 3 j<br />
ZL 4 j<br />
ZL<br />
5 j<br />
Ω<br />
Ω<br />
Km<br />
Km
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.4.1 Gesamtimpedanz der 20 kV- Leitungen<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
LG<br />
LG<br />
LG<br />
= Z<br />
L1<br />
+ Z<br />
L2<br />
+ Z<br />
L3<br />
+ Z<br />
L4<br />
= 0,<br />
117Ω<br />
+ j0,<br />
105Ω<br />
+ 0,<br />
068Ω<br />
+ j0,<br />
031+<br />
0,<br />
136Ω<br />
+ j0,<br />
062Ω<br />
+ 0,<br />
060Ω<br />
+ j0,<br />
028Ω<br />
+ 0,<br />
026Ω<br />
+ j0,<br />
013Ω<br />
= 0,<br />
407Ω<br />
+ j0,<br />
239Ω<br />
+ Z<br />
L5<br />
17.4.2 Gesamtimpedanz der Kurzschlussstrecke<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
K<br />
K<br />
K<br />
K<br />
= X<br />
= X<br />
N<br />
N<br />
+ Z<br />
+ R<br />
LG<br />
LG<br />
+ X<br />
LG<br />
= j1,<br />
26Ω<br />
+ 0,<br />
407Ω<br />
+ j0,<br />
239Ω<br />
= 0,<br />
407Ω<br />
+ j1,<br />
499Ω<br />
= RK<br />
+ X<br />
K<br />
| Z<br />
| Z<br />
| Z<br />
K<br />
K<br />
K<br />
| = 1,<br />
55Ω<br />
+ ( 1,<br />
499)²<br />
Forjan Seite 118<br />
| =<br />
| =<br />
R<br />
2<br />
K<br />
+ X<br />
( 0,<br />
407)²<br />
17.5 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k<br />
Tabelle 2.08: Stoßfaktor „k“<br />
R X = 0,<br />
407Ω<br />
1,<br />
499Ω<br />
R<br />
X<br />
=<br />
0,<br />
27<br />
k aus dem Diagramm ~ 1,46<br />
2<br />
K
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.6 Berechnung des Stoßfaktors k<br />
17.6.1 Zeitkonstante<br />
T<br />
T<br />
T<br />
DC<br />
DC<br />
DC<br />
L 1 XK<br />
= K = *<br />
RK<br />
ω RK<br />
1 1,<br />
499Ω<br />
= *<br />
2 * π * 50 0,<br />
407Ω<br />
= 11,<br />
7ms<br />
17.6.2 Kurzschlusswinkel<br />
ϕK<br />
= arctan( XK<br />
RK)<br />
ϕK<br />
= arctan 1<br />
0,<br />
27<br />
ϕK<br />
= 74,<br />
89°<br />
ungünstigster Schaltaugenblick (u=0) der Schaltphasenwinkel des Stromes<br />
γ = −ϕK<br />
= −74,<br />
89°<br />
γ = −74,<br />
89°<br />
Der Stoßkurzschlussstrom ip tritt somit auf bei<br />
ωt<br />
= ( π 2)<br />
− γ<br />
ωt<br />
= 90°<br />
− ( −74,<br />
89°<br />
)<br />
ωt<br />
= 164,<br />
89°<br />
Zeit beim Phasenwinkel Stoßfaktor k<br />
( π / 2)<br />
− γ<br />
t = T<br />
2π<br />
164,<br />
89°<br />
t = 20ms<br />
360°<br />
t = 9,<br />
16ms<br />
κ = 1−<br />
e<br />
κ = 1−<br />
e<br />
κ = 1,<br />
44<br />
−t<br />
TDC<br />
sinγ<br />
sin( −74,<br />
89°<br />
)<br />
Forjan Seite 119<br />
−9<br />
, 16<br />
11,<br />
7
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.7 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“<br />
Dies ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes im Augenblick des<br />
Kurzschlusseintritts. Dieser Wert ist maßgebend für die Dimensionierung der Anlagenteile<br />
hinsichtlich<br />
I<br />
I<br />
I<br />
K<br />
K<br />
K<br />
"<br />
"<br />
"<br />
• Thermischen Beanspruchung IK<br />
• Ausschaltstromstärke IA<br />
20<br />
20<br />
20<br />
c * UN<br />
=<br />
3 * ZK<br />
1*<br />
20.<br />
000V<br />
=<br />
3 * 1,<br />
55Ω<br />
= 7,<br />
45kA<br />
c....... Sicherheitsfaktor<br />
c=1 einfach gespeistes Netz<br />
c=1,1 mehrfach gespeistes Netz<br />
UN.... Nennspannung an der Unterspannungsseite des speisenden Transformators<br />
Z...... Scheinwiderstand der Kurzschlussbahn<br />
17.8 Stoßkurzschlussstrom IS<br />
Dies ist der höchst zu erwartende Kurzschlussstrom. Er wird als Scheitelwert angegeben. Die<br />
dynamische (mechanische) Beanspruchung einzelner Betriebsmittel wie Sammelschienen,<br />
Stützer und Trenner sind vom Quadrat des Stoßkurzschlussstromes IS abhängig. Der<br />
Stoßkurzschlussstrom ist überwiegend vom Anteil RK/XK der Kurzschlussbahn abhängig.<br />
I<br />
I<br />
I<br />
S<br />
S<br />
S<br />
= κ * 2 * IK"<br />
20<br />
= 1,<br />
44*<br />
= 15,<br />
17kA<br />
2 * 7,<br />
45kA<br />
17.9 Berechnung des zu erwartenden maximalen<br />
Sammelschienennennstromes<br />
S max = SNN<br />
+ SNT<br />
S max = 920kVA<br />
+ 630KVA<br />
S max = 1.<br />
550kVA<br />
SNN.........Nennscheinleistung des nachgelagerten MSP- Netzes<br />
SNT.........Nennscheinleistung des Umspanners<br />
Forjan Seite 120
Errichtung einer Umspannstation<br />
17.9.1 maximal zu erwartende Sammelschienennennstrom<br />
I<br />
NSA<br />
I<br />
NSA<br />
SN<br />
1,<br />
55MVA<br />
= =<br />
UN<br />
* 3 20kV<br />
* 3<br />
= 44,<br />
75A<br />
~ 45A<br />
17.9.2 Thermische Beanspruchung der Sammelschiene durch Stromwärme<br />
Angenommene Umgebungstemperatur <strong>von</strong> 35°C ergibt bei einem Sammelschienennennstrom<br />
<strong>von</strong> 630 A eine Erwärmung auf 65°C Schienentemperatur(lt. DIN VDE 0298).<br />
Höchstzulässige Temperatur lt. DIN VDE 0298 bei Kurzschluss: ϑ K = 200°<br />
C<br />
Tabelle 2.09: Höchstzulässige Temperatur <strong>von</strong> Sammelschienen<br />
Aus der Bemessungs-Kurzzeitstromdichte S thr<br />
ist bei einer Anfangstemperatur <strong>von</strong> 65°C und<br />
einer Endtemperatur <strong>von</strong> 200°C eine Nennkurzzeitstromdichte Sthr <strong>von</strong> 135 A/mm² zulässig.<br />
aus der Tabelle:<br />
Sthr = 135 A mm<br />
2<br />
Für den Anfangskurzschlusswechselstrom IK“ ergibt sich eine Stromdichte <strong>von</strong>:<br />
Ith(<br />
s)<br />
7,<br />
45kA<br />
7450A<br />
Sth = =<br />
= = 2<br />
A 40mm<br />
* 5mm<br />
200mm<br />
Sth <<br />
Sthr<br />
2<br />
2<br />
37, 25 A mm < 135 A mm<br />
37,<br />
25<br />
Forjan Seite 121<br />
A<br />
mm<br />
2
Errichtung einer Umspannstation<br />
umgerechnet auf die größtmögliche Kurzschlussdauer tk bei IK“=7,45 kA<br />
I<br />
I<br />
I<br />
K<br />
K<br />
K<br />
"<br />
"<br />
"<br />
neu<br />
neu<br />
neu<br />
= Sthr * A<br />
= 135 A<br />
= 27kA<br />
IK"<br />
neu * t<br />
tk =<br />
IK"<br />
27kA*<br />
1s<br />
tk<br />
=<br />
7,<br />
45kA<br />
tk<br />
= 3,<br />
6s<br />
mm<br />
IK"<br />
neu * tkr<br />
=<br />
IK"<br />
2 * tk<br />
⇒<br />
kr<br />
2<br />
* 200mm<br />
2<br />
Forjan Seite 122
Errichtung einer Umspannstation<br />
18 Auswahl der Mittelspannungsschaltanlage auf Grund<br />
der durchgeführten Kurzschlussberechnung<br />
Anfangskurzschlusswechselstrom: IK“20 = 7,45 kA<br />
Stosskurzschlussstrom: IS = 15,17 kA<br />
maximal zu erwartende Sammelschienenstrom: INSA = 45 A<br />
gewählt:<br />
Mittelspannungsschaltanlage der<br />
VA TECH ELIN EBG – ORMAZABAL<br />
Metallgekapselte, fabrikfertige und typgeprüfte, modulare aufgebaute und erweiterbare 24kV,<br />
SF6-gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage für Innenraumaufstellung, Type CGM 24<br />
Das Schaltanlagensystem CGM 24 / L2 besteht aus zwei Kabelschaltzellen der Type CML<br />
und aus einer Trafoschaltzelle mit Sicherungen der Type CMP-F.<br />
Tabelle 2.10: Elektrische Kenndaten – Mittelspannungsschaltanlagen<br />
Forjan Seite 123
Errichtung einer Umspannstation<br />
19 Kurzschlussberechnung für die Umspannstation<br />
Sportplatzgasse Niederspannungsteil<br />
19.1 Allgemeines:<br />
Beim Auftreten <strong>von</strong> Kurzschlussströmen in Anlagenteilen werden diese durch<br />
elektrodynamische Kräfte mechanisch beansprucht. Die mechanische Beanspruchung <strong>von</strong><br />
Sammelschienen im Kurzschlussfall ist abhängig <strong>von</strong> der Höhe des Kurzschlussstromes und<br />
der Geometrie der Sammelschienenanordnung. Für die Bemessung und Auswahl der<br />
Anlagenteile in elektrischen Netzen ist unter anderem die Kenntnis der Größe der<br />
auftretenden Kurzschlussströme und Kurzschlussleistungen notwendig. Die elektrischen<br />
Anlagenteile sind so auszulegen, dass sie den Kurzschlusskräften standhalten.<br />
Bei dieser Berechnung wird der dreipolige Kurzschluss auf der Niederspannungsseite<br />
(400/231 V) als Fehlerfall herangezogen.<br />
19.2 Schema:<br />
vorgelagertes 20kV- Netz<br />
Sammelschiene<br />
20 kV<br />
40/5 Cu<br />
3 x E-2XHC2Y 1x50 RM16 20 kV<br />
Abb. 2.14: Schema für Kurzschlussberechnung<br />
Ölumspanner<br />
20/0,4 kV<br />
630 KVA<br />
6 %<br />
Dyn5<br />
2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1kV<br />
Forjan Seite 124<br />
Sammelschiene<br />
400/231 V<br />
60/10 Cu<br />
C1001N
Errichtung einer Umspannstation<br />
ausgewählter Umspanner: Ölumspanner<br />
Nennspannung: 20/0,4kV<br />
Nennscheinleistung: SN = 630 KVA<br />
Kurzschlussspannung: uK = 6%<br />
Schaltgruppe: Dyn5<br />
Kurzschlussleistung: PK = 9,3 kW<br />
19.3 Berechnung der Nennströme des Umspanners<br />
Sn = Un * In1*<br />
Sn<br />
In1<br />
=<br />
Un * 3<br />
630kVA<br />
In1<br />
=<br />
20kV<br />
* 3<br />
In1<br />
= 18,<br />
18A<br />
3<br />
Sn = Un * In2<br />
*<br />
In<br />
In<br />
In<br />
2<br />
2<br />
2<br />
Sn<br />
=<br />
Un * 3<br />
630kVA<br />
=<br />
400V<br />
* 3<br />
= 909A<br />
19.3.1 Auswahl der HH-Sicherung für den Umspanner<br />
HH-Sicherung gewählt aus der Tabelle (siehe Seite 131) : INSI=40 A<br />
19.4 Berechnung der Zuleitung <strong>von</strong> der MSP-Schaltanlage zum<br />
Umspanner<br />
Primärseitige Nennstrom des Umspanners: I1N=18,2A<br />
gewähltes Kabel: 3 x E-2XHC2Y 1 x 50 RM16 20 kV<br />
Strombelastbarkeit des Kabels bei Verlegung in Erde lt. Tabelle A3: IR=223 A<br />
maximale Betriebstemperatur: 70°C<br />
Umgebungstemperatur: 30°C<br />
Einzelverlegung: nein, gebündelt, 1- fach System<br />
19.4.1 Ermittlung der zulässigen Dauerstromstärke IZ<br />
zulässige Dauerstrom IZ:<br />
3<br />
19.4.2 Umrechnungsfaktor für die Strombelastbarkeit bei Luftverlegung<br />
<strong>von</strong> einadrigen Kabeln<br />
Einadrige Kabel bei gebündelter Verlegung in Luft<br />
auf dem Boden liegend Πf = 0,<br />
95 (lt. Herstellerliste)<br />
I<br />
I<br />
I<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
= IR<br />
* Πf<br />
= 223A<br />
* 0,<br />
95<br />
= 212A<br />
IZ = IR<br />
*<br />
Πf<br />
IB < IZ<br />
18 , 2A<br />
< 212A<br />
I B < IZ<br />
Forjan Seite 125
Errichtung einer Umspannstation<br />
19.5 Berechnung der Verbindungsleitung <strong>von</strong> den<br />
niederspannungsseitigen Klemmen des Umspanners zum<br />
Niederspannungsleistungsschalter:<br />
Sekundärseitige Nennstrom des Umspanners: I2N=909 A<br />
gewähltes Kabel: 2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1 kV<br />
Strombelastbarkeit des Kabel bei Verlegung in Luft lt. Tabelle 100-1: IB=500<br />
maximale Betriebstemperatur: 70°C<br />
Umgebungstemperatur: 30°C<br />
Einzelverlegung: nein<br />
19.5.1 Ermittlung der zulässigen Dauerstromstärke IZ<br />
zulässige Dauerstrom IZ:<br />
19.5.2 Abminderungsfaktoren die zu berücksichtigen sind<br />
f1.......Häufung <strong>von</strong> Leitungen bzw. Kabeln<br />
einlagig auf dem Boden mit Abstand 1xD --> f1=0,9<br />
I<br />
I<br />
I<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
= IR<br />
* Πf<br />
= 500A<br />
* 0,<br />
9<br />
= 450A<br />
19.5.3 Abhilfe:<br />
I<br />
B<br />
< I<br />
Z<br />
IN<br />
2<br />
IB<br />
=<br />
2<br />
455A<br />
< 450A<br />
Um eine bessere Kühlung zu erreichen wird der Abstand zwischen beiden Leitern auf 2xD<br />
erhöht --> Abminderungsfaktor Πf = 1.<br />
I<br />
I<br />
I<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
= IR<br />
* Πf<br />
= 500A<br />
* 1<br />
= 500A<br />
I<br />
B<br />
< I<br />
Z<br />
IN<br />
2<br />
IB<br />
=<br />
2<br />
455A<br />
< 500A<br />
werden mehrere parallel geschaltete Kabel gleichartiger Leiter durch eine gemeinsame<br />
Überstromschutzeinrichtung geschützt, so gilt als zulässiger Dauerstrom die Summe der<br />
Werte des zulässigen Dauerstromes IZ aller Leiter.<br />
I<br />
I<br />
B<br />
< I<br />
= I<br />
2N<br />
+ I<br />
B ZLtg1<br />
ZLtg<br />
2<br />
909A<br />
< 500A<br />
+ 500A<br />
909A<br />
< 1000A<br />
IZ = IR<br />
*<br />
Πf<br />
I B < IZ<br />
Forjan Seite 126
Errichtung einer Umspannstation<br />
19.6 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“:<br />
Dies ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes IK im Augenblick des<br />
Kurzschlusseintritts. Er ist im generatorfernen Kurzschluss, der in Niederspannungsnetzen in<br />
Betracht kommt, praktisch gleich dem Dauerkurzschluss IK. Dieser Wert ist maßgebend für<br />
die Dimensionierung der Anlagenteile hinsichtlich<br />
thermischer Beanspruchung<br />
Ausschaltstromstärke für die Auswahl der Sicherungsorgane<br />
19.6.1 In Niederspannungsnetzen gilt:<br />
IA.... Ausschaltstrom<br />
IK.... Dauerkurzschlusswechselstrom<br />
IK“.... Anfang- Kurzschlusswechselstrom<br />
19.7 Stoßkurzschlussstrom IS:<br />
Dies ist der höchste zu erwartende Kurzschlussstrom. Er wird als Scheitelwert angegeben. Die<br />
dynamische (mechanische) Beanspruchung einzelner Betriebsmittel wie Sammelschienen,<br />
Stützer, Trenner usw. sind vom Quadrat des Stoßkurzschlussstromes IS abhängig. Der<br />
Stoßkurzschlussstrom ist überwiegend vom Anteil R/X der Kurzschlussbahn abhängig.<br />
19.8 Berechnung des Anfangskurzschlusswechselstromes IK“ und<br />
des Stoßkurzschlussstromes IS<br />
19.8.1 Berechnung der Umspannerreaktanz und Resistanz<br />
Resistanz RT des Umspanners<br />
PK<br />
ur%<br />
= * 100%<br />
ST<br />
9,<br />
3kW<br />
ur%<br />
= * 100%<br />
630KVA<br />
ur%<br />
= 1,<br />
48%<br />
IA = IK = IK“<br />
IS =<br />
κ * 2 * IK"<br />
ur%<br />
* Un²<br />
RT =<br />
ST * 100<br />
1,<br />
48*<br />
( 400)²<br />
RT =<br />
630000 * 100<br />
RT = 3,<br />
75mΩ<br />
Forjan Seite 127
Errichtung einer Umspannstation<br />
Reaktanz XT des Umspanners<br />
ux%<br />
=<br />
ux%<br />
=<br />
6²<br />
ux%<br />
= 5,<br />
81%<br />
uk%²<br />
− ur%²<br />
−1,<br />
48²<br />
Impedanz ZT des Umspanners<br />
uK<br />
* Un²<br />
ZT =<br />
100%<br />
* ST<br />
6%<br />
* ( 400)²<br />
ZT =<br />
100%<br />
* 630000<br />
ZT = 15,<br />
24mΩ<br />
ux%<br />
* Un²<br />
XT =<br />
ST * 100<br />
5,<br />
81%<br />
* ( 400)²<br />
XT =<br />
630000*<br />
100<br />
XT = 14,<br />
75mΩ<br />
ZT<br />
ZT<br />
=<br />
=<br />
RT ² + XT ²<br />
( 3,<br />
75mΩ)²<br />
+ ( 14,<br />
75mΩ)²<br />
ZT = 15,<br />
24mΩ<br />
19.8.2 Berechnung der Leiterreaktanz und Resistanz<br />
19.8.2.1 Strecke Umspanner - Niederspannungsleistungsschalter<br />
Kabel: 2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1 kV<br />
Länge: 10,0 m<br />
aus der Tabelle A1: L`<strong>von</strong> PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,25 mH/km<br />
XL´<br />
= ω * L<br />
XL`=<br />
2πf<br />
* 0,<br />
25mH<br />
/ km<br />
XL´<br />
= 0,<br />
079Ω<br />
/ km<br />
XL = l * XL´<br />
XL = 0,<br />
01km<br />
* 0,<br />
079Ω<br />
/ km<br />
XL = 0,<br />
79mΩ<br />
l<br />
RL`=<br />
χ * A<br />
1000m<br />
RL`=<br />
56*<br />
300<br />
RL`=<br />
0,<br />
06Ω<br />
/ km<br />
RL = RL`*<br />
l<br />
RL = 0,<br />
06Ω<br />
/ km * 0,<br />
01km<br />
RL = 0,<br />
6mΩ<br />
19.8.2.2 Berechnung einer Ersatzreaktanz und einer Ersatzresistanz für<br />
zwei parallel verlegter Kabeln:<br />
XK<br />
XK<br />
XK<br />
L<br />
L<br />
L<br />
= XL 2<br />
= 0,<br />
79mΩ<br />
2<br />
= 0,<br />
395mΩ<br />
RK<br />
RK<br />
RK<br />
= RL 2<br />
= 0,<br />
3mΩ<br />
Forjan Seite 128<br />
L<br />
L<br />
L<br />
= 0,<br />
6mΩ<br />
2
Errichtung einer Umspannstation<br />
19.8.2.3 Ersatzschaltbild<br />
IK"<br />
ZK<br />
RT jXT RKL jXKL<br />
Abb. 2.15: Ersatzschaltbild<br />
19.8.2.4 Berechnung der Impedanz der Kurzschlussschleife<br />
Z<br />
Z<br />
Z<br />
K<br />
K<br />
K<br />
= RT + jXT + RKL<br />
+<br />
jXK<br />
= 3 , 75mΩ<br />
+ j14,<br />
75mΩ<br />
+ 0,<br />
3mΩ<br />
+ j0,<br />
395mΩ<br />
= 4,<br />
05mΩ<br />
+ j15,<br />
145mΩ<br />
= RK<br />
+ X<br />
L<br />
K<br />
| = 0,<br />
016Ω<br />
RK XK<br />
Forjan Seite 129<br />
| Z<br />
| Z<br />
| Z<br />
K<br />
K<br />
K<br />
| =<br />
| =<br />
R<br />
2<br />
K<br />
IK"<br />
+ X<br />
2<br />
K<br />
( 0,<br />
00405)²<br />
19.8.2.5 Berechnung des Anfangskurzschlusswechselstromes IK“<br />
IK"<br />
= c * U<br />
N<br />
IK"<br />
= 1*<br />
400V<br />
IK"<br />
= 14,<br />
4kA<br />
3 *<br />
Z<br />
3 * 0,<br />
016Ω<br />
19.8.2.6 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k<br />
k = Faktor, der den Einfluss des Gleichstromgliedes angibt<br />
Tabelle 2.11: Stoßfaktor „k“<br />
ZK<br />
+ ( 0,<br />
015145)²
Errichtung einer Umspannstation<br />
R = RT + RL<br />
X XT + XL<br />
R =<br />
3,<br />
75mΩ<br />
+ 0,<br />
3mΩ<br />
X<br />
14,<br />
75mΩ<br />
+ 0,<br />
4mΩ<br />
R X =<br />
4,<br />
05<br />
15,<br />
15<br />
R = 0,<br />
27<br />
X<br />
k aus dem Diagramm ~ 1,46<br />
19.8.2.7 Berechnung des Stoßkurzschlussstromes<br />
Is = κ *<br />
Is = 1,<br />
46*<br />
2 *<br />
Is = 29,<br />
7kA<br />
Ik"<br />
2*<br />
14,<br />
4kA<br />
19.9 Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung<br />
Der Ausschaltwechselstrom ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes, der im<br />
Zeitpunkt der Kontakttrennung über ein Schaltgerät fließt. In Niederspannungsnetzen gilt auf<br />
Grund der großen Generatorentfernung (generatorferner Kurzschluss):<br />
I K<br />
A = IK<br />
= I "= 14,<br />
4kA<br />
die Ausschaltleistung bzw. Anfangs- Kurzschlusswechselstromleistung errechnet sich mit:<br />
S<br />
S<br />
S<br />
A<br />
A<br />
A<br />
= SK"<br />
=<br />
= SK"<br />
=<br />
= S<br />
K<br />
" ~ 10<br />
3 *<br />
U<br />
N<br />
KVA<br />
* I<br />
3 * 400V<br />
* 14,<br />
4kA<br />
A<br />
Ausschaltvermögen eines Schaltgerätes ist jener Ausschaltwechselstrom oder<br />
Ausschaltleistung, die ein elektrisches Betriebsmittel- Schaltgerät sicher bewältigen kann.<br />
Forjan Seite 130
Errichtung einer Umspannstation<br />
19.10 Auswahl des Niederspannungsleistungsschalters<br />
Aufstellung für Nsp.- Leistungsschalter in Umspannstellen mit nachgeschalteten NH-<br />
Sicherungen<br />
Tabelle 2.12: Niederspannungs-Leistungsschalter<br />
Schalter Auslöseeinheit Trafo<br />
[kVA]<br />
C1000N<br />
C1001N<br />
ST305 S/<br />
1000A<br />
STR35 SE/<br />
1000A<br />
400<br />
630<br />
400<br />
630<br />
HH-<br />
Sicherung<br />
(A)<br />
ausgewählter Leistungsschalter: C1001N, 3-polig<br />
40<br />
40<br />
40<br />
40<br />
Einstellung<br />
(Faktor)<br />
Compactleistungsschalter mit elektronischem Auslösesystem<br />
Typ: C1001N<br />
Nennstrom IN: 1000 A<br />
höchste NH-Sicherung d. Schalttafel<br />
NH<br />
160A<br />
NH<br />
200A<br />
NH<br />
250A<br />
NH<br />
315A<br />
Forjan Seite 131<br />
NH<br />
400A<br />
Ir 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63<br />
Im 2 2,5 3 4,5 7<br />
Verzög. tm 0,3s 0,3s 0,3s 0,3s 0,3s<br />
Ir 1 1 1 1 1<br />
Im 2 2 2 3 4<br />
Verz. tm 0,1s 0,2s 0,2s 0,3s 0,3s<br />
I0 0,63 0,63 0,63 0,63 0,63<br />
Ir 1 1 1 1 1<br />
Im 1,5 2 2,5 4 6<br />
Verz. tm 0,2s 0,2s 0,3s 0,3s 0,3s<br />
It EIN EIN EIN EIN EIN<br />
I0 1 1 1 1 1<br />
Ir 1 1 1 1 1<br />
Im 1,5 1,5 1,5 2 3<br />
Verz. tm 0,1s 0,1s 0,1s 0,2s 0,3s<br />
It EIN EIN EIN EIN EIN<br />
Nennstoßstrom: 50 kA lt. Liste > 29,7 kA lt. Berechnung<br />
Nennkurzschlussausschaltvermögen: 70 kA lt. Liste > 14,4 kA lt. Berechnung<br />
Die Schutzfunktionen werden über ein elektronisches Auslösesystem eingestellt.<br />
Type: STR 35SE<br />
Ir thermisch Ir = IN<br />
* 0,<br />
4 −1(<br />
32Stufen)<br />
Im magnetisch Im = I r * 1,<br />
5 −10<br />
tm Zeitverzögerung t<br />
m = 0 − 0,<br />
3
Errichtung einer Umspannstation<br />
19.10.1 Einstellung des thermischen Auslösers Ir:<br />
Ir = 0,<br />
9*<br />
IN<br />
Ir = 0,<br />
9*<br />
1000<br />
Ir = 900A<br />
A<br />
19.10.2 Einstellung des magnetischen Auslösers Im<br />
I<br />
I<br />
I<br />
m<br />
m<br />
m<br />
= Ir * 6<br />
= 900A<br />
* 6<br />
= 5400A<br />
19.10.3 Einstellung der Zeitverzögerung tm<br />
tm auf 0,3s eingestellt<br />
Forjan Seite 132
Errichtung einer Umspannstation<br />
20 Mechanische Beanspruchung <strong>von</strong> Leiterschienen<br />
(Sammelschienen) durch Kurzschlussströme<br />
Bei hohen Strömen werden an Stelle <strong>von</strong> Leitungen, blanke Profilstäbe aus Kupfer oder<br />
Aluminium verwendet. Die Schienen können einfache rechteckige Form, aber auch als Paket<br />
parallel geschalteter, rechteckiger Teilleiter aufgebaut sein. Für besonders hohe Belastungen<br />
werden die Stromschienen einer Kreisform mittels einzelner Segmente angenähert. Dadurch<br />
werden die Wirbelstromverluste verringert.<br />
20.1 Im wesentliche sind folgende Beanspruchungen zu<br />
untersuchen:<br />
• Beanspruchung der Stromschiene auf Biegung<br />
• Beanspruchung der Isolatoren auf Umbruch, Druck und Zug<br />
20.2 Auslegung der Sammelschiene<br />
• Dimensionierung hinsichtlich Strombelastbarkeit (Dauerstrombelastung)<br />
• Dimensionierung hinsichtlich Kurzschlussfestigkeit<br />
20.2.1 Dimensionierung hinsichtlich Strombelastbarkeit<br />
Dimensionierung nach dem Dauerstrom wird mit Hilfe <strong>von</strong> Tabellen vorgenommen. In diesen<br />
Tabellen ist zu jeder Stromschienenabmessung und Schienenausführung der zulässige<br />
Dauerstrom angegeben.<br />
Die Strombelastbarkeit ist auch <strong>von</strong> den folgenden Faktoren abhängig<br />
• Verlegungsart<br />
• Zulässige Erwärmung<br />
• Frequenz des Stromes<br />
• Art der Schienenbeschaffenheit (blank oder gestrichen)<br />
Forjan Seite 133
Errichtung einer Umspannstation<br />
20.3 Dimensionierung der Niederspannungssammelschiene-<br />
Einfachsammelschiene aus Kupfer blank für eine<br />
Umspannstation<br />
20.3.1 Dimensionierung hinsichtlich der Strombelastbarkeit<br />
Bemessungsnennstrom der Sammelschiene muss größer sein als der sekundärseitige<br />
Nennstrom des Umspanners.<br />
Sn = Un * In2<br />
*<br />
In<br />
In<br />
In<br />
2<br />
2<br />
2<br />
Sn<br />
=<br />
Un * 3<br />
630kVA<br />
=<br />
400V<br />
* 3<br />
= 909A<br />
3<br />
gewählt aus der Tabelle: Schienenanzahl 1, blank<br />
60x10 E-Cu F30<br />
Nennstrom 985<br />
Tabelle 2.13: Dauerbelastung für CU-Schienen<br />
Forjan Seite 134
Errichtung einer Umspannstation<br />
20.3.2 Mechanische Beanspruchung durch Stromkräfte<br />
Auf parallele Leiter, deren Länge l groß gegenüber dem gegenseitigen Abstand a ist, wirken<br />
beim Stromdurchfluss Kräfte, die gleichmäßig über die Leiterlänge verteilt sind. Diese Kräfte<br />
sind im Kurzschlussfall besonders groß und beanspruchen die Leiter auf Biegung und die<br />
Befestigungsmittel auf Umbruch, Druck oder Zug. Aus diesem Grund müssen Stromschienen<br />
nicht nur für den Betriebsstrom ausgelegt werden, sondern auch dem größten auftretenden<br />
Kurzschlussstrom gewachsen sein. Die im Kurzschlussfall zu erwartende Beanspruchung der<br />
Stromschienen und ihrer Abstützung ist daher zu berechnen.<br />
20.3.3 Kraftwirkung auf Stromdurchflossene Leiter bei paralleler<br />
Anordnung:<br />
−7<br />
Induktionskonstante der Luft: μ 0 = 4*<br />
π * 10 Vs / Am<br />
Bei der Berechnung der Sammelschiene (Einebenenanordnung) wird für die größte<br />
mechanische Beanspruchung der Faktor 0,93*ip(3) eingesetzt. Der Faktor berücksichtigt den<br />
größtmöglichen Kraftbelag, der am mittleren Leiter bei einer Einebenenanordnung in<br />
Drehstromanlagen auftritt.<br />
20.3.4 Berechnungsgrundlagen<br />
Sammelschienenlänge: lS=1410mm<br />
Stützabstand: lA=1200mm<br />
Sammelschienenabstand: d=185mm<br />
Die Sammelschienenlänge und der Sammelschienenabstand ergibt sich aus der Konstruktion<br />
des Niederspannungsverteilers und der zu montierenden Anlagenteile wie z. B die<br />
verwendeten Niederspannungssicherungstrennleisten.<br />
20.3.5 Kraftwirkung FH zwischen den Hauptleitern:<br />
Die vom Kurzschlussstrom auf die Hauptleiter ausgeübte Kraft berechnet sich mit:<br />
μ<br />
0 lA<br />
2<br />
FH<br />
= * * ( 0,<br />
93*<br />
iS)<br />
2 * π d<br />
−7<br />
4 * π * 10 1200<br />
2<br />
FH<br />
= * * ( 0,<br />
93*<br />
1,<br />
45*<br />
2 * 14,<br />
4)<br />
2 * π 185<br />
FH<br />
= 992N<br />
Forjan Seite 135
Errichtung einer Umspannstation<br />
20.3.6 Mechanische Festigkeit <strong>von</strong> Stromschienen<br />
Im wesentliche sind folgende Beanspruchungen zu untersuchen:<br />
• Beanspruchung der Stromschiene auf Biegung<br />
• Beanspruchung der Isolatoren auf Umbruch, Druck und Zug<br />
20.3.7 Berechnung des Widerstandsmomentes der Sammelschiene<br />
Bei der Berechnung des Widerstandsmomentes <strong>von</strong> Rechteckschienen gibt es grundsätzlich<br />
zwei Anordnungen (Befestigungsarten):<br />
• Rechteckschiene wird hochkant verlegt<br />
• Rechteckschiene wird liegend verlegt<br />
Vorteile:<br />
Bei Sammelschienenanordnung, deren Schiene hochkant verlegt sind, benötigen einen<br />
geringeren Platzbedarf, daher ist eine kompaktere Bauweise möglich.<br />
Nachteil:<br />
Durch die kleinere, kompaktere Bauweise (geringerer Sammelschienenabstand d) treten bei<br />
Kurzschlüssen sehr hohe Stromkräfte auf, die nur durch zusätzliche Stützisolatoren<br />
(Verringerung des Stützabstandes lA) und durch Einsatz eines Isoliermediums<br />
(Dielektrikums) kompensiert werden muss.<br />
Ob nun eine Anordnung der Rechteckschiene (hochkant oder liegend) bzw. ob eine<br />
Rohrschienensystem zur Anwendung gelangt, ist nur durch die Bauform<br />
(Befestigungsmechanismus) der Niederspannungsschaltgeräte bestimmt.<br />
20.3.8 Widerstandsmoment einer Rechteckschiene 60/10 Cu liegend<br />
Das Widerstandsmoment W ist abhängig <strong>von</strong> der Wirkungsrichtung der Kraft FH.<br />
2<br />
2<br />
b * h 1*<br />
6<br />
X = W = = = 6cm<br />
6 6<br />
Z X<br />
3<br />
3<br />
b * h 1*<br />
6<br />
JX = = = 18cm<br />
12 12<br />
ZX=WX......Widerstandsmoment<br />
JX................Flächenträgheitsmoment<br />
4<br />
3<br />
Abb. 2.16: Rechteckschiene<br />
Forjan Seite 136
Errichtung einer Umspannstation<br />
Tabelle 2.14: Widerstandsmomente<br />
Biegemoment der Sammelschiene: Biegespannung des Hauptleiters<br />
M<br />
FH<br />
* l 992N<br />
* 1,<br />
2m<br />
= =<br />
= 148,<br />
8Nm<br />
8 8<br />
νσ<br />
* β * M FH<br />
* l<br />
σH = = νσ<br />
* β *<br />
W<br />
8*<br />
W<br />
992N<br />
* 1200mm<br />
σH<br />
= 1*<br />
1*<br />
3<br />
8*<br />
6000mm<br />
σH<br />
= 24,<br />
8 N<br />
2<br />
mm<br />
Die Sammelschiene gilt als kurzschlussfest, wenn die auftretende Biegespannung<br />
σ ≤<br />
q *σ<br />
0,<br />
2<br />
Forjan Seite 137
Errichtung einer Umspannstation<br />
Plastizitätsfaktor q aus der Tabelle<br />
Tabelle 2.15: Zugfestigkeit und Streckgrenze<br />
Abb. 2.17: Plastizitätsfaktor<br />
Forjan Seite 138
Errichtung einer Umspannstation<br />
20.3.9 Überprüfung der Sammelschiene auf die zulässige Streckgrenze<br />
σH<br />
≤ q * σ<br />
0,<br />
2<br />
σH<br />
≤ 1,<br />
5*<br />
250 N<br />
2<br />
mm<br />
24,<br />
8 N<br />
2 ≤ 375 N<br />
2<br />
mm mm<br />
H<br />
σ ist wesentlich kleiner als 0.<br />
2<br />
σ , das Leitermaterial wird nicht unzulässig hoch beansprucht.<br />
20.3.10 Mechanische Festigkeit <strong>von</strong> Stützern ( Stützpunkt-beanspruchung)<br />
Stützer: aus RICOLIT, Typ OB/1033<br />
Biegefestigkeit FSzul.: 9806 N<br />
Höhe des Stützisolators: 210mm<br />
20.3.10.1 Kraft auf einen Stützer:<br />
F *<br />
S = νF<br />
*α FH<br />
ν F Frequenzfaktor<br />
α Stützpunktbeanspruchung- befestigung<br />
F H Hauptleiterbeanspruchung<br />
allgemein: größte Stützerbeanspruchung für die Bedingung:<br />
= 1<br />
σ + σT<br />
≥ 0, 8*<br />
σ´<br />
ν F<br />
wenn H<br />
0.<br />
2<br />
und<br />
0,<br />
8*<br />
σ `0.<br />
2<br />
νF<br />
=<br />
σH<br />
+ σT<br />
wenn σ H + σT<br />
< 0, 8*<br />
σ´<br />
0.<br />
2<br />
--------------------------------------------------------------------------------------------------σH<br />
+ σT<br />
< 0,<br />
8*<br />
σ´<br />
0.<br />
2<br />
σH<br />
< 0,<br />
8*<br />
360<br />
24,<br />
8 N<br />
2 < 288 N<br />
2<br />
mm mm<br />
-------><br />
0,<br />
8*<br />
σ´<br />
0.<br />
2<br />
νF<br />
=<br />
σH<br />
2<br />
0,<br />
8*<br />
360 N mm<br />
νF<br />
=<br />
2<br />
24,<br />
8 N mm<br />
νF<br />
= 11,<br />
61<br />
F<br />
F<br />
F<br />
S<br />
S<br />
S<br />
= νF<br />
* α * F<br />
=<br />
5758,<br />
56<br />
H<br />
= 11,<br />
61*<br />
0,<br />
5*<br />
992N<br />
N<br />
FS * hS<br />
≤<br />
FSzul.<br />
* hr<br />
5758,<br />
56N<br />
* 170mm<br />
≤ 7500N<br />
* 165mm<br />
979Nm<br />
≤ 1.<br />
237,<br />
5Nm<br />
Forjan Seite 139
Errichtung einer Umspannstation<br />
Mit dieser Berechnung wurden die ungünstigsten Beanspruchungen, ohne montierte NH-<br />
Sicherungslasttrennleisten, die wiederum auch eine mechanische Stützung darstellen,<br />
angenommen. Jede weitere Berechnung wie z. B. Abzweigleitung zum Leistungsschalter als<br />
auch die Niederspannungsabgänge zum Verteilnetz sind nicht erforderlich, da durch die<br />
zusätzliche Montage <strong>von</strong> NH- Sicherungslasttrennleisten die Stützabstände an der<br />
Sammelschiene ca. nur mehr 15 cm betragen. Der Kurzschlussstrom wird auf der 20 kV-Seite<br />
mit einer HH-Sicherung mit 40 A und auf der Niederspannungsseite mittels eines<br />
Leistungsschalter begrenzt.<br />
Tabelle 2.16 und 2.17: A1 und A2 – Induktivitätsbelag<br />
Tabelle A1: Induktivitätsbelag <strong>von</strong> L´<strong>von</strong> papierisolierten Kabeln<br />
Tabelle A2: Induktivitätsbelag L`<strong>von</strong> PE- und VPE-isolierten Kabeln<br />
Forjan Seite 140
Errichtung einer Umspannstation<br />
Tabelle 2.18: A3 – Strombelastbarkeit <strong>von</strong> Kabeln<br />
Forjan Seite 141
Errichtung einer Umspannstation<br />
Tabelle 2.19: 100-1 - Strombelastbarkeit <strong>von</strong> Kunststoffkabeln<br />
Forjan Seite 142
Errichtung einer Umspannstation<br />
21 Schematische Darstellung:<br />
UW-Pirka<br />
Sk" = 350MVA<br />
3 x E-A2XHC2Y 1 x 240 RM25 12/20 kV<br />
L1=983,0m<br />
R´L1 = 0,119 ? /Km --> RL1 = 0,117 ?<br />
X´L1 = 0,107 ? /Km --> XL1 = 0,105 ?<br />
CE L1 = 0,285 uF<br />
316029<br />
UST Seiersberg / Premstättnerstraße<br />
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV<br />
L2=285,0 m<br />
R´L2= 0,238 ? /Km --> RL2 = 0,068 ?<br />
X´L2= 0,110 ? /Km --> XL2 = 0,031 ?<br />
CE L2 = 0,1 uF<br />
316013<br />
UST Pirka / Premstättnerstraße<br />
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV<br />
L3=570,0 m<br />
R´L3 = 0,238 ? /Km --> RL3 = 0,136 ?<br />
X´L3 = 0,110 ? /Km --> XL3 = 0,063 ?<br />
CE L3 = 0,2 uF<br />
316006<br />
UST Pirka / Bundesstraße<br />
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV<br />
L4=250,0 m<br />
R´L4= 0,238 ? /Km --> RL4 = 0,060 ?<br />
X´L4= 0,110 ? /Km --> XL4 = 0,027 ?<br />
CE L4 = 0,09 uF<br />
3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM16 12/20 kV<br />
L5=110,0m<br />
R´L5 = 0,238 ? /Km --> RL1 = 0,026 ?<br />
X´L5 = 0,119 ? /Km --> XL1 = 0,013 ?<br />
CE L5 = 0,03 uF<br />
316xxxxxx<br />
BVH UST Pirka / Sportplatzgasse<br />
Forjan Seite 143
Errichtung einer Umspannstation<br />
22 Anhang Abschnitt 2<br />
Übersichtsschema / Kurzschlussberechnung<br />
Forjan Seite 144
Niederspannungsaufschließung<br />
Elektrifizierung einer Siedlung und eines<br />
Gewerbebetriebes<br />
sowie<br />
Erstellung eines<br />
Überspannungsschutzkonzeptes<br />
Schriebl Seite 145
Niederspannungsaufschließung<br />
1 Allgemein<br />
Dieser Teil des Projekts umfasst die Niederspannungsaufschließung einer Wohnsiedlung der<br />
Wohnbaugenossenschaft Neue Heimat in Pirka, sowie die wirtschaftliche Betrachtung einer<br />
Kompensationsanlage im Vergleich zu einer Blindstromzählung eines Gewerbebetriebes.<br />
Abb.3.1: Bauprojekt Pirka<br />
Für die Elektrifizierung des Wohnbauvorhabens und des Gewerbebetriebes wird ein<br />
Energiebedarf <strong>von</strong> ca. 400 kVA benötigt. Es entsteht eine Wohnanlage mit vier Wohnhäusern<br />
mit insgesamt 31 Wohnungen. Die Warmwasseraufbereitung der Wohnungen erfolgt zentral.<br />
Weiters wird ein Gewerbebetrieb errichtet, bei dem es zu einem hohen Blindstrombedarf<br />
kommen wird. Hierfür ist eine Blindleistungskompensationsanlage zu projektieren und die<br />
Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage zu überprüfen.<br />
Im ersten Abschnitt dieses Projektpunktes werden die nötigen allgemeinen technischen<br />
Anschlussbedingungen und die Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)<br />
beschrieben. Weiters wird auf die Schutzmaßnahmen näher eingegangen.<br />
Der zweite Abschnitt befasst sich mit der Auslegung und der Dokumentation der<br />
Niederspannungsverteilung, beginnend <strong>von</strong> der Transformatorstation bis hin zum<br />
Wohnungsverteiler.<br />
Schriebl Seite 146
Niederspannungsaufschließung<br />
2 Vorgangsweise<br />
Die technische Ausführung und Lage des Wohnsiedlungsanschlusses und der<br />
Blindstromzählung wird vom Netzbetreiber, der SSG, nach den jeweils gültigen Allgemeinen<br />
Netzbedingungen und den geltenden Richtlinien, unter Berücksichtigung berechtigter<br />
Interessen des Kunden festgelegt.<br />
Hierfür sind, frühzeitig vor Baubeginn, Situations- und Grundrisspläne des anzuschießenden<br />
Objektes vom beauftragten Planer der Anlage an den Netzbetreiber zu übergeben, und der<br />
voraussichtliche Leitungsbedarf sowie allfällige Besonderheiten anzugeben.<br />
Für jene Teile des Anschlusses, die als Niederspannungsverteilernetz gelten, werden<br />
Leitermaterial, Querschnitt und Type der Leitung sowie ihre Befestigung vom Netzbetreiber<br />
bestimmt. Die Ausführung <strong>von</strong> Hausanschlusskabeln und Verteilerkästen hat nach den<br />
Normen der SSG zu erfolgen.<br />
3 Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)<br />
Wird im Netz der SSG ein Hausanschluss errichtet, so muss dieser anhand der Allgemeinen<br />
Bedingungen für den Zugang zum Verteilernetz der SSG erfolgen.<br />
Diese beinhalten folgende Punkte:<br />
− Allgemeiner Teil<br />
− Netzanschluss<br />
− Netznutzung<br />
− Messung und Lastprofile<br />
− Datenmanagement<br />
− Kaufmännische Bestimmungen<br />
− Sonstige vertragsrechtliche Bestimmungen<br />
Für die Projektierung der Niederspannungsversorgung ist neben dem Allgemeinen Teil vor<br />
allem der Abschnitt Netzanschluss, Netznutzung sowie Messung und Lastprofil relevant.<br />
Im Allgemeinen Teil werden die verbindlichen Vorschriften für den Zugang zum Netz<br />
vorgegeben. Weiters findet man unter diesem Punkt auch eine Begriffsbestimmung der<br />
verwendeten Fachwörter.<br />
Unter dem Punkt Netzanschluss wird abgeklärt, wie man einen Antrag zur Herstellung eines<br />
solchen stellt, was eine Anschlussanlage umfasst und wie die Grundinanspruchnahme geregelt<br />
ist.<br />
Im Abschnitt Netznutzung ist neben der Spannungsqualität, der Betrieb und Instandhaltung<br />
sowie das Netznutzungsentgelt und Netzverlustentgelt behandelt.<br />
Unter dem Punkt Messung und Lastprofil sind die nötigen Maßnahmen zur Erfassung der<br />
entnommenen Energie geregelt.<br />
Schriebl Seite 147
Niederspannungsaufschließung<br />
Neben den Allgemeinen Bedingungen für den Zugang zum Verteilernetz kommen auch die<br />
Richtlinien für die Planung und Ausführung <strong>von</strong> Hauptleitungen, Zählerverteilerschränken<br />
und Bauprovisorien zu tragen. Diese Richtlinien sind auf der Homepage der STEWEAG-<br />
STEG GmbH. verfügbar und jedermann zugänglich.<br />
Für die Planung der Niederspannungsaufschließung für dieses Projekt sind nun folgende<br />
Punkte wichtig:<br />
• Die Richtlinie gilt für Anlagen und Netzbenutzer, die im Verteilernetz der SSG mit<br />
elektrischer Energie aus dem Niederspannungsnetz versorgt oder zum Zugang des<br />
Netzes angeschlossen werden.<br />
• Die Richtlinien ergänzen die allgemein gültige bundeseinheitliche Fassung TAEV im<br />
Bereich des Hausanschlusses, der Installation bis zu den Messeinrichtungen<br />
(Vorzählerleitung), des Montageortes der Messeinrichtung (Zählerverteilerschränke)<br />
und Provisorien der Baustelle.<br />
• Mit der Verordnung 322 vom 16.9.1998 des Bundesministeriums für wirtschaftliche<br />
Angelegenheiten wird die Verwendung der Schutzmaßnahme Nullung für Neubauten<br />
vorgeschrieben.<br />
3.1 Netzanschluss<br />
Der Netzanschluss umfasst die Anschlussanlage und die Vorzählerleitungen bis zu den<br />
Zählereinrichtungen. Der Netzzugang wird als Kabelanschluss ausgeführt.<br />
3.2 Anschlussanlage<br />
Unter Anschlussanlage wird jener Teil der Leitung mit Zubehör verstanden, die vom<br />
technisch geeigneten Anschlusspunkt im Netz des Netzbetreibers SSG bis zur<br />
Eigentumsgrenze (Übergabestelle) benötigt wird. Sie verbindet die Anlage des Netzbetreibers<br />
mit der Kundenanlage (z.B. Kabelkasten). Die Übergabestelle (Eigentumsgrenze) bei<br />
Kabelanschlüssen befindet sich an den netzbenutzerseitigen Anschlussklemmen der<br />
Hausanschlusssicherung. Der Netzbetreiber bestimmt Art und Lage der Anschlussanlage<br />
sowie deren Änderung, legt den Anschlusspunkt unter Berücksichtigung der berechtigten<br />
Interessen des Kunden fest.<br />
3.3 Hauptleitung<br />
Hauptleitungen (Vorzählerleitung, Hausanschlussleitung)sind im Sinne der ÖVE<br />
Bestimmungen ÖVE/ÖNORM 8001-1, die Leitungen zwischen dem Hausanschlusskasten<br />
und den Messeinrichtungen. Der Hausanschlusskasten ist die Einrichtung zur Aufnahme der<br />
Hausanschlusssicherung, an der mehr als eine Kundenanlage angeschlossen werden kann.<br />
Vorzählerleitung und Hausanschlussleitung sind die Leitungen vor der Messeinrichtung,<br />
daher der gleiche Begriff ’’Hauptleitung“.<br />
Schriebl Seite 148
Niederspannungsaufschließung<br />
3.4 Zuleitung<br />
Als Zuleitung wird die Leitung zwischen der Hausanschlusssicherung und der<br />
Messeinrichtung bezeichnet, an der die Kundenanlage angeschlossen wird.<br />
3.5 Leitungsbemessung<br />
• Kabel und Leitungen sind nach den jeweils gültigen ÖVE-Vorschriften bzw. nach der<br />
TAEV zu bemessen.<br />
• In Anbetracht des wachsenden Energiebedarfs sind ausreichende Reserven bei den<br />
Leiterquerschnitten und Rohrgrößen vorzusehen.<br />
• Bei Kabelanschluss gelten folgende Leitungstypen und Einheitsquerschnitte:<br />
E-AY2Y-JN 4x25 RE 0,6/1kV HD60<br />
E-AY2Y-JN 4x50 SE 0,6/1kV HD60<br />
E-AY2Y-JN 4x95 SE 0,6/1kV HD60<br />
Bei Mehrfamilienhäusern müssen für die Hauptleitungen im Gebäude (Steigleitungen)<br />
mindestens die Leiterquerschnitte und Nenngrößen der Installationsrohre gemäß TAEV<br />
Tabelle II/2-11 vorgesehen werden.<br />
4 Kabelbeschreibung<br />
4.1 PVC – isolierte Kabel mit Aluminiumleiter und PE-Mantel<br />
4.1.1 Aufbau:<br />
Aluminiumleiter, rund oder sektorförmig, ein- oder<br />
mehrdrähtig, PVC – isoliert, gemeinsame Ader-<br />
Umhüllung oder Bandagierung, Außenmantel aus HD-PE,<br />
schwarz, Shorehärte D 58 +/-2, mit normgerechter<br />
Prägung und Metermarkierung.<br />
4.1.2 Verwendung:<br />
Als Energiekabel für feste Verlegung in Kabelkanälen,<br />
im Freien, in der Erde, wenn keine nachträglichen<br />
Beschädigungen zu erwarten sind.<br />
Schriebl Seite 149
Niederspannungsaufschließung<br />
4.1.3 Temperaturbereich:<br />
-20°C bis +70°C<br />
4.2 Kurzzeichenschlüssel für Starkstromkabel laut ÖVE<br />
E …… Energiekabel<br />
A ….. aus Aluminium<br />
Y …… PVC<br />
2Y ……PE-Mantel<br />
JN….. mit Schutzleiter<br />
(grün gelber Ader)<br />
Bsp. E-AY2Y-JN 4x25 RE 0,6/1kV HD60<br />
4x25 …. Aderzahl mal Nennquerschnitt<br />
in mm²<br />
RE …. Rund eindrähtig oder<br />
SE …. Sektor eindrähtig<br />
0,6 …. Nennquerschnitt des Schirmes oder<br />
des konzentrischen Leiters in mm²<br />
1kV …. Nennspannung in kV<br />
HD 60 ….. Aktuelles Schema der Aderfarben<br />
4.3 Kabelverlegung<br />
Die Hauptleitungen sind im Erdreich verlegt. Es werden Erdkabel mit HDPE Mantel<br />
verwendet. Der Kabelmantel aus HDPE besteht aus Polyethylen. Dieses Material ist härter als<br />
PVC (Polyvinylchlorid). Daher kann die Bettung mit Aushubmaterial, sofern dieses keine<br />
spitzen und scharfkantigen Steine oder Schutt beinhaltet erfolgen.<br />
Um die erwünschte Zuverlässigkeit des Kabelanschlusses zu gewährleisten, muss die<br />
Kabelverlegung besonders sorgfältig durchgeführt werden. Beim Ausziehen des Kabels ist<br />
besonders darauf zu achten, dass der Mantel nicht beschädigt wird. Mögliche Gründe einer<br />
Beschädigung wären die Nichteinhaltung <strong>von</strong> Biegeradien, der Verlegetemperatur und das<br />
Überschreiten der Zugkräfte beim Kabelzug bzw. das Abrollen der Kabel <strong>von</strong> der<br />
Kabeltrommel.<br />
Schriebl Seite 150
0,8 m<br />
Niederspannungsaufschließung<br />
Die Kabelabdeckplatte und das Kabelwarnband mit der Aufschrift STEWEAG-STEG GmbH.<br />
muss in gegebener Höhe in den Kabelgraben eingebracht werden.<br />
4<br />
Verlegeprofil<br />
0,4m<br />
Abb.3.2 Kabelkünette<br />
Das im Erdreich verlegte Kabel ist in einem Lageplan einzuzeichnen, in dem die Kabeltype,<br />
der Querschnitt und die Verlegetiefe vermerkt sind.<br />
Dieser Plan wird in weiterer Folge digitalisiert und steht dem Kunden sowie der SSG zu<br />
Verfügung.<br />
Die Kabelverlegung muss nach den Vorschriften der ÖVE- L 20, ÖVE –K603, ÖVE –EN 1<br />
und nach den STEWEAG – Mitteilungen STN 2/1999, STN 3/1998, STN 7/1998, STN<br />
14/1998 und STN 1/1996 sowie der STEWEAG Anweisung STV 4/2001 durchgeführt<br />
werden.<br />
4.4 Installation im Gebäude<br />
Hauptleitungen im Gebäude werden als PVC-Aderleitungen oder als Kabel in ausreichend<br />
dimensionierten Rohren verlegt. Es sind die Installationshinweise nach TAEV, Teil II,<br />
einzuhalten. Auf unbefugte Stromaufnahme ist Bedacht zu nehmen, dies ist etwa bei einer<br />
Kabelführung auf Kabeltassen durch eine Abdeckung oder durch eine durchgehende<br />
Verrohrung realisierbar, jedoch muss die Verminderung der Kühlung bedacht nehmen.<br />
Schriebl Seite 151<br />
1<br />
3<br />
5<br />
2<br />
1. Niederspannungskabel<br />
2. Betten des Kabels mit<br />
Sand<br />
3. Kabelwarnband<br />
4. Rund− oder Flacherder<br />
5. Füllung: In diesem Bereich<br />
ist der ursprüngliche<br />
Aufbau wieder herzustellen.
Niederspannungsaufschließung<br />
4.5 Niederspannungskabelverteiler<br />
Er ist eine Einrichtung zur Aufnahme der Hausanschlusssicherung und dient gegebenenfalls<br />
zur Aufteilung der Anschlussleitung auf mehrere Einzelanschlüsse. Dieser Verteilerkasten<br />
wird vom Netzbetreiber (SSG) beigestellt. Er muss mindestens der Schutzart IP54<br />
entsprechen, dabei sind die örtlichen Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Außerdem<br />
ist die Isolierstoffausführung zu bevorzugen.<br />
4.6 Sicherungen<br />
Jeder Hausanschluss ist mit Hausanschlusssicherungen und Vorzählersicherungen<br />
auszurüsten. Die Hausanschlusssicherungen im Ortsnetzverteiler werden im Regelfall als<br />
NH-Sicherungen ausgeführt, die Vorzählerteilsicherung als Leitungsschutzschalter. Als<br />
Hausanschlusssicherungen sind NH-Sicherungen (1) der Größe 00, bzw. Größe 2 als<br />
Sicherungslasttrennerschalter zu verwenden. Sie sind einfach auf dem Sammelschienensystem<br />
zu montieren durch den Adapter (2). Einfacher versenkbarer Aufsteckgriff (5) mit<br />
Sicherungseinsatz (4) und Phasentrennwand (3).<br />
Die Nennstromstärke der Sicherungen ist auf den Querschnitt der Hausanschlussleitung und<br />
auf die Ausschaltbedingung der Nullung abzustimmen.<br />
1<br />
2<br />
4<br />
5<br />
Abb. 3.3: NH-Sicherungslastschaltleiste Gr.00<br />
Für jeden Zähler sind in den Zählerverteilerschränken Vorzählersicherungen anzubringen. Als<br />
Vorzählersicherungen sind bei Direktmessung Hochleistungsautomaten mit einem<br />
Schaltvermögen <strong>von</strong> mindestens 25kV bei 230V und einer Ausschaltcharakteristik ähnlich<br />
’’D’’ zu verwenden.<br />
Der Nennstrom der Vorzählerhochleistungsautomaten darf höchstens dem Grenzstrom des<br />
zugeordneten Zählers entsprechen und muss selektiv zu den vor- und nachgeschalteten<br />
Sicherungen sein. Als maximale zulässige Vorsicherung muss mindestens eine 200A gL<br />
Sicherung möglich sein.<br />
Schriebl Seite 152<br />
3
Niederspannungsaufschließung<br />
Standardmäßig werden Hochleistungsautomaten mit 25A Nennstrom eingebaut. Für die<br />
Absicherung der Steuerleitung (Tarifumschaltung) sind Leistungsschalter mit<br />
Auslösekennlinie ’’B’’ und Nennstromstärke 13A einzubauen.<br />
1 2<br />
4.7 Zählerverteilerschrank<br />
3<br />
Abb.3.4: Hausaufschließung<br />
1. Hausanschlusssicherungstrenner (NH)<br />
2. Vorzählersicherungsautomaten<br />
3. Zähler<br />
4. Überspannungsableiter<br />
5. Fehlerstromschutzschalter I Δ N =30mA<br />
6. Leitungsschutzschalter<br />
7. Hauptpotentialausgleich<br />
• Die Messeinrichtung ist grundsätzlich in Zählerverteilerschränke einzubauen.<br />
• Geeignete Plätze bzw. Räume für die Anbringung der Messeinrichtungen sind gemäß<br />
TAEV 2004/II/3.3 vorzusehen.<br />
• Fabriksfertige Zählerschränke müssen mit dem CE – Kennzeichnen gemäß der<br />
Niederspannungsgeräteverordnung versehen und den Vorschriften ÖVE EN 60439-1,<br />
ÖVE EN 60439-3 und ÖVE- IM 12 entsprechen.<br />
• Die Vorzählerfeldtüren sind mit einem Zylinderschloss zu versehen. Die<br />
entsprechenden Zylinder werden <strong>von</strong> der jeweiligen Betriebsstelle der SSG geliefert<br />
und montiert.<br />
• Als Schutzmaßnahme für Messschränke im TN-System ist die Nullung anzuwenden.<br />
Schriebl Seite 153<br />
5<br />
4<br />
7<br />
6
Niederspannungsaufschließung<br />
4.8 Zähler<br />
Die Zählung der elektrischen Energie erfolgt im Niederspannungsbereich entweder mit<br />
direkt angeschlossenen Zählern oder bei Anlagen ab einer<br />
Vorzählersicherungsnennstromstärke <strong>von</strong> 63A mit Wandlerzählungen.<br />
4.9 Baustromanschluss<br />
• Elektrische Anlagen für Baustellen sind zeitlich begrenzte Anlagen und müssen nach<br />
den ÖVE Vorschriften (ÖVE-EN1,ÖVE/ÖNORM E8001) und der TAEV errichtet<br />
werden.<br />
• Der Anschlussort und Anschlusspunkt des Baustromverteilers werden gemeinsam mit<br />
dem Anschlusswerber und den zuständigen Kundendienst der SSG festgelegt.<br />
• Baustromverteiler müssen nach ÖVE EN 60439-1 und ÖVE EN 60439-4 gebaut und<br />
für die Anwendung für das vom Netzbetreiber vorgegebene Netzsystem geeignet sein.<br />
Sie werden direkt an das Niederspannungskabelnetz angeschlossen.<br />
• Vorzählersicherungen müssen plombierbar sein und mit entsprechenden Klemmen für<br />
die Anschlussleitung versehen sein.<br />
• Für die Baustellenanlage ist eine Erdungsanlage zu errichten, die für den<br />
Fehlerstromschutzschalter mit dem höchsten Nennfehlerstrom ausgelegt wird.<br />
3<br />
1<br />
2<br />
4<br />
6 7 8<br />
Abb.3.5: Ausführung des Baustromverteilers im TN-Netz<br />
5<br />
1. Verwendung als Hauptschalter<br />
2. Hauptsicherungen<br />
3. Plombierbare Anschlusssicherung<br />
4. Nullungsbügel<br />
5. Neutralleiter/Schutzleiter-Klemme<br />
6. Anschlussleitung für Verbindungsleitung<br />
7. Steckdosenstromkreis über 32A<br />
8. Steckdosenstromkreis bis 32A<br />
Schriebl Seite 154
Niederspannungsaufschließung<br />
4.10 Erdungsanlagen<br />
Bei Erderverbindungen unter der Erde ist eine entsprechende korrosionsbeständige<br />
Verbindung herzustellen. Durch die Verbindung zwischen Kupferseil und<br />
Erdungsbandeisen ist eine feuerverzinkte Erdungskreuzklemme (1) zu verwenden. Die<br />
Verbindungsklemme (Erdungskreuzklemme) und das unedle Bandeisen sind beidseitig<br />
auf eine Länge <strong>von</strong> mindestens 300 mm mit einem Densoband wirksam gegen<br />
Korrosion zu schützen. Anschluss der Potential-Ausgleichsschiene (3) über Erdungsfestpunkt<br />
(2).<br />
2<br />
3<br />
Abb.3.6: Fundamenterder<br />
Schriebl Seite 155<br />
2<br />
1
Niederspannungsaufschließung<br />
5 Niederspannungsaufschließung – Verteilnetz<br />
Abgehend <strong>von</strong> der Trafostation (1) gehen die Ortsnetz-Kabel (2) zu den<br />
Niederspannungskabelverteiler KV1 u. KV2 (3). Weiters verlaufen die Hausanschlusszuleitungen<br />
(4) <strong>von</strong> den Kabelverteilern zu den einzelnen Hausanschlussverteilern 1-4 (5).<br />
Vom Kabelverteiler KV1 ist zusätzlich der Kabelabgang für die Straßenbeleuchtung (6). Die<br />
Aufschließung des Gewerbebetriebes (7) erfolgt direkt mit einem eigenen Abgang aus der<br />
Trafostation.<br />
2<br />
7<br />
3<br />
6<br />
Abb.3.7: Ortsnetzverteilplan<br />
6 Hausaufschließung<br />
6.1 Erhebung des Leistungsbedarfs<br />
1<br />
Abgehend <strong>von</strong> der Umspannstelle ist für die Niederspannungsaufschließung die Errichtung<br />
einer Ortsnetzverteilung nötig.<br />
Zur Berechnung der Kabelquerschnitte und der Sicherungsnenngrößen ist zuerst die benötigte<br />
Leistung unter Rücksichtsnahme auf etwaige Gleichzeitigkeitsfaktoren zu errechnen.<br />
Schriebl Seite 156<br />
5<br />
4
Niederspannungsaufschließung<br />
6.2 Erfassung der gesamt Leistung zu den einzelnen<br />
Kabelverteilern<br />
Die Berechnung erfolgt nach der Technischen Anschlussbedingungen für den Anschluss an<br />
öffentliche Versorgungsnetze mit Betriebsspannung bis 1000 Volt (TAEV).<br />
Für den Hausanschluss des Geschäftspartners Neue Heimat, <strong>von</strong> vier Wohnhausanlagen mit<br />
insgesamt 31 Wohnungen, Allgemeinteilen und Parkdeck.<br />
Der Leistungsbedarf (P) der Hausanschlussleitung <strong>von</strong> Haus 1-4, wurde vom Elektroplaner<br />
der Neuen Heimat angegeben:<br />
Wohnung zu …………… 18 kW<br />
Parkdeck zu …………… 5 kW<br />
Allgemeinanlage zu …… 5 kW<br />
Leistung kW = Wohnungsanzahl · Wohnung zu<br />
Haus<br />
Nr.<br />
Tabelle 3.01: Leistungen pro Haus<br />
Wohnungs/<br />
Anzahl<br />
Leistung pro<br />
Haus kW<br />
1 7 126<br />
2 7 126<br />
3 6 108<br />
4 11 198<br />
Für die Belastungsannahmen der Hausanschlüsse wird folgende Formel herangezogen:<br />
100<br />
GZF= x<br />
n<br />
GZF % ….. Gleichzeitigkeitsfaktor in %<br />
n ………… Anzahl der Wohneinheiten<br />
x ………… Nutzungsfaktor<br />
Für den Nutzungsfaktor x sind folgende Werte einzusetzen:<br />
Lift ………………………………………… 1<br />
Allgemeinbedarf (Allg.) ….……………….. 0.52<br />
Zentraler Warmwasserbedarf (Z.Wb.) …….. 0.68<br />
Schriebl Seite 157
Niederspannungsaufschließung<br />
Tabelle 3.02: Leistungen pro Haus (GZF berücksichtigt)<br />
Haus GZF ∑ Leistung Leistung/ Z.Wb. Leistung/Parkdeck Leistung/Lift Gesamt<br />
Nr. % kW<br />
kW<br />
kW<br />
kW ∑Leistung kW<br />
1 36,35 45,81 5 5 56<br />
2 36,35 45,81 3,4 5 54,2<br />
3 39,39 42,54 5 48<br />
4 28,74 56,90 5 62<br />
7 Dimensionierung des Ortsnetz-Kabels<br />
Kabelverteiler 1 Kabelverteiler 2<br />
P 1 = (P) Haus 1 + (P) Haus 2 P 2 = (P) Haus 3+ (P) Haus 4<br />
P 1 = 110,5 kW P 2 = 110 kW<br />
7.1 Berechnung des spezifischen Leitwerts für 70°<br />
γ<br />
γ 20°<br />
C …….. spezifische Leitwert für Aluminium 33 m/Ω mm²<br />
α ……... Temperaturbeiwert 0,004 1/K<br />
R 70 ° C …….. Widerstand bei 70°C<br />
R 20 ° C …….. Widerstand bei 20°C<br />
Δ ϑ …….. Temperaturänderung<br />
cos ϕ …….. 1<br />
Al 70°<br />
C<br />
γ<br />
R ⋅ ( 1+<br />
αΔϑ)<br />
l<br />
70°<br />
C = 20°<br />
C R<br />
=<br />
γ<br />
70°<br />
C ⋅ A 20°<br />
C<br />
l<br />
⋅ ( 1+ αΔ ϑ )<br />
⋅ A<br />
γ 20°<br />
C 33m<br />
/ Ωmm²<br />
= = =27,5 m/Ω mm²<br />
( 1+<br />
αΔϑ)<br />
( 1+<br />
0,<br />
004 ⋅ 50°<br />
C)<br />
I B =<br />
P1<br />
+ P2<br />
=318,26 A<br />
U ⋅ cosϕ<br />
⋅ 3<br />
Querschnitt anhand des I B aus der Tabelle „NM - Mitteilung ’’01/2005“ gewählt:<br />
Aluminiumleiter/ E-AY2Y-J 4 x 240 mm²<br />
Schriebl Seite 158
Niederspannungsaufschließung<br />
8 Kabelbeschreibung<br />
5<br />
2<br />
4<br />
Abb.3.8: Aluminiumkabel<br />
Des weitern wurde eine Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 355 A<br />
gewählt:<br />
I B ≤ I N ≤ I Z<br />
319 A ≤ 355 A ≤ 364 A<br />
9 Berechnung der Spannungsabfälle<br />
3<br />
1<br />
1. Aluminiumleiter 4x<br />
2. PVC-Isolierung<br />
3. PEN-Leiter<br />
4. gemeinsame Umhüllung<br />
5. Außenmantel aus HDPE<br />
Wenn elektrischer Strom durch einen Widerstand fließt, so kann man eine elektrische<br />
Spannung messen. Den Wert dieser Spannung bezeichnet man als Spannungsabfall und ist<br />
proportional zum Strom.<br />
Der Begriff wird im Zusammenhang mit elektrischen Zuleitungen zu Verbrauchern<br />
verwendet. Durch den elektrischen Widerstand der Zuleitung steht dem Verbraucher am Ende<br />
der Leitung nicht mehr die gesamte Spannung zur Verfügung, da die Leitung einen<br />
Spannungsabfall verursacht.<br />
Der Spannungsabfall sollte zwischen Hausanschluss (Übergabestelle) und Verbrauchsmittel,<br />
also Steckdose oder Geräteanschlussklemme, höchstens 4% betragen.<br />
Anhand der angeführten Berechung, wurde der zu lässige Spannungsabfall überprüft.<br />
Schriebl Seite 159
Niederspannungsaufschließung<br />
ΔU<br />
A<br />
A−1<br />
=<br />
kV 1 kV 2<br />
P 1 =110,5kW P 2 =110,5kW<br />
3 ⋅ I B ⋅l1<br />
⋅ cosϕ<br />
3 ⋅ 318,<br />
26A<br />
⋅ 60m<br />
⋅1<br />
=<br />
= 5,01 V<br />
γ 70°<br />
C ⋅ A<br />
m<br />
27,<br />
5 ⋅ 240mm²<br />
Ωmm²<br />
ΔU<br />
A−1<br />
5,<br />
01V<br />
Δu<br />
A − 1 = ⋅100%<br />
= ⋅100%<br />
= 1,25 %<br />
U<br />
400V<br />
ΔU1− 2<br />
P2<br />
⋅l<br />
2<br />
=<br />
γ ⋅ A⋅U<br />
=<br />
27,<br />
5<br />
110 ⋅10³<br />
kW ⋅ 38m<br />
= 1,58 V<br />
m<br />
⋅ 240mm²<br />
⋅ 400V<br />
Ωmm²<br />
ΔU1−2<br />
1,<br />
58V<br />
Δu<br />
1−<br />
2 = ⋅100%<br />
= ⋅100%<br />
= 0,40 %<br />
U<br />
400V<br />
Δ U<br />
U A −2<br />
= ΔU<br />
A−1+<br />
Δ 1−2<br />
Δ U<br />
u A −2<br />
= Δu<br />
A−1<br />
+ Δ 1−2<br />
ΔU<br />
Δu<br />
U<br />
B−2<br />
B − 2<br />
Δ 2−1<br />
B l 3 =98m l 2 =38m<br />
=5,01 V + 1,58 V = 6,59 V<br />
=1,25 % + 0,40 % = 1,65 %<br />
kV 2 kV 1<br />
P 1 =110,5kW P 2 =110,5kW<br />
3 ⋅ I B ⋅l<br />
3 ⋅ cosϕ<br />
3 ⋅318,<br />
26A<br />
⋅ 98m<br />
⋅1<br />
=<br />
=<br />
= 8,19 V<br />
γ 70°<br />
C ⋅ A<br />
m<br />
27,<br />
5 ⋅ 240mm²<br />
Ωmm²<br />
ΔU<br />
B−2<br />
8,<br />
19V<br />
= ⋅100%<br />
= ⋅100%<br />
= 2,03 %<br />
U<br />
400V<br />
P2<br />
⋅l<br />
2 110,<br />
5 ⋅10³<br />
kW ⋅ 38m<br />
= =<br />
γ ⋅ A⋅U<br />
m<br />
27,<br />
5 ⋅ 240mm²<br />
⋅ 400V<br />
Ωmm²<br />
ΔU<br />
2−1<br />
1,<br />
58V<br />
Δu<br />
2−<br />
1 = ⋅100%<br />
= ⋅100%<br />
= 0,40 %<br />
U<br />
400V<br />
Δ U<br />
U B −1<br />
= ΔU<br />
B−2<br />
+ Δ 2−1<br />
Δ U<br />
l 1 =60m l 2 =38m<br />
u B −1<br />
= Δu<br />
B−2<br />
+ Δ 2−1<br />
=8,19 V + 1,58 V = 9,77 V<br />
=2,03 % + 0,40 % = 2,43 %<br />
= 1,58 V<br />
Schriebl Seite 160
Niederspannungsaufschließung<br />
10 Ortsnetz-Kabelverteiler<br />
Es werden zwei Ortsnetzkabelverteiler der Type A/FK4 als freistehende Kabelverteiler<br />
ausgeführt.<br />
10.1 Beschreibung<br />
1<br />
2<br />
3<br />
Abb.3.9: Kabelverteiler A/FK4<br />
Es werden NH-Lastschaltleisten(1) verwendet. Die elektrische Einrichtung eines ON-<br />
Kabelverteilers besteht aus einer Eingangsleiste (2), einer Ausgangsleiste(3) (diese kann auch<br />
als direkter Abgang ausgeführt sein), einer Blitzschutzleiste, sowie diverser Abgangsleisten<br />
(4) (Größe II oder 00).Werden Leisten der Baugröße 00 verwendet, so ist in Kabelverteilern<br />
der Type S3T, F4 und F5 ein Doppeladapter einzubauen, durch welchen die Kontaktabstände<br />
angepasst werden.<br />
Die Blitzschutzleiste wird ebenfalls durch eine Leiste der Größe 00 realisiert. In den<br />
Einsetzöffnungen, welche üblicherweise für die NH-Sicherungen vorgesehen sind, werden in<br />
diesem Fall Überspannungsableiter der Klasse B eingesetzt.<br />
Schriebl Seite 161<br />
4
Niederspannungsaufschließung<br />
Abb.3.10: Überspannungsableiter Klasse B<br />
Höchste Dauerspannung ac [UC] 280 V<br />
Nennableitstoßstrom (8/20) [In] 10 kA<br />
Maximaler Ableitstoßstrom (8/20) [Imax] 20 kA<br />
Schutzpegel [UP]
Niederspannungsaufschließung<br />
11 Gewerbeaufschließung<br />
11.1 Erhebung des Leistungsbedarfs<br />
Der Leistungsbedarf (P) des Gewerbeanschlusses, wurde vom Elektroplaner der Neuen<br />
Heimat mit 200 kW angegeben. Anhand der Berechnung der Kompensationsanlage hat sich<br />
eine Leistung <strong>von</strong> 215 kW ergeben.<br />
γ 70°<br />
C = der spezifische Leitwert für Aluminium bei 70°= 27,5 m/Ω mm²<br />
cos ϕ =1<br />
I B =<br />
P<br />
U ⋅ cosϕ ⋅<br />
215⋅10³<br />
W<br />
= = 326A<br />
3 400V<br />
⋅ 0,<br />
95⋅<br />
3<br />
Querschnitt anhand des I B aus der Tabelle „NM - Mitteilung ’’01/2005“ gewählt:<br />
Aluminiumleiter/ E-AY2Y-J 4 x 240 mm²<br />
Des weitern wurde eine Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 355 A<br />
gewählt:<br />
I B ≤ I N ≤ I Z<br />
326 A ≤ 355 A ≤ 364 A<br />
11.2 Ermittlung des Spannungsabfalls<br />
Berechnung des Spannungsabfalls der Gewerbeanschlussleitung laut der angeführten<br />
Formeln, diese sind unter Punkt 13.5 beschrieben.<br />
Zwischen Zähler und Verbrauchsmittel darf der Spannungsabfall nicht mehr als 3% betragen,<br />
egal ob dazwischen noch Unterverteilungen liegen. Anhand der Berechnung wurde dies<br />
überprüft.<br />
I B ⋅ 3 ⋅ l ⋅ cosϕ<br />
326A<br />
⋅ 3 ⋅14m<br />
⋅ 0.<br />
95<br />
Δ U = =<br />
= 1,34 V<br />
γ ⋅ A 27,<br />
5 ⋅ 240mm²<br />
N<br />
l 1 =14m<br />
ΔU<br />
⋅100%<br />
1,<br />
34V<br />
⋅100<br />
Δ u = = = 0,34 %<br />
U 400V<br />
P=215 kW<br />
Schriebl Seite 163
Niederspannungsaufschließung<br />
12 Niederspannungskabelverteiler - Wohnhausverteiler<br />
12.1 Installation bis zur Messeinrichtung<br />
Vorzählerleitung (Leitung vor der Messeinrichtung) = vom Kabelverteiler zum Hausverteiler<br />
12.2 Vorgangsweise<br />
• Vorzählerleitungen und alle vor den Messeinrichtungen befindlichen Einrichtungen<br />
müssen so installiert sein, dass unbefugte Stromentnahme nicht möglich ist.<br />
• Bei Verlegung der Leitungen in Kellerdecken oder im darüber liegenden<br />
Fußbodenaufbau, werden Mantelleitungen oder Kabeln in entsprechend<br />
dimensionierten Installationsrohren verwendet.<br />
• Die Verlegung durch brandgefährdete und explosionsgefährdete Räume ist zu<br />
vermeiden<br />
• Anhand der Leitungslängen und der errechneten Betriebsstromstärke, wird das<br />
Leitungsschutzorgan bestimmt.<br />
Die Betriebs-(Nenn-)stromstärke <strong>von</strong> Stromverbrauchseinrichtung wird bei Drehstrom<br />
anhand folgender Formel errechnet:<br />
I B =<br />
U ⋅ cosϕ ⋅<br />
I B die Betriebsstromstärke (Scheinstrom) der angeschlossenen Stromverbrauchseinrichtung<br />
in Ampere;<br />
P die Nennaufnahmeleistung der angeschlossenen Stromverbrauchseinrichtungen in<br />
Watt;<br />
U die Nennspannung in Volt;<br />
in Drehstromanlagen: Spannung zwischen den Außenleitern;<br />
cosϕ den Leistungsfaktor;<br />
Schriebl Seite 164<br />
P<br />
3
Niederspannungsaufschließung<br />
Für den Leistungsfaktor für Haus 1-4 sind laut (TAEV/ Tabelle II/2-1) folgende Werte<br />
anzunehmen:<br />
cosϕ<br />
Art der Stromeinrichtungen cosϕ<br />
Elektrowärmegeräte<br />
Glühlampen<br />
Kochherde<br />
Berechnung der Betriebsstromstärke:<br />
Haus<br />
Nr.<br />
Tabelle 3.03: Leistungsfaktor<br />
Schriebl Seite 165<br />
1,0<br />
Tabelle 3.04: Ergebnisse der Betriebsstromstärken<br />
Nennspannung<br />
V<br />
Leistung<br />
kW<br />
Betriebsstromstärke<br />
A<br />
1 400 56 81<br />
2 400 54,5 79<br />
3 400 48 69<br />
4 400 62 89<br />
12.3 Bestimmung der Länge, des Querschnitts und Schutzorgan<br />
Die Länge der Leitung <strong>von</strong> den Kabelverteilern zu den einzelnen Hausverteilverteilern, wurde<br />
dem Plan der Neuen Heimat entnommen und wird in Meter angenommen. Die SSG<br />
verwendet in diesem Bereich Aluminiumleiter.<br />
Die Verlegeart ist gleich wie nach der Messeinrichtung und der Querschnitt wird nach der<br />
höchst errechneten Betriebsstromstärke <strong>von</strong> 89 A bestimmt.<br />
Daraus ergibt sich ein Querschnitt <strong>von</strong> 50 mm² damit die Betriebssicherheit der Anlage<br />
gegeben ist, wurde als zulässiger Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung 125 A<br />
gewählt.<br />
Gewählt: Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 125 A<br />
I B ≤ I N ≤ I Z<br />
89 A ≤ 125 A ≤ 144 A
Niederspannungsaufschließung<br />
12.4 Ermittlung des Spannungsabfalls<br />
Berechnung des Spannungsabfalls der Gewerbeanschlussleitung laut der angeführten<br />
Formeln, diese sind unter Punkt 13.5 beschrieben.<br />
Zwischen Zähler und Verbrauchsmittel darf der Spannungsabfall nicht mehr als 3% betragen<br />
und wurde anhand der Berechnung überprüft.<br />
Spannungsabfall V Spannungsabfall %<br />
I B ⋅<br />
Δ U =<br />
3 ⋅ l ⋅ cosϕ<br />
γ ⋅ A<br />
ΔU<br />
⋅100%<br />
Δ u =<br />
400V<br />
Haus<br />
Nr.<br />
Länge<br />
m<br />
Tabelle 3.05:Ergebnisse des Spannungsabfalls (HA-Kabel)<br />
Querschnitt AL<br />
mm²<br />
Spez. Leitwert<br />
m/Ω mm²<br />
Spannungsabfall<br />
V<br />
Spannungsabfall<br />
%<br />
1 19 50 33 1,61 0,40<br />
2 46 50 33 3,80 0,95<br />
3 32 50 33 2,33 0,58<br />
4 34 50 33 3,19 0,80<br />
13 Wohnhausverteiler bis Wohnungsverteiler<br />
Querschnittbestimmung der Nachzählerleitung:<br />
Leistung pro Wohnung……….. 18000 W<br />
Spannung ……………………… 400 V<br />
Betriebsstromstärke (I B ) der Wohnungen <strong>von</strong> Haus 1-4:<br />
18000W<br />
I B = = 26 A<br />
400V<br />
⋅1⋅ 3<br />
Schriebl Seite 166
Niederspannungsaufschließung<br />
13.1 Dimensionierung der Leitungen<br />
13.1.1 Querschnittbestimmung<br />
Bei vollelektrifizierten Wohneinheiten muss für die Hauptleitungen, bezogen auf eine<br />
Anschlussleistung <strong>von</strong> 18 kW pro Wohnungseinheit ein Querschnitt <strong>von</strong> 16 mm² gewählt<br />
werden.<br />
Außerdem wird empfohlen, im Hinblick auf spätere Anlagenerweiterungen größere<br />
Leiterquerschnitte zu verlegen. Die Komfortwünsche in den Wohnungen werden künftig<br />
weiter steigen und daher wurde die Anlage entsprechend zukunftssicher ausgelegt.<br />
13.2 Verlegeart und Überstrom-Schutzeinrichtung<br />
Elektrische Leitungen und Kabel sind gegen zu hohe Erwärmung mittels Überstromschutzeinrichtungen<br />
(z.B. Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter) zu schützen. In der<br />
Tabelle II/2-3 sind die wichtigsten Verlegearten mit den entsprechenden Nennströmen der<br />
Überstromschutzeinrichtung bzw. deren Bemessungsströmen angeführt.<br />
Als belastete Adern sind nur die tatsächlichen vom Strom durchflossenen Leiter zu<br />
berücksichtigen, der PE-Leiter ist daher nicht mitzuzählen.<br />
Dementsprechend gelten die für die Aderzahl 3 angegebenen Werte für Drehstromkreise<br />
sowohl mit als auch ohne Neutralleiter.<br />
Die Zuordnung <strong>von</strong> Überstrom-Schutzeinrichtungen in Hausinstallationen bei festgelegten<br />
Verlegebedingungen, laut Tabelle II/2-3 gilt nur unter folgenden Bedingungen:<br />
1. Einzelverlegung<br />
2. Zwei oder drei belastete Adern<br />
3. keine aufgewickelte Leitung<br />
4. Umgebungstemperatur für Leitungen<br />
und nicht in Erde verlegte Kabel 25°C<br />
Es wurde die Verlegeart A2 mit 3 belasteten Adern gewählt, d.h. mehradrige Mantelleitungen,<br />
mit oder ohne Rohr in wärmedämmenden Materialien, in Wänden, Decken oder Fußböden<br />
verlegt.<br />
Pro Wohnung wurde ein Betriebsstrom <strong>von</strong> 26A errechnet. Damit die Betriebssicherheit der<br />
Anlage gegeben ist wurde der maximal zulässige Nennstrom einer Überstrom-<br />
Schutzeinrichtung mit der Auslösekennlinie ’’D’’ <strong>von</strong> 50 Ampere genommen.<br />
Schriebl Seite 167
Niederspannungsaufschließung<br />
13.3 Wahl des Leitungsschutzes nach der Messeinrichtung<br />
Jeder Leiter ist ein elektrischer Widerstand, wenn auch meist nur ein sehr kleiner. Fließt durch<br />
den Leiter ein elektrischer Strom, entsteht eine Wärmeleistung, wodurch sich der Leiter<br />
erwärmt.<br />
Wenn der Strom und dadurch die Erwärmung zu groß sind, wird die Temperatur des Leiters<br />
zu groß und die Betriebsisolation wird zerstört. Weiters kann es durch die hohe<br />
Leitertemperatur zu Bränden im Gebäude kommen. Überstrom kann bei Kurzschluss und bei<br />
Überlast fließen. Dabei nehmen die Verbraucher mehr Strom auf, als der Leiterquerschnitt der<br />
Zuleitung verträgt.<br />
Daher gilt, jede Leitung muss vor Überstrom geschützt sein.<br />
Diese Aufgabe übernimmt ein Leitungsschutzorgan, welches im Normalfall sowohl<br />
Überlastschutz als auch Kurzschlussschutz der Leitung abdeckt.<br />
Leitungsschutzschalter werden vom Leitungsstrom durchflossen und schalten bei Überlastung<br />
oder Kurzschluss selbsttätig ab. Sie ersetzen in ihrer Funktion die Schmelzsicherung und<br />
bieten darüber hinaus den Vorteil, dass sie sofort nach Behebung des Kurzschlusses wieder<br />
einschaltbar sind.<br />
Den Kurzschlussschutz der Leiter übernimmt die magnetische Auslösung. Fließt ein großer<br />
Strom durch den Schalter, dann zieht die Magnetspule an und schaltet sofort aus.<br />
Bei der Wahl des Nennstromes der Überstrom-Schutzeinrichtung ist darauf zu achten, dass<br />
die Auslösekennlinie die Bedingungen der „Nennstromregel“ erfüllt.<br />
Nennstromregel: I B ≤ I N ≤ I Z<br />
I B Betriebsstrom des Stromkreises<br />
I N Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung<br />
I Z zulässiger Dauerstrom der Leitung<br />
Es wurde ein Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) der Typ D mit Nennstrom 40A gewählt.<br />
I B ≤ I N ≤ I Z<br />
26 A ≤ 40 A ≤ 50 A<br />
Das heißt, der magnetische Auslöser eines Leitungsschutzschalters der Type D spricht<br />
spätestens bei 10 x I N an, und nicht bei 20 x I N .Der Überlastungsschutz hat eine Auslösezeit<br />
> 1 Stunde bei 1,13 x I N oder eine Auslösezeit < 1 Stunde bei 1,45 x I N .<br />
Schriebl Seite 168
Niederspannungsaufschließung<br />
13.4 Bestimmung der Leiterlänge<br />
Die Länge der Leitung vom Zähler zu dem einzelnen Wohnungsverteilern, wurde dem Plan<br />
der Neuen Heimat entnommen und wird in Meter angegeben.<br />
13.5 Berechnung des Spannungsabfalls vom Zähler zum<br />
Wohnungsverteiler<br />
Der Spannungsabfall bei Drehstrom wird näherungsweise mit der nachstehenden Formel<br />
errechnet, die Ableitwiderstände und Leiterkapazitäten werden bei Niederspannung überhaupt<br />
vernachlässigt.<br />
Δ U =<br />
I B<br />
⋅<br />
3 ⋅ l ⋅ cosϕ<br />
γ ⋅ A<br />
Δ U den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Volt<br />
I B die Betriebsstromstärke der angeschlossenen<br />
Stromverbrauchseinrichtungen Ampere<br />
cosϕ der Leistungsfaktor der angeschlossenen<br />
Stromverbraucheseinrichtugen<br />
l die Länge der Leitungsstrecke in Metern<br />
γ der spezifische Leitwert<br />
für Kupfer 56 [m/Ω mm²]<br />
für Aluminium 33 [m/Ω mm²]<br />
A den Querschnitt der Leiter in mm²<br />
Entsprechend der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) ist der gesamte<br />
Spannungsabfall für den Bereich <strong>von</strong> der Übergabestelle bis zum letzten Verbrauchesgerät<br />
mit 4% der Nennspannung begrenzt.<br />
Von diesem 4% Gesamt-Spannungsabfall ist 1% für den Spannungsabfall im Bereich <strong>von</strong> der<br />
Übergabestelle bis zum Zähler reserviert.<br />
Schriebl Seite 169
Niederspannungsaufschließung<br />
Der Spannungsabfall in Prozent bei Drehstrom ergibt sich durch:<br />
Δ u =<br />
ΔU<br />
⋅100%<br />
400V<br />
Δ u den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Prozent<br />
Δ U den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Volt<br />
100 Umrechnung auf Prozent<br />
400 Nennspannung<br />
Darstellung der Berechnung der kürzesten und der längsten Wohnungszuleitung.<br />
Anhand der Berechnung des Spannungsabfalls der Zuleitungen zu den Wohnungen konnte<br />
festgestellt werden, dass der Querschnitt richtig gewählt wurde.<br />
Tabelle 3.06:Egebnisse des Spannungsabfalls der Wohnungszuleitungen<br />
Haus Nr./<br />
Wohnung<br />
Länge<br />
m<br />
Querschnitt<br />
mm²<br />
Betriebsstrom<br />
A<br />
Spez. Leitwert<br />
m/Ω mm²<br />
Spannungsabfall<br />
V<br />
Spannungsabfall<br />
%<br />
1/1 11 16 26 56 0,6 0,14<br />
4/10 36 16 26 56 1,8 0,45<br />
Schriebl Seite 170
Niederspannungsaufschließung<br />
14 Wohnungsverteiler<br />
In der unteren Abbildung ist der grundsätzliche Aufbau des Verteilers ersichtlich. Als<br />
Schutzmaßnahme ist die Nullung vorgesehen, für den laut ÖVE/ÖNORM E-8001-1<br />
geforderten Zusatzschutz bei Steckdosenstromkreisen bis zu einem Nennstrom <strong>von</strong> 16A<br />
werden Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Nennfehlerstrom ≤ 30mA installiert. Des<br />
weitern muss seit 1996 ein Überspannungsschutz in den Verteilern angebracht werden.<br />
1<br />
Abb. 3.11: Wohnungsverteiler<br />
1. Fehlerstromschutzschalter 30mA<br />
2. Leitungsschutzschalter 2-polig(1+N)<br />
3. Leitungsschutzschalter 3x1-polig für (Drehstromverbraucher)<br />
4. Stoßstromschalter<br />
3<br />
Schriebl Seite 171<br />
2<br />
4
Niederspannungsaufschließung<br />
14.1 Vorzählerteil und Zähler<br />
In Abbildung 3.12 sieht man den Vorzählerteil, sowie die Zählung. Im Vorzählerteil werden<br />
Leitungsschutzschalter der Type D, 40 A verwendet. Weiters erkennt man die PE-und die N-<br />
Klemme. Als Zähler werden Drehstromzähler 10/40A verwendet. Oberhalb der Zähler sieht<br />
man Rundsteuerempfänger, welche zum Schalten <strong>von</strong> Mehrfachtarifzählern und Schützen<br />
dienen können. Für geringe Ströme (bis 16A) befindet sich bereits im Gerät ein Relais.<br />
1<br />
3<br />
1. Drehstromzähler<br />
Abb. 3.12: Vorzählerteil und Zähler<br />
2. Rundsteuerungs-Empfänger und Schütz<br />
3. Vorzählersicherung<br />
4. N-Klemme<br />
5. PE-Klemme<br />
6. Zuleitung<br />
6<br />
Schriebl Seite 172<br />
2<br />
4<br />
5
Niederspannungsaufschließung<br />
15 Schutzmaßnahmen und Netzform<br />
15.1 Allgemein<br />
Die Anwendung der Anlagenschutzmaßnahme ist in Österreich neben der<br />
Errichtungsbestimmung ÖVE/ÖNORM E 8001 durch die "Nullungsverordnung" geregelt.<br />
Schutzmaßnahmen dienen dem Schutz des Menschen vor den Gefahren des elektrischen<br />
Stroms. Im Allgemeinen wird im Umgang mit dem elektrischen Strom mit Spannungen <strong>von</strong><br />
230 V oder 400 V gearbeitet. Diese Spannungen können bei direktem Kontakt mit dem<br />
menschlichen Körper tödlich sein. Die Schutzmaßnahme verhindert im ersten Fehlerfall das<br />
Zustandekommen <strong>von</strong> gefährlichen Berührungsspannungen an leitenden Oberflächen. Die<br />
Niederspannungsaufschließung wird als TN-Netz ausgeführt.<br />
Neu ist nun, dass der wirksam geerdete vierte Leiter in Teilnetzen des Versorgungsnetzes <strong>von</strong><br />
seiner bisherigen Funktion als Neutralleiter in einen PEN-Leiter überführt wird.<br />
T (terra =Erde) der Schutzleiter ist mit dem Anlagenerder<br />
(vom Netzerder getrennt) verbunden.<br />
N (neutral) der Schutzleiter ist mit dem Betriebserder der Stromquelle<br />
(Transformator oder Generator), also dem geerdeten Neutralleiter<br />
(PEN−Leiter) verbunden.<br />
Die Österreichischen Vorschriften für Elektrotechnik(= ÖVE) sehen für den Elektroschutz ein<br />
Schutzkonzept in drei Stufen vor:<br />
1. Basisschutz<br />
er verhindert das Berühren <strong>von</strong> Teilen, die Betriebsspannung führen<br />
(direkte Berührung)<br />
2. Fehlerschutz<br />
er verhindert das Auftreten <strong>von</strong> Spannung an Gehäusen und Geräten, wenn die<br />
Basisisolierung fehlerhaft ist. (Schutz bei indirektem Berühren)<br />
3. Zusatzschutz<br />
er verringert die Gefahr <strong>von</strong> elektrischem Schlag, wenn Basis- und/oder Fehlerschutz<br />
nicht wirksam sind.<br />
Schriebl Seite 173
Niederspannungsaufschließung<br />
15.2 Direkte Schutzmaßnahmen<br />
1. Alle Teile müssen gegen zufällige Berührung geschützt sein(Basisschutz).<br />
Der Schutz gegen Berührung aktiver Teile kann erreicht werden durch<br />
− Isolierung<br />
− Abdeckung (Gehäuse)<br />
− Montage außer Handbereich<br />
2. Betriebs- und Basisisolierung müssen vor mechanischer Beschädigung und zu starker<br />
Erwärmung geschützt sein.<br />
15.3 Indirekte Schutzmaßnahmen<br />
− Schutz <strong>von</strong> Leitungen und Geräten vor mechanischer<br />
Beschädigung<br />
− Schutz der Leitungen vor zu starker Erwärmung<br />
Das Auftreten <strong>von</strong> gefährlicher Fehlerspannung muss verhindert werden (Fehlerschutz).<br />
1. Fehlerschutz ohne Schutzleiter<br />
- Schutzisolierung<br />
- Schutz- und Funktionskleinspannung<br />
- Schutztrennung für ein Gerät<br />
2. Fehlerschutz mit Schutzleiter<br />
- Schutztrennung für mehrere Geräte<br />
- Schutzerdung<br />
- Nullung<br />
- Fehlerstrom-Schutzschaltung<br />
- Isolationsüberwachungssystem<br />
Schriebl Seite 174
Niederspannungsaufschließung<br />
16 Nullung<br />
16.1 Allgemein<br />
Die Nullung ist eine Schutzmaßnahme gegen zu hohe Berührungsspannungen bei defekten,<br />
elektrischen Betriebsmitteln wie z.B. Haushaltgeräte und Werkzeugmaschinen.<br />
Bei der Nullung wird der PEN-Leiter (Neutralleiter mit Schutzfunktion) direkt nach dem<br />
Hausanschluss, noch vor den Schutzeinrichtungen der Hausinstallation, wie z.B<br />
Fehlerstromschutzschaltern oder Leitungsschutzschaltern, in den Neutralleiter und den<br />
Schutzleiter aufgetrennt. Der Schutzleiter wird mittels der Schutzkontakttechnik mit den<br />
metallischen Gehäusen der Elektrogeräte verbunden.<br />
Abb. 3.13: Darstellung der Nullung<br />
Bei Körperschluss muss sichergestellt sein, dass der Fehlerstrom in der Schleife L-PEN so<br />
groß ist, dass die Überstromeinrichtung auslöst.<br />
Des weitern wurden die Querschnitte so gewählt, dass im Fehlerfall automatisch ausgeschaltet<br />
wird.<br />
Hausanschluss-<br />
sicherung<br />
zum Zähler<br />
Fundamenterder<br />
Nullungsbügel und<br />
Anlagenerder ist mit dem<br />
PEN-Leiter verbunden<br />
Abb. 3.14: Ausführung der Nullungsverbindung<br />
Schriebl Seite 175
Niederspannungsaufschließung<br />
Im Fehlerfall kommt es zu einem kurzschlussartigen Fehlerstrom (Abschaltstrom) der die<br />
vorgeschaltete Überstrom−Schutzeinrichtung zum Auslösen bringt. Durch den umfassenden<br />
Potentialausgleich wird gewährleisten, dass während der Auslösezeit keine unzulässig hohe<br />
Berührungsspannung auftreten kann.<br />
Der wesentliche Vorteil der Nullung besteht darin, dass die Fehlerspannung bis zur<br />
Abschaltung des fehlerhaften Stromkreises gering ist und die sichere Funktion nur<br />
unwesentlich durch Alterungsprozesse beeinflusst wird.<br />
17 Fehlerstrom-Schutzschalter<br />
Bei Körperschluss muss der Fehlerstrom gegen Erde so groß sein, dass der<br />
Auslösenennstromfehler der Fehlerstrom−Schutzeinrichtung zum Fließen kommt und durch<br />
den Summenstromwandler die Auslösung erfolgt. Der Erdungswiderstand der Anlage darf<br />
gemäß ÖVE/ÖNORM E 8001−1 maximal 100 Ohm betragen.<br />
Bei fehlerfreien Kabeln und Geräten darf der Stromkreis nur über Phase- und Neutralleiter<br />
führen. Fehlerstromschutzschalter (FI) können dank der gezielten Erdung des Stromnetzes so<br />
genannte Kriechströme erkennen und den betreffenden Stromkreis spannungsfrei schalten.<br />
Abb. 3.15: Ausführung des Fehlerstromschutzschalters (FI)<br />
Die Funktion der Schutzmaßnahme Fehlerstrom−Schutzschaltung besteht darin, dass das<br />
Gehäuse der Betriebsmittel über den Schutzleiter an einen eigenen Anlagenerder<br />
angeschlossen ist. Im Fehlerfall kommt ein Fehlerstrom zum Fließen, welcher die<br />
vorgeschaltete Fehlerstrom−Schutzeinrichtung zur Auslösung bringt.<br />
Anlagenteile die netzseitig vor einer Fehlerstrom−Schutzeinrichtung liegen (ausgenommen<br />
z.B. Hausanschlusskasten, Messeinrichtungen) müssen schutzisoliert ausgeführt werden.<br />
Schriebl Seite 176
Niederspannungsaufschließung<br />
18 Zusatzschutz<br />
Als Maßnahme des Zusatzschutzes gilt gemäß ÖVE/ÖNORM E 8001−1.<br />
Der Einbau einer Fehlerstrom−Schutzeinrichtung mit einem maximalen Nennfehlerstrom <strong>von</strong><br />
30 mA. Unabhängig da<strong>von</strong>, ob Nullung oder FI−Schutz angewendet wird, ist dieser separate<br />
30 mA − FI−Schalter für die betreffenden Stromkreisen vorzusehen. Beim Steckdosenstromkreis<br />
ist Nennstrom <strong>von</strong> 16 A gefordert.<br />
19 Potentialausgleich<br />
Zweck des Potentialausgleichs ist es, gefährliche Potentialunterschiede zwischen berührbaren<br />
leitfähigen Anlageteilen zu vermeiden. Der Potentialausgleich stellt jedoch keine<br />
Schutzmaßnahme für den Fehlerschutz dar. Die Anlage wird mit einer<br />
Hauptpotentialausgleichsschiene ausgestattet, die mit dem Fundamenterder verbunden wird.<br />
2<br />
1<br />
7<br />
3<br />
6<br />
Abb. 3.16: Ausführung des Hauptpotentialausgleichs<br />
1. Anschlüsse Hauptpotentialausgleichsschiene<br />
2. metallene Gebäudekonstruktionen berührbar<br />
(= Stiegengelände, Badewanne)<br />
3. Erdungsleiter zum Anlagenerder<br />
4. leitfähige Rohr- und Leitungssysteme (Wasser, Abfluss ...)<br />
5. Heizung<br />
6. Antennenanlage, Überspannungsschutz, Blitzschutz<br />
7. Zum PEN−Leiter 16mm² CU (7)<br />
Schriebl Seite 177<br />
4<br />
5
Niederspannungsaufschließung<br />
20 Kompensation<br />
20.1 Was ist Blindleistung, wo entsteht sie?<br />
Blindleistung ist die zum Auf- und Abbau des magnetischen bzw. elektrischen Feldes<br />
zwischen Generator und Verbraucher im Takt der Netzfrequenz pendelnde Leistung und tritt<br />
bei reinen Induktivitäten und reiner Kapazitäten auf.<br />
In der Praxis tritt meist keine rein ohmsche Last auf, sondern man muss drei Leistungen<br />
unterscheiden. Außer der Scheinleistung (S) treten im Wirkwiderstand (R) die Wirkleistung<br />
(P) und im induktiven Blindwiderstand die induktive Blindleistung (Q) auf. Die gilt für alle<br />
Verbraucher, die zur Funktion ein magnetisches Feld benötigen, z.B. Motoren, Spulen und<br />
Transformatoren.<br />
Beträgt die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung 90°, z.B. bei einer<br />
Induktivität oder Kapazität, so werden die positiven Flächenteile der Leistungskurve gleich<br />
groß wie die negativen. Die Wirkleistung (P) ist dann Null und es tritt nur Blindleistung auf.<br />
Die ganze Energie pendelt dabei zwischen Verbraucher und Erzeuger hin und her.<br />
In diesem Projekt entsteht die Blindleistung bei den Motoren des Gewerbebetriebes.<br />
20.2 Einschätzung des Blindstromverbrauchs<br />
Vorwiegend konzentriert sich der Bedarf einer Blindstrommessung auf die Segmente<br />
Gewerbe- und Industriebetriebe bei denen leistungsstarke Asynchronmotoren, Schweißgeräte<br />
bzw. eine hohe Anzahl <strong>von</strong> Gasentladungslampen ohne entsprechende Blindstromkompensation<br />
eingesetzt werden.<br />
20.3 Wann wird eine Blindstrommessung durchgeführt<br />
• Eine Blindstrommessung ist in jedem Fall bei Anlagen mit Lastprofilmessung, wie<br />
auch bei Anlagen mit einer ¼ Std. Maximum Wandlermessungen einzubauen.<br />
• Bei all jenen Kundenanlagen bei denen die Verbrauchsermittlung mit einer anderen<br />
Art bzw. Variante <strong>von</strong> Messeinrichtung erfolgt, ist <strong>von</strong> der jeweiligen Kontaktperson<br />
der STEWEAG-STEG GmbH. unter Berücksichtigung der Anlagengegebenheiten<br />
(Art und Leitungsverwendung der Geräte) eine Einschätzung, ob ein<br />
Blindstromverbrauch < 0,9 [Lamda] zu erwarten ist, vorzunehmen und in weiterer<br />
Folge eine Blindstrommessung einzubauen.<br />
• Die entsprechende Kundeninformation über den Einbau und eine mögliche<br />
Verrechnung der Blindenergie bei einem Anteil größer als rund 48% des Wertes der<br />
zeitgleichen Wirkenergie, obliegt der jeweiligen Kontaktperson der SSG.<br />
Schriebl Seite 178
Niederspannungsaufschließung<br />
20.4 Wie funktioniert ein Blindleistungszähler<br />
Zur Blindstromerfassung ist anzumerken, dass bei der SSG verschiedene Varianten bzw.<br />
Ausprägungen <strong>von</strong> Blindstromzählern zu Verfügung stehen. Unter anderem besteht die<br />
Möglichkeit einen ¼- Std. Maximum – Kombizähler mit Lastprofilspeicher für Wirk- und<br />
Blindenergie zu verwenden. Der angeführte Kombizähler kann als ¼- Std. Maximums-Zähler<br />
wie auch als Lastprofilzähler eingesetzt werden. Außerdem besitzt er auch ein integriertes<br />
Energieregister zur Erfassung der Blindenergie.<br />
Es besteht somit die Möglichkeit bei Anlagen, die auf Grund ihrer<br />
Jahresenergieverbrauchsmenge bzw. Leitungsverwendung laut geltenden „Allgemeine<br />
Bedingungen für den Zugang des Verteilernetz der STEWEAG- STEG GmbH.“ einen ¼-<br />
Std. Maximums-Zähler oder einen Lastprofilzähler benötigen, den angeführten Kombizähler<br />
einzubauen. Mit der Verwendung des ¼- Std. Maximum- Kombizähler wird auch ein<br />
etwaiger Blindenergiebezug erfasst und ein gesonderter Einbau einen Blindstromzählers<br />
entfällt somit.<br />
20.5 Was ist eine Kompensationsanlage und ihre Funktionsweise.<br />
Unter Kompensation versteht man die Verringerung der induktiven Blindleistung. Da viele<br />
elektrische Lasten induktive Anteile haben (z.B. Motoren) benötigen sie induktive<br />
Blindleistung. Dieser Anteil wird ohne Kompensationsanlage vom Energieversorger geliefert.<br />
Sie wird <strong>von</strong> den normalerweise eingesetzten Zählern nicht erfasst, da diese nur die<br />
Wirkleistung messen. In den TAB (Technischen Anschlussbedingungen) der Netzbetreiber<br />
werden Kompensationsanlagen ab einer gewissen induktiven Blindleistung vorgeschrieben.<br />
Mit Hilfe <strong>von</strong> Kondensatoren, die in Stern oder Dreieck zur Anlage geschaltet werden, wird<br />
die induktive Blindleistung kompensiert. Die Blindleistung muss nun nicht mehr vom<br />
Energieversorger geliefert werden. Der Kunde "erzeugt" seine Blindleistung selbst. Die<br />
Kompensation erfolgt gewöhnlich auf einen cos phi zwischen 0,90 und 0,98.<br />
20.6 Warum wird kompensiert?<br />
Der zwischen Generator (Elektrizitätswerk) und Verbraucher hin und her pendelnde<br />
Blindstrom wird im Leitungsnetz in Wärme umgesetzt. Generatoren, Transformatoren,<br />
Leitungen und Schalteinrichtungen werden zusätzlich belastet. Es treten Verluste und<br />
Spannungsabfall auf. Bei hohem Blindstromanteil können die verlegten Querschnitte nicht<br />
voll zur Energieübertragung ausgenützt werden bzw. müssen stärker dimensioniert sein. Aus<br />
Sicht der EVU steigen bei schlechtem Leistungsfaktor die Investitions- und Wartungskosten<br />
für das Versorgungsnetz. Diese Mehrkosten werden dem Verbraucher, nämlich dem<br />
Stromabnehmer mit schlechtem Leistungsfaktor, in Rechnung gestellt. Deshalb installiert man<br />
neben dem Zähler für Wirkarbeit auch noch einen solchen für Blindarbeit.<br />
Schriebl Seite 179
Niederspannungsaufschließung<br />
20.7 Die Vorteile<br />
1. Wirtschaftliches Ausnutzen <strong>von</strong>:<br />
2. geringe Verluste<br />
− Leitungen<br />
− Generatoren (EVU)<br />
− Transformatoren<br />
− Schalteinrichtungen<br />
3. geringer Spannungsabfall dadurch<br />
4. geringere Energiekosten<br />
20.8 Kompensationsarten<br />
− Einzelkompensation<br />
− Gruppenkompensation<br />
− Zentralkompensation<br />
− Gemischte Kompensation<br />
Gewählt wurde die Zentralkompensation in Sternschaltung.<br />
20.9 Ausführung<br />
Die gesamte Kompensation wird an zentraler Stelle, z.B. beim Niederspannungs-<br />
Hauptverteiler, angeordnet. Es wird damit der gesamte Bedarf an Blindleistung abgedeckt.<br />
Die Kondensatorleistung ist auf mehrere Schaltstufen aufgeteilt und wird durch einen<br />
automatischen Blindleistungsregler über Schaltschütze den Lastverhältnissen angepasst. Die<br />
zentral angeordnete Kompensation kann leicht überwacht werden. Moderne<br />
Blindleistungsregler ermöglichen eine laufende Kontrolle <strong>von</strong> Schaltzustand, cosϕ und der<br />
Wirk- und Blindströme sowie der im Netz enthaltenen Oberschwingungen. Meist kommt man<br />
mit einer niedrigeren Gesamtleistung der Kondensatoren aus, da der Gleichzeitigkeitsfaktor<br />
des ganzen Betriebes bei der Auslegung berücksichtigt werden kann. Die installierte<br />
Kondensatorenleistung wird besser ausgenutzt. Allerdings wird das betriebsinterne<br />
Leitungsnetz selbst nicht vom Blindstrom entlastet, was bei ausreichenden Querschnitten kein<br />
Nachteil ist.<br />
Schriebl Seite 180
Niederspannungsaufschließung<br />
Vorteile:<br />
Nachteile:<br />
M<br />
~<br />
M<br />
~<br />
M<br />
~<br />
Abb. 3.17: Zentralkompensation<br />
− überschaubares Konzept<br />
− gute Nutzung der installierten Kondensatorleistung<br />
− meist einfache Installation<br />
M<br />
~<br />
Regler<br />
− weniger Kondensatorenleistung, da der Gleichzeitigkeitsfaktor<br />
berücksichtigt werden kann<br />
− bei oberschwingungshaltigen Netzen kostengünstiger, da<br />
geregelte Anlagen einfacher zu verdrosseln sind<br />
− das innerbetriebliche Netz wird nicht entlastet<br />
− zusätzliche Kosten für automatische Regelung<br />
Schriebl Seite 181
Niederspannungsaufschließung<br />
20.10 Wie wird eine Kompensationsanlage ausgelegt?<br />
Berechnung auf Grund vorliegender Daten (z.B. Typenschild) <strong>von</strong> Verbrauchern, wie<br />
Motoren.<br />
Daten der angenommenen Motore für den Gewerbebetrieb:<br />
Tabelle 3.07: Gewerbebetrieb-Anschlussdaten<br />
Motor 1= 90kW Motor 2 = 30kW Motor 3 = 5,5kW Motor 4 = 75kW<br />
η 1= 0.945 η 2 = 0.93 η 3 = 0.86 η 4 = 0.85<br />
cosϕ 1= 0.85 cosϕ 2 = 0.89 cosϕ 3 = 0.82 cosϕ 4 = 0.85<br />
ϕ 1= 31,8° ϕ 2 = 27,1° ϕ 3 = 34,9° ϕ 4 = 31,8°<br />
P ab<br />
P zu =<br />
η<br />
P zu ….. aufgenommene Leistung<br />
P ab ….. abgegebene Leistung<br />
η ….. Wirkungsgrad<br />
cosϕ … Leistungsfaktor<br />
90kW 30kW<br />
P zu1<br />
= = 95,2 kW Pzu 2 = = 32,2 kW<br />
0,<br />
945<br />
0,<br />
93<br />
5,<br />
5kW<br />
75kW<br />
Pzu 3 = = 6,4 kW Pzu 4 = = 79,8 kW<br />
0,<br />
86<br />
0,<br />
94<br />
P = P + P + P + P<br />
zuGes<br />
zu1<br />
zu2<br />
zu3<br />
zu4<br />
P = 95,2+32,2+6,4+79,8=213,6 kW<br />
Q<br />
P<br />
zuGes<br />
zu<br />
zu<br />
= tanϕ<br />
=> Q zu = Pzu<br />
⋅ tanϕ<br />
Q = 85,2kW ⋅ tan( 31,<br />
8°<br />
) =59,03 kVar<br />
zu1<br />
Q = 32,2kW ⋅ tan( 27,<br />
1°<br />
) =16,48 kVar<br />
zu2<br />
Q = 6,4kW ⋅ tan( 34,<br />
9°<br />
) = 4,47 kVar<br />
zu3<br />
Q = 79,8kW ⋅ tan( 31,<br />
8°<br />
) =49,49 kVar<br />
zu4<br />
Q = Q + Q + Q + Q<br />
zu Ges<br />
zu1<br />
zu2<br />
zu3<br />
zu4<br />
Q = 59,03+16,48+4,47+49,49= 129,47 kVar<br />
zu Ges<br />
Schriebl Seite 182
Niederspannungsaufschließung<br />
ϕ 2<br />
P Ges<br />
C Q<br />
Abb. 3.18: Diagramm der Blindleistung mit Kompensation<br />
Die vom Kondensator aufgenommene Blindleistung Q C ergibt sich aus der Differenz der<br />
induktiven Blindleistung Q vor der Kompensation und Q zuGes<br />
zu nach der Kompensation, also<br />
ist: QC = Qzu<br />
− Qzu<br />
.<br />
Ges<br />
Kompensieren mit Sternschaltung auf cosϕ 0,95, das sind 18,2° Grad:<br />
Q<br />
P<br />
zu<br />
zuGes<br />
zu<br />
= tanϕ<br />
zuGes<br />
K<br />
Q = P ⋅ tanϕ<br />
Q<br />
zu<br />
= 213 , 6 ⋅ tan( 18,<br />
2°<br />
)<br />
Q = 70,<br />
23 kVar<br />
zu<br />
Q = Q − Q<br />
C<br />
zu Ges<br />
zu<br />
Q = 129,47-70,23<br />
C<br />
Q = 59,24 kVar<br />
C<br />
20.11 Bestimmung der Kondensatorgröße<br />
X<br />
C<br />
3⋅U<br />
²<br />
= =><br />
Q<br />
C<br />
1<br />
C =<br />
2 ⋅π<br />
⋅ f ⋅<br />
X c<br />
ϕ 1<br />
S<br />
K<br />
2<br />
3⋅<br />
230 V<br />
= = 2,68 Ω<br />
59,<br />
24 ⋅10<br />
kVar<br />
X C 3<br />
1<br />
=> C =<br />
= 1188uF<br />
≈ 1,<br />
2mF<br />
2 ⋅π<br />
⋅ 50Hz<br />
⋅ 2,<br />
68Ω<br />
X C kapazitiver Blindwiderstand in Ω<br />
C Kapazizät in F<br />
f Frequenz in Hz<br />
QzuGes<br />
Schriebl Seite 183<br />
Qzu
Niederspannungsaufschließung<br />
20.12 Kostenauflistung<br />
20.12.1 Anlagenkosten<br />
Anhand der berechneten Daten wurde bei der Firma Schmachtel in Graz ein Angebot einer<br />
Zentralkompensation eingeholt.<br />
Angaben:<br />
Gesamtleistung ……….. 213,6 kW<br />
Blindleistung ……….. 59,24 kVar<br />
Rundsteuersignal ……….. 216,7 Hz<br />
Verdrosselungsfaktor ……….. 14 %<br />
Nennspannung ……….. 3x400V/50Hz<br />
gewünschter cosϕ ……….. 0,95<br />
Angebot:<br />
Bezugnehmend auf die Angaben würde eine verdrosselte Blindleistungs-Regelanlage<br />
mit 62,5 kVar (Vorsicherung gl 125) oder besser mit 10% Reserve = 68,75 kVar<br />
(Vorsicherung gl 160) sinnvoll sein. Die verdrosselte Blindstromanlage, eignet sich<br />
um Lasten mit erhöhtem Oberschwingungsanteil zu kompensieren und<br />
Resonanzerscheinungen im Netz zu vermeiden.<br />
Kosten einer geregelten Kompensationsanlage mit Schaltschrank:<br />
Abb. 3.19: Kompensationsanlage<br />
1. Type: LSK 62,5-12,5-12-400-3-606-P1 € 1.694,--/Stk.<br />
2. Type:LSK 68,75-6,25-112-400-3-606-P1 € 1.886,--/Stk.<br />
Kosten mit Montage: 5600€<br />
Beschreibung der Type 2 / 68,75 kVar<br />
Regelbar in 6 Stufen zu 6,25 kVar<br />
400V/50Hz mit 14% verdrosselt<br />
Resonanzfrequenz P1(fr=210Hz)<br />
Schriebl Seite 184
Niederspannungsaufschließung<br />
20.12.2 Anlage ohne Kompensation:<br />
Wirkleistung(P) = 215 kW<br />
Blindleistung(Q) = 130 kVar<br />
Betriebszeiten: MO-FR 6°°-18°° 60% Auslastung<br />
18°°- 6°° 10% Auslastung<br />
Tag 60% Nacht 10%<br />
Wirkleistung: 129 kW 21,5 kW<br />
Blindleistung: 78 kVar 13 kVar<br />
Energie: 451500kWh/Jahr<br />
Blindleistung:382200 kVarh/Jahr da<strong>von</strong> (48% frei=216720kVar)<br />
=>165480 kVar<br />
Energiekosten:<br />
Wirkleistung/215 kW: 7766€<br />
Energie/451500 kWh: 11036€<br />
Blindleistung/165480 kVarh: 6615€<br />
€/Jahr 25417€<br />
€/Monat 2119€<br />
20.12.3 Anlage mit Kompensation:<br />
Es ergibt sich eine Blindleistung <strong>von</strong> 149100 kVah/Jahr, da 48% frei sind, fallen keine<br />
Blindleistungskosten an.<br />
Energiekosten:<br />
20.13 Fazit<br />
Wirkleistung/215 kW: 7766€<br />
Energie/451500 kWh: 11036€<br />
€/Jahr 18802€<br />
€/Monat 1567€<br />
Die entstandenen Kosten der Kompensationsanlage würden sich innerhalb <strong>von</strong> nur 11<br />
Monaten amortisieren. Die Wartungskosten kommen pro Jahr auf 360€. Es rentiert sich auf<br />
jeden Fall eine Kompensationsanlage, es profitiert der Endkunde.<br />
Schriebl Seite 185
Niederspannungsaufschließung<br />
21 Überspannungsschutzkonzept<br />
21.1 Erstellung eines Schutzkonzeptes<br />
Unter Überspannungsschutz wird der Schutz elektrischer und elektronischer Geräte vor zu<br />
hohen elektrischen Spannungen verstanden. Beim Überspannungsschutz unterscheidet man<br />
zwischen den Funktionsbereichen Grobschutz (Anlagenschutz) und Feinschutz<br />
(Geräteschutz). Erst das Zusammenwirken beider Bereiche gewährleistet das notwendige Maß<br />
an Sicherheit.<br />
Der Grobschutz (Anlagenschutz) übernimmt dabei die Aufgabe, die energiereichen<br />
Überspannungen auf ungefährliche Werte zu begrenzen. Der Einbau dieser Geräte wird in der<br />
ÖVE/ÖNORMEN 8001-1 §18 vorgeschrieben und in Haupt- und Unterverteilungen<br />
eingebaut, um so die Niederspannungs-Verbraucheranlagen vor Überspannungen zu schützen.<br />
21.2 Überspannung<br />
Überspannungen sind sehr kurzzeitige Ereignisse, mit hohen Spannungsimpulse<br />
(Transienten), die im µs-Bereich auftreten und dennoch elektronische Geräte und komplexe<br />
Leitungs-Systeme negativ beeinflussen bzw. außer Betrieb setzen können.<br />
21.3 Ursachen<br />
– atmosphärische Entladungen (Blitze)<br />
– Schalthandlungen<br />
– Schalten <strong>von</strong> großen induktiven und kapazitiven Lasten<br />
– elektrostatische Entladung (ESD)<br />
21.4 Was sollte geschützt werden:<br />
1. Niederspannungsbereich<br />
– TV-, Telefon-, Computer-, Alarmanlage<br />
– Sämtliche Haushaltsgeräte (z.B. Waschmaschine, Geschirrspüler)<br />
– Heizungssteuerung<br />
– Kompensationsanlage<br />
Schriebl Seite 186
Niederspannungsaufschließung<br />
2. Hochspannungsbereich<br />
– Komplexe Leitungs-Systeme<br />
– Schaltanlagen<br />
– Transformatorstation<br />
21.5 Gegenüberstellung der Ableiterklassifikation<br />
Tabelle 3.08: Ableiterklassen<br />
Ableiterklasse A Überspannungsableiter zum Einsatz in Freileitungen<br />
Ableiterklasse B Blitzstromableiter für die Montage in Gebäuden<br />
Ableiterklasse C Überspannungsableiter für die Montage in Gebäuden<br />
Ableiterklasse D Ortsveränderliche Überspannungsschutzgeräte<br />
Ableiterklasse E Überspannungs-Feinschutzelemente<br />
21.6 Schutzzonenkonzept<br />
Für den Überspannungsschutz in TN-Netzen sind 3polige Blitzstrom- und<br />
Überspannungsableiter notwendig.Sie werden zwischen den Phasen und dem PE-Leiter<br />
installiert.<br />
TN-C-Netz TN-S-Netz<br />
Potentialausgleich<br />
B C D<br />
B…..Blitzstromableiter<br />
Abb. 3.20: TN-System mit Überspannungsschutz durch Varistor-Ableiter<br />
C…..Überspannungsableiter<br />
D…..Gerätefeinschutz<br />
Schriebl Seite 187
Niederspannungsaufschließung<br />
21.7 Funktion<br />
Überspannungs-Schutzgeräte sind Betriebsmittel, deren wesentliche Komponenten<br />
spannungsabhängige Widerstände (Varistoren, Suppressordioden) und Funkenstrecken<br />
(Entladungsstrecken) sind und die bei Nennspannung nicht leitend werden. Sie stellen im<br />
Normalbetrieb einen Isolator dar. Erst bei Überspannung werden sie leitend und können den<br />
Stoßstrom ableiten und dadurch die Überspannung am zu schützenden Gerät verkleinern. Sie<br />
werden zwischen Außenleiter und Erde geschaltet.<br />
1. Funkenstrecken<br />
sind derartige Bauelemente, die beim Überschreiten eines bestimmten<br />
Spannungswertes an ihren Anschlüssen durchschalten und die anliegende<br />
Überspannung kurzschließen. Ihr Verhalten ist mit dem eines Schalters vergleichbar.<br />
− hochohmiger Zustand (Normalbetriebszustand)<br />
− niederohmiger Zustand ( Ableitvorgang)<br />
Überspannungsableiter Abb.3.21 für Niederspannung 280 V/500 V mit Metalloxidwiderstand<br />
5 kA/10 kA. Bei Überspannung verringert sich der spannungsabhängige Widerstand (1) so<br />
stark, dass die Überspannung begrenzt wird.<br />
4<br />
Abb. 3.21: Überspannungsableiter im Freileitungsnetz<br />
1. im Keramikisolator eingebetteter Metalloxidwiderstand<br />
2. Isolierte flexible Kupferanschlussleitung 6 mm²<br />
3. Signalfarbe Gelb für leichtes Erkennen eines ausgelösten<br />
Überspannungsableiter<br />
4. Anschluss mit Schraubbolzen<br />
5. Erdungsverbindung<br />
5<br />
Schriebl Seite 188<br />
2<br />
1<br />
3
Niederspannungsaufschließung<br />
Technische Daten<br />
Höchste Dauerspannung U c : 280 V/500 V<br />
Frequenz: 40–60 Hz<br />
Nennableitstrom I N : 5 kA 10 kA<br />
Maximaler Ableitstrom I MAX : 10 kA 15 kA<br />
SchutzpegelU P : 1,8 kV 3,0 kV<br />
RestspannungU RES : < 1,8 kV < 2,8 kV<br />
2. Varistoren<br />
sind ideale Elemente zur Begrenzung <strong>von</strong> Überspannungen, die durch indirekte<br />
Blitzeinwirkung oder durch Schalthandlungen verursacht werden.<br />
3. Gasgefüllte Überspannungsableiter<br />
sind elektronische Bauelemente die im Feinschutzbereich zur Begrenzung <strong>von</strong><br />
Überspannung eingesetzt werden. Der Überspannungsableiter stellt eine<br />
Gasentladungsstrecke dar.<br />
4<br />
3<br />
2<br />
5 5<br />
Abb.3.22: Gasgefüllte Überspannungsableiter<br />
Nach dem Überschreiten einer bestimmten Spannung findet zwischen den beiden<br />
Metallelektroden (2) ein Durchschlag statt. Es entsteht dabei ein Lichtbogen, der sehr hohe<br />
Ströme leiten kann. Die Spannung zwischen den Elektroden (1) beträgt dann nur 10 bis 20V.<br />
Der Überspannungsableiter besteht aus einem Glas- oder Keramikkörper (3), der an den<br />
Außenseiten mit zwei Anschlussdrähten (5) ausgestattet ist. Innerhalb des Gehäuses befinden<br />
sich die Elektroden. Der Raum dazwischen ist die Gasentladungsstrecke (4), die aus einem<br />
Edelgas besteht (Argon, Neon).<br />
Schriebl Seite 189<br />
1
Niederspannungsaufschließung<br />
21.8 Möglichkeiten zum Überspannungsschutz<br />
1. A-Ableiter<br />
Dieser Ableiter wird als Blitzschutz bei Hoch- und Niederspannungsanlagen z.B.<br />
Leitungen und Trafostationen verwendet. Die Blitzschutzableiter sind in der Lage,<br />
Blitzströme <strong>von</strong> 100 kA abzuleiten, die bei einem direktem Blitzschlag auftreten<br />
können. Der Schutzpegel liegt hierbei unter 3,5 kV.<br />
Meist werden Überspannungsableiter Abb.3.23 mit Metalloxidwiderständen<br />
eingesetzt. Es handelt sich hierbei um einen gesinterten Keramikwerkstoff, dessen<br />
Hauptbestandteil Zinkoxid bildet. Dieses Zinkoxid wird in Pulverform mit<br />
verschiedenen Dotierungsstoffen vermischt und danach gesintert.<br />
3<br />
5<br />
1<br />
6<br />
2<br />
4<br />
7<br />
Abb. 3.23: Schutzisolator Abb. 3.24: Metalloxidwiderstände<br />
1. Primäranschluss<br />
2. Glasfaser Stäbe<br />
3. Stickstoff<br />
4. Glasfaser Rohr<br />
5. Silikonschirm<br />
6. Erdseitigeranschluss<br />
7. Metalloxidwiderstände<br />
Ein fertiger Ableiter (Abb.3.23) entsteht durch die Reihenschaltung mehrer Widerstände.<br />
Hierbei ist die Bauhöhe der Widerstandssäule maßgebend für die Restspannung des Ableiters.<br />
Der Vorteil der Metalloxidableiter liegt darin, dass man keine zusätzlichen Funkenstrecken<br />
im Ableiter benötigt. Aufgrund des hohen Widerstandes bei Betriebsspannung können diese<br />
Ableiter direkt mit dem Netz verbunden werden.<br />
Schriebl Seite 190
2<br />
Niederspannungsaufschließung<br />
2. B-Ableiter<br />
Für die äußere Blitzschutzanlage Abb.3.25 <strong>von</strong> Gebäuden geeignet, z.B. Wohnhaus<br />
und Gewerbebetrieb unseres Projektes.<br />
Neben dem hohen Ableitvermögen, bieten diese Hochleistungsableiter folgende<br />
Vorteile:<br />
• Kurze Ansprechzeit – geringer Schutzpegel (Restspannung) ≤ 2 kV<br />
• Kein Folgestrom nach Abklingen der Überspannung<br />
• Leicht auswechselbares Varistor-Modul, ohne die Netzspannung zu<br />
unterbrechen; wichtig bei EDV-Anlagen (6)<br />
Die Ausführung <strong>von</strong> Fundamenterder (3) als Blitzschutzanlage (1), muss so ausgelegt werden,<br />
dass es der ÖNORM E 2790 entspricht.<br />
Jede Ableitung z.B. EDV-, TV-Anlage, Hausanschluss (2) und Wasseranschluss (5) muss mit<br />
wenigstens einem Erder versehen werden, die untereinander und direkt oder über den<br />
Potentialausgleich (4) mit dem Fundamenterder zu verbinden sind.<br />
1<br />
4<br />
Abb. 3.25: Blitzschutzanlage<br />
Schriebl Seite 191<br />
3<br />
6<br />
5
Niederspannungsaufschließung<br />
2. C-Ableiter<br />
Überspannungsableiter der Klasse-C werden als Grobschutz für den Anlagenschutz in<br />
Niederspannungs-Verbraucheranlagen eingesetzt.<br />
Die sichere Ableitung hoher Überspannungsenergien ist durch den Einsatz<br />
leistungsstarker Zinkoxid-Varistoren gewährleistet. Jeder Ableiterpol kann mehrere<br />
Stoßströme <strong>von</strong> mindestens 40 kA (8/20) ableiten, ohne dass sich die Charakteristik<br />
des Varistors verändert.<br />
Der einzige Unterschied zwischen C- Ableiter und B-Ableiter ist, dass der C- für<br />
Grobschutz und der B- Ableiter für Blitzschutz ist.<br />
2. D-Ableiter<br />
Für den Feinschutz gibt es einfache Steckdosen-Module Abb.3.26 in verschiedenen<br />
Ausführungen für Telefon-(1), TV-Anlage (2) und PC-Vernetzung (3). Die<br />
Schutzschaltung dieser Geräte ist als so genannter Parallelschutz ausgelegt, d.h., sie<br />
werden nicht vom Strom des zu schützenden elektronischen Gerätes durchflossen. Der<br />
defekte Zustand der Schutzschaltung wird optisch und akustisch angezeigt. Der<br />
Überspannungsschutz wirkt sowohl gegen Längs- als auch Querspannungen.<br />
3<br />
Abb. 3.26: Überspannungsschutz für elektronische Geräte<br />
Schriebl Seite 192<br />
1<br />
2
Niederspannungsaufschließung<br />
2. Überspannungsschutz für Verbraucher mit12/24 V DC Versorgung<br />
Um diese Geräte wirkungsvoll zu schützen, bleibt durch den Parallelanschluss der<br />
Überspannungsableiter die Betriebsspannung (DC) auch nach Auslösen der Ableiter<br />
erhalten.<br />
Abb. 3.27: Schutz <strong>von</strong> Einzeladern mit gemeinsamem Bezugspotential und<br />
Schaltbild<br />
Auszug aus dem Datenblatt<br />
Nennspannung 12 V<br />
Höchste Dauerspannung DC 14 V<br />
Höchste Dauerspannung AC 9,5 V<br />
Nennstrom 0,5 A<br />
C2 Nennableitstoßstrom (8/20) gesamt 10 kA<br />
C2 Nennableitstoßstrom (8/20) pro Ader 5 kA<br />
Serienimpedanz pro Ader 1,8 Ohm<br />
Grenzfrequenz Ad-PG 2,5 MHz<br />
Ansprechzeit Ad-Ad
Niederspannungsaufschließung<br />
Abb. 3.28: Schaltbild Abb. 3.29: Funktion<br />
1. Elektrode/1<br />
2. Elektrode/2 =Ausblaselektrode<br />
3. Lichtbogen<br />
4. Gasströmung/ radial und axial<br />
5. Gasabgebender Isolierstoff<br />
21.9 Überspannungsschutzkonzept<br />
1<br />
2<br />
Der erste Teil des Überspannungsschutzkonzeptes betrifft die Anlagen und Einrichtungen im<br />
Eigentum des Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU).<br />
Bei Isolatoren im Verlauf der 20 kV-Freileitung, sowie bei den oberspannungsseitigen<br />
Trafodurchführungen (nur bei offener Bauweise), werden Funkenhörner montiert. In<br />
Transformatorstationen werden Metalloxidableiter mit einer Nennspannung <strong>von</strong> 20 kV als<br />
Überspannungsschutz verwendet.<br />
Im Niederspannungsverteilnetz muss man zwischen Freileitungsnetz und Kabelnetz<br />
unterscheiden. Im Freileitungsnetz werden Metalloxidableiter mit Signaleinrichtungen,<br />
welche einen Durchschlag anzeigen, installiert. Im Kabelnetz werden Überspannungsableiter<br />
in Bauform einer NH-Sicherung Gr. 00 installiert. Diese können in den Lastrennleisten Gr.00<br />
eingesetzt werden. Überspannungsableiter im Kabelnetz sind am Anfang und Ende jeder<br />
Leitung nötig.<br />
Schriebl Seite 194<br />
5<br />
3<br />
4
Niederspannungsaufschließung<br />
Im Freileitungsnetz sollte alle 200 Meter ein Ableiter montiert sein, damit ein Schutz gegen<br />
Überspannung gewährleistet werden kann.<br />
In der Hausinstallation wird im Hauptverteiler ein Überspannungsableiter der Klasse B<br />
installiert und im Unterverteiler, vor dem FI ein Type C.<br />
Niederspannungskabel -<br />
verteiler<br />
Abb. 3.30: Überspannungsschutzkonzept<br />
1. Dehn-Ventilableiter (für Montage in NH-Lasttrennleisten Gr. 00)<br />
2. Isolatoren mit Funkenhörner<br />
3. Metalloxidableiter für 20 kV Nennspannung<br />
22 Gesamtübersicht und Fazit<br />
1<br />
Transformator<br />
Anhand des Schaltplanes unter Abb.3.31 sind die gewählten Komponenten <strong>von</strong> der<br />
Mittelspannungsschaltanlage bis zum Wohnhausverteiler dargestellt.<br />
Für die Elektrifizierung der Niederspannungsanlage konnte ich keine wesentlichen<br />
Einsparmaßnahmen oder Verbesserungen für die STEWEAG-STEG GmbH feststellen.<br />
Schriebl Seite 195<br />
3<br />
2
Niederspannungsaufschließung<br />
Abb. 3.31: Schaltplan<br />
Schriebl Seite 196
Bildverzeichnis<br />
23 Bildverzeichnis<br />
Abb. 1.01: 110-kV Sammelschiene im UW Webling<br />
Abb. 1.02: 110-kV-Übersicht UW Pirka<br />
Abb. 1.03: Umspanner im UW Pirka<br />
Abb. 1.04: Übertragungsnetz der Steweag-Steg GmbH.<br />
Abb. 1.05: 20-kV Netzübersichtsplan<br />
Abb. 1.06: Netzübersichtsplan, Detail A<br />
Abb. 1.07: Netzübersichtsplan, Detail B<br />
Abb. 1.08: Legende für Netzübersichtsplan<br />
Abb. 1.09: GEONET, Startbildschirm<br />
Abb. 1.10: GEONET, Netzbereiche<br />
Abb. 1.11: GEONET, Leitungsdaten<br />
Abb. 1.12: GEONET, Detaildaten zum Technischen Platz<br />
Abb. 1.13: PSI, Startbildschirm<br />
Abb. 1.14: PSI, Datums- und Zeiteingrenzung<br />
Abb. 1.15: PSI, Daten in Listenform<br />
Abb. 1.16: PSI, Daten in Kurvenform<br />
Abb. 1.17: Technischer Platz, Stammdaten<br />
Abb. 1.18: Technischer Platz, Strukturdarstellung<br />
Abb. 1.19: Equipmentanzeige<br />
Abb. 1.20: Ersatzschaltbild einer Leitung<br />
Abb. 1.21: Datenbank für Leitwertberechnung<br />
Abb. 1.22: Datenbank, Abfrage der Gesamtadmittanz<br />
Abb. 1.23: Einfachsammelschiene<br />
Abb. 1.24: Doppelsammelschiene<br />
Abb. 1.25: Doppelsammelschiene, in U-Schienenschaltung<br />
Abb. 1.26: DS-US-Kombination<br />
Abb. 1.27: Doppelsammelschiene, mit ausfahrbaren Leistungsschaltern<br />
Abb. 1.28: Zweileistungsschalter-Methode<br />
Abb. 1.29: Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene<br />
Abb. 1.30: Mehrfachsammelschienensystem<br />
Abb. 1.31: Trenner, im UW Graz/Süd II<br />
Abb. 1.32: 110-kV-Trenner im UW Pirka<br />
Abb. 1.33: Funkenkammer, Elin-LTR<br />
Abb. 1.34: Funkenkammer (Type Driescher)<br />
Abb. 1.35: Vakuum-Leistungsschalter, UW Pirka<br />
Abb. 1.36: Vakuum-Leistungsschalter – Schnittbild<br />
Abb. 1.37: Leistungsschalter (ölarm)<br />
Abb. 1.38: Ersatzschaltung – Ausschaltvorgang<br />
Abb. 1.39: Ausschalten kap. und induktiver Ströme<br />
Abb. 1.40: Schema einer Schaltstrecke<br />
Abb. 1.41: Wiederkehrende Spannung<br />
Abb. 1.42: 20-kV-Masttrenner, AST Wildon<br />
Abb. 1.43: Überstromschutz (Funktionsschaltbild)<br />
Abb. 1.44: Staffelplan mit Überstrom- und Überstromrichtungsschutz<br />
Abb. 1.45: Distanzschutz (Funktionsschaltung)<br />
Abb. 1.46: Distanzschutz einer Energieübertragung<br />
Abb. 1.47: Erdschluss, ohne Löschung<br />
Abb. 1.48: Erdschluss, mit Löschung<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 197
Bildverzeichnis<br />
Abb. 2.01: Erdungsanlage<br />
Abb. 2.02: Kompaktkabelstation<br />
Abb. 2.03: 20-kV-Übersichtsplan<br />
Abb. 2.04: Dreibleimantelkabel<br />
Abb. 2.05: Vorbereitung Kunststoffkabel<br />
Abb. 2.06: Vorbereitung Dreimantelkabel<br />
Abb. 2.07: Kabelzelle<br />
Abb. 2.08: Trafozelle<br />
Abb. 2.09: Lüftungsquerschnitte<br />
Abb. 2.10: Trockentransformator<br />
Abb. 2.11: Öltransformator, offene Bauweise<br />
Abb. 2.12: Ölumspanner in Hermetikausführung<br />
Abb. 2.13: Kurzschlussstromverlauf<br />
Abb. 2.14: Schema für Kurzschlussberechnung<br />
Abb. 2.15: Ersatzschaltbild<br />
Abb. 2.16: Rechteckschiene<br />
Abb. 2.17: Plastizitätsfaktor<br />
Abb. 3.1: Bauprojekt Pirka<br />
Abb. 3.2: Kabelkünette<br />
Abb. 3.3: NH-Sicherungslastschaltleiste Gr. 00<br />
Abb. 3.4: Hausaufschließung<br />
Abb. 3.5: Ausführung des Baustromverteilers im TN-Netz<br />
Abb. 3.6: Fundamenterder<br />
Abb. 3.7: Ortsnetzverteilplan<br />
Abb. 3.8: Aluminiumkabel<br />
Abb. 3.9: Kabelverteiler A/FK4<br />
Abb. 3.10: Überspannungsableiter Klasse B<br />
Abb. 3.11: Wohnungsverteiler<br />
Abb. 3.12: Vorzählerteil und Zähler<br />
Abb. 3.13: Darstellung der Nullung<br />
Abb. 3.14: Ausführung der Nullunsverbindung<br />
Abb. 3.15: Ausführung des Fehlerstromschutzschalters<br />
Abb. 3.16: Ausführung des Hauptpotentialausgleichs<br />
Abb. 3.17: Zentralkompensation<br />
Abb. 3.18: Diagramm der Blindleistung mit Kompensation<br />
Abb. 3.19: Kompensationsanlage<br />
Abb. 3.20: TN-System mit Überspannungsschutz durch Varistor-Ableiter<br />
Abb. 3.21: Überspannungsableiter im Freileitungsnetz<br />
Abb. 3.22: Gasgefüllter Überspannungsableiter<br />
Abb. 3.23: Schutzisolator<br />
Abb. 3.24: Metalloxidwiderstände<br />
Abb. 3.25: Blitzschutzanlage<br />
Abb. 3.26: Überspannungsschutz für elektronische Geräte<br />
Abb. 3.27: Schutz <strong>von</strong> Einzeladern<br />
Abb. 3.28: D-Ableiter - Schaltbild<br />
Abb. 3.29: D-Ableiter Funktion<br />
Abb. 3.30: Überspannungsschutzkonzept<br />
Abb. 3.31: Schaltplan<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 198
Tabellenverzeichnis<br />
24 Tabellenverzeichnis<br />
Tabelle 1.01: Umspannwerke / NVG<br />
Tabelle 1.02: Netzübersicht 20-kV / 0,4-kV<br />
Tabelle 1.03: Schutzarten<br />
Tabelle 1.04: UW Pirka, Abzweigleistungen<br />
Tabelle 1.05: Ohmscher Leitungswiderstand<br />
Tabelle 1.06: Induktiver Widerstandsbelag<br />
Tabelle 1.07: Induktiver Widerstand Kabel / Freileitung<br />
Tabelle 1.08: Strecken-Admittanzen<br />
Tabelle 1.09: Lastströme<br />
Tabelle 1.10: Knotenpunktströme<br />
Tabelle 1.11: Zuordnungen für Trennschalter<br />
Tabelle 1.12: Kurzschlusseinrichtung – Querschnitte des Kupferseiles<br />
Tabelle 1.13: Erdungsseile – Querschnitte<br />
Tabelle 2.01: Werkstoffe und Mindestabmessung <strong>von</strong> Erdern<br />
Tabelle 2.02: Materialliste für Kupfererdung<br />
Tabelle 2.03: Biegeradien<br />
Tabelle 2.04: Verlegetiefen<br />
Tabelle 2.05: Mindesttemperaturen<br />
Tabelle 2.06: Trommelzuordnung<br />
Tabelle 2.07: Erwärmung <strong>von</strong> Transformatoren<br />
Tabelle 2.08: Stoßfaktor „k“<br />
Tabelle 2.09: Höchstzulässige Temperatur <strong>von</strong> Sammelschienen<br />
Tabelle 2.10: Elektrische Kenndaten – Mittelspannungsschaltanlage<br />
Tabelle 2.11: Stoßfaktor „k“<br />
Tabelle 2.12: Niederspannungs-Leistungsschalter<br />
Tabelle 2.13: Dauerbelastung für CU-Stromschienen<br />
Tabelle 2.14: Widerstandmomente<br />
Tabelle 2.15: Zugfestigkeit und Streckgrenzen<br />
Tabelle 2.16: Induktivitätsbelag A1<br />
Tabelle 2.17: Induktivitätsbelag A4<br />
Tabelle 2.18: Strombelastbarkeit <strong>von</strong> Kabeln A15<br />
Tabelle 2.19: Strombelastbarkeit <strong>von</strong> Kunststoffkabeln<br />
Tabelle 3.01: Leistungen pro Haus<br />
Tabelle 3.02: Leistungen pro Haus (GZF berücksichtigt)<br />
Tabelle 3.03: Leistungsfaktor<br />
Tabelle 3.04: Ergebnisse der Betriebsstromstärken<br />
Tabelle 3.05: Ergebnisse des Spannungsabfalls (HA-Kabel)<br />
Tabelle 3.06: Ergebnisse des Spannungsabfalls der Wohnungszuleitung<br />
Tabelle 3.07: Gewerbebetrieb – Anschlussdaten<br />
Tabelle 3.08: Ableiterklassen<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 199
Quellenverzeichnis<br />
25 Quellenverzeichnis<br />
Bücher:<br />
TAEV 2004, Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an öffentliche<br />
Versorgungnetze mit Betriebsspannungen unter 1000 Volt mit Erläuterungen der<br />
einschlägigen Vorschriften (VEÖ Seminar und Medienverlags- und Vertriebs Ges.m.b.H.)<br />
Elektrische Energieverteilung, Rene Flossdorf / Günther Hilgarth<br />
(B.G.Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH. Wiesbaden)<br />
ISBN 3-519-36424-7<br />
Elektrische Energienetze, Eckhard Spring<br />
(VDE Verlag GmbH., Berlin und Offenbach)<br />
ISBN 3-8007-2523-1<br />
Schaltanlagen, ABB Schaltanlagen GmbH.<br />
(Cornelsen Verlag Schwann-Giradet, Düsseldorf)<br />
ISBN 3-464-48233-2<br />
Fachkunde Elektrotechnik - Europa Fachbuch<br />
(Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co, Haan-Gruiten)<br />
Buch Nr.: 0841<br />
Elektrotechnik, Elektroinstallation, Blitzschutz, Lichtechnik – Sigurd Seyr, Günther Rösch<br />
(Verlag Jugend und Volk GesmbH Wien)<br />
ISBN 3-7002-1190-2<br />
Betriebsführungshandbuch der Steweag-Steg GmbH.<br />
(Steweag-Steg GmbH.)<br />
ÖVE-Normen:<br />
ÖVE EN 50110-1<br />
Betrieb elektrischer Anlagen<br />
ÖVE-SN40<br />
Niederspannungssicherungen bis ~1000V und 3000V Gleichspannung<br />
ÖVE-SN52<br />
Leitungsschutzschalter bis 63A Nennstrom, ~4 15V, 50Hz<br />
ÖVE-EN1, Teil 3 (§41)<br />
Errichtung <strong>von</strong> Starkstromanlagen mit Nennspannung bis ~1000V und =1500V<br />
ÖVE-K20<br />
Papierisolierte Energiekabel bis 34,7 / 60 kV<br />
ÖVE-K23<br />
Kunststoffisolierte Energiekabel bis 5,8 / 10 kV<br />
ÖVE-K24<br />
Polyäthylenisolierte Energiekabel für 11,6 / 20 kV und 17,3 / 30 kV<br />
ÖVE-K40<br />
Energieleitungen mit einer Isolierung aus Gummi<br />
ÖVE-K41<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 200
Quellenverzeichnis<br />
Energieleitung mit einer Isolierung aus PVC<br />
ÖVE-L20<br />
Verlegung <strong>von</strong> Energie-, Steuer-, und Messkabel<br />
Internetseiten:<br />
www.steweag-steg.com<br />
www.e-steiermark.com<br />
www.selectstrom.at<br />
www.e-control.at<br />
www.dehn.at<br />
www.schmachtl.at<br />
Forjan, Schriebl, <strong>Schuster</strong> Seite 201