Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung

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 Ver¨ anderungen und Erg¨ anzungen vorgenom- men und Beispiele mit p.u- und MVA-System eingef¨ uhrt. Die Norm DIN EN 60909-0:2002-07 hat sich in der Praxis etabliert. Die rasche 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 f¨ ur die Elektrofachleute in der Praxis als auch f¨ ur die Studenten an Universit¨ aten und Hochschulen bestens geeignet. Das Buch ist jedoch kein Ersatz f¨ ur die Norm. Im Zweifelsfall gilt die Norm DIN EN 60909-0 (VDE 0102). Literaturhinweise zur Berechnung der Kurzschlussstr¨ ome erm¨ oglichen 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 Kurzschlussstr¨ omen und ver- mindern so den Zeitaufwand zur Projektierung von elektrischen Anlagen. Ich danke den Firmen ABB Stotz und Siemens f¨ ur die freundliche Un- terst¨ utzung bei der Zusammenstellung von Schaltger¨ atedaten und -diagrammen sowie f¨ ur die Erlaubnis, das Berechnungsprogramm Simaris diesem Buch beizulegen bzw. PowerFactory als Download zur Verf¨ ugung zu stellen. Praxis- beispiele sind auch verf¨ ugbar unter: www.expertverlag.de/3266. Herrn Wippler danke ich vom ganzen Herzen f¨ur die gute Zusammenarbeit und die Unterst¨ utzung bei der Ver¨ offentlichung dieses Buches. Ich danke an dieser Stelle allen Fachkollegen, die mich durch ihre Anregun- gen, jede Kritik, Vorschl¨ age und Berichtigungen unterst¨ utzt haben. Ich m¨ ochte 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 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Inhaltsverzeichnis Formelzeichen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . IX Abk¨ urzungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XI Indizes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 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 11 5.1 ¨ Uberlagerungsverfahren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11 5.2 Ersatzspannungsquelle . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13 5.3 Berechnung mit Bezugsgr¨ oßen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 6 Allgemeines zu DIN EN 60909-0 (VDE 0102) 19 7 Die Bedeutung von DIN EN 60909-0 (VDE 0102) 21 8 Versorgungsnetze 25 8.1 Berechnungsgr¨ oßen f¨ ur Versorgungsnetze . . . . . . . . . . . . . . 25 8.2 Einseitig gespeiste Leitung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25 8.3 Strahlennetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26 8.4 Ringnetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 8.5 Maschennetz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27 9 Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung 29 9.1 Netzformen f¨ ur die Niederspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 29 9.2 Netzformen f¨ ur die Mittelspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 31 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

VI Inhaltsverzeichnis 9.3 Netzformen f¨ ur die Hochspannung . . . . . . . . . . . . . . . . . 35 10 Systeme bis 1 kV 39 10.1 TN-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39 10.2 TT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 41 10.3 IT-System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43 10.4 Berechnung des Fehlerstroms in der Praxis . . . . . . . . . . . . . 44 11 Umwandlung der Netzformen 49 11.1 Schaltungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 49 11.2 Einfach gespeistes Netz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50 11.3 Mehrfach gespeiste und vermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . 51 12 Sternpunktbehandlung in Drehstromnetzen 53 12.1 Netze mit isoliertem, freiem Sternpunkt . . . . . . . . . . . . . . 55 12.2 Netze mit Erdschlusskompensation . . . . . . . . . . . . . . . . . 56 12.3 Netze mit niederohmiger Sternpunktbehandlung . . . . . . . . . 60 13 Komplexe Rechnung 63 13.1 Rechenregel f¨ ur komplexe Zahlen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64 13.2 Komplexe Berechnung eines Wechselstromkreises . . . . . . . . . 65 14 Symmetrische Komponenten 67 14.1 Symmetrisches System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67 14.2 Symmetrierung und Entsymmetrierung . . . . . . . . . . . . . . . 68 14.3 Impedanzen der symmetrischen Komponenten . . . . . . . . . . . 71 15 Impedanzen von Drehstrom-Betriebsmitteln 75 15.1 Netzeinspeisungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76 15.2 Generatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78 15.3 Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83 15.4 Stelltransformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 88 15.5 Kabel und Freileitungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 90 15.6 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 Ber¨ ucksichtigung von Kondensatoren und nichtrotierenden Lasten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 112 15.10 Ber¨ ucksichtigung von statischen Umrichtern . . . . . . . . . . . 112 16 Impedanzkorrekturen 113 16.1 Korrekturfaktor von Generatoren K G . . . . . . . . . . . . . . . 113 16.2 Kraftwerksblock K KW . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 114 16.3 Korrekturfaktor f¨ ur Transformatoren K T . . . . . . . . . . . . . 115 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Inhaltsverzeichnis VII 137 17 Berechnung der Kurzschlussstr¨ ome 117 17.1 Dreipoliger Kurzschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11717.2 Zweipoliger Kurzschluss mit Erdber¨ uhrung . . . . . . . . . . . . 119 17.3 Zweipoliger Kurzschluss ohne Erdber¨ uhrung . . . . . . . . . . . . 120 17.4 Einpoliger Erdkurzschluss . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12217.5 Stoßkurzschlussstrom i p . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125 17.6 Ausschaltwechselstrom I b . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 128 17.7 Dauerkurzschlussstrom I k . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131 18 Kurzschl¨ usse in Netzen 133 18.1 Unvermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13318.2 Vermaschte Netze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 134 19 Ber¨ ucksichtigung von Motoren 135 19.1 Kurzschluss an den Klemmen eines Asynchronmotors . . . . . . . 13519.2 Motorengruppen eingespeist ¨ uber Zweiwicklungs-Transformatoren 19.3 Motorengruppen, eingespeist ¨ uber Transformatoren . . . . . . . . 137 20 Mechanische und thermische Kurzschlussstromfestigkeit 141 20.1 Mechanische Kurzschlussstromfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . 14120.2 Thermische Kurzschlussstromfestigkeit . . . . . . . . . . . . . . . 14420.3 Kurzschlussstrom-Begrenzung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 146 21 Berechnungsgr¨ oßen f¨ ur die Kurzschlussfestigkeit 151 21.1 Kurzschlussfestigkeit der MS-Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . 15121.2 Kurzschlussfestigkeit der NS-Schaltanlagen . . . . . . . . . . . . 152 22 ¨ Uberstrom-Schutzeinrichtungen 155 22.1 Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15622.2 Leitungsschutzschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16022.3 Leistungsschalter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 161 23 Kurzschluss auf der NS-Seite eines Transformators 165 24 Kurzschlussstr¨ ome in Gleichstromanlagen 171 24.1 Widerst¨ ande von Leitungsabschnitten . . . . . . . . . . . . . . . 172 24.2 Stromrichter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17424.3 Batterien . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17524.4 Kondensatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17724.5 Gleichstrommotoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178 25 Lastflussberechnung 181 25.1 Darstellung eines Energieversorgungsnetzes . . . . . . . . . . . . 18125.2 Lastmodellierung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

VIII Inhaltsverzeichnis 7 5 26 Beispiele: Berechnung der Kurzschlussstr¨ ome 185 26.1 Beispiel 1: Kenngr¨ oßen des Kurzschlussstroms . . . . . . . . . . . 185 26.2 Beispiel 2: Berechnung der Einschaltvorg¨ ange . . . . . . . . . . . 185 26.3 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 . . . . . . . . . . . . . 231 26.22Beispiel 22: Berechnung einer Windkraftanlage . . . . . . . . . . 23426.23Beispiel 23: Berechnung mit p.u.-Gr¨ oßen . . . . . . . . . . . . . . 234 26.24Beispiel 24: Berechnung mit p.u.-Gr¨ oßen . . . . . . . . . . . . . . 236 26.25Beispiel 25: Berechnung mit MVA-Gr¨ oßen . . . . . . . . . . . . . 238 26.26Beispiel 26: Berechnung der Kurzschlussleistung . . . . . . . . . . 243 27 Berechnungs-Programme 245 27.1 DIgSILENT PowerFactory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 245 27.1.1 Berechnungsfunktionen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 246 27.1.2 Rechnerausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24727.1.3 Studentenlizenzen und Demo-Versionen . . . . . . . . . . 247 27.2 SIMARIS design . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 247 27.2.1 SIMARIS Planungstools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24827.2.2 SIMARIS f¨ ur die Berechnung und Dimensionierung . . . . 248 27.2.3 Rechnerausstattung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25227.2.4 Weitere Planungstools . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 252 Literaturverzeichnis 2 Stichwortverzeichnis 260 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Formelzeichen A Anfangswert der Gleichstromkomponente A Leiterquerschnitt a Leitermittenabstand a, a 2 Drehoperatoren b Breite des Rechteckleiters c Spannungsfaktor C Kapazit¨ at C E Erdschlusskapazit¨ at E innere Spannung einer Spannungsquelle; Quellenspannung E B Leerlaufspannung einer Batterie E Subtransiente Spannung einer Synchronmaschine f Frequenz h Leiterh¨ ohe L Induktivit¨ atsbelag I a Abschaltstrom I an Anlaufstrom I CE kapazitiver Erdschlussstrom I b Betriebsstrom I G Bemessungsstrom des Generators I k Dauerkurzschlussstrom I k Anfangs-Kurzschlusswechselstrom I k1 einpoliger Kurzschlussstrom I k2 zweipoliger Kurzschlussstrom I k3 dreipoliger Kurzschlussstrom I k2E zweipoliger Kurzschluss mit Erdber¨ uhrung I kEE Doppelerdschluss I L induktiver Erdschlussreststrom I ma Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom I n Nennstrom der Schutzeinrichtung i p Stoßkurzschlussstrom I r Bemessungsstrom I r Erdschlussreststrom I rM Bemessungsstrom des Motors I sc Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom I cm Bemessungs-Kurzschlusseinschaltstrom I cu Bemessungs-Kurzschlussausschaltstrom I thz thermische Kurzschlussstrombelastbarkeit I th thermisch wirksamer Mittelwert des Kurzschlussstroms I wν Oberschwingungsanteil des Reststroms der Ordnungszahl I w Wirkreststrom K Korrekturfaktor L B Induktivit¨ at der Batterie B r Batteriezweig L BBr Gesamtinduktivit¨ at der Batterie © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

X Formelzeichen L BL Induktivit¨ at einer Batterieleitung L C Induktivit¨ at des Kondensators L CBr Gesamtinduktivit¨ at des Kondensators L CL Induktivit¨ at einer Kondensatorleitung L CY Induktivit¨ at des Koppelzweiges des Kondensators L DL Induktivit¨ at der Leitung im Stromrichterzweig L M Induktivit¨ at des Gleichstrommotors L MBr Gesamtinduktivit¨ at des Gleichstrommotors L ML Induktivit¨ at der Gleichstrommotorleitung L s Induktivit¨ at der ges¨ attigten Drosselspule L Y Induktivit¨ at des Koppelzweigs m Abklingendes Gleichstromglied M r Bemessungsmoment des Motors n Abklingendes Wechselstromglied p Polpaarzahl der ASM p Verh¨ altnis I k i p P Wirkleistung P krT Transformatorwicklungsverluste p T Transformatorverstellung Q Blindleistung r Resistanz, Leiterradius, absoluter bzw. bezogener Wert R Ohmscher Widerstand R L Leiterwiderstand R Widerstandsbelag R T , X T ohmscher, induktiver Widerstand des Transformators R (0)T , X (0)T ohmscher, induktiver Nullwiderstand des Transformators R (0)L , X (0)L ohmscher, induktiver Nullwiderstand des Leitungsnetzes R BL Resistanz einer Batterieleitung R s Widerstand der ges¨ attigten Drosselspule R Y Widerstand des Koppelzweigs R BY Resistanz des Koppelzweiges der Batterie R C Resistanz eines Kondensators R CBr Gesamtresistanz eines Kondensators R CL Resistanz einer Kondensatorleitung R DL Widerstand der Leitung im Stromrichterzweig R M Resistanz des Gleichstrommotors R ML Resistanz der Gleichstrommotorleitung R MY Resistanz des Koppelzweiges des Gleichstrommotors S Scheinleistung, Querschnitt S G Bemessungsleistung des Generators S k Anfangs-Kurzschlusswechselstromleistung t r Bemessungswert des ¨ Ubersetzungsverh¨ altnisses des Blocktransformators t Zeit, transformierte Gr¨ oße T k Kurzschlussdauer © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Formelzeichen XI t p Zeit bis zum Stoßkurzschlussstrom U nB Nennspannung einer Batterie U G Bemessungsspannung des Generators U rM Bemessungsspannung des Gleichstrommotors u Rr Bemessungswert des ohmischen Spannungsfalls in % u kr Bemessungswert der Kuruzschlussspannung in % Z k Kurzschlussimpedanz eines Netzes X Reaktanz x d Subtransiente Reaktanz einer SM X G Reaktanz des Generators Y ii Summe aller an den Knoten i unmittelbar angeschlossenenL¨ angs- und Queradmittanzen Y ik negative Admittanz des L¨ angszweiges zwischen den Knoten i und k Z Impedanz Z G Impedanz des Generators Z S Schleifenimpedanz Z T Impedanz des Transformators Z W Gesamte Kurzschlussmitimpedanz der Windkraftanlage Z (1) Mitimpedanz Z (2) Gegenimpedanz Z (0) Nullimpedanz ϕ Phasenwinkel ε Erdungszahl μ Faktor zur Berechnung des Ausschaltwechselstroms λ Faktor zur Berechnung des Dauerkurzschlussstroms μ 0 Absolute Permiabilit¨ at des Vakuums(4 π10 −7 H/m) κ Stoßfaktor η Wirkungsgrad eines Asynchronmotors ρ Spezifische Resistanz δ Abklingkoeffizient, Erdfehlerfaktor Ψ Impedanzwinkel ω Winkelgeschwindigkeit Abk¨ urzungen a .c. : AC Wechselstrom ASG Asynchrongenerator AMZ abh¨ angiges maximalstrom Zeitrelais ASM Asynchronmaschine C Kondensator D Stromrichter DGAG Doppelt gespeister Asynchrongenerator d .c. : DC Gleichstrom E Erde © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

XII Formelzeichen F Kurzschlussstelle G Generator HAK Hausanschlusskasten HS Hochspannung HV High Voltage K Kabel L Leitung L 1 , L 2 , L 3 Außenleiter LV Low Voltage MS Mittelspannung M Motor NS Niederspannung N Neutralleiter, Netz OS Oberspannung PE Schutzleiter Q Netzanschlusspunkt S Gl¨ attungsdrosselspule T Transformator UMZ unabh¨ angiges Maximalstrom-Zeitrelais US Unterspannung ¨ USE ¨ Uberstrom-Schutzeinrichtung UW Umspannwerk WKA Windkraftanlage VT Verteilungsanlage Indizes a Ausschalt i Innen k Kurzschluss k1 einpoliger Kurzschlussstrom k2 zweipoliger Kurzschlussstrom k3 dreipoliger Kurzschlussstrom k2E zweipoliger Kurzschluss mit Erdber¨ uhrung kEE Doppelerdschluss max Maximal min Minimal n Nennwert, nominal value p peak r Bemessungswert, rated value 1 Komponente des Mitsystems 2 Komponente des Gegensystems 0 Komponente des Nullsystems © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Formelzeichen XIII Nebenzeichen Subtransienter WertTransienter WertResistanz oder Reaktanz je L¨ angeneinheit ∗ relative Gr¨ oße Nationale und internationale Gremien 1. VDE : Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V 2. DIN : Deutsches Institut f¨ ur Normung e.V 3. IEC : International Electrotechnical Commision 4. EN : European Norms Amerikanischer Kabelaufbau AWG Amerikanischer Kabelaufbau ” American Wire Gauge (AWG)” wird f¨ ur gr¨ oßere Querschnitte in MCM (circular mills) angezeigt. AWG in mm 2 Umrechnungstabelle: 1CM = 1 Circ. mil = 0,0005067 mm 2 1MCM = 1000 Circ. mils = 0,5067 mm 2 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

9 Netzformen bei der Kurz-schlussstromberechnung 9.1 Netzformen f¨ ur die Niederspannung In diesem Abschnitt werden weitere Netzformen gezeigt, die in der Praxis vor-kommen k¨ onnen, bei denen die Kurzschlussstr¨ ome aus verschiedenen Quellen gespeist werden. Die h¨ aufigsten Netzformen im ¨ offentlichen und im industriel- len Bereich sind Strahlennetze. Die Berechnung der Kurzschlussstr¨ ome ist bei diesen 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 St¨ orfall kann die Umschaltung von einem anderen Transformator erfolgen. © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

30 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung Abbildung 9.2: Einfache Strahlennetze mit einzelnen Abg¨ angen und redundan- ten Einspeisungen [34] Strahlennetze mit redundanten Einspeisungen haben eine h¨ ohere Versor- gungssicherheit und große Spannungsqualit¨ at (Abbildung 9.2). Die Transfor- matoren k¨ onnen gleichm¨ aßig belastet werden. Das Maschennetz mit verschiedenen Einspeisungen ist die meist verwendete Netzform f¨ ur die Elektroenergieverteilungen in der Industrie (Abbildung 9.3). Ein Nachteil dieses Netzes sind die hohen Investitionskosten und die schlechte ¨ Ubersichtlichkeit. © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

9.2. Netzformen f¨ ur die Mittelspannung 31 Abbildung 9.3: Maschennetz mit verschiedenen Einspeisungen, Netzknoten mitSicherungen [34] 9.2 Netzformen f¨ ur die Mittelspannung F¨ ur eine optimale L¨ osung von Mittelspannungsanlagen sind folgende Punkte von großer Bedeutung, die aber nicht weiter erl¨ autert werden: • Netzverluste, • Wartungsaufwand, © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

32 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung • Investitionskosten, • Leistungsbedarfsdeckung, • Versorgungszuverl¨assigkeit, • 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 mit verschiedenen Aufbaum¨ oglichkeiten. Das Netz mit offenen Ringen ist ¨ uber Leis- tungsschalter an die Sammelschiene angeschlossen (Abbildung 9.6a). DerRing kann ¨ uber den Lasttrennschalter ge¨ offnet und geschlossen werden. Das Netz mit Gegenstation (Abbildung 9.6b) und (Abbildung 9.6c) mit Netzst¨ utz- 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 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

9.2. Netzformen f¨ ur die Mittelspannung 33 Abbildung 9.5: Industrielles Ringnetz Abbildung 9.6: a) Ringnetz b) Netz mit Gegenstation c) Netzst¨ utzpunkt © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

34 9. Netzformen bei der Kurzschlussstromberechnung Abbildung 9.7: Netzkonfiguration f¨ ur Mittelspannungsanlagen Abbildung 9.8: a) Mehrseitig und b) einfach gespeister Kurzschluss © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Stichwortverzeichnis Abschaltbedingung, 40Anfangs-KS- Wechselstrom, 3Anfangs-KS- Wechselstromleistung, 3Anfangsreaktanz, 77Asynchrongeneratoren, 100Asynchronmaschine, 124Asynchronmotor, 103, 131Ausl¨ oser, 157 Ausl¨ osezeit, 157 Ausschaltverm¨ ogen, 148 Ausschaltwechselstrom, 4, 124 Batterien, 171Bemessungs-Kurzzeitstrom , 148Bemessungsschaltverm¨ ogen, 147 Bezugsgr¨ oßen, 16 Blocktransformator, 111 Dauerkurzschlussstrom, 4Dauerkurzschlussstrom , 127Doppelleitung, 88Drehoperator, 65, 66Dreipoliger Kurzschluss, 9, 113Dreiwicklungstransformator, 111Drosselspule, 105 einfach gespeistes Netz, 48Einpoliger Erdkurzschluss, 118Einpoliger Kurzschluss, 9Einschaltverm¨ ogen, 148 Einspeisung, 74Erdfehlerfaktor, 57Erdfehlerstrom, 56Erdkapazit¨ at, 53 Erdkurzschlussstrom, 57Erdschluss, 3Erdschlusskompensation, 54Erdschlussstrom, 53Ersatzradius, 88Ersatzspannungsquelle, 4, 13 Faktor μ, 124 Faktor m, 140Faktor n, 140Faktor q , 124Fehlerstrom, 40Flussdichte, 137Freileitung, 86Funktionsgr¨ oße, 156 Gegenimpedanz, 70Gegensystem, 69Gel¨ oschtes Netz, 54 Generatorferner Kurzschluss, 4Generatornaher Kurzschluss, 4Gleichstromanlagen, 167Gleichstromglied, 4Gleichstrommotoren, 174 Hauptanzapfung, 19HH-Sicherung, 152, 161 Impedanzen, 16, 73Impedanzkorrektur, 109Induktionskonstante, 88Induktive Betriebsreaktanz, 88Innenimpedanz, 75Isoliertes Netz, 53 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

Stichwortverzeichnis 261 IT-System, 45 Kabel, 86Kapazitiver Blindwiderstand, 88kappa, 123Knotenarten, 178Komplexe Rechnung, 61komplexe Scheinleistung, 178komplexe Spannung, 178Kondensatoren, 107, 173Korrekturfaktor, 110Kraftwerksblock, 110Kurzerw¨ armunsfaktor, 142 Kurzschluss, 3, 156Kurzschlussbereich, 156Kurzschlusseinschaltstrom, 147Kurzschlussfestigkeit, 105Kurzschlussgegenimpedanz, 4Kurzschlussimpedanz, 4Kurzschlussmitimpedanz, 4Kurzschlussnullimpedanz, 4Kurzschlussstrom, 3Kurzschlussstrom-Begrenzung, 142Kurzschlusszeit, 140 lambda, 127Lastfluss, 177Lastmodellierung, 178Lastschalter, 139Lasttrennschalter, 139Leistungschalter, 139, 161Leistungsschalter, 157Leiterabst¨ ande, 88 LS-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, 69Nullwiderst¨ ande, 87 Ohm-System, 16 Parallelschaltung, 48passive Last, 107PowerFactory, 231pu-System, 16 R¨ ucktransformation, 69 Regeltransformator, 85Reihenschaltung, 47Reststrom, 56Ringnetz, 27 Schaltgruppe, 81Schaltwinkel, 6Schenkelpolmaschine, 110Schleifenimpedanz, 40, 120Schleifringl¨ aufermotor, 131 Schutz 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 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

262 Stichwortverzeichnis Synchronmaschine, 76, 124Synchronmaschinen, 100Synchronmotor, 103 Teilkurzschlussstrom, 129Thermische KS-Festigkeit, 140TN-System, 39Transformator, 79, 161Trenner, 139TT-System, 43 ¨ Uberlast, 156 ¨ Uberlastbereich, 156 ¨ Ubersetzungsverh¨ altnis, 85, 109 ¨ Uberstrom-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 © 2015 expertverlag GmbH.   Direktlink zum Buch:   www.expertverlag.de/kasikci

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 SILENT sowie 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 932666 www.expertverlag.de