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Phasenerdung Erdschluss in Mittelspannungsnetzen Entlastung der Fehlerstelle durch Phasenerdung Die Phasenerdung wird sinnvoll in gelöschten Mittelspannungsnetzen eingesetzt. Der Einsatz in isolierten Netzen ist ebenfalls möglich. Im gelöschten Netz tritt bei einem 1-poligen Erdfehler aufgrund der Erdkapazitäten der Kabel oder Freileitungen ein kapazitiver Ladestrom auf, der über die Fehlerstelle fließt. Durch den Einsatz einer Erdschlusslöschspule, die in den Sternpunkt des Leistungstransformators oder in den Sternpunkt eines Sternpunktbildners oder Erdungstransformators geschaltet wird, fließt im Falle eines Erdfehlers ein induktiver Kompensationsstrom (180° Phasenlage) über die Fehlerstelle. Durch genaue Kompensation mittels einer Tauchkernerdschlusslöschspule und eines qualifizierten Kompensationsreglers kann der kapazitive Ladestrom zu Null gebracht werden (bei Resonanzabstimmung). An der Fehlerstelle verbleibt nur der Wattreststrom, der allerdings bei großen Kabelnetzen einige zig Ampere annehmen kann. Bei Über- oder Unterkompensation fließt ein zusätzlicher Blindstrom über die Fehlerstelle entsprechend des Verstimmungsgrades und des ohmschen Anteiles. Im Allgemeinen beträgt der Wattreststrom in EVU-Netzen ca. 2 – 4 % des Resonanzstromes (kapazitiver Ladestrom bzw. induktiver Kompensationsstrom bei Resonanzabstimmung) bzw. 6 – 8 % in Industrie-netzen. Bei entsprechender Höhe kann der resultierende Rest-strom (Scheinstrom) an der Fehlerstelle deutliche thermische Beschädigungen hervorrufen (I²R). Daher ist es bei ausgewählten Anwendungen zielführend, auch diesen Reststrom zu minimieren. Zu berücksichtigen ist dabei, daß im Erdschluß neben der 50 Hz- Komponente u.a. auch eine 250 Hz-Komponente fließt, die erfahrungsgemäß ca. 70 – 150 % der 50 Hz- Komponente annehmen kann. Die Fehlerstelle wird also insgesamt durch einen resultierenden 50 Hz- Fehlerstrom und einen zusätzlichen Fehlerstrom, hervorgerufen durch Oberswingungen, belastet. Darstellung der Ströme und Spannungen im Erdfehlerfall eines gelöschten Netzes Grundsätzlich gibt es 2 Möglichkeiten Restströme an der Fehlerstelle zu kompensieren: a) die Reststromkompensation durch Stromrichter b) den niederohmigen Nebenschluß durch Erdung der fehlerbehafteten Phase im Umspannwerk (Phasenerdung) Der Reststromkompensator hat teilweise erhebliche Nachteile: 1. Wegen der Komplexität des Stromrichters wird bisher nur die 50 Hz Komponente kompensiert; die etwa gleich große 250 Hz Komponente wird nicht kompensiert. 2. In dem ohnehin komplexen Nullsystem wird während des Erdschlusses mit einem Stromrichter und somit mit unvermeidbaren Netzrückwirkungen gearbeitet. 3. Der Kompensationsstrom wird über u. U. weitverzweigte Leitungen über die Fehlerstelle getrieben und somit ggf. in sensible Bereiche wie z. B. Schachtanlagen unter Tage im Bergbaubetrieb oder sensible Chemieanlagen. 4. Die Kosten für Steuerelektronik und Leistungselektronik sind hoch, wobei die Betriebssicherheit auch wesentlich von Netzstörungen (transiente Überspannungen) abhängig ist. 5. Zuverlässigkeit, Lebensdauer und Kosten für Wartung sind zu berücksichtigen. Die Phasenerdung hingegen stellt eine seit langem bekannte und einfache, robuste und zuverlässige Technik dar. Es wird im Umspannwerk die fehlerhafte Phase 1-polig geerdet. Nachteile waren bisher, daß 3 einpolige Schaltgeräte und somit 3 Schaltzellen verwendet werden mußten. Dies führte ebenfalls zu nicht unerheblichen Hardwarekosten und wegen der 3 Schaltzellen zu erheblichem Raumbedarf (ebenfalls Zusatzkosten). Darüber hinaus tritt bei der reinen Phasenerdung je nach Laststrom an der Fehlerstelle ein gewisser Spannungsabfall auf. Aufgrund neuer technischer Möglichkeiten haben wir die Phasenerdung für den praktischen Einsatz höchst interessant machen können. Durch Einsatz von 3 bzw. 4 einpoligen Leistungsschaltern, welche über sehr kleine Magnetantriebe verfügen, kann der Aufwand auf eine Schaltzelle reduziert werden. Zusätzlich erforderlich ist eine Auswahlschaltung für die fehlerhafte Phase mit Verriegelung und definiertem Einschaltbefehl. Der störende Spannungsabfall an der Fehlerstelle wird durch den Einsatz eines Leistungswiderstandes weitgehend kompensiert. Somit steht heute ein preiswertes System zur Verfügung, welches die Fehlerstelle vom Reststrom weitestgehend entlastet, und zwar sowohl von der Wirkkomponente als auch von der Blindkomponente und zwar im gesamten Frequenzspektrum also Grundwelle und Oberschwingungsströme. Aus unserer langjährigen Erfahrung aus den Bereich der Erdschlusslöschung, der niederohmigen Sternpunkterdung und der Auslegung von Leistungswiderständen waren wir in der Lage, die verschiedensten Konfigurationen zu entwickeln. Typisch ist ein typgeprüftes Innenraum-Schaltfeld mit angebautem oder separat stehendem Steuerschrank. Hiermit steht ein preiswertes, flexibles und höchst leistungsfähiges System zur Entlastung der Fehlerstelle zur Verfügung, welches insbesondere die Belange sensibler und sicherheitsrelevanter Netze berücksichtigt. Phasenerdung Steuerschrank und Schaltfelder 10,5 kV (25kA) Die jetzt von uns entwickelte Technik ist zukunftsweisend, da Kosten, Technik und Aufwand in einem optimalen Verhältnis zueinander stehen. Einmessung der Anlage
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