Kurzschlussstromberechnung in elektrischen Anlagen · PDF filenach DIN EN 60909-0 (VDE 0102)...
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Ismail Kasikci
Kurzschlussstromberechnung
in elektrischen Anlagen
nach DIN EN 60909-0 (VDE 0102)
Theorie, Vorschriften, Praxis
Betriebsmittelparameter und Rechenbeispiele
4., neu bearbeitete Auflage
Mit 157 Bildern und 41 Tabellen
DVD mit Software
Enthält: 1 DVD
40 Edition
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TAE
Prof. Dr.-Ing. Ismail Kasikci, VDE, IEEE
Kurzschlussstromberechnung
in elektrischen Anlagen
nach DIN EN 60909-0 (VDE 0102)
Theorie, Vorschriften, Praxis
Betriebsmittelparameter und Rechenbeispiele
4., neu bearbeitete Auflage
Mit 157 Bildern und 41 Tabellen
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© 2015 expertverlag GmbH. Direktlink zum Buch: www.expertverlag.de/kasikci
Vorwort
Bei dieser 4. Auflage wurden kleine Veranderungen und Erganzungen vorgenom-men und Beispiele mit p.u- und MVA-System eingefuhrt.
Die Norm DIN EN 60909-0:2002-07 hat sich in der Praxis etabliert. Dierasche Entwicklung der regenerativen Energien und die elektrische Anlagenpla-nung zeigt sich auch in der Verbesserung und Ausarbeitung dieser Norm.
Das Buch ist ein wertvolles Hilfsmittel sowohl fur die Elektrofachleute in derPraxis als auch fur die Studenten an Universitaten und Hochschulen bestensgeeignet. Das Buch ist jedoch kein Ersatz fur die Norm. Im Zweifelsfall gilt dieNorm DIN EN 60909-0 (VDE 0102).
Literaturhinweise zur Berechnung der Kurzschlussstrome ermoglichen es al-len Lesern, die hier erworbenen Kenntnisse zu vertiefen. Zahlreiche Beispiele ausder Praxis vertiefen die theoretischen Grundlagen. Viele Diagramme und Tabel-len, die man zur Berechnung braucht, erleichtern die Anwendung der Norm DINEN 60909-0 (VDE 0102) und die Berechnung von Kurzschlussstromen und ver-mindern so den Zeitaufwand zur Projektierung von elektrischen Anlagen.
Ich danke den Firmen ABB Stotz und Siemens fur die freundliche Un-terstutzung bei der Zusammenstellung von Schaltgeratedaten und -diagrammensowie fur die Erlaubnis, das Berechnungsprogramm Simaris diesem Buchbeizulegen bzw. PowerFactory als Download zur Verfugung zu stellen. Praxis-beispiele sind auch verfugbar unter: www.expertverlag.de/3266.
Herrn Wippler danke ich vom ganzen Herzen fur die gute Zusammenarbeitund die Unterstutzung bei der Veroffentlichung dieses Buches.
Ich danke an dieser Stelle allen Fachkollegen, die mich durch ihre Anregun-gen, jede Kritik, Vorschlage und Berichtigungen unterstutzt haben.
Ich mochte an alle Leser dieses Buches eine Bitte richten: Jeder Vorschlag,Kritik und Anregung zur Anwendung dieses Buches ist willkommen.
Weinheim, im Juli 2015 Ismail Kasikci
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Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IXAbkurzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIIndizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIINebenzeichen, oben rechts, links . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIIINationale und internationale Gremien . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIII
1 Einleitung 1
2 Begriffe und Definitionen 3
3 Zeitlicher Verlauf des Kurzschlussstroms 5
4 Einteilung der Kurzschlussarten 9
5 Methoden zur Kurzschlussberechnung 115.1 Uberlagerungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115.2 Ersatzspannungsquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135.3 Berechnung mit Bezugsgroßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
6 Allgemeines zu DIN EN 60909-0 (VDE 0102) 19
7 Die Bedeutung von DIN EN 60909-0 (VDE 0102) 21
8 Versorgungsnetze 258.1 Berechnungsgroßen fur Versorgungsnetze . . . . . . . . . . . . . . 258.2 Einseitig gespeiste Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 258.3 Strahlennetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 268.4 Ringnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 278.5 Maschennetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
9 Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung 299.1 Netzformen fur die Niederspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 299.2 Netzformen fur die Mittelspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
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VI Inhaltsverzeichnis
9.3 Netzformen fur die Hochspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
10 Systeme bis 1 kV 3910.1 TN-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3910.2 TT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4110.3 IT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4310.4 Berechnung des Fehlerstroms in der Praxis . . . . . . . . . . . . . 44
11 Umwandlung der Netzformen 4911.1 Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4911.2 Einfach gespeistes Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5011.3 Mehrfach gespeiste und vermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . 51
12 Sternpunktbehandlung in Drehstromnetzen 5312.1 Netze mit isoliertem, freiem Sternpunkt . . . . . . . . . . . . . . 5512.2 Netze mit Erdschlusskompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . 5612.3 Netze mit niederohmiger Sternpunktbehandlung . . . . . . . . . 60
13 Komplexe Rechnung 6313.1 Rechenregel fur komplexe Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6413.2 Komplexe Berechnung eines Wechselstromkreises . . . . . . . . . 65
14 Symmetrische Komponenten 6714.1 Symmetrisches System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 6714.2 Symmetrierung und Entsymmetrierung . . . . . . . . . . . . . . . 6814.3 Impedanzen der symmetrischen Komponenten . . . . . . . . . . . 71
15 Impedanzen von Drehstrom-Betriebsmitteln 7515.1 Netzeinspeisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7615.2 Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7815.3 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8315.4 Stelltransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8815.5 Kabel und Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9015.6 Windkraftanlagen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 105
15.6.1 Windkraftwerk mit Asynchrongenerator . . . . . . . . . . 10615.6.2 Windkraftwerk mit doppelt gespeistem Asynchrongenerator10715.6.3 Windkraft mit Vollumrichter . . . . . . . . . . . . . . . . 108
15.7 Asynchronmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10815.8 Kurzschlussstrom-Begrenzungsdrosselspulen . . . . . . . . . . . . 11015.9 Berucksichtigung von Kondensatoren
und nichtrotierenden Lasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11215.10 Berucksichtigung von statischen Umrichtern . . . . . . . . . . . 112
16 Impedanzkorrekturen 11316.1 Korrekturfaktor von Generatoren KG . . . . . . . . . . . . . . . 11316.2 Kraftwerksblock KKW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11416.3 Korrekturfaktor fur Transformatoren KT . . . . . . . . . . . . . 115
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Inhaltsverzeichnis VII
137
17 Berechnung der Kurzschlussstrome 117
17.1 Dreipoliger Kurzschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 117
17.2 Zweipoliger Kurzschluss mit Erdberuhrung . . . . . . . . . . . . 119
17.3 Zweipoliger Kurzschluss ohne Erdberuhrung . . . . . . . . . . . . 120
17.4 Einpoliger Erdkurzschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 122
17.5 Stoßkurzschlussstrom ip . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125
17.6 Ausschaltwechselstrom Ib . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128
17.7 Dauerkurzschlussstrom Ik . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131
18 Kurzschlusse in Netzen 133
18.1 Unvermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133
18.2 Vermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134
19 Berucksichtigung von Motoren 135
19.1 Kurzschluss an den Klemmen eines Asynchronmotors . . . . . . . 135
19.2 Motorengruppen eingespeist uber Zweiwicklungs-Transformatoren
19.3 Motorengruppen, eingespeist uber Transformatoren . . . . . . . . 137
20 Mechanische und thermische Kurzschlussstromfestigkeit 141
20.1 Mechanische Kurzschlussstromfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 141
20.2 Thermische Kurzschlussstromfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 144
20.3 Kurzschlussstrom-Begrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146
21 Berechnungsgroßen fur die Kurzschlussfestigkeit 151
21.1 Kurzschlussfestigkeit der MS-Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . 151
21.2 Kurzschlussfestigkeit der NS-Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . 152
22 Uberstrom-Schutzeinrichtungen 155
22.1 Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 156
22.2 Leitungsschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 160
22.3 Leistungsschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161
23 Kurzschluss auf der NS-Seite eines Transformators 165
24 Kurzschlussstrome in Gleichstromanlagen 171
24.1 Widerstande von Leitungsabschnitten . . . . . . . . . . . . . . . 172
24.2 Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174
24.3 Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 175
24.4 Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177
24.5 Gleichstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178
25 Lastflussberechnung 181
25.1 Darstellung eines Energieversorgungsnetzes . . . . . . . . . . . . 181
25.2 Lastmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182
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VIII Inhaltsverzeichnis
75
26 Beispiele: Berechnung der Kurzschlussstrome 18526.1 Beispiel 1: Kenngroßen des Kurzschlussstroms . . . . . . . . . . . 18526.2 Beispiel 2: Berechnung der Einschaltvorgange . . . . . . . . . . . 18526.3 Beispiel 3: Symmetrische Komponenten . . . . . . . . . . . . . . 18726.4 Beispiel 4: Berechnung mit Betriebsmittelparametern . . . . . . . 18726.5 Beispiel 5: Sternpunktbehandlung . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19026.6 Beispiel 6: Nachweis der Schutzmaßnahmen . . . . . . . . . . . . 19026.7 Beispiel 7: Hausanschlusskasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19326.8 Beispiel 8: Parallelschaltung von Transformatoren . . . . . . . . . 19426.9 Beispiel 9: Anschluss eines Motors . . . . . . . . . . . . . . . . . 19626.10Beispiel 10: Berechnung eines Abgangs . . . . . . . . . . . . . . . 19726.11Beispiel 11: Berechnung einer Industrieanlage . . . . . . . . . . . 20026.12Beispiel 12: Berechnung des dreipoligen Kurzschlussstroms . . . . 20126.13Beispiel 13: Vermaschtes Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20326.14Beispiel 14: Versorgung einer Fabrik . . . . . . . . . . . . . . . . 20726.15Beispiel 15: Berechnung mit Impedanzkorrekturen . . . . . . . . 20826.16Beispiel 16: Berechnung mit Impedanzkorrekturen . . . . . . . . 21226.17Beispiel 17: Anschluss eines Transformators . . . . . . . . . . . . 21426.18Beispiel 18: Parallelschaltung von Motoren . . . . . . . . . . . . . 21526.19Beispiel 19: Nachweis der Kurzschlussfestigkeit . . . . . . . . . . 21826.20Beispiel 20: Kurzschlussfestigkeit von HS- und MS-Anlagen . . . 22026.21Beispiel 21: Berechnung eines Generators . . . . . . . . . . . . . 23126.22Beispiel 22: Berechnung einer Windkraftanlage . . . . . . . . . . 23426.23Beispiel 23: Berechnung mit p.u.-Großen . . . . . . . . . . . . . . 23426.24Beispiel 24: Berechnung mit p.u.-Großen . . . . . . . . . . . . . . 23626.25Beispiel 25: Berechnung mit MVA-Großen . . . . . . . . . . . . . 23826.26Beispiel 26: Berechnung der Kurzschlussleistung . . . . . . . . . . 243
27 Berechnungs-Programme 24527.1 DIgSILENT PowerFactory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245
27.1.1 Berechnungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24627.1.2 Rechnerausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24727.1.3 Studentenlizenzen und Demo-Versionen . . . . . . . . . . 247
27.2 SIMARIS design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24727.2.1 SIMARIS Planungstools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24827.2.2 SIMARIS fur die Berechnung und Dimensionierung . . . . 24827.2.3 Rechnerausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25227.2.4 Weitere Planungstools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252
Literaturverzeichnis 2
Stichwortverzeichnis 260
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Formelzeichen
A Anfangswert der GleichstromkomponenteA Leiterquerschnitta Leitermittenabstanda, a2 Drehoperatorenb Breite des Rechteckleitersc SpannungsfaktorC KapazitatCE ErdschlusskapazitatE innere Spannung einer Spannungsquelle; QuellenspannungEB Leerlaufspannung einer BatterieE′′ Subtransiente Spannung einer Synchronmaschinef Frequenzh LeiterhoheL′ InduktivitatsbelagIa AbschaltstromIan AnlaufstromICE kapazitiver ErdschlussstromIb BetriebsstromIG Bemessungsstrom des GeneratorsIk DauerkurzschlussstromI ′′k Anfangs-KurzschlusswechselstromI ′′k1 einpoliger KurzschlussstromI ′′k2 zweipoliger KurzschlussstromI ′′k3 dreipoliger KurzschlussstromI ′′k2E zweipoliger Kurzschluss mit ErdberuhrungI ′′kEE DoppelerdschlussIL induktiver ErdschlussreststromIma Bemessungs-KurzschlusseinschaltstromIn Nennstrom der Schutzeinrichtungip StoßkurzschlussstromIr BemessungsstromIr ErdschlussreststromIrM Bemessungsstrom des MotorsIsc Bemessungs-KurzschlussausschaltstromIcm Bemessungs-KurzschlusseinschaltstromIcu Bemessungs-KurzschlussausschaltstromIthz thermische KurzschlussstrombelastbarkeitIth thermisch wirksamer Mittelwert des KurzschlussstromsIwν Oberschwingungsanteil des Reststroms der OrdnungszahlIw WirkreststromK KorrekturfaktorLB Induktivitat der BatterieBr BatteriezweigLBBr Gesamtinduktivitat der Batterie
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X Formelzeichen
LBL Induktivitat einer BatterieleitungLC Induktivitat des KondensatorsLCBr Gesamtinduktivitat des KondensatorsLCL Induktivitat einer KondensatorleitungLCY Induktivitat des Koppelzweiges des KondensatorsLDL Induktivitat der Leitung im StromrichterzweigLM Induktivitat des GleichstrommotorsLMBr Gesamtinduktivitat des GleichstrommotorsLML Induktivitat der GleichstrommotorleitungLs Induktivitat der gesattigten DrosselspuleLY Induktivitat des Koppelzweigsm Abklingendes GleichstromgliedMr Bemessungsmoment des Motorsn Abklingendes Wechselstromgliedp Polpaarzahl der ASM
p Verhaltnis Ikip
P WirkleistungPkrT TransformatorwicklungsverlustepT TransformatorverstellungQ Blindleistungr Resistanz, Leiterradius, absoluter bzw. bezogener WertR Ohmscher WiderstandRL LeiterwiderstandR′ WiderstandsbelagRT , XT ohmscher, induktiver Widerstand des TransformatorsR(0)T , X(0)T ohmscher, induktiver Nullwiderstand des TransformatorsR(0)L, X(0)L ohmscher, induktiver Nullwiderstand des LeitungsnetzesRBL Resistanz einer BatterieleitungRs Widerstand der gesattigten DrosselspuleRY Widerstand des KoppelzweigsRBY Resistanz des Koppelzweiges der BatterieRC Resistanz eines KondensatorsRCBr Gesamtresistanz eines KondensatorsRCL Resistanz einer KondensatorleitungRDL Widerstand der Leitung im StromrichterzweigRM Resistanz des GleichstrommotorsRML Resistanz der GleichstrommotorleitungRMY Resistanz des Koppelzweiges des GleichstrommotorsS Scheinleistung, QuerschnittSG Bemessungsleistung des GeneratorsS′′k Anfangs-Kurzschlusswechselstromleistungtr Bemessungswert des Ubersetzungsverhaltnisses
des Blocktransformatorst Zeit, transformierte GroßeTk Kurzschlussdauer
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Formelzeichen XI
tp Zeit bis zum StoßkurzschlussstromUnB Nennspannung einer BatterieUG Bemessungsspannung des GeneratorsUrM Bemessungsspannung des GleichstrommotorsuRr Bemessungswert des ohmischen Spannungsfalls in %ukr Bemessungswert der Kuruzschlussspannung in %Zk Kurzschlussimpedanz eines NetzesX Reaktanzx′′d Subtransiente Reaktanz einer SMXG Reaktanz des GeneratorsYii Summe aller an den Knoten i unmittelbar angeschlossenen
Langs- und QueradmittanzenYik negative Admittanz des Langszweiges zwischen den Knoten i und kZ ImpedanzZG Impedanz des GeneratorsZS SchleifenimpedanzZT Impedanz des TransformatorsZW Gesamte Kurzschlussmitimpedanz der WindkraftanlageZ(1) MitimpedanzZ(2) GegenimpedanzZ(0) Nullimpedanzϕ Phasenwinkelε Erdungszahlμ Faktor zur Berechnung des Ausschaltwechselstromsλ Faktor zur Berechnung des Dauerkurzschlussstromsμ0 Absolute Permiabilitat des Vakuums(4π10−7H/m)κ Stoßfaktorη Wirkungsgrad eines Asynchronmotorsρ Spezifische Resistanzδ Abklingkoeffizient, ErdfehlerfaktorΨ Impedanzwinkelω Winkelgeschwindigkeit
Abkurzungen
a.c. : AC WechselstromASG AsynchrongeneratorAMZ abhangiges maximalstrom ZeitrelaisASM AsynchronmaschineC KondensatorD StromrichterDGAG Doppelt gespeister Asynchrongeneratord.c. : DC GleichstromE Erde
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XII Formelzeichen
F KurzschlussstelleG GeneratorHAK HausanschlusskastenHS HochspannungHV High VoltageK KabelL LeitungL1, L2, L3 AußenleiterLV Low VoltageMS MittelspannungM MotorNS NiederspannungN Neutralleiter, NetzOS OberspannungPE SchutzleiterQ NetzanschlusspunktS GlattungsdrosselspuleT TransformatorUMZ unabhangiges Maximalstrom-ZeitrelaisUS Unterspannung
USE Uberstrom-SchutzeinrichtungUW UmspannwerkWKA WindkraftanlageVT Verteilungsanlage
Indizes
a Ausschalti Innenk Kurzschlussk1 einpoliger Kurzschlussstromk2 zweipoliger Kurzschlussstromk3 dreipoliger Kurzschlussstromk2E zweipoliger Kurzschluss mit ErdberuhrungkEE Doppelerdschlussmax Maximalmin Minimaln Nennwert, nominal valuep peakr Bemessungswert, rated value1 Komponente des Mitsystems2 Komponente des Gegensystems0 Komponente des Nullsystems
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Formelzeichen XIII
Nebenzeichen
′′ Subtransienter Wert′ Transienter Wert′ Resistanz oder Reaktanz je Langeneinheit∗ relative Große
Nationale und internationale Gremien
1. VDE : Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V
2. DIN : Deutsches Institut fur Normung e.V
3. IEC : International Electrotechnical Commision
4. EN : European Norms
Amerikanischer Kabelaufbau AWG
Amerikanischer Kabelaufbau ” American Wire Gauge (AWG)” wird fur großereQuerschnitte in MCM (circular mills) angezeigt.
AWG in mm2 Umrechnungstabelle:
1CM = 1 Circ. mil = 0,0005067 mm2
1MCM = 1000 Circ. mils = 0,5067 mm2
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9 Netzformen bei der Kurz-schlussstromberechnung
9.1 Netzformen fur die Niederspannung
In diesem Abschnitt werden weitere Netzformen gezeigt, die in der Praxis vor-kommen konnen, bei denen die Kurzschlussstrome aus verschiedenen Quellengespeist werden. Die haufigsten Netzformen im offentlichen und im industriel-len Bereich sind Strahlennetze. Die Berechnung der Kurzschlussstrome ist beidiesen Netzen sehr einfach. Die Mittel- und Niederspannungseite kann entspre-chend den Erfordernissen der Energieversorgung beliebig gestaltet werden (Ab-bildung 9.1).
Abbildung 9.1: Einfache Strahlennetze mit verschiedenen Lastschwerpunkten
In Industrienetzen darf die Versorgung der Anlagen nicht ausfallen. Im Storfallkann die Umschaltung von einem anderen Transformator erfolgen.
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30 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung
Abbildung 9.2: Einfache Strahlennetze mit einzelnen Abgangen und redundan-ten Einspeisungen [34]
Strahlennetze mit redundanten Einspeisungen haben eine hohere Versor-gungssicherheit und große Spannungsqualitat (Abbildung 9.2). Die Transfor-matoren konnen gleichmaßig belastet werden.
Das Maschennetz mit verschiedenen Einspeisungen ist die meist verwendeteNetzform fur die Elektroenergieverteilungen in der Industrie (Abbildung 9.3).Ein Nachteil dieses Netzes sind die hohen Investitionskosten und die schlechteUbersichtlichkeit.
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9.2. Netzformen fur die Mittelspannung 31
Abbildung 9.3: Maschennetz mit verschiedenen Einspeisungen, Netzknoten mitSicherungen [34]
9.2 Netzformen fur die Mittelspannung
Fur eine optimale Losung von Mittelspannungsanlagen sind folgende Punktevon großer Bedeutung, die aber nicht weiter erlautert werden:
• Netzverluste,• Wartungsaufwand,
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32 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung
• Investitionskosten,• Leistungsbedarfsdeckung,• Versorgungszuverlassigkeit,• Bedienungsfreundlichkeit,• Umweltfreundlichkeit.
Abbildung 9.4 zeigt ein industrielles Schwerpunktnetz, das einzelne Groß-verbraucher versorgt und Abbildung 9.5 ein Ringnetz, bei dem die Energie-versorgung sichergestellt ist.
Weitere Abbildungen 9.4 bis 9.7 zeigen Mittelspannungsnetzformen mitverschiedenen Aufbaumoglichkeiten. Das Netz mit offenen Ringen ist uber Leis-tungsschalter an die Sammelschiene angeschlossen (Abbildung 9.6a). DerRing kann uber den Lasttrennschalter geoffnet und geschlossen werden. DasNetz mit Gegenstation (Abbildung 9.6b) und (Abbildung 9.6c)mit Netzstutz-punkt ist mit mehreren Einspeisekabeln an die Sammelschiene des Umspanwer-kes angeschlossen. Im anderen Fall kann ein Industriegebiet mit mehreren Trans-formatorstationen versorgt werden (Abbildung 9.7). Der Kurzschlussstromkann auch, wie in Abbildungen 9.8 dargestellt, aus verschiedenen Quellengespeist werden [1].
Abbildung 9.4: Industrielles Schwerpunktnetz
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9.2. Netzformen fur die Mittelspannung 33
Abbildung 9.5: Industrielles Ringnetz
Abbildung 9.6: a) Ringnetz b) Netz mit Gegenstation c) Netzstutzpunkt
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34 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung
Abbildung 9.7: Netzkonfiguration fur Mittelspannungsanlagen
Abbildung 9.8: a) Mehrseitig und b) einfach gespeister Kurzschluss
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Stichwortverzeichnis
Abschaltbedingung, 40Anfangs-KS- Wechselstrom, 3Anfangs-KS- Wechselstromleistung, 3Anfangsreaktanz, 77Asynchrongeneratoren, 100Asynchronmaschine, 124Asynchronmotor, 103, 131Ausloser, 157Auslosezeit, 157Ausschaltvermogen, 148Ausschaltwechselstrom, 4, 124
Batterien, 171Bemessungs-Kurzzeitstrom , 148Bemessungsschaltvermogen, 147Bezugsgroßen, 16Blocktransformator, 111
Dauerkurzschlussstrom, 4Dauerkurzschlussstrom , 127Doppelleitung, 88Drehoperator, 65, 66Dreipoliger Kurzschluss, 9, 113Dreiwicklungstransformator, 111Drosselspule, 105
einfach gespeistes Netz, 48Einpoliger Erdkurzschluss, 118Einpoliger Kurzschluss, 9Einschaltvermogen, 148Einspeisung, 74Erdfehlerfaktor, 57Erdfehlerstrom, 56Erdkapazitat, 53
Erdkurzschlussstrom, 57Erdschluss, 3Erdschlusskompensation, 54Erdschlussstrom, 53Ersatzradius, 88Ersatzspannungsquelle, 4, 13
Faktor μ, 124Faktor m, 140Faktor n, 140Faktor q , 124Fehlerstrom, 40Flussdichte, 137Freileitung, 86Funktionsgroße, 156
Gegenimpedanz, 70Gegensystem, 69Geloschtes Netz, 54Generatorferner Kurzschluss, 4Generatornaher Kurzschluss, 4Gleichstromanlagen, 167Gleichstromglied, 4Gleichstrommotoren, 174
Hauptanzapfung, 19HH-Sicherung, 152, 161
Impedanzen, 16, 73Impedanzkorrektur, 109Induktionskonstante, 88Induktive Betriebsreaktanz, 88Innenimpedanz, 75Isoliertes Netz, 53
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Stichwortverzeichnis 261
IT-System, 45
Kabel, 86Kapazitiver Blindwiderstand, 88kappa, 123Knotenarten, 178Komplexe Rechnung, 61komplexe Scheinleistung, 178komplexe Spannung, 178Kondensatoren, 107, 173Korrekturfaktor, 110Kraftwerksblock, 110Kurzerwarmunsfaktor, 142Kurzschluss, 3, 156Kurzschlussbereich, 156Kurzschlusseinschaltstrom, 147Kurzschlussfestigkeit, 105Kurzschlussgegenimpedanz, 4Kurzschlussimpedanz, 4Kurzschlussmitimpedanz, 4Kurzschlussnullimpedanz, 4Kurzschlussstrom, 3Kurzschlussstrom-Begrenzung, 142Kurzschlusszeit, 140
lambda, 127Lastfluss, 177Lastmodellierung, 178Lastschalter, 139Lasttrennschalter, 139Leistungschalter, 139, 161Leistungsschalter, 157Leiterabstande, 88LS-Schalter, 156
Maschennetz, 27Matrizen, 68Mechanische KS-Festigkeit, 137Mitimpedanz, 69Mitsystem, 69Mittelspannungsmotor, 132Motorengruppen, 133MVA-System, 16
Netzformen, 29Netzknoten, 177
Netznachbildung, 4Netzumwandlung, 47niederohmige Sternpunkterdung, 57Niederspannungsmotor, 133Nullimpedanz, 70Nullreaktanz, 42Nullsystem, 69Nullwiderstande, 87
Ohm-System, 16
Parallelschaltung, 48passive Last, 107PowerFactory, 231pu-System, 16
Rucktransformation, 69Regeltransformator, 85Reihenschaltung, 47Reststrom, 56Ringnetz, 27
Schaltgruppe, 81Schaltwinkel, 6Schenkelpolmaschine, 110Schleifenimpedanz, 40, 120Schleifringlaufermotor, 131Schutz mit HH-Sicherungen, 161Schutz mit Lastschalter, 162Schutzschalter, 139Sicherung, 139Sicherungen, 152SIMARIS curves, 238SIMARIS design, 233SIMARIS project, 238Spannungsfaktor, 4, 14Spannungsregelung, 111Stelltransformator, 85Sternpunktbehandlung, 51Steuer-Transformator, 157Stoßfaktor, 123Stoßkurzschlussstrom, 121Strahlennetz, 26Stromrichter, 170Stufenschalter, 111symmetrischer Komponent, 65
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262 Stichwortverzeichnis
Synchronmaschine, 76, 124Synchronmaschinen, 100Synchronmotor, 103
Teilkurzschlussstrom, 129Thermische KS-Festigkeit, 140TN-System, 39Transformator, 79, 161Trenner, 139TT-System, 43
Uberlast, 156Uberlastbereich, 156Ubersetzungsverhaltnis, 85, 109Uberstrom-Schutzeinrichtungen, 151Umrichter, 107Unterbrecher, 162Unvermaschte Netze, 129
Vermaschte Netze, 130Versorgungsnetze, 25
Windkraftanlagen, 100Windkraftwerk mit ASG, 101Windkraftwerk mit DGAG, 102Windkraftwerkmit Vollumrichter, 103
Zeit-Strom-Kennlinie, 151Zweipoliger Kurzschluss, 9, 115, 116Zweiwicklungstransformator, 111
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Jeder Elektroplaner ist heute verpflichtet, die Berechnung des ein- bzw. dreipoligen Kurz-schlussstroms vor und nach der Projektierung besonders durchzuführen, Schutzmaßnah-men und die Kurzschlussfestigkeit der elektrischen Anlagen zur Auswahl der Geräte zuüberprüfen und die Schutzgeräte einzustellen. Das Buch befasst sich mit der Berechnung von Kurzschlüssen in elektrischen Anlagennach neuesten Normen und Vorschriften DIN EN 60909-0 (VDE 0102), ferner mit der Last-flussberechnung und Schutztechnik in Nieder- und Hochspannungsnetzen. Die stufenweise Darstellung der Vorschriften ist beibehalten und möglichst einfach undverständlich zusammengefasst, damit der Leser seine Arbeit ohne große Mühe erledigenkann. Das Buch gibt zahlreiche Formeln, Tabellen, Beispiele und Projektierungshinweise. Die beigefügte DVD enthält das Programm Siemens SIMARIS®. PowerFactory® von Dig SILENTsowie Praxisbeispiele stehen zum Download bereit (teilweise in beschränkter Funktionalität).Die Programme unterstützen die Fachleute unter anderem bei der Kurzschluss- und Last-flussberechnung, der Selektivitätsanalyse, der Motorhochlauf-Simulation, der Spannungs-fallberechnung, der Auswahl der Schutzeinrichtungen und der Leiterdimensionierung.
Inhalt:Begriffe und Definitionen – Zeitlicher Verlauf des Kurzschlussstroms – Einteilung der Kurz-schlussarten – Methoden der Kurzschlussberechnung – Allgemeines zu DIN EN 60909-0(VDE 0102) – Die Bedeutung von DIN EN 60909-0 – Versorgungsnetze – Netzformen bei derKurzschlussstromberechnung – Systeme bis 1 kV – Umwandlung der Netzformen – Stern-punktbehandlung in Drehstromnetzen – Komplexe Rechnung – Symmetrische Komponenten– Impedanzen von Drehstrom-Betriebsmitteln – Impedanzkorrekturen –Berechnung derKurzschlussströme – Kurzschlüsse in unvermaschten Netzen – Kurzschlüsse in vermasch-ten Netzen – Berücksichtigung von Motoren – Mechanische und thermische Kurzschluss-stromfestigkeit – Berechnungsgrößen für die Kurzschlussfestigkeit – Überstrom-Schutz-einrichtungen – Kurzschluss auf der NS-Seite eines Transformators – Kurzschlussströmein Gleichstromanlagen – Lastflussberechnung –– Beispiele zur Berechnung der Kurzschluss-ströme – Programme zur Berechnung von Kurzschlussströmen
Die Interessenten: – Planer, Errichter und Betreiber elektrischer Anlagen – Planungsbüros im Bereich Energieanlagen – Gewerbe, Industrie und Behörden – Meister, Techniker und Ingenieure – Hochschulen
Der Autor: Prof. Dr.-Ing. Ismail Kasikci, VDE und IEEE, studierte in Darmstadt und in London. Er verfügtüber langjährige Erfahrungen in der Planung und Projektierung von Elektroanlagen undEntwicklung von mikroelektronischen Schaltkreisen (ASICs).Derzeit ist er als Professor an der Hochschule Biberach tätig. Seine Lehrgebiete sind u. a.Grundlagen der Elektrotechnik, Elektrische Gebäudeausrüstung, Elektrische Energiever-sorgung, regenerative Energiesysteme sowie Normen und Vorschriften. Darüber hinaus ist er Mitglied in verschiedenen Normungsgremien des DKE-KomiteesK221 »Errichten von Starkstromanlagen mit Nennspannungen bis 1000 V«. Außerdem ist erEditor des International Journal of Power and Energy Systems (ACTA-Press, USA – Canada– Switzerland). Weiterhin ist er Dozent an der Technischen Akademie in Esslingen und beimVDE in Frankfurt und in München.
ISBN 978-3-8169-3266-6
9 783816 932666www.expertverlag.de