Kurzschlussstromberechnung in elektrischen Anlagen · PDF filenach DIN EN 60909-0 (VDE 0102) Theorie, Vorschriften, ... IEC:InternationalElectrotechnicalCommision 4. EN:EuropeanNorms

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

40 Edition

Enthält: 1 DVD

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

DVD mit Software

© 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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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.


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,



• 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


9.2. Netzformen fur die Mittelspannung 33

Abbildung 9.5: Industrielles Ringnetz

Abbildung 9.6: a) Ringnetz b) Netz mit Gegenstation c) Netzstutzpunkt



Abbildung 9.7: Netzkonfiguration fur Mittelspannungsanlagen

Abbildung 9.8: a) Mehrseitig und b) einfach gespeister Kurzschluss


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


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


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


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

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Kurzschlussstromberechnung in elektrischen Anlagen · PDF filenach DIN EN 60909-0 (VDE 0102) Theorie, Vorschriften, ... IEC:InternationalElectrotechnicalCommision 4. EN:EuropeanNorms