Technisches Heft Nr. 158 - Berechnung von ... - Schneider Electric

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kapazitäten und Paralleladmittanzen der nicht rotierenden Lasten ausser jenen des Nullsystems vernachlässigt. ■ Es gibt noch weitere Methoden. Sie beruhen auf dem Überlagerungsprinzip und erfordern eine vorherige Berechnung des Laststroms. Ferner muss auf die Methode der Norm IEC 865 (VDE 0103) hingewiesen werden, die zur Berechnung des thermisch äquivalenten Kurzschlussstroms führt. Die in diesem Technischen Heft behandelten Methoden In diesem Technische Heft werden speziell zwei Methoden für die Berechnung der Kurzschlussströme in Strahlennetzen behandelt: ■ Bei der einen Methode, die vor allem für Niederspannungsnetze angewendet wird, handelt es sich um die Impedanzenmethode. Sie wurde wegen der mit ihr möglichen Genauigkeit gewählt, sowie angesichts ihres didaktischen Wertes, da dabei praktisch alle Eigenschaften des betreffenden Stromkreises in Betracht gezogen werden müssen. ■ Die andere Methode, die vorwiegend in der Hochspannung Anwendung fin- Technisches Heft Schneider Nr. 158 / S. 10 det, ist jene nach IEC 909, die wegen ihrer Genauigkeit und ihres analytischen Gesichtspunktes ausgewählt wurde. Technisch wendet sie das Prinzip das symmetrischen Komponenten an. Grundlegende Annahmen Für diese Kurzschlussstromberechnungen müssen Annahmen getroffen werden, die den Gültigkeitsbereich der gegebenen Formeln festlegen. Diese oft vereinfachenden und mit begründeten Näherungen verbundenen Annahmen erleichtern das Verständnis der physikalischen Vorgänge und damit der Berechnungen unter gleichzeitiger Aufrechterhaltung einer in jeder Beziehung genügenden Genauigkeit. Die in diesem Dokument gewählten Annahmen sind: ■ Das betrachtete Netz ist ein Strahlennetz, und seine Nennspannung reicht von der Niederspannung bis zur Hochspannung (übersteigt jedoch den in der Norm IEC 909 angegeben Wert von 230 kV nicht). ■ Bei einem dreipoligen Kurzschluss tritt der Kurzschlussstrom an allen drei Phasen gleichzeitig auf. ■ Während der Dauer des Kurzschlusses ändert sich die Anzahl der betroffenen Phasen nicht. Ein dreipoliger Kurzschluss bleibt dreipolig, und ein einpoliger Erdschluss bleibt ein einpoliger Erdschluss. ■ Während der gesamten Kurzschlussdauer ändern sich die Spannungen, die das Fliessen des Stroms bewirkt haben, sowie die Kurzschlussimpedanz nicht wesentlich. ■ Die Regler oder Stufenschalter der Transformatoren befinden sich in ihrer mittleren Stellung (bei einem generatorfernen Kurzschluss können die wirklichen Stellungen dieser Stufenschalter ausser acht gelassen werden). ■ Die Lichtbogenwiderstände werden nicht berücksichtigt. ■ Sämtliche Leitungskapazitäten werden vernachlässigt. ■ Die Lastströme werden vernachlässigt. ■ Alle Nullimpedanzen werden berücksichtigt.
2. Berechnung der Icc mit der Impedanzenmethode Icc in Abhängigkeit von der Kurzschlussart Dreipoliger Kurzschluss Dieser Fehler entspricht der Zusammenschaltung der drei Phasen. Der Kurzschlussstrom Icc3 beträgt: Icc3 = U / 3 Zcc wobei U (verkettete Spannung) der Leerlaufspannung des Transformators entspricht, die um 3 bis 5% höher liegt als die Klemmenspannung unter Last. In einem 390-V-Netz zum Beispiel beträgt die angenommene Spannung U = 410 V mit einer Phasenspannung von U/ 3 = 237 V. Die Berechnung des Kurzschlussstroms reduziert sich somit auf die Berechnung der Impedanz Zcc, der Ersatzimpedanz aller von Icc durchflossenen Impedanzen (der Quelle und der Leitungen) vom Generator bis zur Fehlerstelle (siehe Abb. 12). Dies ist effektiv die "direkte" Impedanz pro Phase: Zcc = (Σ R) mit ∑R = Summe der in Serie geschalteten Widerstände ∑X = Summe der in Serie geschalteten Reaktanzen Der dreipolige Fehler gilt als jener, der die höchsten Fehlerströme erzeugt. Effektiv wird der Fehlerstrom im Ersatzschema eines Mehrphasensystems nur durch die Impedanz einer Phase unter der Phasenspannung des Netzes begrenzt. Somit ist die Berechnung von Icc3 unerlässlich, um die Betriebsmittel (in bezug auf die auszuhaltenden Stromstärken und elektrodynamischen Beanspruchungen) auswählen zu können. Isolierter zweipoliger Kurzschluss Dieser entspricht einem von der verketteten Spannung U gespeisten Fehler zwischen zwei Phasen. Der dabei auftretende Strom Icc2 ist kleiner als bei einem dreipoligen Fehler: 2 + (Σ X) 2 Icc2 = U = 3 . Icc3 ≈ 0,86 Icc3 2 . Zcc 2 Isolierter einpoliger Kurzschluss Dieser entspricht einem von der Phasenspannung V = U/ 3 gespeisten Fehler zwischen einer Phase und dem Neutralleiter. Der dabei auftretende Strom Icc1 beträgt: Icc1 = U / 3 Zcc + ZLn In bestimmten Fällen eines einpoligen Fehlers ist die Nullimpedanz der Quelle niedriger als Zcc (zum Beispiel an den Klemmen eines Transformators in Stern-Zickzack-Schaltung oder eines Generators im subtransienten Zustand. Der Strom kann dann bei einem einpoligen Fehler höher sein als bei einem dreipoligen Fehler. Dreipoliger Kurzschluss Zweipoliger Kurzschluss Einpoliger Kurzschluss Erdschluss Z L Z L Z L Z L Z L Z L Z Ln Z L Zh Abb. 12: Die verschiedenen Kurzschlussströme. (Einpoliger oder zweipoliger) Erdschluss Bei einem solchen Fehler kommt die Nullimpedanz Zo zur Wirkung. Ausser beim Vorhandensein von elektrischen Maschinen, bei denen die Nullimpedanz reduziert ist, ist der auftretende Strom Icch niedriger als beim dreipoligen Kurzschluss. Seine Berechnung kann je nach der Sternpunktbehandlung (dem Erdungsschema) für die Wahl der Einstellwerte der gleichpoligen (HS) oder differentiellen (NS) Schutzeinrichtungen erforderlich sein. Zusammenfassende Tabelle der verschiedenen Kurzschlussströme (siehe Abb. 12). V U V V Zcc Zcc Zcc Zcc Z Ln Zcc Zh Icc3 = U / 3 Zcc Icc2 = U 2 . Zcc Icc1 = U / 3 Zcc + ZLn Icch = U / 3 Zcc +Zh Technisches Heft Schneider Nr. 158 / S. 11
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