new hausmesse - ludwar elektrobau · 2016. 10. 13. · • iec 60909-0:2016: „this edition...

Confidential Property of Schneider Electric |

Schneider Electric GmbH

Field Service – Netzplanung

Steinheimer Straße 117

63500 Seligenstadt

Dr. Thomas Weber

Leiter Netzplanung

E-Mail: [email protected]

Tel.: +49 (0)6182 81 - 1237

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Kurzschlussstromberechnungen

Ludwar Elektrobau

Hausmesse

Gerolzhofen, 21.09.2016

Sebastian Rabanus

Product Application Engineer Schutztechnik

E-Mail: [email protected]

Tel.: +49 (0)6182 81 - 1547

Kurzschlussstromberechnungen | Dr. Thomas Weber + Sebastian Rabanus

Ludwar Elektrobau – Hausmesse 2016 | Gerolzhofen | 21. September 2016

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Kurzschlussstromberechnungen Übersicht

• Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102

• Aktueller Stand der Neuauflage VDE 0102

• Hintergrund und Begriffe

• Vorgehensweise

• Kurzschlussfestigkeit von Schaltanlagen

• Bedeutung des dreipoligen maximalen Kurzschlussstroms

• Auswirkungen auf die Auslegung der Betriebsmittel

• Kurzschlussstrombegrenzungsmaßnahmen

Confidential Property of Schneider Electric | Page 2



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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102 Aktueller Stand der Neuauflage VDE 0102

• VDE 0102 Teil 0 ist die deutsche Fassung der IEC 60909-0

• VDE 0102 gilt für die Berechnung von Kurzschlussströmen

• in Niederspannungs-Drehstromnetzen

• in Hochspannungs-Drehstromnetzen

• für Betriebsfrequenzen von 50 Hz und 60 Hz

• für Spannungen bis 550 kV

• VDE 0102 gilt nicht für die Berechnung von Kurzschlussströmen

• für Kurzschluss-Prüffelder

• für Anlagen auf Schiffen

• für Anlagen in Flugzeugen

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Neu:

2016



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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102 Hintergrund

• Warum diese Überarbeitung der Norm ?

• IEC 60909-0:2016: „This edition includes the following significant technical

changes with resprect to the previous edition:

– Contribution of windpower station units to the short-circuit current;

– Contribution of power station units with full size converters to the short circuit current;

– New document structure. “

• Mit der neuen Ausgabe der Norm

• ist die Basis für nationale Normen geschaffen (VDE 0102),

• beginnt die Sammlung von Verbesserungsvorschlägen erneut,

• besteht u.a. Klarheit über die Anforderungen an Netzberechnungswerkzeuge

Confidential Property of Schneider

Electric

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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102

Begriffe

• Anfangs-Kurzschlusswechselstrom

• Anfangs-Kurzschlusswechselstromleistung

• Ausschaltwechselstrom

• Thermisch gleichwertiger Kurzschlussstrom

• Stoßkurzschlussstrom

• Dauerkurzschlussstrom


Electric

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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102

Begriffe








Electric

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Effektivwert des

Kurzschlussstroms im

Augenblick des

Kurzschlusseintritts

"

k22 I"

kI



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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102 Begriffe








Electric

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"

kn3 IU"

kS

Produkt aus Anfangs-

Kurzschlusswechselstrom

und Netznennspannung

"

kI



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Electric

Page 8

Effektivwert eines Stroms mit

der gleichen thermischen

Wirkung und der gleichen

Dauer wie der tatsächliche

Kurzschlussstrom, der einen

Gleichstromanteil enthalten

und mit der Zeit abklingen

kann

thI

"

kI

"

kS



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Electric

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Maximal möglicher

Augenblickswert des zu

erwartenden

Kurzschlussstroms

pi

pi"kI

thI

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kS



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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102 Vorgehensweise

• Verwendung von symmetrischen Komponenten

• Anreiz: Einpolige Nachbildung des Drehstromnetzes im Mitsystems

– Voraussetzung 1: symmetrischer Aufbau des Netzes

– Voraussetzung 2: symmetrischer Betrieb des Netzes

• Anreiz: Darstellung unsymmetrischer Zustände durch „Baukasten“

– Symmetrischer Zustand: Mitsystem

– Unsymmetrischer Zustand ohne Erdberührung: Mit- und Gegensystem

– Unsymmetrischer Zustand mit Erdberührung: Mit-, Gegen- und Nullsystem

• Anreiz: Einfache Anwendbarkeit

– Einfache Bereitstellung der erforderlichen Daten der Betriebsmittel

– Berechnungen per Hand häufig möglich (in einfachen Fällen)


Electric

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w

I(1)L2 I(1)L3

I(1)L1

w

I(2)L1

I(2)L2 I(0)L1 I(0)L2 I(0)L3

I(2)L3

Mitsystem

Gegensystem

Nullsystem



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Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102 Vorgehensweise

• Methode der Ersatzspannungsquelle

an der Kurzschlussstelle

• Schritt 1: Vom Übersichtsbild zum Modell

– Nachbildung der Betriebsmittel

– Nachbildung als R/X-Elemente (Innenimpedanz)

– Nachbildung der Einspeisung als Quelle

– Nachbildung der Topologie

• Schritt 2: Einführung der Ersatzspannungsquelle

– Ideale Spannungsquelle im Mitsystem

– Einzige wirksame Spannungsquelle im Netz

– Einführung des Faktors c

– Ansatz ohne Leistungsfluss mit Fehlertoleranz +/- 5 %


Electric

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3

NU ~

1

1 1

NtZ

Nt NtR jX

1

1 1

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1

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*

3

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Netzeinspeisung

380 kV

380/110kV

Leitung

Kurzschlussstelle

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n

400 kV / 110 kV

400 kV

"

k3I

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k3I



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Electric

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Kurzschlussfestigkeit von Schaltanlagen Bedeutung des dreipoligen maximalen Kurzschlussstroms



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• Wesentliche Problemstellungen und Ansätze

• Verhältnisse bei Kurzschlusseintritt sind grundsätzlich nicht vorhersehbar

=> Abschätzung des kritischsten Zustands

• Anzahl der denkbaren Fehlerszenarien ist nicht begrenzt

=> Beschränkung auf die „wesentlichen“ Kurzschlussfälle

• Anforderungen

• Einfache Modelle der Betriebsmittel und Netzstrukturen

=> soweit möglich und technisch sinnvoll

• Berechnungsverfahren

=> einheitliche Definition und Vergleichbarkeit der Ergebnisse

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Kurzschlussströme

sind Verursacher

der stärksten

Beanspruchungen

der Betriebsmittel

in Energieversorgungsnetzen.



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• Berechnung der maximalen und minimalen Kurzschlussströme

• zur Bemessung / Überprüfung der Bemessung von Betriebsmitteln

• zur Definition von Schutzeinstellparametern

• zur Auswahl von Sicherungsgrößen

• zur Überprüfung des Hochlaufs von Motoren

• Berechnung dreipoliger maximaler Kurzschlussströme

• Mechanische Beanspruchungen durch die Kraftwirkung des elektrischen

Stroms z.B. auf Isolatoren oder Stromschienen

• Thermische Beanspruchungen durch Wärmeentwicklung z.B. in den

Kabelsystemen, Transformatorwicklungen und Schaltanlagenräumen


Electric

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Ziel der Norm ist es,

ein allgemeines,

gut handhabbares

und kurzes

Verfahren festzulegen,

das mit

ausreichender

Genauigkeit

zu Ergebnissen

auf der

sicheren Seite

führt.



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• Kurzschlussstromberechnungen nach VDE 0102

• Was machen wir ?

– Ermittlung der dreipoligen maximalen Kurzschlussströme

– Thermisch gleichwertige Kurzschlussströme Ith

– Stoßkurzschlussströme ip

– Ermittlung der maximal zulässigen Kurzschlussdauer

– Ermittlung der minimalen Kurzschlussströme

• Warum machen wir das ?

– Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit der Schaltanlagen

– Überprüfung der Kurzschlussfestigkeit der Kabelsysteme

– Ermittlung von Basisgrößen für die Netzschutzanalyse




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• Netzschutzanalyse / Selektivitätsanalyse


– Nachbildung der Netzschutzeinrichtungen

– Berechnung erforderlicher Kurzschlussströme

– Ermittlung der vorhandenen Selektivität

– Überprüfung der Funktion der Einstellparameter

– Erstellen von Strom-Zeit-Diagrammen


– Feststellung der vorhandenen Selektivität

– Nachweis der Selektivität

– Ermittlung von Empfehlungen für die Einstellparameter




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• Netzschutzanalyse / Selektivitätsanalyse


– Nachbildung der Netzschutzeinrichtungen

– Berechnung erforderlicher Kurzschlussströme

– Ermittlung der vorhandenen Selektivität

– Überprüfung der Funktion der Einstellparameter

– Erstellen von Strom-Zeit-Diagrammen


– Feststellung der vorhandenen Selektivität

– Nachweis der Selektivität

– Ermittlung von Empfehlungen für die Einstellparameter




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Kurzschlussfestigkeit von Schaltanlagen Auswirkungen auf die Auslegung der Betriebsmittel

• Transformatoren

• Einfluss der Kurzschlussspannung („hart“ / „weich“)

• Auswirkungen auf Schutzeinstellungen (stromselektiv / zeitselektiv)

• Schaltanlagen

• Berücksichtigung von Reserven

• Beachte: Überschreitung bei „kurzfristigen“ Schaltungen möglich

• Kabel

• Thermisch maximal zulässige Kurzschlussdauer

• Einfluss auf die Schutzeinstellungen

• Beachte: Auslegung nach Belastung und Kurzschlussstrom


Electric

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Kurzschlussfestigkeit von Schaltanlagen Kurzschlussstrombegrenzungsmaßnahmen

• Möglichkeiten in der Projektierungsphase

• Maßnahme 0: Anpassung der geplanten Schaltanlage

– Kurzschlussfestigkeit der Anlage gegeben

– Problem: evtl. sind unterlagerte Anlagen noch betroffen

• Maßnahme 1: Kurzschlussspannung des Transformators

– Kurzschlussfestigkeit der Anlage gegeben

– Unterlagerte Anlagen können berücksichtigt werden

– Problem: Spannungsfall im „weichen Netz“

• Maßnahme 2: Netzaufteilung

– Öffnen einer Kupplung

– Öffnen einer Vermaschung

• Möglichkeiten nach Fertigstellung

• Maßnahme 3: Kurzschlussstrombegrenzungsdrossel

– Einhaltung der Kurzschlussfestigkeit

– Problem: Spannungsfall und Verluste

• Maßnahme 4: Is-Begrenzer

– Einhaltung der Kurzschlussfestigkeit

– Problem: Kosten

– Beachte: Schutzproblematik

– Vorschlag: By-Pass-Lösung mit Drossel

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Kurzschlussstromberechnungen Zusammenfassung und Ausblick

• VDE 0102 als Grundlage der Kurzschlusssstromberechnung

• Neue Ausgabe 2016

• Wesentliche Neuerung im Bereich EEG

• Anforderung: Einhaltung der Kurzschlussfestigkeit

• Randbedingung der Projektierung

• Randbedingung des Betriebs

• Grundlage für die Personensicherheit

• Anforderung: Basiswerte für Netzschutzanalyse

• Minimale Kurzschlussströme

• Einhaltung der Abschaltbedingungen

• Ermittlung von Selektivität

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