Entwurf. Isolationskoordination Teil 2: Anwendungsrichtlinie

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1 Entwurf Isolationskoordination Teil 2: Anwendungsrichtlinie E DIN EN (VDE ): Inhalt 1 Allgemeines Anwendungsbereich Normative Verweisungen Liste von Formelzeichen und Definitionen Repräsentative Spannungsbeanspruchungen im Betrieb Ursache und Klassifizierung von Spannungsbeanspruchungen Kennwerte von Überspannungsschutzgeräten Allgemeine Bemerkungen Metalloxid-Überspannungsableiter ohne Funkenstrecke (MOSA) Leitungsableiter (LSA) für Übertragungs- und Verteilungsfreileitungen Repräsentative Spannungen und Überspannungen Betriebsfrequente Spannung (Dauerspannung) Zeitweilige Überspannungen Langsam ansteigende Überspannungen Schnell ansteigende Überspannungen Sehr schnell ansteigende Überspannungen [12, 13] Koordinationsstehspannung Kennwerte der Isolationsfestigkeit Einfluss von Polarität und Überspannungsformen Leiter-Leiter-Isolierung und Längsisolierung Einfluss von Wetterbedingungen auf die äußere Isolierung Durchschlagwahrscheinlichkeit der Isolierung Auswahlkriterium Verfahren der Isolationskoordination Verfahren der Isolationskoordination für (betriebsfrequente) Dauerspannung und zeitweilige Überspannung Verfahren der Isolationskoordination für langsam ansteigende Überspannungen Verfahren der Isolationskoordination für schnell ansteigende Überspannungen Erforderliche Stehspannung Allgemeine Bemerkungen Atmosphäre Korrektur Allgemeine Bemerkungen Höhenkorrektur Sicherheitsfaktoren Alterung

2 E DIN EN (VDE ): Entwurf Fertigungs- und errichtungsbedingte Streuung Ungenauigkeit der Stehspannung Empfohlene Sicherheitsfaktoren K s Genormte Stehspannung und Prüfverfahren Allgemeine Bemerkungen Genormte Steh-Schaltstoßspannung Genormte Steh-Blitzstoßspannung Prüf-Umrechnungsfaktoren Bereich I Bereich II Bestimmung des Stehvermögens der Isolierung durch Typprüfungen Prüfverfahren in Abhängigkeit von der Art der Isolierung Nichtselbstheilende Isolierung Selbstheilende Isolierung Gemischte Isolierung Grenzen der Prüfverfahren Auswahl von Typprüfverfahren Auswahl der Prüfspannungen für Typprüfungen Spezielle Betrachtungen für Freileitungen Allgemeine Bemerkungen Isolationskoordination für Betriebsspannungen und zeitweilige Überspannungen Isolationskoordination für langsam ansteigende Überspannungen Erdfehler-Überspannungen Einschalt- und Wiedereinschalt-Überspannungen Isolationskoordination für Blitzüberspannungen Verteilungsleitungen Übertragungsleitungen Besondere Überlegungen zu Stationen Allgemeine Bemerkungen Betriebsspannung Zeitweilige Überspannung Langsam ansteigende Überspannungen Schnell ansteigende Überspannungen Isolationskoordination für Überspannungen Stationen in Verteilungsnetzen mit U m bis 36 kv im Bereich I Stationen in Übertragungsnetzen mit U m zwischen 52,5 kv und 245 kv im Bereich I Stationen in Übertragungsnetzen im Bereich II Anhang A (informativ) Bestimmung zeitweiliger Überspannungen infolge von Erdfehlern

3 Entwurf E DIN EN (VDE ): Anhang B (informativ) Weibull-Wahrscheinlichkeitsverteilungen B.1 Allgemeine Bemerkungen B.2 Durchschlagwahrscheinlichkeit der äußeren Isolierung B.3 Kumulierte Häufigkeitsverteilung von Überspannungen Anhang C (informativ) Bestimmung der repräsentativen langsam ansteigenden Überspannung infolge des Einschaltens und Wiedereinschaltens von Leitungen C.1 Allgemeine Bemerkungen C.2 Wahrscheinlichkeitsverteilung der repräsentativen Amplitude der unbeeinflussten Leiter- Erde-Überspannung C.3 Wahrscheinlichkeitsverteilung der repräsentativen Amplitude der unbeeinflussten Leiter- Leiter-Überspannung C.4 Isolationskennlinie C.5 Zahlenbeispiel Anhang D (informativ) Übertragene Überspannungen in Transformatoren D.1 Allgemeine Bemerkungen D.2 Übertragene zeitweilige Überspannungen D.3 Kapazitiv übertragene Überspannungsstöße D.4 Induktiv übertragene Überspannungsstöße Anhang E (informativ) Blitzüberspannungen E.1 Allgemeine Bemerkungen E.2 Bestimmung der Grenzentfernung (X p ) E.2.1 Schutz durch Überspannungsableiter in der Station E.2.2 Selbstschutz von Stationen E.3 Schätzwert für die repräsentativen Blitzüberspannungsamplitude E.3.1 Schirmdurchdringung E.3.2 Rückwärtige Überschläge E.4 Vereinfachtes Verfahren E.5 Angenommener Höchstwert der repräsentativen Blitzüberspannung Anhang F (informativ) Berechnung der Durchschlagfestigkeit von Luftstrecken aus Versuchsergebnissen F.1 Isolationsverhalten bei betriebsfrequenten Spannungen F.2 Isolationsverhalten bei langsam ansteigenden Überspannungen F.3 Isolationsverhalten bei schnell ansteigenden Überspannungen Anhang G (informativ) Beispiele für das Verfahren der Isolationskoordination G.1 Zahlenbeispiel für ein Netz im Bereich I (mit einer Nennspannung von 230 kv) G.1.1 Teil 1: Keine speziellen Betriebsbedingungen G Schritt 1: Bestimmung der repräsentativen Überspannungen Werte für U rp G Schritt 2: Bestimmung der Koordinationsstehspannungen Werte für U cw G Schritt 3: Bestimmung der erforderlichen Stehspannungen Werte für U rw

4 E DIN EN (VDE ): Entwurf G Schritt 4: Umrechnung in für den Bereich I normierte Stehspannungen G Schritt 5: Auswahl der genormten Stehspannungswerte G.1.2 Teil 2: Einfluss des Schaltens von Kondensatoren in Station G.1.3 Teil 3: Flussdiagramme für Beispiel G G.2 Zahlenbeispiel für ein Netz im Bereich II (mit einer Nennspannung von 735 kv) G.2.1 Schritt 1: Bestimmung der repräsentativen Überspannungen Werte für U rp G Betriebsfrequente und zeitweilige Überspannung G Langsam ansteigende Überspannung G Schnell ansteigende Überspannung G.2.2 Schritt 2: Bestimmung der Koordinationsstehspannungen Werte für U cw G U cw für die innere Isolierung G U cw für die äußere Isolierung G.2.3 Schritt 3: Bestimmung der erforderlichen Stehspannungen Werte für U rw G U rw für die innere Isolierung G U rw für die äußere Isolierung G.2.4 Schritt 4: Umrechnung in die Steh-Schaltstoßspannung (SIWV) G.2.5 Schritt 5: Auswahl der genormten Isolationspegel G U w für die innere Isolierung G U w für die äußere Isolierung G.2.6 Überlegungen zur Leiter-Leiter-Isolationskoordination G.2.7 Leiter-Erde-Abstände G.2.8 Leiter-Leiter-Abstände G.3 Zahlenbeispiel für Stationen in Verteilungsnetzen mit U m bis 36 kv im Bereich I G.3.1 Schritt 1: Bestimmung der repräsentativen Überspannungen Werte für U rp G Betriebsfrequente und zeitweilige Überspannung G Langsam ansteigende Überspannungen G Schnell ansteigende Überspannungen G.3.2 Schritt 2: Bestimmung der Koordinationsstehspannungen Werte für U cw G Zeitweilige Überspannungen G Langsam ansteigende Überspannungen G Schnell ansteigende Überspannungen G.3.3 Schritt 3: Bestimmung der erforderlichen Stehspannungen Werte für U rw G Sicherheitsfaktoren G Höhenkorrekturfaktor G Zeitweilige Überspannung G Langsam ansteigende Überspannung

5 Entwurf E DIN EN (VDE ): G Schnell ansteigende Überspannung G.3.4 Schritt 4: Umrechnung in genormte Kurzzeit-Stehwechselspannungen und genormte Steh- Blitzstoßspannungen G Umrechnung in die Kurzzeit-Stehwechselspannung (SDWV) G Umrechnung in die Steh-Blitzstoßspannung (LIWV) G.3.5 Schritt 5: Auswahl der genormten Stehspannungen G.3.6 Zusammenfassung des Isolationskoordinationsverfahrens für Beispiel G Anhang H (informativ) Atmosphärische Korrektur Höhenkorrektur H.1 Allgemeine Grundsätze H.1.1 Atmosphärische Korrekturbei genormten Prüfungen H.1.2 Aufgabe der atmosphärischen Korrektur bei der Isolationskoordination H.2 Atmosphärische Korrektur bei der Isolationskoordination H.2.1 Faktoren für die atmosphärische Korrektur H.2.2 Allgemeine Kennwerte für gemäßigtes Klima H.2.3 Besondere atmosphärische Bedingungen H.2.4 Höhenabhängigkeit des Luftdruckes H.3 Höhenkorrektur H.3.1 Definition des Höhenkorrekturfaktors H.3.2 Prinzip der Höhenkorrektur H.3.3 Genormte Betriebsmittel, die in Höhen bis m betrieben werden H.3.4 Betriebsmittel, die in Höhen über m betrieben werden H.4 Auswahl des Exponenten m H.4.1 Ableitung des Exponenten m für Schaltstoßspannungen H.4.2 Ableitung des Exponenten m für die kritische Schaltstoßspannung Anhang I (informativ) Bewertungsmethode für die Blitzüberspannungsform I.1 Allgemeine Bemerkungen I.2 Blitzüberspannungsform I.3 Bewertungsmethode für GIS I.3.1 Versuche I.3.2 Bewertung der Überspannungsform I.4 Bewertungsmethode für Transformatoren I.4.1 Versuche I.4.2 Bewertung der Form Anhang J (informativ) Isolationskoordination für sehr schnell ansteigende Überspannungen in UHV-Stationen J.1 Allgemeines J.2 Einfluss der Trennschalterausführung J.3 Isolationskoordination für VFFO Literaturhinweise

6 E DIN EN (VDE ): Entwurf Bilder Bild 1 Bereiche der 2 %-Werte langsam ansteigender Überspannungen am Leitungsende beim Einschalten und Wiedereinschalten der Leitung Bild 2 Verhältnis zwischen den 2 %-Werten von langsam ansteigenden Leiter-Leiter- und Leiter- Erde-Überspannungen Bild 3 Schaltplan für den Anschluss des Überspannungsableiters an das geschützte Objekt Bild 4 Durchschlagwahrscheinlichkeit einer selbstheilenden Isolierung bei linear geteilter Ordinate Bild 5 Durchschlagwahrscheinlichkeit einer selbstheilenden Isolierung bei Gauß-geteilter Ordinate Bild 6 Bestimmung des deterministischen Koordinationsfaktors K cd Bild 7 Bewertung des Fehlerrisikos Bild 8 Fehlerrisiko einer äußeren Isolierung für langsam ansteigende Überspannungen in Abhängigkeit vom statistischen Koordinationsfaktor K cs Bild 9 Abhängigkeit des Exponenten m von der Koordinations-Steh-Schaltstoßspannung Bild 10 Wahrscheinlichkeit P für das Bestehen der Prüfung eines Betriebsmittels in Abhängigkeit von der Differenz K zwischen der tatsächlichen und der Bemessungs-Steh-Stoßspannung Bild 11 Beispiel für eine schematische Anordnung einer Station für die örtliche Zuordnung von Überspannungsbeanspruchungen (siehe 7.1) Bild A.1 Erdfehlerfaktor k für R 1 /X 1 = R = 0 in Abhängigkeit von X 0 /X Bild A.2 Beziehung zwischen R 0 /X 1 und X 0 /X 1 für konstante Werte des Erdfehlerfaktors k mit R 1 = Bild A.3 Beziehung zwischen R 0 /X 1 und X 0 /X 1 für konstante Werte des Erdfehlerfaktors k mit R 1 = 0,5 X Bild A.4 Beziehung zwischen R 0 /X 1 und X 0 /X 1 für konstante Werte des Erdfehlerfaktors k mit R 1 = X Bild A.5 Beziehung zwischen R 0 /X 1 und X 0 /X 1 für konstante Werte des Erdfehlerfaktors k mit R 1 = 2 X Bild B.1 Umrechnungsdiagramm für die Herabsetzung der Stehspannung durch parallele Anordnung der Isolierungen Bild C.1 Beispiel für zweidimensionale Kurven von Leiter-Leiter-Überspannungen mit konstanter Wahrscheinlichkeitsdichte und Tangenten, die die entsprechenden 2 %-Werte angeben Bild C.2 Grundsätze der Bestimmung der repräsentativen Leiter-Leiter-Überspannung U pre Bild C.3 Schematische Darstellung einer Leiter-Leiter-Erde-Isolieranordnung Bild C.4 Darstellung der 50 %-Überschlag-Schaltstoßspannung einer Leiter-Leiter-Erde-Isolierung Bild C.5 Steigungswinkel der Leiter-Leiter-Isolationskennlinie im Bereich b in Abhängigkeit vom Verhältnis der Leiter-Leiter-Luftstrecke D zur Höhe Ht über dem Erdboden Bild D.1 Verteilte Wicklungskapazitäten eines Transformators und die Ersatzschaltung für die Wicklungen Bild D.2 Werte des Faktors J, der den Einfluss der Schaltgruppe auf induktiv übertragene Überspannungsstöße beschreibt Bild H.1 Grundsätze der atmosphärischen Korrektur bei der Prüfung eines festgelegten Isolationspegels nach dem Verfahren in IEC

7 Entwurf E DIN EN (VDE ): Bild H.2 Hauptaufgabe der atmosphärischen Korrektur bei der Isolationskoordination nach IEC ; links: bei einem Mittelwert der atmosphärischen Bedingungen mit einem höheren Risiko; rechts: bei den ungünstigsten atmosphärischen Bedingungen mit einem geringeren Risiko Bild H.3 Vergleich der atmosphärischen Korrektur k mit dem relativen Luftdruck p/p 0 für verschiedene Wetterstationen auf der ganzen Welt Bild H.4 Abweichung der vereinfachten Druckberechnung mit der Exponentialfunktion nach der vorliegenden Norm (IEC ) von der temperaturabhängigen Druckberechnung nach ISO Bild H.5 Prinzip der Höhenkorrektur: sinkende Stehspannung U 10 von Betriebsmitteln mit zunehmender Höhe Bild H.6 Satz von m-kurven für die genormte Schaltstoßspannung einschließlich der Änderungen der Höhe für jeden Funkenstreckenfaktor Bild H.7 Exponent m für die genormte Schaltstoßspannung für ausgewählte Funkenstreckenfaktoren für Höhen bis m Bild H.8 Satz von m-kurven für die kritische Schaltstoßspannung einschließlich der Änderungen der Höhe für jeden Funkenstreckenfaktor Bild H.9 Exponent m für die kritische Schaltstoßspannung für ausgewählte Funkenstreckenfaktoren für Höhen bis m Bild H.10 Übereinstimmung der m-kurven aus Bild 9 mit der Bestimmung des Exponenten m anhand der kritischen Schaltstoßspannung für ausgewählte Funkenstreckenfaktoren und Höhen Bild I.1 Beispiele für Blitzüberspannungsformen Bild I.2 Beispiel für Isolationskennwerte für Blitzüberspannungen der SF 6 -Gasfunkenstrecke (Form E) Bild I.3 Berechnung der Dauer T d Bild I.4 Ablauf der Bewertung der Form für GIS und Transformatoren Bild I.5 Anwendung auf GIS-Blitzüberspannungen Bild I.6 Beispiel für Isolationskennwerte für die Blitzüberspannung der Windungsisolierung (Form C) Bild I.7 Anwendung auf Blitzüberspannungen im Transformator Bild J.1 Isolationskoordination für sehr schnell ansteigende Überspannungen Tabellen Tabelle 1 Prüf-Umrechnungsfaktoren für den Bereich I zur Umrechnung der erforderlichen Steh- Schaltstoßspannungen in Kurzzeit-Stehwechselspannungen und Steh-Blitzstoßspannungen Tabelle 2 Prüf-Umrechnungsfaktoren für den Bereich II zur Umrechnung der erforderlichen Kurzzeit-Stehwechselspannungen in Steh-Schaltstoßspannungen Tabelle 3 Selektivität der Prüfverfahren B und C nach IEC Tabelle B.1 Durchschlagspannung in Abhängigkeit von der Durch-/Überschlagwahrscheinlichkeit für eine einzelne Isolierung und für 100 parallele Isolierungen Tabelle E.1 Korona-Dämpfungskonstante K co Tabelle E.2 Faktor A für verschiedene Freileitungen (anwendbar in den Gleichungen (E.17) und (E.19)) Tabelle F.1 Typische Funkenstreckenfaktoren K für einen Schaltstoßdurchschlag Leiter gegen Erde (nach [1] und [4])

8 E DIN EN (VDE ): Entwurf Tabelle F.2 Funkenstreckenfaktoren für typische Leiter-Leiter-Anordnungen Tabelle G.1 Zusammenfassung der kleinsten erforderlichen Stehspannungen, die für Beispiel G.1.1 ermittelt wurden (Teil 1, ohne das Schalten von Kondensatoren in der entfernten Station (Station 2)) Tabelle G.2 Zusammenfassung der erforderlichen Stehspannungen aus Beispiel G.1.2 (Teil 2, mit Schalten einer Kondensatorbank in der entfernten Station (Station 2)) Tabelle G.3 Werte für das Isolationskoordinationsverfahren für Beispiel G Tabelle H.1 Vergleich der Funktionswerte von Bild 9 mit den ausgewählten Parametern aus der Herleitung der m-kurven mit kritischer Schaltstoßspannung Tabelle I.1 Bewertung der Blitzüberspannung in GIS von UHV-Netzen Tabelle I.2 Bewertung der Blitzüberspannung im Transformator eines 500 kv-netzes