Jürgen Schlabbach Kurzschlussstromberechnung Herausgeber Rolf R. Cichowski Anlagentechnik für elektrische Verteilungsnetze Band U@ VDE VERLAG GMBH Berlin Offenbach VWEW Energieverlag GmbH
Inhaltsverzeichnis Einführung 19 1.1 Zielsetzung 19 1.2 Bedeutung der Kurzschlussströme 19 1.3 Größte und kleinste Kurzschlussströme 21 1.4 Normung 23 2 Berechnung der Impedanzen von Betriebsmitteln 26 2.1 Einleitung 26 2.2 Zählpfeile 26 2.3 Symmetrische Komponenten 26 2.4 Reihen- und Parallelschaltungen 30 2.5 Begriffe 32 2.6 Begriffe 33 2.7 Ohm-System und %/MVA-System 34 2.8 Betriebsmittel in Drehstromnetzen 36 2.8.1 Allgemeines 36 2.8.2 Impedanzen der Betriebsmittel 36 2.9 Betriebsmittel in Gleichstromnetzen 44 2.9.1 Allgemeines 44 2.9.2 Impedanzen der Betriebsmittel 46 2.10 Berechnungsbeispiele 51 2.10.1 Drehstrombetriebsmittel 51 2.10.2 Gleichstrombetriebsmittel 52 3 Berechnung der Kurzschlussströme in Drehstrom-Hochspannungsnetzen 55 3.1 Allgemeines, Fehlerarten 55 3.2 Berechnungsverfahren 57 3.3 Berechnung der Kurzschlussströme 58 3.3.1 Allgemeines 58
3.3.2 Berechnung der Kurzschlussstromparameter nach VDE 0102 59 3.3.2.1 Anfangskurzschlusswechselstrom l" k 59 3.3.2.2 Kurzschlussströme innerhalb eines Kraftwerkes _ 62 3.3.2.3 Stoßkurzschlussstrom i p 64 3.3.2.4 Gleichstromanteil i dc 69 3.3.2.5 Symmetrischer Ausschaltwechselstrom l b 70 3.3.2.6 Dauerkurzschlussstrom l k 71 3.4 Einfluss von Motoren 73 3.5 Kleinste Kurzschlussströme 76 3.6 Berechnungsbeispiele 76 3.6.1 Dreipoliger generatornaher Kurzschluss 76 3.6.2 Einpoliger Kurzschluss 78 3.6.3 Berechnung des Stoßkurzschlussstromes 79 4 Berechnung der Kurzschlussströme in Niederspannungsnetzen 81 4.1 Allgemeines 81 4.2 Fehlerarten 81 4.3 Berechnungsverfahren 82 4.4 Berechnung der Kurzschlussströme 83 4.4.1 Impedanzen 83 4.4.2 Anfangskurzschlusswechselstrom l" k 83 4.4.3 Stoßkurzschlussstrom i p 84 4.4.4 Symmetrischer Ausschaltwechselstrom l b 84 4.4.5 Dauerkurzschlussstrom l k 84 4.5 Berücksichtigung von Motoren 85 4.6 Kleinste Kurzschlussströme 86 4.7 Berechnungsbeispiel 86 5 Doppelerdschluss und Teilkurzschlussströme über Erde 90 5.1 Allgemeines 90 5.2 Doppelerdkurzschlüsse 90 5.2.1 Impedanzen und Anfangskurzschlusswechselstrom l" k 90
-5.2.2 Einfache Netzanordnungen. 5.2.3 Stoßkurzschlussstrom i p _ 5.2.4 Symmetrischer Ausschaltwechselstrom l b und Dauerkurzschlussstrom l k 5.3 Teilkurzschlussströme über Erde 5.3.1 Einführung 5.3.2 Kurzschluss innerhalb einer Anlage 5.3.3 Kurzschluss an einem Freileitungsmast 5.4 Berechnungsbeispiele 5.4.1 Doppelerdschluss in einem 20-kV-Netz 5.4.2 Einpoliger Kurzschluss in einem 10-kV-Netz 6 Berechnung der Kurzschlussströme in Gleichstromanlagen _ 101 6.1 Allgemeines 6.2 Teilkurzschlussströme von Kondensatoren 6.3 Teilkurzschlussströme von Batterien 6.4 Teilkurzschlussströme von Stromrichtern 6.5 Teilkurzschlussströme von fremderregten Gleichstrommotoren 6.6 Gesamtkurzschlussstrom 6.7 Berechnungsbeispiele 7 Wirkungen von Kurzschlussströmen 122 7.1 Allgemeines 122 7.2 Drehstrom- und Wechselstromanlagen 122 7.2.1 Thermische Kurzschlussfestigkeit 122 7.2.1.1 Leiterund Betriebsmittel 124 7.2.1.2 Auslegung von Kabelschirmen 128 7.2.2 Mechanische Kurzschlussfestigkeit bei biegesteifen Leitern 130 7.2.2.1 Allgemeines 130 7.2.2.2 Elektromagnetische Kräfte 130 7.2.2.3 Berechnung der Biegespannungen 133 7.2.2.4 Kräfte auf Stützpunkte ' 135 7.2.2.5 Einfluss von Leiterschwingungen 136
7.3 Gleichstrom-Eigenbedarfsanlagen 139 7.3.1 Ersatzrechteckfunktion 139 7.3.2 Mechanische Kurzschlussfestigkeit bei biegesteifen Leitern 142 7.3.2.1 Elektromagnetische Kräfte 142 7.3.2.2 Biegespannungen 145 7.4 Berechnungsbeispiele 147 7.4.1 Berechnung der thermischen Wirkungen 147 7.4.2 Elektromechanische Wirkung 149 8 Begrenzung der Kurzschlussströme 150 8.1 Allgemeines 150 8.2 Maßnahmen 151 8.2.1 Maßnahmen in Netzen 151 8.2.1.1 Wahl der Netznominalspannung 151 8.2.1.2 Bildung von Netzgruppen 153 8.2.1.3 Verteilung der Einspeisungen 154 8.2.1.4 Verbindung an Punkten geringer Kurzschlussleistung 156 8.2.1.5 Umstrukturierung 157 8.2.2 Maßnahmen in Anlagen 158 8.2.2.1 Mehrsammelschienenbetrieb 158 8.2.2.2 Längskupplung 160 8.2.2.3 Strombegrenzende Schaltgeräte 160 8.2.3 Betriebsmittel 165 8.2.3.1 Veränderung der Kurzschlussspannung von Transformatoren 165 8.2.3.2 KS-Begrenzungsdrosselspulen 166 8.2.3.3 Erdungsimpedanzen 167 8.2.3.4 Einsatz von Generatoren mit höherer subtransienter Reaktanz 169 8.3 Netzformen 170 8.3.1 Allgemeines 170 8.3.2 Strahlennetz 171 8.3.3 Ringnetz 172 8.3.4 Vermaschte Netze 172
9 Daten von Betriebsmitteln 176 9.1 Drehstrombetriebsmittel 176 9.1.1 Netzeinspeisungen 176 9.1.2 Transformatoren 176 9.1.3 Generatoren 179 9.1.4 Freileitungen 180 9.1.5 Kabel 181 9.1.6 Kurzschlussstrombegrenzungsdrosselspulen 182 9.1.7 Asynchronmaschinen 183 9.2 Gleichstrombetriebsmittel 184 9.2.1 Leitungen 184 9.2.2 Kondensatoren 184 9.2.3 Batterien 185 Literaturverzeichnis 188 Hinweis auf Normen 189