Kurzschlussstrom, der die Größe des Kurzschlussstroms bestimmt

Dieser Artikel konzentriert sich auf Kurzschlüsse in elektrischen Netzwerken. Wir betrachten typische Beispiele für Kurzschlüsse, Methoden zur Berechnung von Kurzschlussströmen, achten bei der Berechnung von Kurzschlussströmen auf den Zusammenhang zwischen induktivem Widerstand und der Nennleistung von Transformatoren und geben auch konkrete einfache Formeln für diese Berechnungen an.

Bei der Planung elektrischer Anlagen ist es notwendig, die Werte der symmetrischen Kurzschlussströme für verschiedene Punkte eines Drehstromkreises zu kennen. Die Werte dieser kritischen symmetrischen Ströme ermöglichen die Berechnung der Parameter von Kabeln, Schaltanlagen, selektive Schutzvorrichtungen usw.

Betrachten Sie als Nächstes einen dreiphasigen Nullwiderstands-Kurzschlussstrom, der durch einen typischen Verteilungs-Abwärtstransformator gespeist wird. Unter normalen Bedingungen ist diese Art von Schaden (Kurzschluss der Schraubverbindung) am gefährlichsten und die Berechnung ist sehr einfach.Einfache Berechnungen ermöglichen es, unter Einhaltung bestimmter Regeln ausreichend genaue Ergebnisse zu erhalten, die für die Auslegung elektrischer Anlagen akzeptabel sind.

Kurzschlussstrom in der Sekundärwicklung eines Abwärtsverteilungstransformators. In erster Näherung wird angenommen, dass der Widerstand des Hochspannungskreises sehr klein ist und daher vernachlässigt werden kann:

Dabei ist P die Nennleistung in Voltampere, U2 die Phase-zu-Phase-Spannung der Sekundärwicklung ohne Last, In der Nennstrom in Ampere, Isc der Kurzschlussstrom in Ampere, Usc der Kurzschlussstrom. Stromkreisspannung in Prozent.

Die folgende Tabelle zeigt typische Kurzschlussspannungen für Drehstromtransformatoren für eine 20-kV-HV-Wicklung.

Betrachten wir beispielsweise den Fall, dass mehrere Transformatoren parallel an den Bus gespeist werden, dann kann der Wert des Kurzschlussstroms am Anfang der an den Bus angeschlossenen Leitung gleich der Summe der Kurzschlüsse angenommen werden Ströme, die zuvor für jeden Transformator separat berechnet werden.

Wenn alle Transformatoren aus demselben Hochspannungsnetz gespeist werden, ergeben die Werte der Kurzschlussströme in der Summe einen etwas höheren Wert, als sie tatsächlich erscheinen. Der Widerstand der Sammelschienen und Schalter wird vernachlässigt.

Angenommen, der Transformator hat eine Nennleistung von 400 kVA, die Spannung der Sekundärwicklung beträgt 420 V. Wenn wir dann Usc = 4 % annehmen, gilt:

Die folgende Abbildung erläutert dieses Beispiel.

Die Genauigkeit des erhaltenen Wertes reicht aus, um die elektrische Installation zu berechnen.

Dreiphasiger Kurzschlussstrom an jedem Installationspunkt auf der Niederspannungsseite:

Dabei gilt: U2 ist die Leerlaufspannung zwischen den Phasen der Sekundärwicklungen des Transformators. Zt – Impedanz des Stromkreises oberhalb der Fehlerstelle. Dann überlegen Sie, wie Sie Zt finden.

Jeder Teil der Anlage, sei es ein Netzwerk, ein Stromkabel, der Transformator selbst, ein Leistungsschalter oder eine Sammelschiene, hat seine eigene Impedanz Z, bestehend aus Wirkwiderstand R und Blindwiderstand X.

Der kapazitive Widerstand spielt hier keine Rolle. Z, R und X werden in Ohm ausgedrückt und als Seiten eines rechtwinkligen Dreiecks berechnet, wie in der Abbildung unten dargestellt. Die Impedanz wird nach der Regel des rechtwinkligen Dreiecks berechnet.

Das Raster ist in separate Abschnitte unterteilt, um X und R für jeden Abschnitt zu ermitteln und die Berechnung zu vereinfachen. Bei einer Reihenschaltung werden die Widerstandswerte einfach addiert und es ergeben sich Xt und RT. Der Gesamtwiderstand Zt wird nach dem Satz des Pythagoras für ein rechtwinkliges Dreieck durch die Formel bestimmt:

Wenn die Abschnitte parallel geschaltet sind, erfolgt die Berechnung wie bei parallel geschalteten Widerständen. Wenn die kombinierten parallelen Abschnitte einen Blindwiderstand oder einen aktiven Widerstand aufweisen, erhält man den äquivalenten Gesamtwiderstand:

Xt berücksichtigt nicht den Einfluss von Induktivitäten, und wenn benachbarte Induktivitäten sich gegenseitig beeinflussen, ist die tatsächliche Induktivität höher. Es ist zu beachten, dass sich die Berechnung von Xz nur auf einen separaten unabhängigen Stromkreis bezieht, also auch ohne den Einfluss der Gegeninduktivität. Liegen die Parallelkreise nahe beieinander, ist der Widerstand Xs merklich höher.

Betrachten Sie nun das Netzwerk, das mit dem Eingang des Abwärtstransformators verbunden ist. Der dreiphasige Kurzschlussstrom Isc bzw. die Kurzschlussleistung Psc wird vom Stromversorger ermittelt, anhand dieser Daten lässt sich jedoch der gesamte Ersatzwiderstand ermitteln. Äquivalente Impedanz, die gleichzeitig das Äquivalent für die Niederspannungsseite ergibt:

Psc-dreiphasige Kurzschlussversorgung, U2-Leerlaufspannung des Niederspannungskreises.

In der Regel ist der Wirkanteil des Widerstands eines Hochspannungsnetzes – Ra – sehr klein und im Vergleich zum induktiven Widerstand unbedeutend. Herkömmlicherweise entspricht Xa 99,5 % von Za und Ra entspricht 10 % von Xa. Die folgende Tabelle zeigt ungefähre Werte für diese Werte für 500-MVA- und 250-MVA-Transformatoren.

Voller Ztr – niederspannungsseitiger Transformatorwiderstand:

Pn – Nennleistung des Transformators in Kilovoltampere.

Der Wirkwiderstand der Wicklungen basiert auf Leistungsverluste.

Bei Näherungsrechnungen wird Rtr vernachlässigt und Ztr = Xtr.

Wenn ein Niederspannungs-Leistungsschalter in Betracht gezogen wird, wird die Impedanz des Leistungsschalters über dem Kurzschlusspunkt berücksichtigt. Der induktive Widerstand wird mit 0,00015 Ohm pro Schalter angenommen und die aktive Komponente wird vernachlässigt.

Was die Sammelschienen betrifft, so ist ihr Wirkwiderstand vernachlässigbar klein, während sich der Blindanteil auf etwa 0,00015 Ohm pro Meter ihrer Länge verteilt, und wenn der Abstand zwischen den Sammelschienen verdoppelt wird, erhöht sich ihr Blindwiderstand nur um 10 %. Kabelparameter werden von ihren Herstellern angegeben.

Ein Dreiphasenmotor geht im Moment des Kurzschlusses in den Generatormodus über und der Kurzschlussstrom in den Wicklungen wird auf Isc = 3,5 * In geschätzt. Bei Einphasenmotoren ist der Stromanstieg im Moment des Kurzschlusses vernachlässigbar.

Der Lichtbogen, der normalerweise mit einem Kurzschluss einhergeht, hat einen Widerstand, der keineswegs konstant ist, aber sein Durchschnittswert ist extrem niedrig, aber der Spannungsabfall über dem Lichtbogen ist gering, daher sinkt der Strom praktisch um etwa 20 %, was den Betrieb erleichtert des Leistungsschalters, ohne seinen Betrieb zu stören, ohne den Auslösestrom besonders zu beeinflussen.

Der Kurzschlussstrom am Empfangsende der Leitung hängt mit dem Kurzschlussstrom am Versorgungsende der Leitung zusammen, es werden jedoch auch der Querschnitt und das Material der Sendedrähte sowie deren Länge berücksichtigt Konto. Mit einer Vorstellung vom Widerstand kann jeder diese einfache Berechnung durchführen. Wir hoffen, dass unser Artikel für Sie nützlich war.