Berechnung der charakteristischen Kurzschlussströme
Planung von Elektroanlagen (Teil 2)
Nachdem von unserem Fachautor, Dipl.-Ing. Karl-Heinz Kny, im 1. Teil die Berechnung der größten und kleinsten Kurzschlussströme gezeigt wurde, werden in diesem Fachbeitrag die charakteristischen Kurzschlussströme und deren Berechnung erläutert. Dabei geht es insbesondere um die notwendigen Nachweise der Kurzschlussfestigkeit sowie die zu beachtenden Besonderheiten.
Der Vorgang der Anhebung des Kurzschlussstromes durch das Gleichstromglied entspricht dem physikalischen Vorgang des Einschaltens eines ohmsch-induktiven Stromkreises und tritt deshalb sowohl beim generatornahen als auch beim generatorfernen Kurzschluss auf.
Die Höhe des Gleichstromgliedes ist abhängig vom Impedanzverhältnis (R/X) der gesamten Kurzschlussstrombahn und vom zufälligen, zeitlichen Augenblickswert der Netzspannung bei Kurzschlusseintritt.
Bekanntlich eilt bei ohmsch-induktiver Belastung der sinusförmige Strom der Spannung zeitlich nach. Tritt der „Belastungsfall“ Kurzschluss im Nulldurchgang der Netzspannung auf, müsste der Strom ohne Verzögerung ansteigen. Die Natur ist aber so eingerichtet, dass der Strom nicht „springen“ kann, genauso wie eine Masse ohne Zeitverzug den Ort nicht wechseln kann.
Für die praktische Ermittlung des Kurzschlussstromes wird der ungünstigste Zeitpunkt des Kurzschlusseintritts, dem des Spannungsnulldurchgangs, angenommen. Hinsichtlich der Anwendung des Nachweises der mechanischen Kurzschlussfestigkeit liegt man damit auf der sicheren Seite.
Wenn das R/X-Verhältnis sehr klein, d. h. die Kurzschlussimpedanz fast nur induktiv geprägt ist (generatornaher Kurzschluss), ist der Stoßfaktor groß (κ ≈ 1,8) und der Stoßkurzschlussstrom tritt kurz vor 10 ms auf. Ist die Kurzschlussimpedanz ohmsch geprägt, z. B. bei einem Kurzschluss am Ende einer langen Leitung im Niederspannungsbereich, ist der Gleichstromanteil verschwindend klein (κ → 1,02), und der Spitzenwert entspricht etwa dem Scheitelwert des Kurzschlussstromes, der kurz nach 5 ms auftritt.
Zusammenfassung
Festgestellt wurde, dass nicht immer der dreipolige Kurzschlussstrom als größter und der einpolige Kurzschlussstrom als kleinster vorausgesetzt werden kann. Dies gilt genauso für die charakteristischen Kurzschlussströme, die zur Überprüfung des Schutzes bei Kurzschluss mit den Hersteller-Bemessungswerten verglichen werden. Auch hier gilt: Ist die Nullimpedanz der Kurzschlussimpedanz bis zur Fehlerstelle kleiner als die Mitimpedanz, ist die einpolige Kurzschlussgröße als größter und die zweipolige Kurzschlussgröße als kleinster Wert zu erwarten.
Den vollständigen Fachartikel „Berechnung der charakteristischen Kurzschlussströme (Teil 2)“ finden Sie in unserem Facharchiv.
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