Energieverteilung in Hoch-, Mittel

Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und
Niederspannungsnetzen
Forjan, Schriebl, Schuster
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Eidesstattliche Erklärung
Wir versichern, dass wir die Diplomarbeit selbstständig und nach den geltenden Richtlinien
verfasst und nur die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet haben.
Unterschriften:
Peter Forjan
Gisela Schriebl
Werner Christian Schuster
Forjan, Schriebl, Schuster
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Abstract
Power supply
In the voltage transformation station Pirka of the Steweag-Steg GmbH (Ltd.), an additional
110/20kV-transformer is to be installed in 2006/07, for which the entire VTS Pirka must be
held voltage-free, thus having to supply the medium voltage (MV) networks through other
stations.
To provide the data for setting up a possible switching sequence program for the power
transfer and isolating, the current load and net settings had to be registered in the present
work.
In the next step, in the branch circuit Mantscha of the 20-kV station Pirka, a new substation
was to be integrated, along with a low-voltage distribution network – intended to supply a
housing estate and a small enterprise with electric current, with roughly 400 kW connected
load.
A reactive-power compensation equipment (to be dimensioned and calculated) is necessary to
counter the inductive power requirements of the enterprise concerned.
Eventually, possible measures for the overvoltage protection (both at high-voltage and at lowvoltage-level) as well as the economic factors of this project realisation are discussed at
length.
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Vorwort
Diese gemeinsam mit der Fa. Steweag-Steg GmbH erarbeitet Diplomarbeit behandelt das
Thema der Energieverteilung einerseits im Bereich der Hochspannung im Übertragungsnetz,
anderseits im Mittel- und Niederspannungsbereich des Verteilnetzes.
Als Grundlage für den Hochspannungsbereich dient ein Umbau des Umspannwerkes in Pirka.
Für diesen Zweck muss das gesamte Umspannwerk auf der Hochspannungsseite
spannungsfrei geschaltet werden.
Wie man dies erreichen kann und welche Auswirkungen diese Schaltungen auf das
Übertragungsnetz haben, soll im ersten Abschnitt der Arbeit gezeigt werden.
Im zweiten Abschnitt wird die Einbindung einer zusätzlichen Transformatorstation in einem
Abzweig des UW Pirka projektiert. Auslöser dieser Arbeiten ist ein Bauvorhaben mit einer
Anschlussleistung von ca. 400 kVA.
In weiterer Folge wird im dritten Abschnitt die Elektrifizierung dieses Bauprojektes, welches
aus einer Wohnsiedlung sowie aus einem Gewerbebetrieb besteht, erörtert und geplant. Dieser
Punkt beinhaltet neben der Niederspannungsaufschließung zusätzlich die Auslegung einer
Kompensationsanlage für den Gewerbebetrieb sowie eine Berechnung der Wirtschaftlichkeit
einer solchen Anlage.
Als Abschluss der Diplomarbeit wird auf Überspannungen in der Energieverteilung und auf
den Schutz gegen diese näher eingegangen. Anhand der Erkenntnisse wird schließlich ein
Überspannungsschutzkonzept erstellt.
Die Projektgruppe setzt sich zusammen aus:
Werner Christian Schuster
1. Abschnitt; Freischaltung eines Umspannwerkes
Peter Forjan
2. Abschnitt; Errichtung einer Transformatorstation
Gisela Schriebl
3. Abschnitt; Elektrifizierung einer Siedlung und eines
Gewerbebetriebes, sowie Erstellung eines Überspannungsschutzkonzepts
Für die Betreuung während der Erstellung der Diplomarbeit bedanken wir uns auf Seiten der
BULME bei Hr. DI Franz Kern, und auf Seiten der Fa. Steweag-Steg GmbH. bei Hr. Ing.
Hubert Rothschedl und Hr. Ing. Wolfgang Gobec.
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Inhaltsverzeichnis
Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen............................................. 1
Eidesstattliche Erklärung............................................................................................................ 2
Abstract ...................................................................................................................................... 3
Power supply .............................................................................................................................. 3
Vorwort ...................................................................................................................................... 4
Inhaltsverzeichnis....................................................................................................................... 5
Freischaltung des Umspannwerkes Pirka ............................................................................ 10
1
Freischaltung UW Pirka - Einleitung ............................................................................... 11
2
Gründe einer Freischaltung des UW Pirka....................................................................... 11
2.1
Vorgangsweise ......................................................................................................... 13
3
Netzverhältnisse ............................................................................................................... 13
3.1
Hochspannungsnetz / Übertragungsnetz .................................................................. 14
4
Aufnahme der Mittelspannungs-Netzverhältnisse ........................................................... 18
4.1
20-kV Netzübersichtsplan ........................................................................................ 18
4.2
GEONET.................................................................................................................. 22
4.3
Prozessdatenarchiv PSI ............................................................................................ 26
5
Aufnahme der 110-kV Netzverhältnisse .......................................................................... 30
6
110-kV Leitungen und Umspannwerke ........................................................................... 33
7
Leistungen im 110-kV Netz ............................................................................................. 34
8
Lastflussberechnung......................................................................................................... 35
8.1
Festlegung der Speisepunkte.................................................................................... 35
8.2
Festlegung der Netzknotenpunkte............................................................................ 36
8.3
Berechnung der Leitungsadmittanzen ...................................................................... 36
8.4
Festlegung der Einspeisespannungen....................................................................... 45
8.5
Aufstellen der Matritzen........................................................................................... 45
9
Schaltung von Hoch- und Mittelspannungsanlagen......................................................... 49
9.1
Gebräuchliche Schaltungen...................................................................................... 49
10
Schaltanlagen und Schaltgeräte.................................................................................... 54
10.1 Schaltgeräte .............................................................................................................. 54
10.2 Kurzbeschreibung der Schaltaufgaben:.................................................................... 59
11
Schutz und Erdschlusskompensation ........................................................................... 63
11.1 Trennstellen.............................................................................................................. 63
11.2 UMZ-Schutz............................................................................................................. 64
11.3 Distanzschutz ........................................................................................................... 65
11.4 Distanzschutz mit AWE ........................................................................................... 66
12
Erdschlusskompensation .............................................................................................. 67
12.1 Erdschluss................................................................................................................. 67
13
Arbeiten im spannungsfreien Zustand.......................................................................... 70
13.1 Freischalten .............................................................................................................. 70
13.2 Gegen Wiedereinschaltung sichern.......................................................................... 71
13.3 Spannungsfreiheit feststellen.................................................................................... 71
13.4 Erden und Kurzschließen ......................................................................................... 71
13.5 Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken ............. 72
13.6 Freigabe zur Arbeit................................................................................................... 73
14
Schaltprogramm ........................................................................................................... 73
14.2 Erstellung des Schaltprogramm ............................................................................... 77
15
Anhang zu Abschnitt 1................................................................................................. 77
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
Errichtung einer Umspannstation 20/04 kV........................................................................ 78
1
Baugenehmigung.............................................................................................................. 79
1.1
Kommissionsakt ....................................................................................................... 79
2
Planung und Projektierung von Umspannstationen ......................................................... 79
3
Fundament der Umspannstation 20/0,4 kV...................................................................... 80
3.1
Fundament................................................................................................................ 80
4
Erder und Erdungsanlagen ............................................................................................... 81
4.1
Ausführung und Anordnung von Erdungsanlagen................................................... 82
4.2
Plan des Fertigteilfundamentes inkl. Erderanlage.................................................... 83
4.3
Materialliste für die Erdung ..................................................................................... 84
5
Mittelspannungsschaltanlagen (20/30 kV – 400/230V) Ortsnetzstationen...................... 85
5.1
Arten von Stationen.................................................................................................. 85
6
Kompaktkabelstation in Aluminiumbauweise ................................................................. 86
6.1
Konstruktion............................................................................................................. 86
6.2
Typenbezeichnung ................................................................................................... 86
6.3
KSTV20 630 ............................................................................................................ 87
7
Übertragung und Verteilung elektrischer Energie ........................................................... 87
7.1
Spannungsebenen ..................................................................................................... 88
8
Leitungen und Netzformen für die Energieübertragung .................................................. 88
8.1
Netzformen............................................................................................................... 88
9
Kabel für die elektrische Energieversorgung ................................................................... 90
9.1
Bauarten ................................................................................................................... 90
10
Anspeisung der Umspannstation.................................................................................. 91
10.1 20 kV- Übersichtsplan.............................................................................................. 92
10.2 Schaltzustand vor der Einschleifung der Umspannstation....................................... 92
10.3 Freischaltung des Kabelabschnittes Pirka/Bundesstraße nach Pirka II.................... 93
11
Verwendete Kabeltypen: .............................................................................................. 93
12
Übergangsmuffe ........................................................................................................... 94
12.1 Vorbereitung der Kunststoffkabel:........................................................................... 95
12.2 Vorbereitung des Dreimantelkabels:........................................................................ 95
12.3 weitere Arbeitsschritte die durchzuführen sind:....................................................... 96
13
Leitungverlegung nach ÖVE-L20 ................................................................................ 96
13.1 Geltung ..................................................................................................................... 96
13.2 Bei der Kabelverlegung sind folgend Punkte zu berücksichtigen:........................... 96
13.3 Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens................................................ 98
14
Mittelspannungsschaltanlage ..................................................................................... 100
14.1 Arten von Innenraumschaltanlagen........................................................................ 100
15
SF6-Schaltanlage........................................................................................................ 102
15.1 Allgemein ............................................................................................................... 102
15.2 Zellentypen............................................................................................................. 103
15.3 Komponenten einer Zelle ....................................................................................... 103
15.4 Wartung.................................................................................................................. 105
16
Verteiltransformator ................................................................................................... 105
16.1 Aufgabe des Umspanners....................................................................................... 105
16.2 Energieverteilung ................................................................................................... 105
16.3 Größe von Transformatoren ................................................................................... 106
16.4 Sonderformen ......................................................................................................... 107
16.5 Kühlung von Transformatoren ............................................................................... 107
16.6 Erwärmung von Transformatoren .......................................................................... 108
16.7 Berechnung des erforderlichen Lüftungsquerschnittes nach Gotter ...................... 108
16.8 Bauarten von Transformatoren............................................................................... 108
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
16.9 Schaltgruppen von Transformatoren ...................................................................... 110
16.10
Ausgewählter Umspanner .................................................................................. 111
16.11
Überwachungsgeräte .......................................................................................... 112
16.12
Kesseldurchführungen........................................................................................ 112
17
MSP-Kurzschlussberechnung ................................................................................... 114
17.1 Allgemein ............................................................................................................... 114
17.2 Berechnung der Leiterreaktanzen und Resistanzen ............................................... 115
17.3 Reaktanz des vorgelagerten 110 kV- Netzes.......................................................... 117
17.4 Impedanz der 20 kV- Leitungen............................................................................. 117
17.5 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k.................................................................... 118
17.6 Berechnung des Stoßfaktors k................................................................................ 119
17.7 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“................................................................... 120
17.8 Stoßkurzschlussstrom IS ........................................................................................ 120
17.9 Sammelschienennennstrom.................................................................................... 120
18
Auswahl der Mittelspannungsschaltanlage ................................................................ 123
19
NSP-Kurzschlussberechnung ..................................................................................... 124
19.1 Allgemeines:........................................................................................................... 124
19.2 Schema: .................................................................................................................. 124
19.3 Berechnung der Nennströme des Umspanners....................................................... 125
19.4 Berechnung der Zuleitung von der MSP-Schaltanlage zum Umspanner............... 125
19.5 Berechnung der Verbindungsleitung...................................................................... 126
19.6 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“:.................................................................. 127
19.7 Stoßkurzschlussstrom IS: ....................................................................................... 127
19.8 Anfangskurzschlusswechselstrom und des Stoßkurzschlussstrom ........................ 127
19.9 Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung ........................................................... 130
19.10
Auswahl des Niederspannungsleistungsschalters .............................................. 131
20
Mechanische Beanspruchung von Leiterschienen durch Kurzschlussströme............ 133
20.1 Wesentliche Beanspruchungen .............................................................................. 133
20.2 Auslegung der Sammelschiene .............................................................................. 133
20.3 Dimensionierung der Niederspannungssammelschiene......................................... 134
21
Schematische Darstellung: ......................................................................................... 143
22
Anhang Abschnitt 2.................................................................................................... 144
Elektrifizierung einer Siedlung und eines Gewerbebetriebes .......................................... 145
sowie....................................................................................................................................... 145
Erstellung eines Überspannungsschutzkonzeptes ............................................................. 145
1
Allgemein ....................................................................................................................... 146
2
Vorgangsweise ............................................................................................................... 147
3
Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)......................................................... 147
3.1
Netzanschluss ......................................................................................................... 148
3.2
Anschlussanlage ..................................................................................................... 148
3.3
Hauptleitung ........................................................................................................... 148
3.4
Zuleitung ................................................................................................................ 149
3.5
Leitungsbemessung ................................................................................................ 149
4
Kabelbeschreibung ......................................................................................................... 149
4.1
PVC – isolierte Kabel mit Aluminiumleiter und PE-Mantel ................................. 149
4.2
Kurzzeichenschlüssel für Starkstromkabel laut ÖVE ............................................ 150
4.3
Kabelverlegung ...................................................................................................... 150
4.4
Installation im Gebäude ......................................................................................... 151
4.5
Niederspannungskabelverteiler .............................................................................. 152
4.6
Sicherungen............................................................................................................ 152
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
4.7
Zählerverteilerschrank............................................................................................ 153
4.8
Zähler ..................................................................................................................... 154
4.9
Baustromanschluss ................................................................................................. 154
4.10 Erdungsanlagen ...................................................................................................... 155
5
Niederspannungsaufschließung – Verteilnetz................................................................ 156
6
Hausaufschließung ......................................................................................................... 156
6.1
Erhebung des Leistungsbedarfs.............................................................................. 156
6.2
Erfassung der gesamt Leistung zu den einzelnen Kabelverteilern......................... 157
7
Dimensionierung des Ortsnetz-Kabels........................................................................... 158
7.1
Berechnung des spezifischen Leitwerts für 70° ..................................................... 158
8
Kabelbeschreibung ......................................................................................................... 159
9
Berechnung der Spannungsabfälle ................................................................................. 159
10
Ortsnetz-Kabelverteiler .............................................................................................. 161
10.1 Beschreibung.......................................................................................................... 161
10.2 NH-Lastschaltleiste ................................................................................................ 162
11
Gewerbeaufschließung ............................................................................................... 163
11.1 Erhebung des Leistungsbedarfs.............................................................................. 163
11.2 Ermittlung des Spannungsabfalls ........................................................................... 163
12
Niederspannungskabelverteiler - Wohnhausverteiler ................................................ 164
12.1 Installation bis zur Messeinrichtung ...................................................................... 164
12.2 Vorgangsweise ....................................................................................................... 164
12.3 Bestimmung der Länge, des Querschnitts und Schutzorgan.................................. 165
12.4 Ermittlung des Spannungsabfalls ........................................................................... 166
13
Wohnhausverteiler bis Wohnungsverteiler ................................................................ 166
13.1 Dimensionierung der Leitungen............................................................................. 167
13.2 Verlegeart und Überstrom-Schutzeinrichtung ....................................................... 167
13.3 Wahl des Leitungsschutzes nach der Messeinrichtung .......................................... 168
13.4 Bestimmung der Leiterlänge .................................................................................. 169
13.5 Berechnung des Spannungsabfalls vom Zähler zum Wohnungsverteiler .............. 169
14
Wohnungsverteiler ..................................................................................................... 171
14.1 Vorzählerteil und Zähler ........................................................................................ 172
15
Schutzmaßnahmen und Netzform .............................................................................. 173
15.1 Allgemein ............................................................................................................... 173
15.2 Direkte Schutzmaßnahmen .................................................................................... 174
15.3 Indirekte Schutzmaßnahmen .................................................................................. 174
16
Nullung....................................................................................................................... 175
16.1 Allgemein ............................................................................................................... 175
17
Fehlerstrom-Schutzschalter........................................................................................ 176
18
Zusatzschutz ............................................................................................................... 177
19
Potentialausgleich....................................................................................................... 177
20
Kompensation............................................................................................................. 178
20.1 Was ist Blindleistung, wo entsteht sie?.................................................................. 178
20.2 Einschätzung des Blindstromverbrauchs ............................................................... 178
20.3 Wann wird eine Blindstrommessung durchgeführt................................................ 178
20.4 Wie funktioniert ein Blindleistungszähler.............................................................. 179
20.5 Was ist eine Kompensationsanlage und ihre Funktionsweise................................ 179
20.6 Warum wird kompensiert? ..................................................................................... 179
20.7 Die Vorteile ............................................................................................................ 180
20.8 Kompensationsarten ............................................................................................... 180
20.9 Ausführung............................................................................................................. 180
20.10 Wie wird eine Kompensationsanlage ausgelegt? ................................................... 182
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Energieverteilung in Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetzen
20.11
Bestimmung der Kondensatorgröße................................................................... 183
20.12
Kostenauflistung................................................................................................. 184
20.13
Fazit.................................................................................................................... 185
21
Überspannungsschutzkonzept .................................................................................... 186
21.1 Erstellung eines Schutzkonzeptes .......................................................................... 186
21.2 Überspannung......................................................................................................... 186
21.3 Ursachen................................................................................................................. 186
21.4 Was sollte geschützt werden: ................................................................................. 186
21.5 Gegenüberstellung der Ableiterklassifikation........................................................ 187
21.6 Schutzzonenkonzept............................................................................................... 187
21.7 Funktion ................................................................................................................. 188
21.8 Möglichkeiten zum Überspannungsschutz............................................................. 190
21.9 Überspannungsschutzkonzept ................................................................................ 194
22
Gesamtübersicht und Fazit ......................................................................................... 195
23
24
25
Bildverzeichnis........................................................................................................... 197
Tabellenverzeichnis.................................................................................................... 199
Quellenverzeichnis ..................................................................................................... 200
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Freischaltung des UW Pirka
Freischaltung des Umspannwerkes Pirka
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
1 Freischaltung UW Pirka - Einleitung
Aufgabe dieser Arbeit ist es, das UW Pirka für den Einbau eines zusätzlichen Umspanners
frei zu schalten. Des Weiteren kann das zu erarbeitende Schaltkonzept auch für eine Notfreibzw. Not-Umschaltung dienen.
Zu Beginn wird das Netz der Steweag-Steg beschrieben, in weiterer Folge die darin
enthaltenen Schalt- Sicherheits- und Schutz-Komponenten.
Es wird auf die rechtlichen Vorschriften und Normen eingegangen und insbesondere auf die
internen Anweisungen und Regeln der SSG, welche zur Erstellung des Schaltkonzeptes sowie
für eine sichere Betriebsführung benötigt werden. Zum Abschluss der Arbeit wird das erstellte
Schaltkonzept zur Freischaltung des Umspannwerkes herangezogen.
Zusätzlich zur Erstellung des Schaltprogramms sollen die Auswirkungen einer kompletten
Freischaltung des Umspannwerkes, bzw. die Folgen möglicher Störungen im 110-kV
Übertragungsnetz betrachtet werden. Hierfür sind Lastflussberechnungen des
Übertragungsnetzes nötig.
2 Gründe einer Freischaltung des UW Pirka
Das UW Pirka wurde im Jahr 2004 in Betrieb genommen und stellt somit eines der
modernsten Umspannwerke der Steweag-Steg GmbH (SSG) dar.
Die 110 kV-Versorgung wird durch eine Erdkabelverbindung aus dem UW Webling
sichergestellt (N2XS(FL)2Y 3x1x800 mm² Cu), wo auch der nötige 110-kV Leistungsschalter
installiert ist. Im Bereich des UW Pirka befindet sich derzeit nur ein 110-kV Freiluft-Trenner,
jedoch keine weitere Schaltanlage. Durch diese Lösung konnte man im UW Pirka eine
kompakte Bauform mit geringem Platzbedarf realisieren. Dies ist besonders in einem Gebiet
mit hohen Grundstückspreisen, wie wir sie im Großraum Graz finden, sehr wirtschaftlich.
110 kV-Abgang Richtung
UW Pirka (Erdkabel)
110 kVSammelschiene
20 kVDoppelsammelschiene
Abb. 1.1: 110 kV-Sammelschiene im UW Webling
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
In der ersten Ausbaustufe wurde nur ein 110 kV/20 kV-Umspanner mit einer Nennleistung
von 32 MVA installiert, da aber in der Umgebung des Umspannwerkes mit einer weiteren
starken Zunahme der Abnahmeleistung zu rechnen ist – etwa durch einen weiteren Ausbau
des Shopping-Center Seiersberg, vermehrte Wohnbauvorhaben in der Region und der
Ansiedlung von zusätzlichen Industrie- und Gewerbebetrieben – muss nun in einer zweiten
Ausbaustufe, ein weiterer 110 kV/20 kV Transformator eingebunden werden.
110 kV-Kabel aus dem UW Webling
Erdungsschalter
110 kV/20 kV-Umspanner
Erdschlusslöschspule
Trennschalter
Leistungsschalter geschlossen
Leistungsschalter - offen
Abb. 1.2: 110 kV-Übersicht UW Pirka
Dieser Einbau des zusätzlichen Umspanners ist aus baulichen und elektrotechnischen
Gegebenheiten nur dann möglich, wenn die 110-kV-Anbindung frei geschaltet und dadurch
der bisherige Transformator außer Betrieb genommen werden kann.
Da jedoch die Versorgung der Mittelspannungsabzweige, welche im Normalbetrieb aus dem
UW Pirka versorgt werden, aufrecht erhalten werden muss, sind die hierfür nötigen
Leistungen von anderen Umspannwerken zu liefern und die Abzweigleistungen dahingegen
aufzuteilen und die 20-kV-Verteilnetze umzuschalten.
Dieses Vorhaben erfordert ein gut überlegtes Schaltprogramm, da die Leistungsreserven an
den Einspeisepunkten sehr gering sind und Ausfälle durch die Schalthandlungen, so wie auch
etwa durch mögliche Überlastungen verursachte Störungen, so weit wie möglich verhindert
werden müssen.
Des Weiteren muss auch die Betriebssicherheit des Netzes gewährleistet bleiben – besonders
auf etwaige Leitungsschutzkonzepte und auf die Aufrechterhaltung der Erdschlusslöschung ist
zu achten.
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Freischaltung des UW Pirka
Ein weiterer Anwendungsfall des Schaltprogramms wäre in Notfällen gegeben. Sollte es an
der elektrischen Anlage im UW Pirka zu einer Störung kommen, so müsste auch in diesem
Fall die Versorgung der Kundenanlagen gewährleistet bleiben. Dies kann nur durch eine
rasche Umschaltung der betroffenen Mittelspannungs-Abzweige auf die restlichen zu
Verfügung stehenden Umspannwerke in der Umgebung erfolgen.
Im Störungsfall ist daher ein Notfall-Schaltkonzept ein hilfreiches und nötiges Mittel zur
raschen Wiederinstandsetzen der Versorgung.
Abb. 1.3: Der derzeitig installierte Umspanner im UW-Pirka
2.1 Vorgangsweise
Zu Beginn sollen das Übertragungs- und das Verteilnetz der Steweag-Steg betrachtet werden,
bevor näher auf den Aufbau der Schaltanlagen und Schaltgeräte selbst eingegangen wird.
Für die Erstellung eines Schaltprogramms ist es wichtig, die Vorgänge im ungestörten, wie
auch im störungsbehafteten Netz zu verstehen.
Ein weiterer wichtiger Punkt sind gesetzliche und betriebliche Normen sowie Vorschriften,
welche eingehalten werden müssen.
Anhand dieser Erkenntnisse wird dann versucht, ein effizientes Schaltprogramm zu erstellen.
3 Netzverhältnisse
Das Versorgungsgebiet der Steweag-Steg GmbH (SSG) im Großraum Graz wird durch die
Betriebsstelle „Netzverteiler Graz“ (NVG) betreut.
In diesem Gebiet kann man wichtige und sensible Abnehmer wie den Grazer Hauptbahnhof,
die SAPPI in Gratkorn, den Flughafen Graz-Thalerhof oder auch etwa das Magna-SteyerWerk in Thondorf finden.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
3.1 Hochspannungsnetz / Übertragungsnetz
Grundsätzlich erfolgt die Energieversorgung der 20-kV Verteilnetze in der SSG aus dem
Hochspannungs-Übertragungsnetz, welches derzeit mit Spannungen bis zu 380-kV betrieben
wird. Leitungen mit Spannungen bis 110-kV werden durch die Steweag-Steg betrieben,
Leitungen mit höheren Spannungsebenen (220- und 380-kV) werden durch den Verbund
(Austria Power Grid, APG) betreut.
Abb. 1.4: Übertragungsnetz der Steweag-Steg GmbH
In der oben gezeigten Grafik wird das Übertragungsnetz der Steweag-Steg und der Austria
Power Grid dargestellt. Weiters sind die Verknüpfungen (Übergabestellen) zum
übergeordneten Übertragungsnetz (Verbundnetz) eingezeichnet.
Für den Großraum Graz ist die 380-kV/110-kV Übergabestelle im UW Zwaring sowie die
Einspeisung aus dem Kraftwerk Neudorf im UW Neudorf/Werndorf bedeutend.
Das Hochspannungsnetz besteht zum größten Teil aus Freileitungen, jedoch findet man im
Großraum Graz auch vermehrt Kabelstrecken.
Besonders im Fehlerfall ist das Wissen der Leitungsart wichtig, da etwa bei Kabelstrecken
eine Wiedereinschaltung nach einem Fehlerfall nicht sehr ziel führend ist, die in einem
Freileitungsnetz jedoch zur Erhöhung der Versorgungssicherheit beiträgt. In Summe beläuft
sich die Hochspannungs-Systemlänge der 110-kV Ebene auf 1.750 km und verbindet
steiermarkweit 72 Umspannwerke.
Die Versorgung des 20-kV Verteilernetzes im Raum Graz, bestehend aus den Außenstellen
Peggau, Puntigam, St. Peter und Wildon, aus dem 110-kV Übertragungsnetz erfolgt durch 16
Umspannwerke (UW), wobei folgende für die Erstellung der Diplomarbeit relevant sind:
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Freischaltung des UW Pirka
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UW Graz Nord (GZN)
UW Graz Ost (GZO)
UW Graz Süd II (GZS)
UW Grambach (GRB)
UW Neudorf/Werndorf (NWD)
UW Lieboch (LIB)
UW Söding (SOE)
UW Pirka (PIR)
UW Webling (WEB)
UW Zwaring (ZWA)
In diesen Umspannwerken wird die Spannung von 110-kV auf 20-kV transformiert. Die
Umspannerleistungen betragen dabei ca. 32 - 40 MVA, wobei in den Umspannerwerken
mehrere Umspanner installiert sein können.
Neben den Transformatoren im Eigentum der SSG, die für die Versorgung des Verteilernetzes
nötig sind, findet man auch oftmals Fremdtransformatoren, die für die Eigenversorgung von
Größtkunden sowie für die Versorgung weitere Netzbetreiber, wie etwa der Energie Graz,
dienen. So findet man etwa im UW Gratkorn für die Versorgung der Fa. SAPPI einen 50
MVA 110/20 kV Umspanner, welcher sich im Eigentum des Kunden befindet. Auch auf diese
Umspanner muss bei der Erstellung des Schaltprogramms Rücksicht genommen werden.
Die folgende Tabelle listet Umspannwerke mit den installierten Transformatoren auf.
Tabelle 1.1: Umspannwerke / NVG
Umspannwerke / Umspanner im Bereich Graz
Umspannwerk
Webling
Webling
Lieboch
Lieboch
Graz/West
Graz/West
Graz/West
Graz/West
Graz/Nord
Graz/Nord
Graz/Nord
Graz/Nord
Graz/Süd II
Graz/Süd II
Graz/Süd II
Graz/Süd II
Grambach
Grambach
Grambach
Graz/Ost
Schuster
Bezeichnung
UM1
UM2
UM1
UM2
UM1
UM3
UM4
UM5
UM1
UM3
UM4
UM5
UM1
UM2
UM3
Block2
UM1
UM2
UM3
UM1
Umspannerleistung
[MVA]
40
22
32
40
32
32
40
22
32
32
32
32
32
32
22
40
32
40
32
eigen / fremd
Eigen
Fremd
Eigen
Eigen
Fremd
Fremd
Fremd
Fremd
Fremd
Fremd
Eigen
Fremd
Fremd
Eigen
Fremd
Einspeisung
Eigen
Eigen
Fremd
Fremd
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Freischaltung des UW Pirka
Graz/Ost
Gleisdorf
Gleisdorf
Keplerbrücke
Keplerbrücke
Gratkorn
Gratkorn
Deutschfeistritz
Frohnleiten
Frohnleiten
KW Friesach
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
Neudorf/Werndorf
UM2
UM1
UM2
UM1
UM2
UM1
UM2
UM1
UM1
UM2
UM
U1
U2
U3
U11
Block1
Block2
Block3
32
32
32
32
32
50
50
32
32
22
Eigen
Eigen
Eigen
Fremd
Fremd
Fremd
Eigen
Eigen
Eigen
Eigen
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
EB
Einspeisung
Einspeisung
Einspeisung
In elektrischen Anlagen muss genau geregelt sein, wer für welchen Anlagenteil
verantwortlich ist. Diese Regelung erfolgt durch die Vereinbarung so genannter Eigentumsund Betriebsführungsgrenzen.
Der genaue Punkt dieser Eigentums- und Betriebsführungsgrenze jeder Anlage wird in einem
Betriebsführungsübereinkommen zwischen dem Kunden und der SSG festgelegt und ist für
jeden Diensthabenden einsehbar.
Das Wissen dieser Grenzen ist für eine einwandfreie Betriebsführung sehr wichtig, da
dadurch etwaige Fehlschaltungen oder sonstige Missverständnisse vermieden werden.
Zu erwähnen ist auch, dass sich die Eigentums- und Betriebsführungsgrenzen nicht immer
decken müssen – so sind etwa im UW-Webling am Umspanner UM2 (Transformator der
Energie Graz GmbH./EGG) die Eigentumsgrenzen an den Klemmen der 110-kVSammelschiene,
die
Betriebsführungsgrenze
befindet
sich
jedoch
an
den
oberspannungsseitigen Durchführungen des Umspanners.
Neben den Umspannern findet man in den Umspannwerken auf der Mittelspannungsebene
auch die Löscherspulen für die Erdschlusskompensation. Dort sind zudem die Anlagen für die
Tonfrequenzsteuerungsanlagen installiert.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
3.1.1 Mittelspannungsnetz / Verteilnetz
Um die Spannung von 20-kV auf eine übliche Versorgungsspannung von 0.4 kV zu bringen,
werden Transformatorstationen (Trst) benötigt. Derzeit bestehen in der Steweag-Steg/NVG
1.335
Transformatorenstationen.
Diese
werden
entweder
als
Maststationen,
Kompaktkabelstationen, als gemauerte Bauwerke, wie etwa Turmstationen, Gebäudestationen
oder auch als in Bauwerken inkludierten Räume (Innenraumstationen) errichtet. Die
Umspannerleistungen liegen dabei zwischen 90 und 2.000 kVA.
Knotenpunkte im 20-kV-Verteilnetz werden als Schaltstellen (Schst.) ausgeführt. Im
Unterschied zu Transformatorenstationen können diese auch meist über Fernsteuerung
bedient werden. Im Verteilnetz der NVG findet man derzeit 48 Schaltstellen.
Wie in den Umspannwerken sind auch teilweise in den Schaltstellen Löscherspulen installiert.
Besonders bei Schalthandlungen ist diesem Umstand Rechnung zu tragen, damit nicht
ungelöschte Netzbereiche entstehen.
Das 20-kV-Verteilnetz selbst besteht aus etwa 575 km Kabel sowie aus 493 km Freileitung,
das Niederspannungs-Verteilnetz aus 2.860 km Kabel und 1.079 km Freileitung.
Aus diesem Verteilnetz werden derzeit ca. 82.000 Geschäfts- / Privatkunden versorgt.
Tabelle 1.2: Netzübersicht 20 kV / 0,4 kV
Transformatorstationen 20/0,4 kV
Mittelspannungskabel 20 kV
Mittelspannungsfreileitung 20 kV
Niederspannungskabel 0,4 kV
Niederspannungsfreileitung 0,4 kV
Kundenanlagen
Schuster
1335
575
493
2.860
1.079
~82.000
Stk.
km
km
km
km
Stk.
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Freischaltung des UW Pirka
4 Aufnahme der Mittelspannungs-Netzverhältnisse
Vor Erstellung eines Schaltprogramms ist es nötig, sich über den Aufbau des Netzes und des
aktuellen Schaltzustands zu informieren. Als Informationsquellen dienen in der Steweag-Steg
einerseits Netzübersichtspläne in Papierform, aber auch Pläne und Schaltbilder in
elektronischer Form.
4.1 20-kV Netzübersichtsplan
Schaltstelle, ferngesteuert
Mast-Umspannstelle
Umspannstelle
Umspannwerke
Abb. 1.05: 20 kV-Netzübersichtsplan
Abbildung 1.05 zeigt einen Ausschnitt aus dem Netzübersichtsplan der Betriebsregion Graz.
Anhand dieser Pläne kann man sich rasch eine Übersicht über die Verhältnisse im
Verteilernetz machen.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Grundsätzlich unterscheidet man zwischen Umspannwerken (UW), Schaltstellen (Schst.) und
Transformatorstationen (Trst).
Umspannwerke werden durch ein Quadrat symbolisiert und stellen Einspeisepunkte in das
Verteilungsnetz dar. Schaltstellen werden mittels einer Überlagerung von zwei Kreisen
dargestellt – ist der innere Kreis gefüllt, so ist die Schaltstelle mittels Fernsteuerung schaltbar,
sind die Kreise jedoch gleichfärbig, so besitzt die Schaltstelle keinen Anschluss an die
Fernsteuerung.
Durch Punkte werden Umspannstellen angezeigt, auch hier gibt es eine farbliche Zuordnung.
So sind schwarze Punkte Mast-Umspannstellen, graue hingegen Umspannstellen
konventioneller Bauart (gemauerte Umspannstellen, Kompaktkabelstationen und
dergleichen).
Detail-Schaltbild
LS-Abzweig
Erdschluss-Löschspule
Abb. 1.6: Netzübersichtsplan, Detail A
Bei den Abzweigen mit Leistungsschaltern ist jeweils erkennbar, wie die Leitung geschützt
ist. Leistungsschalter werden im Netzübersichtsplan durch Dreiecke symbolisiert.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Folgende Schutzarten sind in der Steweag-Steg gebräuchlich:
Tabelle 1.3: Schutzarten
LS-Abzweig
Symbolbeschreibung
Ohne Schutz
Dreieck, ungefüllt
Mit primär UMZ-Schutz
Dreieck, grün
Mit sekundär UMZ-Schutz
Dreieck, gelb
Mit Distanzschutz
Dreieck, grau
Mit Distanzschutz und AWE
Dreieck mit Kreis, grau
Symbol
Neben den Leistungsschalter-Abzweigen werden auch die Erdschluss-Löschspulen angezeigt,
hier unterscheidet man zwischen geregelten und ungeregelten Spulen.
Bei Umspannstellen mit besonderen Schaltzuständen wird jeweils ein Detail-Schaltbild
angezeigt.
Ob eine Verbindungsleitung als Freileitung oder als Kabelleitung ausgeführt ist, erkennt man
anhand der Linienform. Volle Linien sind Freileitungen, gestrichelte Linien stellen
Kabelstrecken dar.
Kurzschlussanzeiger
Kabelstrecke
Freileitung
Abb. 1.7: Netzübersichtsplan, Detail B
Ebenso sind die im Netz installierten Kurzschlussanzeiger eingezeichnet. Damit ist es
möglich, im Fehlerfall die Störungsstelle einzugrenzen.
Schuster
Seite 20
Freischaltung des UW Pirka
In der folgenden Aufstellung sind die im Netzübersichtsplan verwendetet Symbole
aufgelistet:
Abb. 1.8: Legende für Netzübersichtsplan
Nachdem man sich mit den Netzverhältnissen vertraut gemacht hat, nimmt man anhand des
Netzplanes den momentanen Schaltzustand auf. Hierfür betrachtet man jeden einzelnen
Abzweig aller im Versorgungsgebiet befindlichen Umspannwerke und erstellt eine
Aufstellung der pro Abzweig versorgten Umspannstellen. Diese Liste dient als Grundlage für
die Erhebung der Leistungen in den einzelnen Zweigen und als Unterstützung bei den
Überlegungen zu möglichen Lastumlegungen.
Ein Netzübersichtsplan bietet aber nur eine grobe Übersicht und gibt keine Rückschlüsse auf
Leitungslängen, Leitungsquerschnitte, Leistungsbedarf und dergleichen, welche in weiterer
Folge bei der Erstellung des Schaltprogramms benötig werden.
Um auch an diese Daten zu kommen, besteht die Möglichkeit zu Nutzung des GEONET und
des PSI-Systems.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
4.2 GEONET
In diesem System sind sämtliche Leitungs- und Anlagendaten aus dem Hoch- und
Mittelspannungsnetz hinterlegt. Um an die gewünschten Informationen zu kommen, muss
man sich den gewünschten Netzbereich auswählen. In der Steweag-Steg sind derzeit zwei
Systeme des GEONETs im Einsatz, die folgenden Abbildungen wurden mit dem zweiten
System erstellt. Die Benutzerführung ist aber in beiden Fällen annähernd die gleiche.
Das Einstiegsfenster ist folgendermaßen aufgebaut:
Themenleiste
Maßstab
Kartenwerkzeuge
Extras
Kartenbereich
Informationsfeld
Abb. 1.9: GEONET, Startbildschirm
Zum Zoomen in den benötigten Netzbereich hat man nun die Möglichkeit, entweder im Feld
Maßstab eine geringeren Maßstab einzutragen und die sich dann aktualisierte Karte auf den
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
gewünschten Bereich zu verschieben, oder man zieht ein Zoomfenster über die gewünschte
Region auf. Das Bild zeigt dann genau den Inhalt des Fensters an.
Anzeigekriterium
Bereich UW
Pirka
Abb. 1.10: GEONET, Netzbereich
In Abb. 1.10 erkennt man den Netzbereich um das Umspannwerk Pirka. Als Anzeigekriterium
wurde in der Themenleiste der Punkt „Mittelspannung“ ausgewählt. Auf diese Weise werden
alle Mittelspannungsleitungen und Anlagen dargestellt. Um eine Abfrage bezüglich
technischer Daten zu starten, ist es hilfreich sich einen noch geringeren Maßstab anzeigen zu
lassen.
Will man zu den Mittelspannungsleitungen zusätzliche Daten anzeigen lassen, so kann man
im Themenbereich eine Auswahl treffen. Je nach gewähltem Maßstab werden dann die
gewünschten Details angezeigt.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Leitungsdaten
Doppel-Klick auf
Leitungszug
Abb. 1.11: GEONET, Leitungsdaten
Abb.1.11 zeigt den Bereich des Mittelspannungsnetzes, in dem die projektierte
Transformatorstation eingebunden werden soll. Um etwa an die Daten der bereits verlegten
20-kV Kabel zu kommen, wählt man unter den Abfragethemen den Punkt „MS-Leitungen
Übersicht“ aus und klickt auf den gewünschten Leitungszug – durch eine direkte
Verknüpfung mit den im SAP hinterlegten Daten werden nun in einem eigenen Fenster die
gespeicherten Daten der Leitung angezeigt. Diese beinhalten den Technischen Platz (eine
eindeutige Zuordnung im Steweag-Steg System), die Leitungslänge, das Baujahr, die
Bezeichnung des Abschnittes und den Leiterquerschnitt.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Technischer Platz
Verwendeter Kabel- /
Leitungstyp
Teilabschnitte
Trassenlänge
Abb. 1.12: GEONET, Detaildaten zum Technischen Platz
Diese Daten können zur weiteren Bearbeitung in Word oder Excel exportiert werden.
Auf ähnlichem Weg bekommt man Zugang zu den technischen Daten der Schaltanlagen
welche ebenfalls im SAP hinterlegt sind.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
4.3 Prozessdatenarchiv PSI
Sämtliche elektrotechnische Messwerte aus Umspannwerken und Schaltstellen werden im
Prozessdatenarchiv PSI gespeichert und stehen für Auswertungen zu Verfügung.
Um zu einem gewünschten Messwert zu kommen, muss man zuerst die gewünschte Station
und den Abzweig auswählen.
Im nächsten Schritt wählt man den gewünschten Messwert aus.
Auswahl der Station
Auswahl des Abzweigs
Messwerte
Abb. 1.13: PSI, Startbildschirm
Nach der Festlegung des Messwertes folgt die zeitliche Eingrenzung. Für die Erstellung des
Schaltprogramms wurde in Absprache mit Hr. Ing. Gobec der Vergleichszeitraum vom
15.8.2005 0.00 Uhr bis zum 16.8.2005 0.00 Uhr gewählt.
Ausschlaggebend für diese Zeitwahl waren einerseits der Umstand, dass der zusätzliche
Transformator im Sommer 2007 installiert werden soll, anderseits die Erfahrung, dass in den
Sommermonaten im UW Pirka höhere Leistungen benötigt werden, als in den
Wintermonaten. Der Grund hierfür liegt an den zahlreichen Betrieben mit Kühlanlagen und
Klimageräten.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Werteauswahl
Datums- und
Zeiteingrenzung
Abb. 1.14: PSI, Datums- und Zeiteingrenzung
Neben der Eingrenzung des Betrachtungszeitraumes hat man zudem die Möglichkeit, den
Wertetyp der Messwerte auszuwählen.
Für den Leistungsbedarf wurde der Maximal-Wert ausgewählt, da dieser bei einer
Umschaltung auf jeden Fall bereitgestellt werden muss.
Weiters besteht die Möglichkeit der Darstellung der Messwerte anhand eine Dauerlinie –
diese Darstellungsform wird unter anderem für den Vertrieb für die Planung des
Energieeinkaufes benötigt.
Die ausgewählten Werte kann man sich nun entweder in Listenform oder als Grafik anzeigen
lassen. Für die weitere Bearbeitung ist die Listenform vorteilhaft, da sich diese gut in
Tabellenkalkulationen und Datenbanken exportieren lässt.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Darstellung in Kurvenform
(siehe Abb. 1.16)
Export in
Tabellenkalkulation
(Excel)
Abb. 1.15: PSI, Daten in Listenform
Abb. 1.16: PSI, Daten in Kurvenform
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Für die Erstellung des Schaltprogramms waren zuerst die einzelnen Leistungen an den 20-kV
Abgängen des UW Pirka interessant. Im Ahnhang „UW Pirka – Abzweigleistungen“ ist eine
Aufstellung mit den jeweils drei höchsten ¼-Stunden Messwerten der Wirkleistung der
einzelnen Abzweige ersichtlich.
Bsp.: Abzweig Feldkirchnerstraße:
MEZ
14.08.2005 23:30
15.08.2005 10:45
15.08.2005 22:15
DATUM
15.08.2005 00:30
15.08.2005 11:45
15.08.2005 23:15
P_MW_MAX
-1,965
-1,924
-1,993
Anhand dieser Messwerte wurden nun folgende Leistungen für die einzelnen Abzweige
angenommen:
Tabelle 1.4: UW Pirka, Abzweigleistungen
Abzweig
Feldkirchnerstraße
Flughafen
Gradnerstraße
Mantscha
Neuseiersberg/Gewerbepark
Premstätten
Seiersberg/Ort
Webling
Windorf
SUMME
Schuster
Leistung (P_Max)
1,993 MW
2,253 MW
1,616 MW
1,851 MW
2,111 MW
3,004 MW
2,635 MW
0,861 MW
0,715 MW
17,039 MW
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Freischaltung des UW Pirka
5 Aufnahme der 110-kV Netzverhältnisse
Die Aufnahme der Netzverhältnisse im 110-kV Übertragungsnetz war vor allem für die
Berechnung der Lastflüsse von großer Wichtigkeit.
Ebenso wie für die Mittelspannungsebene gibt es Netzübersichtspläne in Papierform wie auch
in elektronischer Form. Für die Erstellung des Übersichtschaltbildes wurde das
Hochspannungsnetzschema herangezogen. Die Leitungsparameter, wie Länge, Aufbau und
Querschnitt, wurden mit Hilfe des GEONET und des SAP gesammelt.
Die Vorgehensweise entspricht in etwa der, die auch im 20-kV Mittelspannungsnetz
angewendet wird. Beim Hochspannungsnetz werden im GEONET jedoch nur die
Technischen Plätze der Leitungen angezeigt – mit deren Hilfe kommt man im SAP einfach zu
den nötigen Daten.
Technischer Platz
Bezeichnung des
Leitungsabschnittes
Leitungslänge
Abb. 1.17: Technischer Platz, Stammdaten
Hier sieht man einen „Technischen Platz“ mit seinen Klassendaten, wie er im SAP abgebildet
wird – unter anderem findet man unter dieser Ansicht die Leitungslänge.
Wechselt man in die Strukturansicht, so werden auch die verlegten Leiterquerschnitte und
Leitungstypen angezeigt.
Im folgenden Bild sieht man die Strukturansicht des oben gezeigten Technischen Platzes
(110-kV Leitung vom UW Graz Nord zur Schaltstelle Friesach).
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
In der Strukturansicht ist der Technische Platz weiter unterteilt. So werden in der
Hochspannungsebene alle Stützpunkte und alle Spannfelder einzeln aufgegliedert.
Technischer Platz
der gesamten Leitung
Kennzeichen für weitere
Daten
Technischer Platz eines
Stützpunktes (Mast)
Technischer Platz eines
Spannfeldes
Abb. 1.18: Technischer Platz, Strukturdarstellung
Durch einen Doppelklick auf einen gewünschten Teil der Leitungsstrecke kommt man in die
„Equipments“. Unter Equipment werden die einzelnen technischen Bestandteile der Leitung
bezeichnet, so kann man bei einer 110-kV Freileitung eine Unterscheidung zwischen
Spannfeldern und Stützpunkte treffen.
Unter dem Equipment des Stützpunktes werden Daten zum Masten eingetragen, unter dem
Punkt Spannfeld findet man die Spannfeldlänge, das Leitermaterial und den Querschnitt.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Equipment-Nummer
Spannfeldlänge
Leitungstyp und
Querschnitt
Abb. 1.19: Equipmentanzeige
Anhand dieser Daten wurde in weiterer Folge ein Übersichtsplan des 110-kV
Übertragungsnetzes erstellt, in dem Leiterquerschnitte, Leitungsaufbau und Leitungslängen
vermerkt wurden.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
6 110-kV Leitungen und Umspannwerke
Anhand der durch die Übersichtspläne, durch GEONET und SAP gewonnen Netzdaten
konnte eine Aufstellung der Umspannwerke und deren 110-kV Leitungsverbindungen erstellt
werden. Diese Aufstellung ist im Anhang (110 kV-Leitungsverbindungen) ersichtlich.
Als Beispielt wird hier die Verbindung der Umspannwerke Arnstein, Graz/Süd II und
Webling gezeigt:
H5-1342-A
H5-1342-B
ARN
GZS
H5-1341A-A
H5-1341B-B
H5-1341A-B
H5-1341B-A
WEB
Technischer Platz
H5-1341A-A
H5-1341B-B
H5-1341A-B
H5-1341B-A
H5-1342-A
H5-1342-B
Schuster
Länge
20.847 m
3.254 m
616 m
616 m
20.847 m
3.254 m
Type
E-AL/ST 210/35
E-AL/ST 210/35
E-AL/ST 210/35
E-AL/ST 210/35
E-AL/ST 210/35
E-AL/ST 210/35
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Freischaltung des UW Pirka
7 Leistungen im 110-kV Netz
Die Leistungen an den einzelnen Abzweigen und an den Umspannern in den Umspannwerken
wurden auf die gleiche Weise, wie schon bei den 20-kV-Abzweigen beschrieben, erhoben.
Als Darstellungsform der Messwerte wurde für diese Aufstellung der Tageswert gewählt –
dieser Wert gibt den höchsten Leistungswert innerhalb eines Tages zurück. Sämtliche
Angaben sind in MW. Als Beispiel wird hier das UW Webling gezeigt, man erkennt, dass
zwei Transformatoren installiert sind und dass die maximale Leistungsabgabe 20,38 MW
betragen hat.
UW Webling:
DATUM
14.08.2005 00:00
15.08.2005 00:00
UM1 UM2
13,08 7,3
12,36 5,82
Die Leistungsabgaben der weiteren Umspannwerke wird im Anhang (Leistungen im 110 kVNetz) gezeigt.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
8 Lastflussberechnung
Um zu erkennen, welche Auswirkungen Lastumlegungen oder Störfälle auf das 110-kV
Übertragungsnetz haben, ist es nötig Lastflussberechnungen zu erstellen. Diese Berechnungen
können durch das Knotenpunkt-Potentialverfahren durchgeführt werden.
Die Vorgangsweise dieser Berechnungsmethode läuft nach folgendem Schema ab:
•
Festlegung der Speisepunkte
•
Festlegung der Netzknotenpunkte
•
Berechnung der Leitungsadmittanzen
•
Festlegung der Einspeisespannungen
•
Einzeichnen der Zweigströme in ihrer Richtung
•
Aufstellen der Zweigstromformeln
•
Aufstellen der Knotenpunktformeln
•
Einsetzen der Zweigstromformeln in die Knotenpunktformeln
•
Sortieren der Formeln
•
Übernahme der Formeln in die Matritzenschreibweise (oder direktes Aufstellen der
Matrix)
•
Berechnung durchführen U K = YK−1 * (YS * U S − I K )
8.1 Festlegung der Speisepunkte
Anhand des zuvor erstellten 110-kV Netzübersichtsplans wurden folgende Umspannwerke als
Speisepunkte gewählt:
•
•
•
•
•
•
UW Arnstein (ARN)
UW Neudorf (NWD)
UW Zwaring (ZWA)
UW Gleisdorf (GLD)
UW Graz/Nord (GZN)
UW Bärnbach (BAE)
Schuster
Seite 35
Freischaltung des UW Pirka
Bei diesen Umspannwerken handelt es sich um Punkte, bei denen entweder Leistungen aus
dem übergeordneten Verbundnetz eingespeist werden (z. B. in Zwaring und Neudorf), oder
um Umspannwerke mit Verbindungen zu Kraftwerken (z. B. Arnstein und Bärnbach).
8.2 Festlegung der Netzknotenpunkte
Die Umspannwerke, welche im Übersichtsplan nicht als Speisepunkte angesehen wurden,
stellen die Netzknotenpunkte dar.
•
•
•
•
•
•
•
•
•
UW Graz/West (GZW)
UW Graz/Süd (GZS)
UW Webling (WEB)
UW Pirka (PIR)
UW Lieboch (LIB)
UW Grambach (GRB)
UW Brodingberg (BRO)
UW Graz/Ost (GZO)
UW Keplerbrücke (KEP)
8.3 Berechnung der Leitungsadmittanzen
Im Kapitel Netzverhältnisse wurden bereits die Leitungslängen, Querschnitte und
Leitungstypen der Verbindungsleitungen zwischen den Umspannwerken aufgenommen. Aus
diesen Daten können nun die einzelnen Leitungswiderstände errechnet werden.
Die Admittanz ist der Kehrwert des Leitungswiderstandes (Leitwert).
Folgende Leitungstypen sind im Netzwerk vorhanden:
Kabel:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
NÖAKUDE2Y 1x1000 RM/V
ÖAHKUDEY 1x850
NÖAKUDEY 1x800 RM/V
NÖKUDEY 1x800 RM/V
N2XS(FL)2Y 1x800
ÖAKUD(G)Y 1x800
NÖKUDEY 1x500 RM/V
2xS(FL)2Y 1/500 RM
O-PMDNY 1x500 RM
Freileitungen:
•
•
•
•
•
E-AL/ST 560/50
E-AL/STALUM 560/50
E-ALMGSI 400
E-AL/STALUM 325/28
E-AL/STALUM 240/40
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
•
•
•
E-AL/ST 210/35
E-ALMGSI/ST 120/25
E-CU 95
8.3.1 Ermittlung des Gleichstromwiderstandes
Der Gleichstromwiderstand wird im Regelfall vom Hersteller als Widerstandsbelag
(Ohm/km) angegeben.
Sind diese Daten nicht bekannt, kann man diesen Wert nach folgenden Formeln errechnen:
R20 =
l
κ*A
κ Cu = 56
m
Ω mm 2
κ Al = 35
m
Ω mm 2
Danach errechnet man den Widerstandswert bei Betriebstemperatur. Bei Freileitungen sind
Werte bis zu 80° C, bei Kabel bis zu 90° C zulässig. Für unsere Berechnung wurde mit einer
einheitlichen Betriebstemperatur von 80° C gerechnet.
R80 = R20 * (1 + α 20 (80 − 20°C ))
α 20 = 0,004 K −1
Tabelle 1.5: Ohmscher Leitungswiderstand
Querschnitt [mm²]
Kupfer
95
500
800
Widerstand / km
20° C
80°C
0,1880
0,0357
0,0223
0,2331
0,0443
0,0277
Aluminium
120
210
240
325
400
560
800
850
1000
0,2381
0,1361
0,1190
0,0879
0,0714
0,0510
0,0357
0,0336
0,0286
0,2952
0,1687
0,1476
0,1090
0,0886
0,0633
0,0443
0,0417
0,0354
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
8.3.2 Ermittlung der Induktivität
Bei der Parallelführung mehrerer Leiter, welche von Wechselstrom durchflossen werden,
wird in jeder Leiterschleife eine Spannung induziert.
Diese Spannung setzt sich aus einer Selbst- und einer Gegeninduktionsspannung zusammen:
US = −
UG = −
dφ s
di
=− L* s
dt
dt
dφ g
dt
=− M *
di g
dt
Da aus diesem Grund jede Leitung einen induktiven Spannungsabfall besitzt, lässt sich jeder
Phase eine Induktivität zuordnen.
Im symmetrischen Drehstromnetz berechnet sich diese folgendermaßen:
L`= 0,2 * (ln
d
 mH 
+ 0,25) 
r
 km 
r = Radius der Leiter d = Abstand der Leiter
Da das Verhältnis Durchmesser zu Radius bei steigender Spannung nur wenig schwankt, kann
man den Induktivitätsbelag eine Drehstromfreileitung von 0,4 kV bis 380 kV mit etwa 1
mH/km annehmen – dieser Wert entspricht einem induktiven Blindwiderstand von ca. 0,31
Ohm/Kilometer. Grund hierfür ist, dass mit steigender Spannung nicht nur der Leiterradius
größer wird, sondern auch der Abstand zwischen den Leitern. Zusätzlich gleicht die
Logarithmus-Funktion kleine Schwankungen aus.
Für die Berechnung der Induktivitäten wurde für die Freileitungsstrecken mit einem
durchschnittlichen Leiterabstand von 4 Meter und bei Kabelstrecken mit Einzelleitern von 0,2
Meter gerechnet.
Tabelle 1.06: Induktiver Widerstandsbelag
Leiterabstand
[d]
400
400
400
400
400
400
400
20
20
20
20
Querschnitt
[A]
95
120
210
240
325
400
560
500
800
850
1000
Leiterradius
[r]
5,50
6,18
8,18
8,74
10,17
11,28
13,35
12,62
15,96
16,45
17,84
L`/km
1,32E-03
1,29E-03
1,24E-03
1,23E-03
1,20E-03
1,17E-03
1,14E-03
5,56E-04
5,10E-04
5,04E-04
4,88E-04
XL/km
0,4141
0,4067
0,3891
0,3849
0,3754
0,3689
0,3583
0,1746
0,1601
0,1582
0,1532
Bei Kabelstrecken ist die Induktivität im Regelfall kleiner als bei Freileitungen – Grund
hierfür sind die geringeren Leiterabstände. Werden die Kabel in Dreieck verlegt, so wird der
induktive Widerstand noch geringer.
Schuster
Seite 38
Freischaltung des UW Pirka
In der Tabelle 1.06 findet man die anhand der angeführten Formel errechneten induktiven
Widerstandswerte für die im Netz der Steweag-Steg verwendeten Hochspannungsleitungen.
Tabelle 1.07: Induktiver Widerstand Kabel/Freileitung
XL / km
0,6000
XL [Ohm/km]
0,5000
0,4000
Freileitung
Kabel
0,3000
0,2000
0,1000
10
0
20
0
30
0
40
0
50
0
60
0
70
0
80
0
90
0
10
00
1
0,0000
Querschnitt [mm²]
In Tabelle 1.07 wird der induktive Widerstandsbelag in Abhängigkeit vom Leiterquerschnitt
graphisch dargestellt. Man erkennt gut den Unterschied von Kabel und Freileitungen.
8.3.3 Ermittlung der Kapazität
Die Kapazität einer Leitung setzt sich aus zwei Teilen zusammen: Man unterscheidet die
Kapazität zwischen Leiter – Leiter und zwischen Leiter – Erde.
Die Leiter-Leiter Kapazität lässt sich nach folgender Formel berechnen:
CL =
π * l *ε0
d
ln
r
l = Leiterläng , d = Leiterabstand , r = Leiterradius
Die Leiter – Erde Kapazität:
CE =
2 *π * l *ε0
2*h − r
ln
r
Schuster
h = mittlere Höhe über Erde
Seite 39
Freischaltung des UW Pirka
Aus den beiden Kapazitäten kann man nun die Betriebskapazität errechnen:
CB = CE + 3 * CL
Bei Freileitungen beträgt der Betriebskapazitätswert etwa 10 nF/km und ist relativ
spannungsunabhängig.
Bei Kabel ist die Kapazität aufgrund der geringeren Abstände etwa 30 Mal so groß wie bei
Freileitungen.
8.3.4 Ermittlung der Einzel-Admittanzen
Anhand der Ergebnisse kann man nun den Scheinwiderstand jeder einzelnen Leitung, welche
im Netzwerk vorhanden ist, ausrechnen. Für die Lastflussanalyse wird dann der Kehrwert
(Leitwert) benötigt.
Rechnungsvorgang:
Als Beispiel für den Rechenvorgang zur Ermittlung der Admittanzen wird die Leitung 1341A-A herangezogen.
Länge: 20.847 m
Freileitung E-AL/ST
210/35
Man kann sich die Leitung als eine Schaltung von ohmschen, induktiven und kapazitiven
Widerständen vorstellen:
IA
Rl
URl
UA
CB
UCB1
ICB1
IRL
IE
Xl
UXl
CB
UCB2
UE
ICB2
Abb. 1.20: Ersatzschaltbild einer Leitung
Diese Ersatzschaltung einer Leitung nennt man PI-Ersatzschaltbild.
Rl und Xl bilden die Längsimpedanz, durch die Betriebskapazitäten wird die Querimpedanz
gebildet. Bei genaueren Berechnungen kommt parallel zum kapazitiven Widerstand Xc noch
der Ableitwiderstand G. Dieser Wert berücksichtigt den ohmschen Anteil der Ströme, welche
über Kriechstrecken oder dergleichen im Verlauf der Leitung gegen Erde abfließen. Für die
Lastflussanalyse in diesem Projekt können die Ableitströme über den Ableitwiderstand G
Schuster
Seite 40
Freischaltung des UW Pirka
jedoch vernachlässigt werden – erst bei Berechnungen mit größeren Leitungslängen werden
diese Werte ebenfalls relevant.
8.3.5 Berechnung der Längsimpedanz / Längsadmittanz:
Bei den Berechnungen von Leiterseilen kann der Widerstand/Leitwert des Stahlseiles
vernachlässigt werden und man kann den Aluminium-Querschnitt als Grundlage heranziehen.
Für den ohmschen Widerstand pro Kilometer wird für den Querschnitt AL 210 aus der
Tabelle 1.05 der Wert von 0,1687 Ohm/km ausgewählt.
Das ergibt bei einer Leitungslänge von 20,847 km einen ohmschen Widerstandswert von
3,5169 Ohm.
RL = R80` * Leitungslänge [km ] RL = 0,1687 * 20,847 = 3,5169 Ω
Ebenso wird für den induktiven Widerstand Xl vorgegangen:
X L = X l` * Leitungslänge [km ] X L = 0,3891 * 20,847 = 8,1115 Ω
Für die Längsimpedanz gilt nun:
Z RL = RL2 + X L2
Z RL = 3,5169 2 + 8,11152 = 8,8411 Ω
Anhand dieses Beispieles erkennt man, dass der ohmsche Anteil im Vergleich zum induktiven
Anteil der Längsimpedanz relativ gering ist. Aufgrund dieser Tatsache ist für die folgende
Lastflussanalyse der induktive Widerstand ausschlaggebend, und der ohmsche Anteil wird
vernachlässigt. Bei Berechnungen im Niederspannungsnetzen ist aber sehr wohl auch auf den
ohmschen Anteil zu achten.
Für eine solche Berechnung setzt man die Längsimpedanz in komplexer Schreibweise ein:
Z RL = RL + j * X L
Z RL = 3,5169 + j * 8,1115
In polarer Schreibweise ergibt das:
Z RL = 8,8411 Ω ∠ 66,56°
Man erkennt, dass sich eine Phasenverschiebung zwischen Ur und Uxl eingestellt hat – das
bedeutet, dass die Eingangsspannung UA am Leitungsanfang eine andere Phasenlage als die
Spannung UE am Leitungsende besitzt.
Schuster
Seite 41
Freischaltung des UW Pirka
Die Leitungs-Admittanz ist nun der
Vernachlässigung des ohmschen Anteiles):
YL =
1
XL
YL =
Kehrwert
der
Leitungs-Impedanz
(unter
1
= 123,28 mS
8,1115
Für eine komplexe Berechnung lautet der Wert:
YRL =
1
RL + j * X L
YRL =
1
1
=
= 0,113 * e j*−66,5° S
3,5169 + j * 8,1115 8,8411∠66,56°
8.3.6 Berechnung der Querimpedanz:
Für die Querimpedanz sind vor allem die kapazitiven Widerstände verantwortlich
(Ableitwiderstände G werden vernachlässigt).
Bei Freileitungen kann man 10 nF/km als Richtwert für die Betriebskapazität C`B annehmen.
Das würde für die Beispielsleitung einen Wert für CBL von 208 nF ergeben:
C BL = C B` * Leitungslänge [km ] = 10 nF * 20,847km = 208nF
Der kapazitive Widerstand XC ist demnach:
XC =
1
ω * C BL
XC =
1
= 15,26 kΩ
2 * π * 50 * 208 * 10 −9
In diesem Fall würde es zu folgenden Ableitstrom führen:
I XC =
U
XC
I XC =
63.508
= 4,161 A
15.260
Man erkennt, dass die Querimpedanz ungleich größer als die Längsimpedanz ist. Da das
Übertragungsnetz zum größten Teil aus Freileitungen besteht, und nur wenige Kabelstrecken
aufweist, bei denen die Querimpedanz stärker zu tragen kommen würde, kann man in diesem
Fall auf den kapazitiven Anteil verzichten und mit der Impedanz bezogen auf den induktiven
Längswiderstand rechnen.
Würde man die Querimpedanzen ebenfalls berücksichtigen, so müsste man die kapazitiven
Ableitströme jeweils an den Knotenpunkten den Abgangsströmen hinzurechnen.
Für die Beispielleitung 1341A-A wird aufgrund der Berechnung nun mit einer Admittanz von
132,28 mS gerechnet.
Schuster
Seite 42
Freischaltung des UW Pirka
In der Aufstellung „Leitungsadmittanzen“ im Anhang sind sämtliche Leitungen im Netzwerk
und deren Admittanzen aufgelistet
Die Berechnung der Werte erfolgte in einem Tabellenkalkulationsprogramm (Excel). Um
Auswertungen der Gesamt-Admittanzen zu ermöglichen, wurde zusätzlich eine AccessDatenbank angelegt.
Der Aufbau der Datenbank beinhaltet einerseits die Struktur der Leitungen zwischen den
einzelnen Umspannwerken, welche sich aus mehreren technischen Plätzen zusammensetzen,
und anderseits die zugehörigen elektrotechnischen Daten.
Aufstellung der
Leitungen
Leitungsaufbau
Technische Daten der
Leitung
Abb. 1.21: Datenbank für Leitwertberechnung
Anhand dieser Tabellen war es nun möglich eine Abfrage zu erstellen, in der die GesamtAdmittanz pro Leitung errechnet wird:
Schuster
Seite 43
Freischaltung des UW Pirka
Leitungsabschnitt
GesamtAdmittanz
Abb. 1.22: Datenbank, Abfrage der Gesamtadmittanz
Das Ergebnis dieser Auswertung ergibt folgende Werte für die einzelnen Leitungsstrecken:
Tabelle 1.08: Strecken-Admittanzen
Leitungsnummer
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
Schuster
Name
ARN-WEB
ARN-GZS
WEB-PIR
WEB-GZS
GZS-GRB
GZS-GZW
NWD-GZS
NWD-GRB-1
NWD-GRB-2
NWD-ZWA-1
NWD-ZWA-2
NWD-FEI
ZWA-LIB
ZWA-BAE
LIB-BAE
BAE-GZN-1
BAE-GZN-2
GZW-GZN
Admittanz Y [S]
0,2762
0,2460
0,4550
1,5316
1,5639
2,9146
1,8762
1,2179
1,1628
3,0395
3,1269
0,3702
0,7228
0,4559
1,2305
0,4697
0,4698
6,1766
Seite 44
Freischaltung des UW Pirka
Leitungsnummer
19
20
21
22
23
24
25
26
Name
GZN-GLD-1
GZN-GLD-2
KEP-GZN
GZO-KEP
GRB-GZO
GRB-GLD-1
GRB-GLD-2
GLD-BRO
Admittanz Y [S]
0,6787
0,6787
1,1270
1,3434
0,5967
0,7044
0,7044
44,0529
8.4 Festlegung der Einspeisespannungen
Als Einspeisespannung wird jeweils die Nennspannung von 110 kV festgelegt. Sollten in
weiterer Folge bei der Berechnung der Knotenspannungen zu geringe Spannungshöhen als
Ergebnis auftreten, so wird in einem weiteren Rechnungsgang die Einspeisespannung erhöht.
8.5 Aufstellen der Matritzen
8.5.1 Knottenpunktadmittanzmatrix Yk
PIR
WEB
GZS
GRB
GZO
KEP
GZW
LIB
Y3
-Y3
0
0
0
0
0
0
-Y3
Y3+Y1+Y4
-Y4
0
0
0
0
0
-Y4
Y2+Y4+Y5+Y6+Y7 -Y5
0
0
-Y6
0
0
0
-Y5
Y5+Y9+Y8+Y23+Y24+Y25
-Y23
0
0
0
0
0
0
-Y23
Y22+Y23
-Y22
0
0
0
0
0
0
-Y22
Y21+Y22
0
0
0
0
-Y6
0
0
0
Y6+Y18
0
0
0
0
0
0
0
0
Y13+Y15
8.5.2 Spannungsvektor der Knotenpunktspannungen Uk
U_PIR
U_WEB
U_GZS
U_GRB
U_GZO
U_KEP
U_GZW
U_LIB
Schuster
Seite 45
Freischaltung des UW Pirka
8.5.3 Speisepunktadmittanzen Ys
ARN
0
Y1
Y2
0
0
0
0
0
0
0
0
GZN
0
0
0
0
0
0
0
0
Y21
Y18
0
BAE
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Y15
ZWA
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
Y13
NWD
0
0
Y7
Y8+Y9
0
0
0
0
0
0
0
GLD
0
0
0
Y24+Y25
0
0
0
0
0
0
0
8.5.4 Spannungsvektor der Speisespannung Us
U_ARN
U_GZN
U_BAE
U_ZWA
U_NWD
U_GLD
8.5.5 Stromvektoren der Lastströme (Knotenpunktströme)
I_PIR
I_WEB
I_GZS
I_GRB
I_GZO
I_KEP
I_GZW
I_LIB
Schuster
Seite 46
Freischaltung des UW Pirka
Die Lastströme werden anhand der maximalen Abgabeleistungen vom 15.08.2005 bzw. den
Umspannerleistungen berechnet. Als cos_phi wurde in Absprache mit Hr. Ing. Wolfgang
Gobec 0,97 gewählt.
Tabelle 1.09: Lastströme
UW
PIR
WEB
WEB
GZS
GZS
GZS
GRB
GRB
GRB
GZO
GZO
KEP
KEP
GZW
GZW
GZW
GZW
LIB
LIB
Umspanner
UM1
UM1
UM2
UM1
UM2
UM3
UM1
UM2
UM3
UM1
UM2
UM1
UM2
UM1
UM3
UM4
UM5
UM1
UM2
P_Nenn [MW]
32
40
22
32
32
22
40
32
40
40
32
32
32
32
32
40
22
32
40
P_MAX_18.05.05 [MW]
13,081
13,08
7,3
8,64
9,124
10,8
7,439
8,995
0
16,345
14,07
16
16
7,029
8,953
0,362
4,134
10,29
18,55
I_Nenn [A]
173,15
216,44
119,04
173,15
173,15
119,04
216,44
173,15
216,44
216,44
173,15
173,15
173,15
173,15
173,15
216,44
119,04
173,15
216,44
I_Max_15.08.05 [A]
70,78
70,78
39,50
46,75
49,37
58,44
40,25
48,67
0,00
88,44
76,13
86,58
86,58
38,03
48,44
1,96
22,37
55,68
100,37
Das ergibt pro Netzknotenpunkt folgende Strom:
Tabelle 1.10: Knotenpunktströme
UW
PIR
WEB
GZS
GRB
GZO
KEP
GZW
LIB
INenn
173,15
335,48
465,34
606,03
389,59
346,30
681,78
389,59
IMax_15.08.05
70,78
110,28
154,56
88,92
164,57
173,15
110,81
156,05
INenn gibt den Nennstrom aller Umspanner im Umspannwerk an, IMax
Maximalwert im Beobachtungszeitraum 2005 an.
15.08.05
gibt den
Anhand dieser Daten wurde nun in Mathcad versucht eine Netzwerkberechung
durchzuführen.
Schuster
Seite 47
Freischaltung des UW Pirka
Die erste Berechnung betrachtet das Netz im ursprünglichen Normalzustand. Im Folgenden
wurden dann verschiedene mögliche Netzzustände als Varianten berechnet.
•
Variante A: UW PIR mit zusätzlichem Umspanner und doppelter Leistungsabgabe
•
Variante B: Freischaltung des UW PIR, Lastumlegung auf UW GZS
•
Variante C: Freischaltung des UW PIR, Lastumlegung auf UW WEB
•
Variante D: Leitungsbruch in Leitung 8/9 (NDW-GRB)
•
Variante E: Leitungsbruch in Leitung 18 (GZN-GZW)
Bei der nachfolgenden Auswertung der Ergebnisse erkennt man, dass die Knotenspannungen
großen Schwankungen unterliegen und teilweise nahe an die Grenzwerte der Normen reichen.
Des weiteren sieht man, dass die theoretisch nötigen Einspeiseleistungen an bestimmten
Punkten in dieser starren Simulation zu hohe Werte annehmen.
In einer Berechnungssoftware, wie etwa ELAPLAN, werden daher auch nicht die
Spannungen an den Einspeisepunkten, sondern die verfügbare Leistungen angegeben (die
Spannung muss nur an einem Punkt definiert werden).
Um nun an bessere Ergebnisse zu kommen, könnte man die Spannungen an den
Einspeisepunkten ändern (dies erfolgt in der Realität etwa durch Stufenschalter an den
Umspannern) oder Änderungen in den Schaltungen der Sammelschienen in den
Umspannwerken durchführen.
Grundsätzlich erkennt man jedoch, welche Auswirkungen Änderungen im Netz auf die
einzelnen Komponenten haben.
So sieht man auch schon anhand dieser groben Simulation, dass etwaige Leitungsbrüche im
Übertragungsnetz schwerwiegende Folgen und Störungen nach sich ziehen könnten.
Schuster
Seite 48
Freischaltung des UW Pirka
9 Schaltung von Hoch- und Mittelspannungsanlagen
Die Schaltung der Hoch- und Mittelspannungsanlagen werden durch betriebliche
Einsatzbedingungen bestimmt. Ob Einfach- oder Mehrfachsammelschienen benötigt werden,
ist dabei im Wesentlichen abhängig von der Art der Betriebsführung und von der
Notwendigkeit von Unterteilungen, durch die hohe Abschaltleistungen vermieden werden
sollen. Erforderliche Maßnahmen zur Freischaltung der Anlage zum Zwecke der Reinigung
bzw. Überholung sowie Reserveplätze für zukünftig notwendige Abgänge werden dabei
berücksichtigt.
Grundsätzlich kann man Schaltanlagen nach ihrem Aufgabengebiet in Verteileranlagen,
Umspanneranlagen und Eigenbedarfsanlagen unterscheiden.
Verteileranlagen werden für eine Spannungsebene ausgelegt, Umspanneranlagen hingegen
besitzen zwei Schaltanlagen – je eine für die Ober- und eine für die Unter-Spannung.
Eigenbedarfsanlagen werden bei Kraftwerken benötigt.
Die Schaltanlage besteht aus der Sammelschiene, Einspeise- und Abgabefelder, bei Bedarf
Kuppelfelder sowie Messfelder.
Die Anlage selbst kann als Freiluftanlage oder als Innenraumanlage ausgeführt sein.
9.1 Folgende Schaltungen sind im Hoch- und
Mittelspannungsbereich gebräuchlich:
9.1.1 Einfachsammelschiene
Leistungsschalter
(geschlossen)
Leistungsschalter
(offen)
Trennschalter
Längstrennung
Erdungsschalter
Abb. 1.23: Einfachsammelschiene
Diese Schaltung ist geeignet für kleinere Anlagen, wie etwa für die im Bild gezeigte
Schaltstelle Kalsdorf.
Schuster
Seite 49
Freischaltung des UW Pirka
Eine Längstrennung ermöglicht die Aufteilung in zwei getrennte Betriebsteile und
Teilschaltungen für Revisionszwecke. Als Beispiel für diese Ausführungsform kann man im
Hochspannungsnetz der SSG auch das UW Webling heranziehen.
Die 110 kV Sammelschiene ist dort als Einfachsammelschiene ausgeführt, wobei diese aber
neben der Ausführung als Freiluftschaltanlage auch teilweise mittels einer SF6 Schaltanlage
realisiert wurde. Diese gasisolierte Schaltanlage dient für die Anspeisung des UW-Pirka.
Bei der zukünftigen Erweiterung des Umspannwerkes in Pirka wird ebenfalls eine SF6Schaltanlage errichtet. Als großer Vorteil dieser Ausführungsart gilt der geringe Raumbedarf.
9.1.2 Doppelsammelschiene
Doppelsammelschienen werden bei größeren Anlagen bevorzugt, da sie den Vorteil haben,
dass Reinigungen und Revisionen ohne Betriebsunterbrechung möglich sind. Des Weiteren ist
ein getrennter Betrieb von Anlagen aus den beiden Sammelschienen möglich.
Werden Längstrennungen in den Sammelschienen eingebaut, erhöht dies die betriebliche
Beweglichkeit weiter.
Diese Art der Sammelschienschaltung ist die in der SSG geläufigste, so findet man
Doppelsammelschienen im UW-Graz/Süd II, Grambach, Graz/Nord , Graz/West und vielen
weiteren Umspannwerken und Schaltstellen.
Wirkleistungsabgabe
Phasenstrom
Blindleistungsabgabe
Verkettete Spannung
110 kV Abgang
Umspanner im
Fremdeigentum
(Eigentums- und
Betriebsführungs
grenzen)
Abb. 1.24: Doppelsammelschiene
Schuster
Seite 50
Freischaltung des UW Pirka
9.1.3 Doppelsammelschiene in U-Schienenschaltung
Abb. 1.25: Doppelsammelschiene, in U-Schienenschaltung
Diese Schaltungsart spart an Grundfläche und stellte somit eine wirtschaftliche Möglichkeit
einer Freiluftanlage mit Doppelsammelschienen und Abzweigen nach beiden Seiten dar.
9.1.4 DS-US-Kombination
Abb. 1.26: DS-US-Kombination
Bei der DS-US-Kombination besteht die Möglichkeit die Anlage entweder mit einer
Doppelsammelschiene oder als Einfachsammelschiene mit Umgehungsschiene zu betreiben.
Dies bedeutet, dass man eine sehr variable Anpassungsmöglichkeit besitzt.
9.1.5 Doppelsammelschienen mit ausfahrbaren Leistungsschaltern
Abb. 1.27: Doppelsammelschiene, mit ausfahrbaren Leistungsschalter
Durch ausfahrbare Leistungsschalter erreicht man bei Schalterrevisionen
Unterbrechungszeiten und man erspart sich den Abgangstrennschalter.
Schuster
kurze
Seite 51
Freischaltung des UW Pirka
9.1.6 Zweileistungsschalter-Methode mit ausfahrbaren Leistungsschaltern
Abb. 1.28: Zweileistungsschalter-Methode
Sammelschienen und Abgangstrenner entfallen bei diesem Schaltanlagentyp. Die
ausfahrbaren Leistungsschalter können wahlweise entweder für die Sammelschiene A, oder
für die Sammelschiene B verwendet werden, wodurch dieser Anlagentyp sehr wirtschaftlich
wird.
9.1.7 Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene
Abb. 1.29: Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene
Der Vorteil dieses Anlagenaufbaues ist, dass jeder Abzweig der Anlage ohne
Betriebsunterbrechung freigeschaltet werden kann.
Schuster
Seite 52
Freischaltung des UW Pirka
9.1.8 Dreifach-(Mehrfach-) Sammelschiene
110 kVDreifachsammelschiene
Abb. 1.30: Mehrfachsammelschienensystem
Mehrfach-Sammelschienen werden bei besonders wichtigen Anlagen oder bei der
Notwendigkeit der Begrenzung der Kurzschlussleistung durch die Bildung von galvanisch
getrennten Teilnetzen verwendet.
Sehr häufig findet man in solchen Anlagen auch eine Umgehungsschiene.
Dreifach-Sammelschienen-Systeme bestehen in der SSG im UW-Zwaring und UWNeudorf/Werndorf – beide Umspannwerke sind wichtige Einspeisepunkte in das
Übertragungsnetz. So befindet sich etwa in Zwaring die 380-kV Einspeisung aus dem
Verbundnetz und in Neudorf/Werndorf die Einspeisung aus dem Kraftwerk Mellach.
Schuster
Seite 53
Freischaltung des UW Pirka
10 Schaltanlagen und Schaltgeräte
Vor Erstellung eines Schaltprogramms muss man sich über die im Netz vorhandenen
Schaltanlagen informieren.
Einerseits, welche Schaltgeräte man zu Verfügung hat, anderseits aber auch darüber, welche
Schaltaufgaben man mit diesen überhaupt durchführen kann.
In einer Schaltanlage sind alle notwendigen Betriebsmittel und Hilfseinrichtungen
zusammengeschlossen, die einen zuverlässigen Anlagenbetrieb sowie eine sichere
Energieversorgung gewährleisten.
Schaltanlagen können als Freiluftschaltanlagen oder als Innenraumschaltanlagen (meist in
SF6-Ausführung) realisiert werden. In der SSG findet man neben den SF6-Ausführungen
auch noch oft Schaltanlagen in geschlossener Bauweise, meist unter der Verwendung von
Schaltzellen der Fa. Alstom, Type PN 506. Bei hohen Schaltleistungen kommen
Ölstrahlschalter oder Vakuumschalter zum Einsatz, diese findet man vor allem in
Schaltstellen und in den Umspannwerken.
In Turmstationen und in Anlagen mit offener Bauweise, wie etwa dem UW Graz Süd II,
werden auch Lasttrennschalter und Trenner mit Luftisolierung verwendet.
10.1 Schaltgeräte
Im Schaltanlagenbau kann man unter folgenden Schaltgeräten unterscheiden:
•
•
•
•
Trenner
Lasttrennschalter
Leistungsschalter
Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen (HH-Sicherungen)
10.1.1 Trenner
Trenner dürfen grundsätzlich nur im leistungslosen Zustand geschaltet werden, da sie keine
Vorrichtungen für die Löschung eines Lichtbogens besitzen.
Hauptaufgabe von Trennern ist die sichtbare Abtrennung von Anlagenteilen, um zu
gewährleisten, dass man in diesen spannungsfrei Arbeiten (Revisionen, Erweiterungen usw.)
durchführen kann.
Zuvor muss der Strom jedoch von einem Leistungsschalter unterbrochen werden. Um
Fehlschaltungen zu vermeiden, werden Leistungsschalter und Trennschalter entweder
mechanisch, elektrisch oder durch eine Programmsteuerung gegeneinander verriegelt.
Bei Einbau wird der Trenner immer an der Seite, wo die Spannung ansteht, montiert. Sollte
dies auf beiden Seiten des Leistungsschalters sein, so müssen zwei Trenner montiert werden.
Schuster
Seite 54
Freischaltung des UW Pirka
An Bauformen kann man Hebeltrennschalter, welche vor allem im Mittelspannungsbereich
Verwendung finden, Dreh- oder Klapptrennschalter im Hochspannungsbereich und Greiferund Scherentrennschalter im Höchstspannungsbereich unterscheiden.
Abb. 1.31: Trenner, im UW Graz/Süd II
Abb. 1.32: 110-kV-Trenner im UW-Pirka
Alle Konstruktionen müssen den thermischen und dynamischen Beanspruchungen im
Normalbetrieb wie auch im Kurzschlussfall gewachsen sein.
Für den Antrieb der Trennschalter kommen Hand-, Motor- und Druckluftbetätigung in Frage,
wobei aber bei allen Antrieben die Schaltgeschwindigkeit relativ langsam ist.
In der folgenden Tabelle 1.11 findet man eine Zuordnung von Bemessungsstoßstrom ipr,
Bemessungskurzzeitstron Ithr und Bemessungsstrom Ir bei dreipoligen Trennschaltern
verschiedener Bemessungsspannungen Ur sowie bei dreipoligen Lasttrennschaltern für
Mittelspannung 10 kV bis 30 kV:
Tabelle 1.11: Zuordnung für Trennschalter
UN/Ur in kV
10/121 bzw.
20/24 bzw.
30/36
110/123
220/250
380/420
ipr in kA
40
63
100
125
50
63
100
50
80
80
100
Ithr in kA
16
25
40
50
20
25
40
20
31,5
31,5
40
Ir2 in A
400
630
630 – 2000
1250 – 3150
1250
1250 – 2000
1600 – 2500
1250 – 2000
1250 – 2000
2000
2000
1
: Der jeweils zweite Wert bei UN/Ur ist die nach DIN VDE 0670/IEC 947 zulässige höchste
Betriebsspannung von Betriebsmitteln in Schaltanlagen (Bemessungsspannung).
2
: Bei Lasttrennschaltern auch Bemessungsausschaltstrom Iar.
Schuster
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10.1.2 Lasttrennschalter
Bei relativ kleinen Betriebsströmen in Mittelspannungsschaltanlagen würde der Einsatz von
Leistungsschaltern einen erheblichen Aufwand bedeuten.
In solchen Fällen können Schaltgeräte mit geringerem Schaltvermögen eingesetzt werden, als
es die Kurzschlussverhältnisse verlangen – nämlich Lasttrennschalter.
Im Unterschied zu Trennschaltern sind diese neben der sichtbaren Trennstrecke mit einer
Lichtbogen-Löscheinrichtung an den Stützern des Einschlagkontaktes ausgerüstet.
Abb. 1.33: Funkenkammer, Elin-LTR
Abb. 1.34: Funkenkammern (Type Driescher)
Den nötigen Kurzschlussschutz übernehmen in solchen Fällen HH-Sicherungen, welche bei
einem Auslösen durch ihren Schlagbolzen auf ein Schaltschloss des Lasttrennschalters wirken
und dadurch ein allpoliges Abschalten bewirken können.
In der SSG / NVG kommt diese Variante vor allem in den Transformatorabgängen in den
Schaltanlagen der Transformatorstationen vor, dort findet man sie entweder in gekapselter
Bauweise (Bsp. PN506 / SF6-Anlage) oder aber auch teilweise noch in offener Bauweise
(Elin LTR).
Bei Lasttrennschaltern ist zu beachten, dass diese im Erdschlussfall nicht geschaltet werden
dürfen (siehe Abschnitt Erdschluss). Aufgrund der Spannungsverschiebung im Falle eines
Erdschlusses liegt an einem Isolator die doppelte Strangspannung an – ein Schalten würde zu
einem Lichtbogen führen, für dessen Löschung der Lasttrennschalter nicht ausgelegt ist.
10.1.3 Leistungsschalter
Leistungsschalter haben die Aufgabe, Stromkreise mit allen im Normalbetrieb und im
Störungsfall (Kurzschluss, Erdschluss usw.) vorkommenden Ströme beliebiger Phasenlage
willkürlich oder selbsttätig ein- und auszuschalten.
Willkürliches Schalten bedeutet einen Eingriff durch das Bedienpersonal, selbsttätiges
Schalten die Betätigung durch Schutz- oder automatischen Steuereinrichtungen (z. Bsp. KUSchaltung, Steuerung über Fernwirkanlagen).
Schuster
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Im UW Pirka kommen in der 20-kV Schaltanlage Vaakum-Leistungsschalter zu Einsatz:
Abb. 1.35: Vakuum-Leistungsschalter, UW Pirka
Abb. 1.36: Vakkum-Leistungsschalter – Schnittbild
1 feststehender Kontakt, 2 beweglicher Kontakt, 3 Vakuumschaltkammer, 4 Metallzylinder, 5 Metallfaltenbalg, 6 Ringkontakt, 7 metallische
Abschirmung, 8 Keramikzylinder, 9 Anschlussstücke, 10 Stützisolatoren, 11 Antriebsgestänge, 12 feste Drehachse, A Aus-, E
Einschaltrichtung
Vakuum-Leistungsschalter sind für sehr große Schaltspielzahlen konstruiert. So können
Kurzschlussströme bis 100 Mal, Bemessungsströme bis zu 20000 Mal und
Kurzunterbrechungen mit 2 kA 1000 Mal geschaltet werden.
Neben den Vakuum-Leistungsschalter findet man in den Umspannwerken und Schaltstellen
auch hauptsächlich ölarme Leistungsschalter:
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Abb. 1.37: Leistungsschalter (ölarm) mit Öl als Löschmittel
1 beweglicher Schaltstift, 2 fester Rundkontakt, 3 Löschkammer mit Querstömkanälen, 4 Anschlußbolzen, 5 Druckausgleichskammer, 6
Löschkammermantel, 7 Kontaktrollen, 8 Befestigungsflansch, 9 Löschmittel (Öl), 10 Ölablaßschraube, 11 Ölstandsanzeiger, 12
Antriebsgestänge
Folgende Schaltaufgaben bei Wechselstrom müssen bewältigt werden können:
•
•
•
•
•
•
Dreisträngiger Kurzschluss
Kurzunterbrechung
Abstandskurzschluss
Phasenopposition
Doppelerdschluss
Ausschaltung kapazitiver oder induktiver Ströme
Schuster
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10.2 Kurzbeschreibung der Schaltaufgaben:
10.2.1 Dreisträngiger Kurzschluss
Der dreisträngige Kurzschluss ist jener Fehler, bei dem die größten Kurzschlussströme
auftreten. Daher muss jeder Leistungsschalter für diesen Fall ausgelegt sein.
Schaltvorgang:
Beim zunächst symmetrischen Fehler unterbricht einer der drei Schaltpole zuerst den
Stromkreis durch Löschung des Lichtbogens, obwohl alle drei Schaltpole mechanisch
gleichzeitig öffnen. Aus dem dreisträngigen wird ein zweisträngiger Kurzschluss, welcher im
Regelfall binnen einer nächsten Viertelperiode durch Löschung des Lichtbogens an den
beiden restlichen Schaltpolen beseitigt wird. Dieser Schaltvorgang wird im folgenden Bild
erläutert.
Abb. 1.38 Ersatzschaltung – Ausschaltvorgang
Spannungs- und Stromverlauf in den drei Strängen L1, L2 und L3
Zeigerdiagramm der Spannungen
Xk Kurzschlußreaktanz, Cb Betriebskapazität, S Leistungsschalter, K Kurzschlussstelle, K`Kurzschlusspunkt beim zweisträngigen
Kurzschluss, Ust symmetrische Sternpunktspannung, uw wiederkehrende Spannung
1 Schalterpol L1 löscht
2 Schalterpol L2 und L3 löschen
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10.2.2 Kurzunterbrechung
Kurzunterbrechung wird in vielen Netzen angewendet.
Dabei wird beim ersten Auftreten eines Fehlers die Leitung für eine kurze Zeit vom Netz
genommen und nach einer einstellbaren Zeit wieder automatisch zugeschaltet.
Sollte der Fehler in der Zwischenzeit behoben sein, bleibt die Leitung in Betrieb, besteht der
Fehler weiter, wird die Leitung endgültig abgeschaltet.
So werden etwa Isolatorüberschläge oder kurzzeitige Kurzschlüsse (etwa durch
zusammenschlagende Leiterseile in Folge eines Baumbruches oder Eisabwurfes) durch diese
Maßnahme nicht zu langzeitigen Ausfällen.
Damit Leistungsschalter für Kurzunterbrechungen tauglich sind, erhalten sie einen Antrieb,
der die Schaltfolge AUS-EIN-AUS durchführen kann.
10.2.3 Abstandskurzschluss
Tritt in einer Entfernung von einem bis zu einigen Kilometern von der speisenden Station des
Leistungsschalters ein Kurzschluss auf, so nennt man diesen einen Abstandskurzschluss.
In einem solchen Fall wird der Leistungsschalter, vor allem der erstlöschende Schaltpol, von
der wiederkehrenden Spannung (Einschwingspannung) durch deren großen Anfangssteilheit
sehr stark belastet – die Schaltstrecke wird in diesem Fall stärker von der Spannung, als vom
Strom beansprucht und muss dementsprechend ausgeführt sein.
10.2.4 Phasenopposition
Diese Schaltaufgabe tritt zwischen zwei um 180° Grad spannungsverschobenen Netzen auf.
Dies kann etwa beim Synchronisieren von Generatoren passieren. An der Schaltstrecke tritt in
einem solchen Fall die doppelte Sternspannung auf.
10.2.5 Doppelerdschluss
Bei einem Doppelerdschluss wird, wenn die Erdübergangswiderstände nicht zu groß sind,
zunächst ein Schalterpol von einem Strom der Größenordnung des zweisträngigen
Kurzschlussstromes durchflossen. Nach Löschung des Lichtbogens im anderen
erdschlussbehafteten Schalterpol wird bei Vernachlässigung der Spannung im Erdreich der
Schalterpol mit der Leiterspannung belastet.
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10.2.6 Ausschaltung kapazitiver und induktiver Ströme
An leerlaufenden Leitungen können aufgrund der Betriebskapazitäten kleine kapazitive
Ströme fließen, dahingegen führen unbelastete Transformatoren und deren Zuleitungen zum
Fließen von induktiven Strömen.
Beim Ausschalten solcher Abzweige kann es daher zu hohen Spannungsbeanspruchungen an
den Schalterpolen kommen.
Abb. 1.39: Ausschalten kap. und induktiver Ströme
a.) Ersatzschaltung
b.) Stromverlauf
c.) Verlauf von Netzspannung un, Lichtbogenspannung Uli und wiederkehrender Spannung uw
d.) Verlauf der Lichtbogenleistung PLit
1 Schaltstücktrennung
2 Lichtbogenlöschung
W Schaltarbeit
10.2.7 Schaltvorgang bei Wechsel- und Drehstrom
Unterbricht man einen Stromkreis, so entsteht ein Lichtbogen. Die Löschung des Lichtbogens
und das Verhindern des Wiederzündens ist eine grundlegende Aufgabe für jeden Schalter.
10.2.8 Entstehung des Lichtbogens
Trennt man zwei Kontaktflächen von einander, nehmen die leitenden Verbindungen immer
weiter ab. Kurz vor dem Abheben nimmt die Stromdichte in den noch leitenden
Verbindungen sehr stark zu, so dass sich an diesen Stellen Schmelzbrücken bilden, welche
den Beginn des Lichtbogens darstellen.
Der Stromkreis bleibt so lange geschlossen, wie der Lichtbogen brennt. Um den
Lichtbogenstrom zu treiben, benötigt es einer Lichtbogenspannung. Je weiter der Lichtbogen
gespannt wird, desto höher wird die dafür benötigte Lichtbogenspannung.
Reicht die Spannung nicht mehr aus, erlischt der Lichtbogen und der Schaltvorgang ist
beendet.
Schuster
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Abb. 1.40: Schema einer Schaltstrecke
kurz vor, b.) kurz nach der Trennung
1 Schaltstücke, 2 Gebiet der Stromenge, 3 Strömungsfeld, 4 Lichtbogen mit Lichtbogenspannung uLi
10.2.9 Wiederkehrende Spannung
Da sich in jedem Abzweig induktive und kapazitive Komponenten finden, entstehen bei allen
Schaltungen im Netz so genannte Einschwingungsvorgänge.
Diese Einschwingungsvorgänge kann man als freie, gedämpfte Schwingung betrachten. Dabei
wird die von der Lichtbogenspannung geladene Netzkapazität auf die Netzspannung
umgeladen, die stets vorhandene Induktivität und der Dämpfungswiderstand wirken dem
entgegen und dämpfen den Einschwingungsvorgang.
Abb. 1.41: Wiederkehrende Spannung
un Netzspannung, uw wiederkehrende Spannung, ik Kurzschlussstrom, Te Einschwingperiodendauer, F1 und F2 Linien der wiederkehrenden
Festigkeit
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11 Schutz und Erdschlusskompensation
Bei Betrachtung des Netz-Übersichtsplanes der Steweag-Steg für den Bereich der NVG, kann
man folgende Möglichkeiten für die Ausführung von Abzweigen erkennen:
•
•
•
•
•
•
Trennstelle
LS-Abzweig ohne Schutz
LS-Abzweig mit primären UMZ-Schutz
LS-Abzweig mit sekundären UMZ-Schutz
LS-Abzweig mit Distanzschutz
LS-Abzweig mit Distanzschutz und AWE
11.1 Trennstellen
Trennstellen ohne Schutz werden im Mittelspannungs-Netz durch den Einbau von
Lasttrennschaltern realisiert. Im Freileitungsnetz findet man für diesen Zweck
Masttrennschalter.
Abb. 1.42: 20 kV-Masttrenner, AST Wildon
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11.2 UMZ-Schutz
Primärer UMZ-Schutz bedeutet, dass die Messgeräte, welche die Schutzanregung auslösen,
nicht über Wandler an die zu schützende Leitung angeschlossen sind, sondern, dass diese
durch den tatsächlichen Strom / die tatsächliche Spannung angeregt werden.
Beim sekundären UMZ-Schutz hingegen werden die tatsächlichen Größen über Strom- und
Spannungswandler auf niedrigere Werte übersetzt und dann den Messgeräten zugeführt.
Abb. 1.43: Überstromschutz (Funktionsschaltbild)
a) Überstromzeitschutz
b) Überstromrichtungsschutz
1 Überstrommessgerät, 2 Zeitschalter, 3 Richtungsmessgerät, 4 Stromwandler, 5 Spannungswandler, 6 Leistungsschalter
Der UMZ-Schutz lässt sich bei ein- und zweiseitig gespeisten Leitungen einsetzen. Im NormSchaltzustand findet man im Netz zum größten Teil nur einseitig gespeiste Leitungen, daher
ist diese Schutzart häufig zu finden. Vor allem in größeren Transformatorstationen und in
Schaltstellen wir der UMZ-Schutz angewendet.
Bei dieser Schutzart kann man am Gerät einstellen, bei welchem Kurzschlussstrom und in
welcher Zeit das Auslösesignal an den Leistungsschalter gegeben wird.
Bei der einseitig gespeisten Leitung stellt man nun die Auslösezeiten dermaßen ein, dass sie
von der Speisestelle der Leitung über ihre Abzweige hin bis zum Ende stufig verringert
werden. Diese Zeitstufen können etwa in 0.5 Sekunden-Schritten erfolgen, es können aber
auch kürzere Zeitdifferenzen programmiert werden. Durch diese Abminderung ergibt sich die
sogenannte Staffelzeit.
Tritt nun an der Leitung eine Störung auf, so wird der nächstgelegene Schalter mit seiner
Auslösezeit angeregt. Fällt dieser aufgrund einer Störung aus, so übernimmt sofort der
nächste Leistungsschalter mit seiner Auslösezeit die Trennung vom Netz.
Abb. 1.44: Staffelplan mit Überstrom- und Überstromrichtungsschutz
a) einseitig gespeiste,
b) zweiseitig gespeiste Energieübertragung,
c) einseitig gespeiste Parallelleitung
1 bis 12: Schaltorte mit Überstromzeitschutz () oder Überstromrichtungsschutz (◄)
tSt Staffelzeit
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Nachteil dieser Art des Schutzes ist, dass je näher der Fehler an der Speisestelle liegt, desto
länger die Auslösezeit wird. Das bedeutet, dass der Kurzschlussstrom höher (bis zur vollen
Höhe) ansteigt und vor allem die mechanische Wirkung des Stromes über längere Zeit auf die
Komponenten der Anlage einwirkt. Diese Auswirkungen, bzw. die Kraft, steigen jedoch nicht
linear mit der Stromzunahme, sondern mit dem Quadrat des Stromes (I² x t).
Ein weiterer Nachteil der einseitig gespeisten Leitung ist es, dass nach einem Fehlerfall auch
alle hinter der Fehlerstelle liegenden Anlagenteile spannungslos sind.
Muss eine hohe Versorgungssicherheit gewährleistet werden, wird man die Versorgung über
eine zweiseitig gespeiste Leitung gestallten.
In so einem Fall werden den Schutzgeräten so genannte Richtungsglieder zugeschaltet. Diese
Geräte können erkennen, aus welcher Richtung der Kurzschlussstrom fließt. Des weiteren
stellt man an den Schutzgeräten eine zweite Staffelzeit ein, welche beginnend mit der zweiten
Einspeisestelle bis zum Ende der Leitung, der ersten Einspeisestelle, hin abnimmt.
Im Fehlerfall sprechen nun jene Schutzgeräte an, welche der Fehlerstelle am nächsten liegen
und welche vom Kurzschlussstrom in der richtigen Richtung (Lastflussrichtung) durchflossen
werden.
Hat dieses Schutzgerät ausgelöst, so trennt der nächste Leistungsschalter die Fehlerstelle vom
Netz.
Auf diese Art und Weise ist es möglich, eine selektive Abschaltung der Fehlerstelle zu
erreichen und das nicht fehlerhafte Netz in Betrieb zu halten.
11.3 Distanzschutz
Sollen die Auslösezeiten kürzer sein, so ist neben der Überstrom- und Richtungserfassung
noch eine Erfassung der Fehlerentfernung (Distanz) zu installieren.
Damit kann man für ein Distanzschutzgerät mehrstufige Auslösekennlinien realisieren.
Abb. 1.45: Distanzschutz (Funktionsschaltung)
1 Überstromanregung, 2 Richtungsglied, 3 impedanzabhängiges Zeitglied, 4 Unterimpedanzanzregung, 5 Stromwandler,
6 Spannungswandler, 7 Schaltschloss
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Abb. 1.46: Distanzschutz einer Energieübertragung
a) Übersichtsschaltplan
b) Zeitstaffelplan
I und II: Einspeisungen, A bis D Sammelschienen, 1,2,3 usw. Distanzschutzgeräte, Wirkungsrichtung des Richtungsglieds Zi1 erste, Zi2
zweite, Zi3 dritte Kippimpedanz, ti1 Schnellzeit, ti2 bis ti4 Stufenzeiten, te richtungs- und impedanzunabhängige Endzeit
11.4 Distanzschutz mit AWE
Die Automatische Wiedereinschaltung (AWE) kommt besonders bei Leitungsabzweigen mit
Freileitungen zu Verwendung.
Im Fehlerfall wird nach dem Auslösen des Leistungsschalters nach einer eingestellten Zeit
wieder eingeschaltet. Bei kurzzeitigen Fehlern, wie etwa einem „Wischer“ (ein vom Wind
bewegter Ast berührt die Leitungsseile und es kommt zu einem Erd- oder Kurzschluss) oder
durch einen Überschlag an den Isolatoren, kann in dieser Zwischenzeit der Lichtbogen
erlöschen und nach der Wiedereinschaltung die Leitung in Betrieb bleiben.
Sollte der Fehler jedoch auch nach dem Wiedereinschalten bestehen, so wird dann endgültig
abgeschaltet.
Für die Erstellung des Schaltprogramms muss man sich bezüglich der Einstellungen der
Schutzgeräte keine Gedanken machen. Diese sind so parametriert, damit in jedem möglichen
Schaltzustand ein Schutz gewährleistet ist.
Schuster
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12 Erdschlusskompensation
Im Netz der Steweag-Steg GmbH kommt ein „gelöschtes“ Netz zum Einsatz.
Hierfür sind in den Umspannwerken und teilweise in den Schaltstellen Löschspulen
installiert.
Jede Spule kann aufgrund ihrer Baugröße einen bestimmten Erdschlussstrom kompensieren
und damit einen bestimmten Netzbereich abdecken.
Um immer wieder den richtigen Impedanzwert zu erreichen, kann man die Spulen regeln.
Dies erfolgt entweder automatisch (vor allem in den Umspannwerken) oder aber auch
manuell.
12.1 Erdschluss
Ein Erdschluss ist eine leitende Verbindung zwischen einem Außenleiter und Erde. Die
Hauptursachen für Erdschlüsse sind bei Freileitungen Leitungsrisse, Isolatorschäden sowie
Windbruch und bei Kabelstrecken fehlerhafte Muffen oder Beschädigungen durch
Grabarbeiten.
Wird der Erdschluss durch einen Lichtbogen hervorgerufen, so wird dieser periodisch
gezündet und gelöscht. Dies ist vor allem bei Erdschlüssen in Freileitungsnetzen der Fall.
Die Auswirkungen des Erdschlussstromes sind einerseits die thermischen Zerstörungen an
den Betriebsmitteln (vor allem bei langen Erdschlusslichtbögen) und anderseits die Gefahr
einer zu hohen Schrittspannung im Bereich der Erdschlussstelle.
In der folgenden Grafik wird ein Erdschluss des Leiters L3 gezeigt.
Durch die Verbindung des Leiters L3 mit Erde nimmt dieser Erdpotenzial an (UE3=0) und die
Erdkapazität von L3 ist kurzgeschlossen.
Stellt man nun die Maschengleichungen auf, so kommt man auf die Spannungen für UE1 und
UE2:
U E1 = U Y 1 − U y 3
U E 2 = U Y 2 − U y3
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Uy1
IE1
Uy2
CL
IE2
CL
Uy3
CL
IE3
IE1
IE2
UE1
IE3
IE=IE1+IE2
UE3
UE2
UNE
CE1
CE2
CE3
Abb. 1.47: Erdschluss, ohne Löschung
Man erkennt, dass die Leiter L1 und L2 die verkettete Spannung UE1/UE2 gegenüber Erde
annehmen.
Diese um den Faktor Wurzel aus 3 erhöhten Spannungen bedeuten eine erhöhte
Beanspruchung der Isolationen. Die Spannung UNE ist im Gegensatz zum störungsfreien
Betrieb auch nicht mehr Null, sondern betragsmäßig gleich der Phasenspannung.
Der kapazitive Erdschlussstrom errechnet sich nach folgender Formel:
I E = 3 * ω * CE *U y
Bei mehreren Leitungen in einem Netz, liegen alle Kapazitäten je Strang parallel zueinander.
Um in diesen Fall den Erdschlussstrom errechnen zu können, muss man die Erdkapazitäten
eines Stranges jeder Leitung addieren.
Bei Stichleitungen ist der Erdschlussstrom unabhängig von der Fehlerstelle immer gleich
groß.
Die Aufgabe einer Erdschlusslöschung ist es nun, den Erdschlussstrom IE an der Fehlerstelle
nahezu auf Null zu bringen.
Bei einem Transformator mit zugänglichen Sternpunkt wird hierfür eine Induktivität zwischen
Sternpunkt und Erde geschaltet. Dadurch entsteht ein geschlossener Stromkreis mit der
Strangspannung UY3 als treibende Spannung und dem induktiven Strom ID, welche dem
kapazitiven Erdschlussstrom IE entgegenwirkt.
Schuster
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Uy1
IE1
Uy2
CL
IE2
Uy3
CL
CL
ID
IE3
IE1
IE2
IE3
IE=IE1+IE2
ID+IE = 0
ID
UE3
UE2
CE1
CE2
CE3
ID
Abb. 1.48: Erdschluss, mit Löschung
In der Realität bleibt trotz Löschung ein geringer Wirkreststrom bestehen, dies ist darin
begründet, da ID und IE eine unterschiedliche Phasenlage besitzen (aufgrund der ohmschen
Widerstandsanteile).
Dieser Wirkreststrom beträgt etwa 5 – 10 % des Erdschlussstromes. Bei Werte größer als
etwa 10 Ampere wird dadurch möglicherweise die Löschung des Erdschlusslichtbogens
erschwert.
Die Auslegung der Löschspule (auch Petersenspule genannt) erfolgt nach folgender Formel:
S D = 3 * ϖ * C E * U y2
Bei einem Transformator, der keinen zugänglichen Sternpunkt besitzt, oder der nicht
zusätzlich durch den Erdschlussstrom belastet werden kann, wird ein so genannter
„Bauchtransformator“ (ein zusätzlicher Drehstromtransformator) zum Zwecke der
Erdschlusslöschung installiert. Nachteilig ist die größere Bauleistung im Vergleich zu einer
Petersenspule (ca. 2,5 Mal so groß).
Da die Dimensionierung einer Löschspule vor allem von den Erdkapazitäten CE abhängig ist,
erkennt man, dass Löschspulen nur für einen bestimmten Netzbereich ausgelegt werden
können.
Um diesen Netzbereich flexibler gestallten zu können, verwendet man verstellbare
Löschspulen. Diese können entweder automatisch oder auch manuell verstellt werden.
Dadurch wird es möglich, Netzteile zu- und wegzuschalten.
Bei der Erstellung des Schaltprogramms ist vor allem darauf zu achten, dass nicht
Netzbereiche ohne Löschung entstehen. Ebenso sind die Messwerte und Meldungen der
einzelnen Löschspulen im Zuge der Schalthandlungen im Auge zu behalten, damit man auf
etwaige Fehleinstellungen reagieren kann. Etwa indem man in einem Netzbereich die
Petersenspule manuell reguliert, damit wieder optimale Verhältnisse für die
Erdschlusslöschung vorliegen.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
13 Arbeiten im spannungsfreien Zustand
Ein Arbeiten im spannungsfreien Zustand erfordert eine genaue Definition des
Arbeitsbereiches.
Ist der Bereich festgelegt, wird dieser anhand der fünf wesentlichen Anforderungen der ÖVE
EN 50110-1, Pkt.6.2 (5 Sicherheitsregeln) in einen spannungslosen Zustand überführt.
Diese fünf Anforderungen wären:
1.
2.
3.
4.
5.
Freischalten
Gegen Wiedereinschalten sichern
Spannungsfreiheit feststellen
Erden und Kurzschließen
Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken
Ein Abweichen von dieser Reihenfolge ist nur bei wichtigen Gründen gestattet, etwa wenn die
Schaltung mittels Fernsteuerung erfolgt. Hier wäre zum Beispiel das Sichern gegen
Wiedereinschalten erst nach dem durch die Fernsteuerung erfolgten Erden und Kurzschließen
möglich. In so einem Fall ist aber auf jeden Fall auf eine sichere Befehlsübertragung und
Rückmeldung zu achten.
13.1 Freischalten
Freischalten bedeutet, dass der Anlagenteil, an dem gearbeitet wird, von allen Einspeisungen
freigeschaltet werden muss.
Besonderes Augenmerk ist hierbei auch auf die im Verteilnetz befindlichen möglichen
Einspeiser zu nehmen. Einspeiser können etwa Photovoltaikanlagen, Kleinwasserkrafterke
und Notstromversorgungsanlagen sein.
Diese müssen über eine Netzfreischalteinrichtung verfügen, die bei Unterbrechung der
Netzspannung die Erzeugeranlage vom Netz nimmt und erst wieder bei wiederkehrender
Spannung ein Zuschalten ermöglicht.
Die Freischaltung ist durch Trennstrecken in Luft oder gleichwertiger Isolation herzustellen,
wobei auf die Gefahr von möglichen Überschlägen geachtet werden muss. Dies ist besonders
in Freiluftanlagen und in Anlagen mit starker Verschmutzung zu beachten.
Stehen Anlagenteile nach dem Freischalten aufgrund von Kapazitäten (Kondensatoren,
Kabelstrecken) noch unter Spannung, so müssen diese mittels geeigneter Vorrichtungen
entladen werden.
Wird ein Anlagenteil durch eine automatisch betätigte Schalteinrichtung, wie etwa durch
einen Dämmerungsschalter oder durch einen Rundsteuerempfänger, abgeschaltet, so gilt
dieser nicht als freigeschaltet.
Sicherungstrennschalter bei Spannungen über 1000 Volt müssen ausgeschaltet werden, das
herausnehmen der Sicherungen allein genügt nicht.
Auf jeden Fall ist das Fehlen der Spannung alleine keine Bestätigung einer vollzogenen
Freischaltung.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
13.2 Gegen Wiedereinschaltung sichern
Wird eine Arbeitsstelle Freigeschalten, so müssen alle Schaltgeräte gegen eine
Wiedereinschaltung gesichert werden. Dies soll vorzugsweise durch Sperren des
Betätigungsmechanismus geschehen.
Ist dies nicht möglich, müssen gleichwertige Maßnahmen gesetzt werden.
Wird für Schaltgeräte eine Hilfsenergie zur Betätigung benötigt, so ist diese außer Kraft zu
setzen und unwirksam zu machen (zum Beispiel Druckluft oder Federspeicher).
Ein unbefugtes Schalten ist durch Verbotschilder zu unterbinden, diese sind auch bei
Schaltungen durch eine Fernsteuerung an den Schaltgeräten vor Ort anzubringen.
Sind Schalter allgemein zugänglich, etwa Masttrennschalter, so sind diese auf jeden Fall
mechanisch zu Sperren.
13.3 Spannungsfreiheit feststellen
Der Ort der Prüfung auf Spannungsfreiheit soll so nahe wie möglich an der Arbeitsstelle
liegen. Die Feststellung der Spannungsfreiheit muss allpolig erfolgen. Werden
ortsveränderliche Messgeräte verwendet, so sind diese zuvor einer Funktionsüberprüfung zu
unterziehen.
Besonders bei Hoch- und Mittelspannungsleitungen ist auf eine kapazitive Aufladung der
Leitung zu achten. Die Spannungen können bis zu einigen Kilovolt betragen,
Spannungsprüfer können aber teilweise bereits Spannungsfreiheit anzeigen. Erst durch das
Erden und Kurzschließen wird in solchen Fällen die tatsächliche Spannungsfreiheit
hergestellt. Aus diesem Grund sind Erd- und Kurzschlussvorrichtungen im Hoch- und
Mittelspannungsnetz auch mit isolierten Werkzeug (Schaltstangen, Schlüssel) anzubringen.
13.4 Erden und Kurzschließen
Erd- und Kurzschlussvorrichtungen sind so nahe wie möglich an der Arbeitsstelle
anzubringen und sollten, wenn es möglich ist, von dieser einsehbar sein.
Wichtig ist, dass die Erd- und Kurzschlusseinrichtung für die jeweiligen
Kurzschlussbeanspruchungen am Einsatzort ausgelegt sind.
Je nach Kurzschlussstrom kommt es zur Auswahl eines bestimmten Querschnittes für den
Leiter der Kurzschlusseinrichtung:
Tabelle 1.14: Kurzschlusseinrichtung – Querschnitte des Kupferseiles
Querschnitt
des
Kupferseiles
mm²
16
25
Schuster
Kurzschlussstrom in A während der Dauer
bis maximal
10 s
1.000
1.500
5s
1.400
2.200
2s
2.200
3.500
1s
3.200
5.000
0,5 s
4.400
6.800
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Freischaltung des UW Pirka
35
50
70
95
120
150
2.200
3.100
4.300
5.800
7.500
9.200
3.100
4.300
6.000
8.300
10.500
13.000
4.800
7.000
9.500
13.000
16.500
21.000
7.000
10.000
14.000
18.500
23.500
29.500
9.500
14.000
19.500
26.500
33.500
42.000
Anhand des gewählten Seilquerschnittes für die Kurzschlussvorrichtung sind folgende
Querschnitte für die Erdungsvorrichtung zu verwenden:
Tabelle 1.13: Erdungsseile – Querschnitte
Querschnitt des
Kurzschließseiles
in mm²
16
25
35
50
70
95
> 120
Mindestquerschnitt des
Erdungsseiles
in mm²
16
16
25
25
35
35
50
Bei Hochspannungsanlagen gilt, dass alle nichtisolierten Freileitungen und blanke Leiter,
welche in den Arbeitsstellenbereich führen, allseitig und allpolig zu erden und
kurzzuschließen sind. Dabei muss mindestens eine Erdungs- und Kurzschlussvorrichtung vom
Arbeitsplatz einsehbar sein.
Ausnahmen sind nur zulässig, wenn während der Arbeit kein Leiter unterbrochen wird (dann
reicht eine Erdungs- und Kurzschlussvorrichtung direkt an der Arbeitsstelle aus) oder wenn
ein Anbringen einer einsehbaren Erdungs- und Kurzschließvorrichtung nicht möglich ist
(dann muss eine zusätzliche Vorrichtung im Bereich der Arbeitsstelle angebracht werden
bzw. muss eine eindeutige Kennzeichnung oder Anzeigevorrichtung bezüglich der Erdungsund Kurzschließeverhältnisse angebracht sein).
Bei Transformatoren kann oft die Ober- oder Unterspannungsseite nicht unmittelbar geerdet
und kurzgeschlossen werden, hier muss dies dann in der nächstgelegenen Schaltstelle
erfolgen.
13.5 Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder
abschranken
Die Abdeckung von Teilen kann mittels Isoliermatten oder Isolierplatten erfolgen. Für
Trenner und Lastrennschalter in offener Bauweise werden Einschubplatten aus Isoliermaterial
verwendet.
Als Abschrankung dienen etwa Balken mit Signalfarben – diese werden etwa zur Abgrenzung
von unter Spannung stehenden Zellen verwendet.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
13.6 Freigabe zur Arbeit
Sind all diese zuvor genannten Punkte erfüllt, so kann die Freigabe zur Arbeit erfolgen.
Diese sollte am besten in schriftlicher Form erfolgen, damit keine Missverständnisse auftreten
können.
14 Schaltprogramm
Ein Schaltprogramm enthält die zeitlich geplante Abfolge mit Richtzeiten der
durchzuführenden Schalthandlungen für die Frei- bzw. Umschaltung eines bestimmten
Anlagenbereiches.
In der Steweag-Steg GmbH werden Schaltprogramme grundsätzlich für das Verteilnetz
erstellt, im Übertragungsnetz sind Schaltprogramme nicht nötig.
Bei Bedarf werden auch die Schalthandlungen im 110-kV-Bereich einbezogen, bzw.
berücksichtigt.
Die Erstellung von Schaltprogrammen wird durch die internen Steweag-Steg Anweisungen
10/2003 „Schaltprogramme“, sowie durch die Anweisung 09/2003 „Normierung der
Schaltsprache“ geregelt.
Grundlage für diese Arbeitsanweisungen liefert die Norm ÖVE EN 50110-1. Im Abschnitt 5
werden „Übliche Betriebsvorgänge“ erläutert, unter denen auch die Schalthandlungen fallen.
Eine Schalthandlung dient dazu, den Schaltzustand von elektrischen Anlagen zu ändern.
Dabei kann man zwei Arten von Schalthandlungen unterscheiden:
•
•
Betriebsmäßiges Ein- und Ausschalten von Anlagen, Starten und Stillsetzen von
Betriebsmitteln mit Einrichtungen, deren bestimmungsgemäßer Gebrauch gefahren los
ist.
Ausschalten oder Wiedereinschalten von Anlagen im Zusammenhang mit der
Durchführung von Arbeiten.
Schalthandlungen dürfen vor Ort, aber auch durch Fernsteuerung durchgeführt werden.
Die Durchführung von Schalthandlungen obliegt grundsätzlich Elektrofachkräften bzw.
elektrotechnisch unterwiesenen Personen. Dies gilt auch für Schalthandlungen bei Notfällen
im Bereich der öffentlichen Energieversorgung.
Sollte das Abschalten von elektrischen Anlagen zur Sicherstellung des Lebens und zur
Verhinderung von Brand- und Explosionsgefahr nötig sein, so sind auch Laien befugt,
Schalthandlungen durchzuführen.
Die Feststellung, ob die Anlage spannungsfrei ist, darf nur von einer Elektrotechnischen
Fachkraft oder elektrotechnisch unterwiesenen Person gestellt werden.
Besonders zu Beachten ist, dass bei Schalthandlungen in Anlagen, deren Aufbau keinen
Schutz für Personen gegen die gefährlichen Auswirkungen von Störlichtbögen gewähren, nur
die mit der Schalthandlung betraute Person zugegen ist.
Diese Personen müssen entsprechende persönliche Schutzausrüstungen verwenden, als
Mindestanforderung kann man eine Arbeitsschutzbekleidung und einen Schutzhelm mit
Gesichtsschutz nennen.
Schuster
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Freischaltung des UW Pirka
Bevor man schaltet, ist es notwendig, dass man sich über eventuelle Fluchtwege informiert,
dies trifft insbesondere auf Einbaustationen oder derartige Anlagen zu.
Unter Punkt 6 der ÖVE EN 50110-01 werden die rechtlichen Belangen der Arbeitsmethoden
erörtert.
So muss laut Norm jede vorgesehene Arbeit geplant werden, dies muss aber nicht in jedem
Fall schriftlich erfolgen. Die Planung und die Erstellung von Schaltprogrammen sind jedoch
zwingend auf schriftlicher Basis durchzuführen.
Laut Norm ist diese Planung vom Arbeitsverantwortlichen dem Anlagenverantwortlichen
vorzulegen, der die Arbeitsplanung prüft und gegebenenfalls die Erlaubnis für die
Durchführung der Arbeiten erteilt.
Bei den Arbeitsmethoden kann man folgende drei Arten unterscheiden:
1. Arbeiten im spannungsfreien Zustand
2. Arbeiten unter Spannung
3. Arbeiten in der Nähe unter Spannung stehender Teile
Diese Methoden setzen wirksame Sicherheitsmaßnahmen gegen elektrischen Schlag, bzw.
gegen die Auswirkungen von Kurzschluss und Störlichtbogen voraus.
Die Arbeitsanweisung 10/2003 der Stewewag-Steg gilt für das gesamte Mittelspannungsnetz,
abgehend von den unterspannungsseitigen Klemmen am den 110-kV/MS-Umspannern
einschließlich der der nachfolgenden Mittelspannungs- Schalt- und Verteilanlagen bzw. bis zu
den definierten Betriebsführungsgrenzen bei den Kundenanlagen.
Wenn Arbeiten im Anlagenbereich der Trafostationen durchgeführt werden und
niederspannungsseitige Schalthandlungen notwendig sind, muss die Trennstelle zum
Niederspannungsnetz ins Schaltprogramm aufgenommen werden. Dadurch wird die Gefahr
einer Einspeisung von Seiten des Niederspannungsnetzes vermieden.
Bei der Erstellung des Schaltprogramms dürfen nur Begriffe verwendet werden, welche in
den ÖVE-Vorschriften, insbesondere in der ÖVE-EN 50110-1, für verbindlich erklärt worden
sind bzw. solche Begriffe, welche innerhalb der Steweag-Steg durch Arbeitsanweisungen
genau definiert wurden.
Dies ist deswegen wichtig, da es bei einer unklaren Bezeichnung oder bei regional
unterschiedlichen Bezeichnungen zu Kommunikationsproblemen kommen könnte, welche
schlimmstenfalls zu Fehlschaltungen führen könnten.
Als Entscheidungskriterium wann ein Schaltprogramm nötig ist, dient der Umstand, dass eine
Schalthandlung mehr als einen Schaltpunkt betrifft oder wenn mehr als eine Arbeitspartie
zum Einsatz kommt. Ein Schaltpunkt bezeichnet einen Abzweig mit den dazu gehörigen
Schaltmittel.
In der Steweag-Steg erfolgt die Erstellung des Schaltprogramms in einer Datenbank (MSAccess)
Als Information werden hinterlegt:
•
Sollzeit
Schuster
Seite 74
Freischaltung des UW Pirka
•
•
•
•
•
•
•
Anlage
Abzweig
Schaltgerät
Schalthandlung
Name des ausführenden Schaltberechtigten
Kommunikationsmittel mit Rufnummer
Auszuführende Tätigkeit
Werden in der Steweag-Steg folgende Tätigkeiten ausgeführt, so kann man auf die
Ausarbeitung eines Schaltprogramms verzichten:
•
•
•
•
•
•
Schalthandlungen im Störungsfall
Einzelnen Sammelbefehle der SSG
Sammelschienenwechsel
Umspannerwechsel
Betriebsbedingtes Ein- und Ausschalten (Sommer- / Winterbetrieb)
Ausschalten von Einzelabzweigen
Weiters ist in der Arbeitsanweisung festgelegt, wer Schaltprogramme erstellen darf:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Betriebsleiter
Betriebsleiter-Stellvertreter
Außenstellenleiter
Außenstellenleiter-Stellvertreter
Teamleiter
Regionaler Betriebsdienst (RBD)
Verteilnetz Wartendienst (VWD)
Regionaler Wartendienst (RWD)
Sonstige, vom Betriebsleiter ernannte Personen
Diese Personen müssen schriftlich festgehalten sein und liegen im Verantwortungsbereich des
zuständigen Betriebsleiters.
Bei Erstellung eines Schaltprogramms sind diese Personen für den Inhalt verantwortlich und
scheinen namentlich als Ersteller auf.
Schaltbefehle können als Einzelbefehle oder als Sammelbefehle festegelegt werden.
Einzelbefehle werden für Schaltaufträge für ein Schaltgerät genutzt. Hierbei sind in der SSG
die Befehle „Einschalten“ und „Ausschalten“ in Verwendung.
Werden Einzelbefehle verwendet, so dürfen maximal vier zusammengehörige Schaltbefehle
mit einem Schaltauftrag vom RBD/ÜBD an den SB weitergeleitet werden. Des Weiteren
müssen sich in diesem Fall alle Schalthandlungen im selben Anlagenteil abspielen.
Eine Ausnahme stellen jedoch Sammelschienenwechsel in Umspannwerken und Schaltstellen
dar.
Sammelbefehle sind Schaltbefehle, die bei einer Schalthandlung mehrere Schaltschritte nach
sich ziehen, welche teilweise auch automatisiert sein können.
Schuster
Seite 75
Freischaltung des UW Pirka
Nach dem Ausarbeiten muss das Schaltprogramm einer Prüfung unterzogen werden, dazu
befugt
sind
die
Regionalen
Betriebsdienste
(RBD),
die
Betriebsleiter,
Schaltauftragsberechtigte sowie der Bereichsübergreifende RBD.
Auch diese Personen sind namentlich anzuführen und ständig evident zu halten, sollten sich
Änderungen im Personenkreis ergeben, so muss dies der Abteilung NVF (Netzbetrieb –
Betriebsführung) schriftlich bekannt gegeben werden.
Als Zeitrahmen für die Prüfung muss man bei der Arbeitsplanung zwei Werktage
berücksichtigen, hinzu kommen dann noch die nötigen Tage für eine Information der Kunden,
welche von der Schaltung betroffen sind. Bei einer Postverständigung sind das sieben, bei
einer Eigenverständigung zwei Werktage.
Die Prüfung beinhaltet die sicherheitstechnische Abwicklung (ÖVE-EN 50110-1 und
innerbetriebliche Anweisungen), die Ablaufplanung (Arbeitsorganisation und dergleichen),
die konzeptive Gestaltung, die Netzbetriebsführung (Netzsicherheit, Auswirkungen), die
Beurteilung der Notwendigkeit sowie die Berücksichtigung der Kundenerfordernisse.
Wichtig ist, dass der Prüfer keine Änderungen am Schaltprogramm durchführt, da er dadurch
selbst zum Ersteller werden würde.
Ist das Programm laut Prüfer in Ordnung wird es mit den Vermerken „Erstellt und Geprüft“
und mit den Originalunterschriften versehen an den involvierten Schaltberechtigten verteilt.
Nach dem Durchführen der Schalthandlungen muss das Original mit den Echtschaltzeiten
versehen werden und ist in den Betriebsleitungen abzulegen.
Die Schalthandlung selbst läuft dann nach den folgenden Ablaufschemen ab:
14.1.1 Schalthandlung im Verteilnetz
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Anmeldung der Schalthandlung beim RBD (Regionaler Betriebsdienst)
Feststellung der Schaltbereitschaft durch RBD
Erteilung des Schaltbefehls durch den RBD
Wörtliche Wiederholung des Schaltbefehls durch den SB (Schaltbeauftragten)
RBD bestätigt die wörtliche Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“
SB führt die Schalthandlungen durch
Rückmeldung der Durchführung der Schalthandlungen im vollen Umfang
(Zeitangabe, Stationsbezeichnung, Spannungsebene…) an den RBD
8. Wörtliche Wiederholung der Rückmeldung durch den RBD
9. Bestätigung der korrekten Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“ durch den SB
10. RBD bereit für die nächste Schalthandlung
14.1.2 Schalthandlung im Übertragungsnetz
1.
2.
3.
4.
Anmeldung der Schalthandlung beim ÜBD (Übertragungsnetz Betriebsdienst)
Feststellung der Schaltbereitschaft durch den ÜBD
Ausführung oder Weitergabe des Schaltbefehles durch den ÜBD
Bei Weitergabe: Wörtliche Wiederholung des Schaltbefehles durch den SB
Schuster
Seite 76
Freischaltung des UW Pirka
5. ÜBD bestätigt die wörtliche Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“
6. SB führt Schalthandlungen durch
7. Rückmeldung der Durchführung der Schalthandlungen im vollen Umfang an den
ÜBD
8. Wörtliche Wiederholung der Rückmeldung durch den ÜBD
9. Bestätigung der korrekten Wiederholung mit den Worten „in Ordnung“ durch den SB
10. ÜBD bereit für die nächste Schalthandlung
14.2 Erstellung des Schaltprogramm
Nach der Analyse der Netzverhältnisse im Großraum Graz, wird erkenntlich, dass eine nötige
Freischaltung des UW Pirka (PIR) durch die Umlegung der Lasten auf die Umspannwerke
Webling (WEB), Werndorf (NWD) sowie Graz/Süd II (GZS) erfolgen kann.
Hierbei ist jedoch auf die Leistungsreserven in den einzelnen Umspannwerken zu achten,
damit keine Überlastungen auftreten.
Die Abzweige, welche derzeit aus dem UW PIR versorgt werden, müssen einzeln auf diese
zuvor genannten Umspannwerke aufgeteilt werden.
Die Überlegungen zur Erstellung des Schaltprogramms und das Schaltprogramm selbst, sind
im Anhang ersichtlich.
15 Anhang zu Abschnitt 1
•
•
•
•
•
•
•
•
•
20-kv Netzübersichtsplan
110-kV Netzübersichtsplan
UW Pirka – Abzweigleistungen
110-kV Leitungsverbindungen
Leistungen im 110-kV Netz
Leitungsadmittanzen
Netzwerk für die Berechnung
Mathcad-Berechnungen
Schaltprogramm
Schuster
Seite 77
Errichtung einer Umspannstation
Errichtung einer Umspannstation 20/04 kV
Forjan
Seite 78
Errichtung einer Umspannstation
1 Baugenehmigung
Der Wohnbauträger „Neue Heimat“ beabsichtigt in der Gemeinde Pirka KG 63263 auf
Grundstück Nr. 56 einen Wohnbau mit ca. 30 Wohneinheiten und einen Gewerbebetrieb zu
errichten.
Da die erforderliche Leistung von ca. 400 KVA nicht aus dem Niederspannungsnetz zur
Verfügung gestellt werden kann, ist es unumgänglich am Areal des Wohnbauprojektes eine
Umspannstation zu errichten. Da die Umspannstation lt. Steiermärkischen Bauordnungsgesetz
Bauanzeigen pflichtig ist, wurde gemeinsam mit dem Bauträger vereinbart, dass die
Einreichung bzw. Bauanzeige gemeinsam mit dem Bauvorhaben der Neuen Heimat
durchgeführt wird. Betreffend des Standortes der Umspannstation war es ein Bestreben der
Steweag-Steg die Umspannstation so nah wie möglich am Verbrauerschwerpunkt zu situieren.
Nach gemeinsam geführten Gesprächen mit dem Bauträger wurde der Trafostandort auf der
südwestlichen Seite der Bauplatzgrenze in unmittelbarer Nähe der Packer Bundesstraße
vereinbart. Für die Anlieferung und das Versetzen der Kompaktkabelstation als auch für
spätere unter Umständen durchzuführende Umspannertransporte ist die Lage der neu zu
errichtenden Umspannstation für beide Seiten optimal gelöst worden.
Im Gegenzug verpflichteten wir uns, beim Land Steiermark, Fachabteilung 13A, Umweltrecht
und Energiewesen um die Elektrizitätsrechtliche Bau- und Betriebsbewilligung anzusuchen.
Die Erteilung der elektrizitätsrechtlichen Genehmigung ist bei der Behörde schriftlich zu
beantragen. Für den Antrag ist unsererseits ein Kommissionsakt in 4-facher Ausfertigung zu
erstellen.
1.1 Der Kommissionsakt beinhaltet folgende Punkte:
•
•
•
•
•
•
•
•
Einen Technischen Bericht mit Angaben über Zweck, Umfang, Betriebsweise und
technische Ausführung der geplanten Erzeugungsanlage, insbesondere über
Primärenergie, Energieumwandlung, Stromart, Frequenz und Spannung.
Datenblätter der verwendeten Schaltgeräte.
Datenblatt des verwendeten Umspanners.
Plan über die Leitungsführung mit Angaben der verwendeten Kabeltypen und
Querschnitte, inkl. Kabelgrabenquerschnitt und bei vorhandenen Straßenquerungen
einen Plan mit den verwendeten Rohren inkl. Rohrbelegung .
Schaltschema der Anlage.
Montageplan der Anlage.
Katasterplan in der die Trassenführung ersichtlich ist inkl. Grundstücksnummern.
Verzeichnis der von der Kabellegung betroffenen Grundstücke und deren
Grundeigentümer.
2 Planung und Projektierung von Umspannstationen
Die Basis für die Projektierung von Umspannstationen inkl. der elektrischen Einrichtungen,
wie die Mittelspannungsschaltanlage, Niederspannungsschaltanlage und deren einzelnen
Komponenten, ist immer von der projektierten Leistung abhängig. Laut der Aufstellung
Forjan
Seite 79
Errichtung einer Umspannstation
seitens des E-Planers wird vor Ort für das geplante Wohnbauvorhaben der Neuen Heimat,
unter der Berücksichtigung der Gleichzeitigkeit, eine elektrische Leistung von ca. 400 kW
ermittelt. Um die Versorgungssicherheit gewährleisten zu können bzw. für zukünftige
Projekte in unmittelbarer Umgebung genügend elektrische Energie zu Verfügung stellen zu
können, wird die Umspannstation mit einer Leistungsreserve von ca. 30% dimensioniert bzw.
ausgelegt.
Ein wichtiger Faktor bei der Projektierung der Umspannstation ist der ermittelte
Leistungsbedarf und die daraus folgenden Nennleistungen und die Nennströme der einzelnen
Betriebsmittel. Die Kurzschlussleistung an den Einspeisepunkten bzw. die Kurzschlussströme
sind zu berechnen, um die elektrischen Betriebsmittel auf dynamische und thermische
Einflüsse auslegen zu können.
Für die Projektierung der Umspannstation sind die einschlägigen Normen heranzuziehen.
ÖVE/ÖNORM E8383
Starkstromanlagen mit Nennwechselspannung
über 1 kV
ÖVE/ÖNORM E8001
Errichtung von elektrischen Anlagen mit NennSpannungen bis ~1000 V und ---1500 V
3 Fundament der Umspannstation 20/0,4 kV
3.1 Fundament
Die Größe des Fundamentes richtet sich nach der benötigten elektrischen Leistung und der
elektrischen Einrichtung. Nachdem bei unserem Projekt von einer Leistung von ca. 400 kW
ausgegangen werden kann, kommt ein Drehstromölumspanner mit einer Leistung von 630
kVA zum Einsatz. Die Mittelspannungsschaltanlage wird für die Aufnahme von zwei 20 kVKabel- und einer Trafo-Zelle ausgelegt werden und die Niederspannungsschaltanlage wird für
15 Stk. Niederspannungskabelabgänge dimensioniert werden. Das Fundament muss den
statischen Anforderungen einer Kompakt-Alustation inkl. Drehstromölumspanner
standhalten. Die Kompaktkabelstation weist ein Gewicht von ca. 7.0 to und der Umspanner
ein Gewicht von ca. 4,5 to auf. Durch das Gesamtgewicht von ca. 12,0 to wird das Fundament
der Kompaktkabelstation in Stahlbetonbauweise, Betongüte B225, errichtet werden. Nachdem
eine Kompaktkabelstation in Fertigbauweise geliefert wird, kommt ein Normfundament zum
Einsatz.
3.1.1 Ölauffangwanne und Kabelzwischenboden
Flüssigkeitsgefüllte Transformatoren sind mit einer Auffangwanne auszurüsten. Die
Ölauffangwanne ist so zu dimensionieren, dass der Ölinhalt des Transformators sich in der
Ölgrube entleeren kann. Die Ausführung der Ölgrube muss öldicht sein. Das kann entweder
mittels massiver Bauweise inkl. öldichten Anstrich oder durch eine entsprechende Ölwanne
(z. B Stahlbecken aus Nirosta) erfolgen.
Nachdem bei unserem Projekt eine Kompaktkabelstation mit einem Normfundament zum
Einsatz kommt, ist die Ölgrube sowie der Kabelzwischenboden ein Bestandteil der
Kompaktkabelstation.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
Ein wesentlicher Bestandteil bei der Planung des Fundamentes ist die Dimensionierung der
Erdungsanlage vor Ort. Hierzu ist die ÖVE/ÖNORM E8383 Starkstromanlagen mit
Nennwechselspannung über 1 kV heranzuziehen.
4 Erder und Erdungsanlagen
Erdungsanlagen bestehen aus dem Erder und der Erdungsleitung. Der Erder ist ein im
Erdreich eingebetteter und mit ihm in leitender Verbindung stehender metallischer Leiter mit
einer oder mehrerer Anschlussstellen. Über Erdungsleitungen werden zum Betriebsstromkreis
gehörende Netzteile wie z. B. Transformatorsternpunkte oder Erdschlusslöschspulen als auch
nicht zum Betriebsstromkreis gehörende Netzteile wie Schutzleiter, Betriebsmittel mit
Metallgehäuse und Kabelmäntel am Erder angeschlossen. Die Ausführung der Erder bzw. der
Erderanlage ist ein wesentlicher Faktor für die Schutzmaßnahme. Erdungsanlagen verhindern
gefährliche Berührungsspannungen zwischen geerdeten Anlagenteilen und dem Erdreich.
Werkstoffe und Mindestabmessungen von Erdern
•
•
•
•
•
Feuerverzinkter Stahl (Mindestzinkauflage 70µm).
Bewehrungseisen in Beton (Fundamenterder).
Nichtrostender Stahl, Niro V4A.
Kupfer (auch verzinkt oder verzinnt).
Kupfer mit Bleimantel (Manteldicke mind. 1mm).
Tabelle 2.01: Werkstoffe und Mindestabmessung für Erder
1
2
3
4
Werkstoff
Erderform
Mindestquerschnitt
[mm2]
Mindestdicke
bzw.
Durchmesser
[mm]
5
Band
Sonstige
Mindestabmessungen
bzw.
einzuhaltende
Bedingungen
90
3
Feuerverzinkung mit
einer
78
10
Mindestzinkauflage von
70 um
Mindestaußendurchmesser 25 mm bei Verbindungen der Stäbe
durch Außenmuffen,
Mindestwandstärke 2 mm, Feuerverzinkung wie oben oder
Kupferauflage, mind. 2,5 mm dick.
100
3
Feuerverzinkung wie
oben
Mindestquerschnitt der
50 für Stahlseile
Kupferauflage 30% des
Stahlquerschnitts
50
2
Seil
35
9
Rundkupfer
35
1
0
Rohr
Mindestaußendurchmesser 20 mm
Mindestwandstärke 2 mm
1
2
3
Band
Stahl
Rundstahl
4
Rohr
5
Profilstäbe
6
Stahl mit
Kupferauflage
7
8
Kupfer
Forjan
Rundstahl
Mindestdrahtdurchmesser
2 mm
7
Seite 81
Errichtung einer Umspannstation
4.1 Ausführung und Anordnung von Erdungsanlagen
Grundsätzlich kann man zwischen Horizontalerder und Vertikalerder unterscheiden.
4.1.1 Vertikalerder (Tiefenerder):
Tiefenerder werden senkrecht in größeren Tiefen eingebracht. Die Tiefenerderstäbe können
aus verzinktem Stahl mit verschiedenen Durchmessern bestehen. Die Stablänge beträgt meist
1,5m. Der Vorteil liegt darin, dass man relativ einfach und ohne großen Grabungsaufwand
nachträglich eine Erdungsanlage errichten kann.
4.1.2 Horizontalerder:
Horizontalerder werden in einer Tiefe von ca. 0,5 – 1,0m verlegt und mit bindiger,
verfestigter Erde umgeben. Die Verbindungen der Erder untereinander bzw. mit
Erdungsleitungen müssen geschweißt, geschraubt oder geklemmt werden und gegebenenfalls
gegen Korrosion geschützt sein. Verbindungen von Erder aus verschiedenen Materialien (z.B.
Stahl mit Kupfer) sind mit geeignetem Verbindungsmaterial (z.B. einer Zweimetallklemme)
durchzuführen, um einer elektrolytischen Zersetzung entgegenzuwirken.
Nachdem Grabungsarbeiten für die Errichtung des Fundamentes der Fertigteilstation als auch
für die Kabelkünetten durchzuführen sind, liegt es nahe, dass bei diesem Projekt eine
Horizontalerderanlage zum Einsatz kommt. Art und Umfang der Horizontalerderanlage als
auch die Material- und Stückliste sind aus dem Anhang ersichtlich.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
4.2 Plan des Fertigteilfundamentes inkl. Erderanlage
Abb. 2.01 Erdungsanlage
Forjan
Seite 83
Errichtung einer Umspannstation
4.3 Materialliste für die Erdung
Tabelle 2.02: Materialliste für Kupfererdung
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
5 Mittelspannungsschaltanlagen (20/30 kV – 400/230V)
Ortsnetzstationen
Ortsnetzstationen sind Schaltanlagen, in denen die Mittelspannung (10kV–30kV) in die
Verbraucherspannung (400V/230V) transformiert werden. Ortsnetzstationen werden
üblicherweise in der Nähe vom Verbraucherschwerpunkt gebaut. Sie bestehen im
Wesentlichen aus einem Niederspannungsschaltraum, aus einem Mittelspannungsschaltraum
und aus einer Umspannerkammer, in welcher der Netzumspanner 20 kV/0,4 kV untergebracht
ist.
5.1 Arten von Stationen
•
•
•
•
Maststation
Turmstation
Sonderstationen
Station mit Kabelanschluss
o Massivbauweise
o Einbaustationen
o Kompaktkabelstationen
5.1.1 Maststation
In der Mittelspannungsebene werden in ländlichen Bereichen zur regionalen Versorgung mit
elektrischer Energie sehr oft Maststationen eingesetzt. Charakteristisch bei solchen Anlagen
ist, dass die elektrischen Betriebsmittel wie die HH-Sicherung, der Umspanner und die
Niederspannungsverteilung am Mast angebracht sind.
5.1.2 Turmstation
Bei den Turmstationen kann die elektrische Betriebsstätte zweigeschossig oder eingeschossig
ausgeführt sein. Bei zweigeschossiger Ausführung befindet sich im Obergeschoss die
Mittelspannungsschaltanlage und im Untergeschoss sind die Niederspannungsschaltanlage
und der Umspanner untergebracht. Bei einer eingeschossigen Ausführung sind alle
elektrischen Betriebsmittel im Untergeschoss (ebenerdig) untergebracht. Die
Mittelspannungsanspeisung erfolgt wie bei den Maststationen über das Freileitungsnetz.
5.1.3 Sonderstationen
Sonderstationen weichen von ihrer Ausführung und Konstruktion von den anderen
Stationsarten ab.
•
•
Forjan
Fahrbare Netzstationen
Gruben- Trafostationen
z.B.
z.B.
800 kVA, 6-36 kV
Kohlebergwerk, 630 kVA, 12 kV
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Errichtung einer Umspannstation
•
•
Containerstationen
Unterflurstationen
5.1.4 Station mit Kabelanschluss
5.1.4.1 Massivbauweise
Bei dieser Art von Verteilstationen sind die Errichtungskosten um ein wesentliches höher als
bei einer Kompaktkabelstation. Der Vorteil einer Massivbauweise besteht darin, dass sie eine
bessere Kühlung und einen mechanischen Schutz der Anlagenteile aufweist.
5.1.4.2 Einbaustationen
Einbaustationen werden in dicht verbauten Gebieten meist als Kellerstationen ausgebildet.
Leitungszu- und abführung stellen eine große Herausforderung dar. Der Trafotransport kann
nur über geeignete Transportwege wie z.B. über Tiefgaragenabfahrten mit zusätzlichen
Sicherungen (Transporthaken) erfolgen oder über einen eigenen errichteten Transportschacht.
Be- und Entlüftungswege, die direkt ins Freie zu führen sind, sind mit einem erheblichen
zusätzlichen baulichen Aufwand verbunden.
6 Kompaktkabelstation in Aluminiumbauweise
6.1 Konstruktion
Das Stationsgehäuse besteht aus einem verschweißten und verschraubten Gerüst aus AlProfilen, welche mit Wand und Dachelementen aus Al- Blech verkleidet sind. Die Be- und
Entlüftung der Trafostation erfolgt über stochersichere und schlagregensichere Jalousien oder
durch Kiemen (Lamellen), die in der Transformatortür oder in den Wandelementen eingebaut
sind.
6.2 Typenbezeichnung
Definition der Typenbezeichnung:
1.) Buchstabe:
2.) Buchstabe:
3.) Buchstabe:
F
K
A
Freiluftaufstellung
Kabelanschluss
Aluminiumausführung
Die Stationen stehen in drei Bauhöhen zur Verfügung, die in der Typenbezeichnung durch
den Zusatz I (H=280mm), II (H=2780mm) oder III (H=2450mm) gekennzeichnet sind. Die
Bauhöhen I und III werden hauptsächlich für 20 und 30 kV Stationen eingesetzt. Weitere
Angaben in der Typenbezeichnung geben Hinweise bezüglich der Reihenspannung und
Transformatorleistung an.
Forjan
Seite 86
Errichtung einer Umspannstation
6.3 KSTV20 630
Bei unserem Projekt wird eine Kompaktkabelstation mit der Type KSTV20 630 zum Einsatz
kommen. Kompaktkabel-Stations-Verteiler für eine Nennspannung von 20 kV und einer
Umspannerleistung von 630 kVA.
Abb. 2.02 Kompaktkabelstation
7 Übertragung und Verteilung elektrischer Energie
Um die elektrische Energie von der Erzeugung zum Verbraucher transportieren zu können,
werden Hochspannungsnetze eingesetzt. Die im Generator erzeugte elektrische Energie
(Klemmenspannung zwischen 5 kV und 10 kV) wird in dem zum Kraftwerk gehörenden
Umspannwerk mit einem Maschinentransformator hochtransformiert und über das zur
Verfügung stehende Hochspannungsnetz (220 kV bzw. 380 kV) übertragen. Wartung und
Betriebsführung im Bereich des 220- 380 kV Netzes werden vom Verbund durchgeführt.
Die regionalen Landesgesellschaften wie z. B die TIWAG, KELAG, Steweag-Steg sind für
die Betriebsführung des 110 kV Netzes zuständig. In den städtischen bzw. lokalen
Umspannwerken wird das 110 kV-Netz auf 20 kV herunter transformiert und dann in den
jeweiligen Netzverteilstationen auf die beim Verbraucher notwendige Niederspannungsebene
(230/400 V) umgewandelt.
Die regionale Verteilung Elektrischer Energie kann in größeren Mengen nur über elektrische
Leitungen übertragen bzw. verteilt werden. Bei der Übertragung elektrischer Energie
entstehen Leitungsverluste (Wärmeverluste), die möglichst gering gehalten werden sollten.
Die dabei übertragene Scheinleistung ist daher ein relevantes Maß für die Unterteilung der
einzelnen Spannungsebenen. Um die erforderliche Energiemenge wirtschaftlich übertragen zu
können, haben sich vier Spannungsebenen herauskristallisiert.
Forjan
Seite 87
Errichtung einer Umspannstation
7.1 Spannungsebenen
•
•
•
•
Höchstspannung
Hochspannung
Mittelspannung
Niederspannung
Spannungsbereich ab 150 kV bis 380 kV
Spannungsbereich ab 60 kV bis 150 kV
Spannungsbereich ab 1 kV bis 60 kV
Spannungsbereich unter 1 kV
7.1.1 Hochspannungsnetze
•
•
•
Höchstspannungsnetz
Hochspannungsnetz
Mittelspannungsnetz
Betriebsnennspannung von 220 kV, 380 kV
Betriebsnennspannung von 60 kV, 110 kV
Betriebsnennspannung von 10 kV, 20 kV, 30 kV
8 Leitungen und Netzformen für die Energieübertragung
8.1 Netzformen
8.1.1 Allgemein:
Bei der Planung von Neuanlagen sind einige Faktoren zu beachten, die für die Auswahl der
jeweiligen Netzform relevant sind.
•
•
•
•
•
•
•
Die zu erwartende Lastdichte, d.h. die abgegebene Scheinleistung je km².
Abwägung der Verlegungsart, d.h. ob eine Freileitung oder ein Kabelnetz errichtet
wird. - - > Kostenfaktor
Spannungshaltung bzw. Spannungssteifheit.
Versorgungssicherheit
Der Ausbauzeitraum und zukünftige zu erwartende Erweiterungen.
Die zu erwartende Kurzschlussleistung und der damit verbundene Kurzschlussstrom,
der ein wichtiges Kriterium bei der Auswahl der elektrischen Betriebsmittel ist.
Die zu erwartenden Übertragungsverluste.
Je nach Lage und Anzahl der Einspeisepunkte sowie in
Leitungsverbindungen unterscheidet man unter folgenden Netzformen
•
•
•
Forjan
Abhängigkeit
der
Strahlennetz
Ringnetz
Maschennetz
Seite 88
Errichtung einer Umspannstation
8.1.2 Strahlennetz
Strahlennetze kommen dort zur Anwendung, wo eine kleine Lastdichte zu erwarten ist. Die
Stichleitungen verlaufen von einer Umspannstation aus bis zu den einzelnen Abnehmern.
Nachteilig ist die geringe Versorgungssicherheit (keine Umschaltung zu einer anderen
Umspannstation möglich) und die Spannungshaltung, da sie von der Belastung am
Leitungsende abhängig ist.
Der große Vorteil dieser Netzart ist jedoch die kostengünstige Errichtung, die sehr häufig mit
Freileitungen realisiert wird.
8.1.3 Ringnetz
Ringnetze werden von einer Einspeisestelle versorgt. Die Kabel gehen von einer
Einspeisestelle aus und werden zu dieser wieder zurückgeführt. Bei geschlossenen Ringnetzen
stellt sich ein optimaler Lastfluss ein. Der große Vorteil besteht darin, dass bei Ausfall eines
Kabelabschnittes, welches z.B. durch Grabungsarbeiten beschädigt wurde, durch
Umschaltungen im Netz die Fehlerstelle herausgetrennt werden kann. Die übrigen Kabel und
deren Abnehmer bleiben weiterhin versorgt und dadurch ist eine relativ große
Versorgungssicherheit gegeben. Die Nachteile sind teurere Errichtungskosten und größer zu
erwartende Kurzschlussströme.
8.1.4 Maschennetz
Beim Maschennetz werden mehrere Umspannstationen über das Niederspannungsnetz
verbunden, die aber offen betrieben werden. Dadurch ist eine sehr hohe
Versorgungssicherheit und Spannungshaltung gegeben. Jedoch ist die Zunahme der damit
verbundenen Kurzschlussleistungen und Kurzschlussströme so groß, sodass eine bestimmte
Netzgröße damit nicht überschritten werden darf.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
9 Kabel für die elektrische Energieversorgung
Kabel sind elektrotechnische Betriebsmittel zur Übertragung von Energie und Informationen.
Sie stellen eine wirtschaftliche und betriebsichere Verbindung des Energieerzeugers mit dem
Verbraucher dar.
9.1 Bauarten
•
•
Energiekabel mit Kunststoffisolierung
Energiekabel mit Papierisolierung und Bleimantel
9.1.1 Energiekabel mit Kunststoffisolierung
9.1.1.1 Energiekabel mit Isolierung und Mantel aus PVC
Isolierung und Mantel diese Kabel bestehen aus einer Kunststoffmischung auf der Basis von
Polyvinylchlorid (PVC).
Mehr- und vieladrige Kabel haben über den verseilten Adern eine gemeinsame
Aderumhüllung. Über dieser kann ein Schirm bzw. ein konzentrischer Leiter aus Kupfer
aufgebracht sein. Zum mechanischen Schutz können die Kabel je nach Art der mechanischen
Beanspruchung mit einer Bewehrung aus Stahlband oder verzinkten Stahlflach- oder
Stahlrunddrähten versehen sein.
9.1.1.2 Energiekabel mit Isolierung aus PE und Mantel aus PVC oder PE
Kabel für Spannungen 5,8/10 kV, 11,6/20 kV und 17,3/30 kV werden mit einer
Aderisolierung aus thermoplastischem Polyäthylen PE und feldbegrenzenden leitfähigen
Schichten über jeden Leiter und jeder Isolierhülle sowie mit einem Kupferschirm über jeder
Ader gefertigt.
9.1.1.3 Energiekabel mit Isolierung aus VPE und Mantel aus PE
Kabel für Spannungen 5,8/10 kV, 11,6/20 kV und 17,3/30 kV mit einer Aderisolierung aus
trockenem vernetztem Polyäthylen VPE. Feldbegrenzente vernetzte leitfähige Schichten über
Leiter und Isolierhülle sind fest verschweißt.
Durch die hohe Reinheit des verwendeten Materials werden ausgezeichnete elektrische
Eigenschaften erreicht:
• hoher Isolationswiderstand
• niedriger dielektrischer Verlustfaktor
• niedrige Dielektrizitätskonstante
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
Durch die thermischen als auch die mechanischen Eigenschaften des Isoliermaterials VPE
ergeben sich zusätzlich noch
• hohe Zerreißfestigkeit
• große Dehnung
• große Übertragungsleistung im Normalbetrieb
• hohe Belastbarkeit im Kurzschlussfall
9.1.2 Energiekabel mit Papierisolierung und Bleimantel
Die Leiter aus Kupfer oder Aluminium sind mit massegetränktem Papier isoliert. Über die
Papierisolierung ist je nach Kabeltype ein Bleimantel über jeder einzelner Ader oder ein
gemeinsamer Bleimantel über alle Adern aufgebracht. Darüber liegt ein massegetränktes
Papier. Zum mechanischen Schutz des Kabels ist ein Bandeisen, welches entweder mit Jute
oder aus Kunststoff, gegen die Korrosion aufgebracht ist, versehen.
10 Anspeisung der Umspannstation
Um die Trafostation für das geplante Wohnbauvorhaben mit elektrischer Energie versorgen
zu können, muss ein Mittelspannungskabelsystem von der Umspannstation zur bestehenden
Mittelspannungstrasse verlegt werden. Dabei ist die Trassenführung gemeinsam mit dem
Bauträger, der örtlichen Bauaufsicht und der Baufirma, unter Einbeziehung bzw. Einhaltung
der ÖVE-L20 - Verlegung von Energie-, Steuer-, und Messkabel, festzulegen. Das bestehende
Mittelspannungskabel der Type E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV, welches aus dem UWPirka versorgt wird, ist im Fahrbahnbereich der Sportplatzgasse verlegt. Das
Mittelspannungskabel, welches die Umspannstation Pirka Bundesstraße und die
Umspannstation Pirka II miteinander verbindet, muss für die Anspeisung der Umspannstation
spannungsfrei geschaltet werden.
Forjan
Seite 91
Errichtung einer Umspannstation
10.1 20 kV- Übersichtsplan
Abb. 2.03: 20-kV-Übersichtsplan
10.2 Schaltzustand vor der Einschleifung der Umspannstation
Die Spannungsversorgung erfolgt über das Umspannwerk UW Pirka. Über den Kabelabzweig
Mantscha werden folgende Kabelabschnitte, die für die Freischaltung des Kabelabschnittes
Pirka/Bundesstraße nach Pirka II relevant sind, versorgt.
UW Pirka Abzweig Mantscha nach Ust. Seiersberg/Premstättnerstraße
Ust. Seiersberg/Premstättnerstraße nach Ust. Pirka/Premstättnerstraße
Ust. Pirka/Premstättnerstraße nach Pirka/Bundesstraße
Ust. Pirka/Bundesstraße nach Pirka II
Die neue Umspannstation wird im Kabelabschnitt zwischen der Umspannstation
Pirka/Bundesstraße und der Umspannstation Pirka II errichtet werden.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
10.3 Freischaltung des Kabelabschnittes Pirka/Bundesstraße
nach Pirka II
Um die Umspannstation Pirka II weiterhin mit elektrischer Energie versorgen zu können muss
folgende Umschaltung im 20 kV–Netz durchgeführt werden.
Ust. Pirka/Leitenstraße
Abzweig nach Ust. Windorf/Bahn
Ust. Pirka/Bundesstraße
Abzweig nach Ust. Pirka II
Ust. PirkaII
Abzweig nach Ust. Pirka/Bundesstraße
Erdungstenner
Ust. Pirka/Bundesstraße
Abzweig nach Ust. Pirka II
Erdungstrenner
EIN
AUS
AUS
EIN
EIN
Die Umspannstation Pirka II wird nach erfolgter 20 kV-Umschaltung über das UW Pirka über
folgende Kabelabschnitte versorgt:
UW Pirka Abzweig Windorf nach Ust. Windorf/Gewerbepark
Ust. Windorf/Gewerbepark nach Ust. Windorf/Nord
Ust. Windorf/Nord nach Ust. Windorf II
Ust. Windorf II nach Ust. Windorf/Bahn
Ust. Windorf/Bahn nach Ust. Pirka/Leitenstraße
Ust. Pirka/Leitenstraße nach Ust. Pirkahöhe
Ust. Pirkahöhe nach Ust. Pirka/Fahrschulweg
Ust. Pirka/Fahrschulweg nach Ust. Pirka II
Nach erfolgter Freischaltung des Kabelabschnittes kann mit der Einschleifung bzw.
Verlegung des 20 kV-Mittelspannungskabel begonnen werden. Hierzu wird das bestehende
Mittelspannungskabel der Type E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV im Bereich der
Sportplatzgasse geschnitten und mit dem neu verlegtem Kabel der Type 3 x E-A2XHC2Y 1 x
120 RM25 12/20 kV verbunden.
11 Verwendete Kabeltypen:
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20kV
Kabelaufbau:
Leiter:
Aderisolierung:
Schirm:
Mantel über jeder Ader:
Bewehrung:
Umhüllung:
Anzahl der Adern/Querschnitt:
Kurzzeichen des Leiteraufbaues:
Nennspannung U0/U in kV:
Forjan
EA
P
H
Energiekabel
Aluminiumleiter
Papier
feldbegrenzende leitfähige Schichten
über dem Leiter und über der Isolierung
ME Blei über jeder Ader
B
Stahlband
U
Umhüllung aus Faserstoff
3 x 120
RM rund, mehrdrahtig
12/20 kV
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Errichtung einer Umspannstation
Dreiadriges Kabel mit Aluminiumleiter rund mehrdrahtig, mit haftmassegetränkter
Papierisolierung, feldbegrenzenden leitfähigen Schichten über dem Leiter und der
Isolierhülle, Bleimantel, Stahlbandbewehrung und Umhüllung aus Faserstoff.
Dreibleimantelkabel
Abb. 2.04: Dreibleimantelkabel
3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM25 12/20 kV
Kabelaufbau:
Leiter:
Aderisolierung:
Schirm:
Mantel:
Anzahl der Adern/Querschnitt:
Kurzzeichen des Leiteraufbaues:
Nennspannung U0/U in kV:
E
A
2X
H
Energiekabel
Aluminiumleiter
PE Polyäthylen
feldbegrenzende leitfähige
Schichten über dem Leiter und
über der Isolierung
C
konzentrischer Leiter oder Schirm aus
Kupfer über den verseilten und
gemeinsam umhüllten Adern
2Y
PE Polyäthylen
1 x 120
RM25 rund, mehrdrahtig
Kupferschirm 25 mm²
12/20 kV
Einadriges Kabel mit Aluminiumleiter rund mehrdrahtig, PE-Isolierung, feldbegrenzenden
leitfähigen Schichten über dem Leiter und über der Isolierung, Kupferschirm von 25 mm²
Nennquerschnitt und PE-Mantel
12 Übergangsmuffe
Damit man Kabel mit verschiedenem Kabelaufbau miteinander verbinden kann, gibt es so
genannte Übergangsmuffen.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
Bezeichnung:
Fabrikat:
Type:
Übergangsmuffe zur Verbindung papierisolierter
Dreimantelkabel mit geschirmten, kunststoffisolierten
Einleiterkabel 20 kV ohne Bewehrung.
RAYCHEM
EPKJ-UE20 95-185
12.1 Vorbereitung der Kunststoffkabel:
Das Kunststoffkabel ist für die Montage entsprechend der Beschreibung abzusetzen. Dabei ist
die Cu-Drahtabschirmung über den PE-Mantel zurückzuklappen. Die Aderisolierung als auch
die leitfähigen Schichten (Feldbegrenzung) sind sorgfältig zu entfernen.
Abb. 2.05: Vorbereitung des Kunststoffkabel
12.2 Vorbereitung des Dreimantelkabels:
Das Dreimantelkabel ist entsprechend der Beschreibung abzusetzen. Dabei sind die
Erdungslitzen zwischen den Bleimänteln und der Stahlbandbewehrung herzustellen.
Aufbringen einer Aufteilkappe und aufschrumpfen beginnend von der Mitte aus zum
Kabelmantel und anschließend zu den Adern hin.
Abb. 2.06: Vorbereitung des Dreimantelkabels
Forjan
Seite 95
Errichtung einer Umspannstation
12.3 weitere Arbeitsschritte die durchzuführen sind:
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Die Bleimäntel des Dreimantelkabels sind entsprechend der Beschreibung abzusetzen.
Höchstätterfolie (feldbegrenzende, leitfähige Schicht) und die erste Papierlage ist bis
auf 10 mm vor dem Bleimantel zu entfernen.
Füllband über die Folie und dem Bleimantel ist aufzuwickeln.
Transparente Isolierschläuche sind ausgehend vom Bleimantel zur Ader
aufzuschrumpfen.
leitfähige Schläuche sind über den Isolierschlauch und dem Bleimantel
aufzuschrumpfen.
Die einzelnen Muffenbauteile müssen über die jeweiligen Kunststoffkabel aufgebracht
werden.
Die Verbindung der Adern ist unter Hilfenahme von Presswerkzeugen herzustellen.
Scharfe Kanten sind zu entfernen. Pressverbinder müssen einen Trennsteg aufweisen.
Beim Kunststoffkabel ist der Übergang von der Feldbegrenzung zur Aderisolierung
mit einem Füllband zu versehen.
Beim Dreimantelkabel ist der Übergang vom leitfähigen Schlauch auf den
transparenten Isolierschlauch mit einem Füllband zu versehen.
Über den Pressverbinder wird ein Füllband aufgewickelt.
Die einzelnen Muffenbauteile sind der Reihe nach von der Mitte ausgehend
aufzuschrumpfen.
o Feldsteuerungsschlauch
o Isolierschlauch
o Aderschutzmuffe
Kupfergewebeband halb überlappend über jede Ader wickeln und das Ende auf dem
Bleimantel festlegen.
Schirmdrähte des Kunststoffkabels sind zurückzuklappen und flach über die Ader zu
verteilen. Herstellen einer leitenden Verbindung zwischen dem Kupfergewebeband
und der Kupferschirme mit Rollfedern.
Aufschrumpfen der Außenmuffe.
13 Leitungsverlegung nach ÖVE-L20
13.1 Geltung
Diese Bestimmungen gelten für die ortsfeste Verlegung von Energiekabeln aller
Spannungsebenen sowie Steuer- und Messkabeln. Die Kabelanlage endet mechanisch und
elektrisch mit den Kabelabschlusseinrichtungen und den zugehörigen Muffen.
13.2 Bei der Kabelverlegung sind folgend Punkte zu
berücksichtigen:
•
•
•
•
•
Forjan
zulässige Biegeradien
zulässige Zugbeanspruchung
Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens
Auslegen der Kabel
Bettung und Schutz der im Erdboden verlegten Kabel
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Errichtung einer Umspannstation
13.2.1 Zulässige Biegeradien
Die zulässigen Biegeradien R dürfen beim Biegen und Auslegen der Kabel und an den
Befestigungspunkten nicht unterschritten werden.
Tabelle 2.03: Biegeradien
Kunststoffisoliert Kabel
U < 1 kV
bewehrt
unbewehrt
Kabeltyp
U > 1 kV
Papierisolierte
Kabel mit
Bleimantel
15 DA
15 DA
Biegeradius R Mindestwert
Mehradrige
und
vieladrige Kabel
Einadrige Kabel
15 DA
12 DA
15 DA
25 DA
DA Außendurchmesser des Kabels
Diese Tabelle gilt für Kabel mit einer Nennspannung U bis 60 kV.
13.2.2 zulässige Zugbeanspruchung
Bei maschineller Kabelverlegung wird die Zugkraft unter Verwendung einer Ziehkopfes,
eines Ziehstrumpfes oder anderer geeigneter Vorrichtungen vom Zugseil auf das Kabel
übertragen.
•
•
Beim Ausziehen des Kabels dürfen keine Torsionskräfte entstehen.
Eine Überschreitung der höchstzulässigen Zugkraft ist zu verhindern
13.2.3 zulässige Beanspruchung bei Verwendung eines Ziehkopfes
Die höchstzulässige Zugkraft wird je mm² Leiterquerschnitt ermittelt. Zur Berechnung ist der
Querschnitt aller Leiter zu verwenden.
Kupferleiter
Aluminiumleiter
5 daN/mm²
3 daN/mm²
13.2.4 zulässige Zugbeanspruchung bei Verwendung eines Ziehstrumpfes
Durch den Ziehstrumpf wird die Zugkraft F auf die Oberfläche des Kabels übertragen und ist
daher entsprechend geringer als bei Verwendung eines Ziehkopfes. Sie ist mittels
nachstehender Formel zu berechnen.
F = k * D2
k..........0,1 daN/mm²
D.........Kabelaußendurchmesser in mm
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
Je nach Angabe der Erzeugerfirma kann die Konstante k=0,1 entsprechend dem Kabelaufbau
auch höher angenommen werden.
Kabel mit zugfester Bewehrung
Stahldraht- Bewehrung
AlMgSi- Draht- Bewehrung
Aluminiumdraht- Bewehrung
12 da/N/mm²
9 da/N/mm²
6 da/N/mm²
13.3 Verlegungstiefe und Ausführung des Kabelgrabens
Tabelle 2.04: Verlegetiefen
Bis
1 kV
über 30 kV
felsiger Boden
1000 V
30 kV
alle Spannungen
mindestens 0,7 m
mindestens 0,8 m
mindestens 1,2 m
mindestens 0,6 m
Bei Verlegung der Kabel in Verkehrsflächen, innerhalb des Fahrbahnbereiches von Straßen
sind die angegebenen Verlegungstiefen für Kabel mit Nennspannungen bis 30 kV um
mindestens 0,1 m zu vergrößern. Öffentliche Verkehrsflächen sind in der Regel in
Mantelrohren zu unterfahren. Die Mindestüberdeckung beträgt 0,8 m.
13.3.1 Auslegen der Kabel
Grundsätzlich sind folgende Punkte einzuhalten:
•
•
•
Kabel sind von der Trommel in vorgegebener Richtung zu ziehen.
Quetschungen und das Scheuern sind zu vermeiden.
Zulässige Biegeradien dürfen nicht unterschritten werden.
13.3.2 Mindesttemperaturen bei der Kabelverlegung und bei der Montage
Tabelle 2.05: Mindesttemperaturen
Papierisolierte Kabel mit Bleimantel
Kabel mit PVC Isolierhülle u/o PVC Mantel
Kabel mit PE oder VPE Isolierhülle, PE Mantel bis 30 kV
Kabel mit PE oder VPE Isolierhülle, PE Mantel über 30 kV
> +5°C
> - 5°C
> - 20°C
Herstellerangabe
Bei tieferen Temperaturen ist ein Aufwärmen des Kabels erforderlich.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
13.3.3 Trommelgrößen
Bei der Herstellung und nach erfolgter Fertigung der Kabel werden diese auf Trommeln
aufgewickelt. Die Trommelgröße ist von den jeweiligen Mindestbiegeradien abhängig. Diese
Einheitstrommeln werden mit der Bezeichnung
z. B E6 definiert.
E.........Einheitsversandtrommel aus Holz
6.........Flanschdurchmesser in [mm] 600 mm
13.3.4 Zuordnung der Trommeln
Die einem Kabel oder einer Leitung zugeordnete Trommel ist von der Länge,
Außendurchmesser und Gewicht des Kabels bzw. der Leitung abhängig.
Entsprechend der Kabel oder Leitungstype muss der Trommelkern einen Mindestwert haben.
Tabelle 2.06: Trommelzuordnung
Energiekabel
Kleinster Kerndurchmesser
bis 6 kV
10 kV
Papier- Bleikabel
Einadrig
mehradrig unbewehrt
Bewehrt
Dreimantelkabel bewehrt
Kunststoffkabel
Einadrig
mehradrig bis inkl. 95 mm²
mehradrig über 95 mm²
Vieladrig
25 D
25 D
20 D
1 kV
20 D
15 D
20 D
15 D
6 kV
20 D
20 D
20 D
-
über 10 kV
25 D
25 D
20 D
-
30 D
25 D
20 D
20 D
25 D
20 D
20 D
-
25 D
25 D
25 D
-
13.3.5 Bettung und Schutz der im Erdboden verlegten Kabel
Die Sohle des Kabelgrabens (Künette) soll vor dem Auslegen bzw. vor dem Kabelziehen mit
mindestens 5 cm feinem Sand oder gesiebtem Erdreich bedeckt sein, wenn spitzes oder
kantiges Material vorliegt. Der lichte Abstand von Kabel über 1 kV und Kabel bis 1000 V
muss mindestens 10 cm betragen oder sie sind durch eine geschlossene Reihe von
Mauerziegel oder durch Anbringen von Trennplatten zu trennen. Bei Kreuzungen bzw. bei
Näherungen mit Fremdleitungen aller Art sind die Mindestabstände einzuhalten. Die
ausgelegten Kabel sollen von der Oberkante des höchsten Kabels gemessen mit mind. 5 cm
bis 10 cm feinem Sand bedeckt werden.
Bei erhöhter mechanischer Gefährdung sind zusätzliche Schutzmassnahmen zu treffen, z.B.
Abdeckungen mit Betonrohre, Metallplatten oder durch Kabeltröge. Über das Sandbett ist
über die gesamte Trassenbreite eine geschlossene Kabelabdeckung mittels
Kabelabdeckplatten aus PVC herzustellen. 30 cm über der Kabelabdeckung muss mind. ein
Trassenwarnband verlegt werden.
Forjan
Seite 99
Errichtung einer Umspannstation
14 Mittelspannungsschaltanlage
Schaltanlagen im Mittelspannungsnetz werden hauptsächlich als Innenraumschaltanlagen in
Form einer Schrankanlage nach dem Baukastenprinzip zusammengestellt. Diese könne als
fabrikfertige Schaltzellen, die an Ort und Stelle in der erforderlichen Anordnung kombiniert
werden oder auch als gasisolierte Schaltanlagen zu einer Innenraumschaltanlage
zusammengefügt werden.
14.1 Arten von Innenraumschaltanlagen
•
•
•
•
offene Bauweise
gekapselte Bauweise
geschottete Bauweise
gasisolierte Bauweise
14.1.1 offene Bauweise
Bei der offenen Bauweise ist kein Berührungsschutz gegeben. Die einzelnen Schaltzellen, die
aus lichtbogenfesten Trennwänden bestehen, werden nur in abgeschlossenen elektrischen
Betriebsstätten aufgestellt. Die einzuhaltenden Mindestabstände sind sehr groß. Als
Isoliermedium dient Luft.
14.1.2 gekapselte Bauweise
Bei der gekapselten Bauweise ist ein vollständiger Berührungsschutz gegeben. Gekapselte
Anlagen sind vollständig mit Stahlblech umhüllt. Die fabrikmäßige Fertigung und die
modulare Bauweise der einzelnen Zellen sind ein großer Vorteil solcher Schaltanlagen.
Entstehender Überdruck durch Schalthandlungen wird über eine Explosionsklappe nach
außen hin, gefahrlos für das Bedienpersonal abgeleitet.
Mittelspannungsschaltanlagen in gekapselter Bauweise können wie folgt eingeteilt werden:
•
•
•
teilgeschottete Bauweise
geschottete Bauweise
metallgeschottete Bauweise
14.1.2.1 gekapselte teilgeschottet Bauweise
Diese Anlagen sind nur mit einer geringen Anzahl oder keinen Zwischenwänden oder
Schotträumen versehen.
Forjan
Seite 100
Errichtung einer Umspannstation
14.1.2.2 gekapselte geschottete Bauweise
Bei Anlagen in geschotteter Bauweise sind die Schaltfelder und Funktionsräume durch
nichtmetallische isolierende Zwischenwände getrennt.
14.1.2.3 gekapselte metallgeschottete Bauweise
Bei Anlagen metallgeschotteter Bauweise handelt es sich um Anlagen deren Schaltfelder bzw.
Funktionsräume durch metallische, geerdete Zwischenwände voneinander getrennt sind.
14.1.3 gasisoliert Bauweise
Bei gasisolierten Anlagen befinden sich alle Komponenten ab dem Kabelendverschluss wie
Sammelschiene, Schalter, Trenner, Wandler usw. in gasdichten Behältern. Die Behälter sind
mit SF6 niedrigen Druckes gefüllt.
Bei unserem Projekt kommt eine metallgekapselte, fabriksfertige und typgeprüfte modular
aufgebaute 24 kV-SF6 gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage für Innenraumaufstellung,
Type CGM 24/L2 zur Anwendung.
14.1.4 Fabrikat: VA TECH ELIN-EBG / ORMAZABAL
Die dreifeldrige Schaltanlagensystem CGM 24/L2 besteht aus:
zwei modulare Netzschaltfelder
Kabelzellen 12/24 kV der Type CML
einem modularen Schutzsicherungsschaltfeld
Trafoschaltzelle mit Sicherungen 12/24 kV der Type CMP-F
14.1.4.1 Kabelzelle
Abb. 2.07: Kabelzelle
Forjan
Seite 101
Errichtung einer Umspannstation
14.1.4.2 Trafozelle
Abb. 2.08: Trafozelle
15 SF6-Schaltanlage
15.1 Allgemein
Sie benutzen Schwefelhexafluorid als gasförmiges Isolier- und Löschmittel. Das Gas hat
gegenüber Luft bei gleichem Druck bis zu eine dreifach größere elektrische Festigkeit und
eine sehr gute Wärmeleitfähigkeit, die für das Löschvermögen relevant ist. Auf Grund der
großen elektrischen Festigkeit ergeben sich für die Schaltanlagen kleinere, kompaktere
Bauweisen.
Vorteile des SF6-Gases:
•
•
•
•
•
•
•
gute Isoliereigenschaften
schwer ionisierbar
ungiftig
unbrennbar
chemisch stabil
nicht aggressiv
wasserunlöslich
Nachteile des SF6-Gases:
•
•
•
schwerer als Luft
geruchlos
Bildet zusammen mit dem durch den Schaltlichtbogen verdampften
Elektrodenmaterial und der immer vorhandenen Restfeuchtigkeit, giftige und
aggressive Verbindungen.
Gelangt SF6-Gas in die Atmosphäre, unterstütz das Gas den Treibhauseffekt. Allerdings sind
die in der Hochspannungstechnik eingesetzten Mengen sehr gering und entweichen nur in
Schadensfällen in die Atmosphäre.
Forjan
Seite 102
Errichtung einer Umspannstation
15.2 Zellentypen
Das System besteht aus mehreren modularen Schaltzellentypen. Die einzelnen Typen sind
beliebig kombinierbar und können damit je nach Kundenwunsch bzw. Erfordernissen zu
entsprechenden Schaltanlagen zusammengeschlossen werden.
Es sind folgende Schaltzellenfunktionen verfügbar:
•
•
•
•
•
Kabelzelle
Transformatorzelle
Sammelschienenlängstrennung
Leistungsschalterzelle
Messzelle (luftisoliert)
Das modulare Zellensystem bietet durch ihre Bauweise folgende Vorteile:
•
•
•
•
•
komplette, fabrikfertige Ausführung
Verunreinigungsbeständigkeit des Hochspannungsteils
Hohe Bediensicherheit, hoher Personensicherheit
Minimaler Wartungsaufwand
Modularität (problemloser Austausch und Zubau einzelner Schaltzellen)
15.3 Komponenten einer Zelle
•
•
•
•
•
Gastank
Niederspannungsnische
Antriebsraum
Unterkonstruktion mit Druckentlastungs- und Kabelanschlussraum
Sammelverbindungsset
15.3.1 Gastank
15.3.1.1 Kapselung
Die Kapselung der Anlage bzw. der einzelnen Schaltfelder bestehen aus einer
Blechkonstruktion, deren mechanische Starrheit eine Verformung unter den gegebenen
Betriebsbedingungen ausschließt. Der Gasbehälter besteht aus Edelstahl, die restlichen
Bauteile aus verzinktem Blech, die einen ausgezeichneten Schutz gegen Korrosion bietet. Der
Gasbehälter der Schaltfelder ist mit einer Druckentlastungsscheibe ausgestattet, die bei
auftretenden Störlichtbögen bzw. Innenlichtbögen wirksam werden. Der dabei entstehende
Gasüberdruck in der Anlage wird nach unten abgeleitet, so dass sie keinerlei Einwirkungen
auf die Mittelspannungskabel bzw. auf die Schaltelemente haben.
Der Gastank ist so konstruiert und abgedichtet, dass er ohne Nachbefüllung ca. 30 Jahre lang
unter sicheren Arbeitsbedingungen in Betrieb bleiben kann.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
15.3.1.2 Der Gastank enthält folgende Elemente:
Sammelschiene und Sammelschienenverbindungen
Trenn- , Erdungsschalter und Vakuum- Leistungsschalter
Durchführung für Kabelanschluss mittels Kabelstecksystem
15.3.1.3 Sammelschiene uns Sammelschienenverbindungen
Die Sammelschienen der SF6-Schaltanlage sind für den zulässigen BemessungsKurzzeitstrom (20 kA /3 s) und dem Bemessungs-Stoßstrom (50kA) ausgelegt und halten den
dynamischen Kräften stand, ohne dass es dabei zu einer bleibenden Verformung kommt. Die
Sammelschienen sind aus Kupfer und intern sind sie mit den einpoligen Durchführungen
verbunden. Diese Durchführungen sind für Modulkupplungen vorgesehen, um ein leichteres
Verbinden der Sammelschienen einzelner Zellen zu ermöglichen.
15.3.1.4 Trenn und Erdungsschalter
Je nach Schaltzellentyp sind im Gastank Leistungsschalter, Trennschalter und / oder
Erdungschalter untergebracht. Es existiert ein robust mechanisches und elektrisches
Verriegelungssystem zwischen Trennschalterbetätigung und Leistungsschalter, um mögliche
Schaltfehler zu vermeiden.
15.3.1.5 Durchführungen für Kabelanschluss mittels Kabelstecksystem
Für die Kabelanschlüsse der externen
Durchführungssysteme zur Verfügung:
•
•
•
Hochspannungsanschlüsse
stehen
drei
Durchführung für 630 A
Durchführung für 400 A
Durchführung für 250 A
15.3.2 Niederspannungsnische
In der Niederspannungsnische, die sich oberhalb des Antriebsraumes befindet, sind die
einzelnen Niederspannungskontrollelemente untergebracht.
15.3.3 Antriebsraum
In diesem Raum befinden sich die Betätigung des 3-Stellung-Trennschalters und des
Vakuum-Leistungsschalters, sowie die Verriegelung zwischen den Schaltelementen und der
Abdeckung des Kabelanschlussraums.
15.3.4 Unterkonstruktion mit Druckentlastungs- und Kabelanschlussraum
Bei Auftreten eines inneren Störlichtbogens können die Gase und der Druck über eine
Berstscheibe in den Druckentlastungsraum entweichen. Durch diese Ableitung der Gase nach
hinten und nach unten werden die angeschlossenen Mittelspannungskabel vor der Einwirkung
des Lichtbogens geschützt.
Forjan
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Errichtung einer Umspannstation
Die Konstruktion der Schaltzelle erlaubt den Anschluss von zwei Kabeln. Der
Kabelanschlussraum beinhaltet zusätzlich auch eine Anlagenerdungsschiene.
15.3.5 Sammelschienenverbindungsset
Damit sind jene Komponenten gemeint, mit denen die Zellen mechanisch und elektrisch
zusammengeschlossen werden.
15.4 Wartung
Auf Grund ihrer Vollisolierung im SF6-Gas sind die spannungsführenden Teile der
Steuergeräte und des Hauptstromkreises wartungsfrei, da sie keinen Umwelteinflüssen
ausgesetzt sind. Antriebselemente und sonstige Bedien- und Bauteile der Schaltanlage, die
außerhalb des Gasbehälters angeordnet sind, unterliegen einer bestimmten Wartung. Die
Wartungsintervalle sind sowohl von den jeweiligen Umweltbedingungen und der
Schalthäufigkeit der Anlage als auch von deren Bedeutung abhängig.
16 Verteiltransformator
16.1 Aufgabe des Umspanners
Umspanner bzw. Transformatoren dienen der Übertragung elektrischer Energie von Systemen
einer Spannung U1 in Systeme anderer Spannung U2, bei gleichbleibender Frequenz.
Man unterscheidet zwischen Aufspanntransformatoren und Abspanntransformatoren.
Aufspanntransformatoren transformieren Spannungen hoch und Abspanntransformatoren
transformieren Spannungen herunter.
Einteilung der Transformatoren nach dem Verwendungszweck:
•
•
•
•
Block- Maschinentransformatoren
Netzkuppeltransformatoren
Verteiltransformatoren
Netztransformatoren
16.2 Energieverteilung
16.2.1 Kraftwerk:
In Kraftwerken werden Block- bzw. Maschinentransformatoren
Energierichtung ist von der Maschine in das Netz festgelegt.
Leistung:
von 10 MVA bis zur Grenzleistung (derzeit bei 1300 MVA)
•
Forjan
Aufspanntransformator
eingesetzt.
Die
220 kV –> 380 kV
110 kV –> 220 kV
Seite 105
Errichtung einer Umspannstation
16.2.2 Verbundnetz (Gesellschaften)
Im Verbundnetz werde Kuppeltransformatoren eingesetzt. Der Energiefluss kann in beide
Richtungen erfolgen
Leistung:
100 bis 300 MVA
•
Abspanntransformatoren
220 kV –> 110 kV
380 kV –>110 kV
16.2.2.1 Landesgesellschaften
Bei den Landesgesellschaften werden Abspanntransformatoren eingesetzt.
Leistung:
2 MVA bis 50 MVA
•
Abspanntransformatoren
110 kV –> 30, 20, 10 kV
10, 20, 30 kV –> 400/231 V
16.3 Größe von Transformatoren
•
•
•
•
•
Klein- und Kleinsttransformatoren
Verteiltransformatoren
Mitteltransformatoren
Großtransformatoren
Grenzleistungstransformatoren
16.3.1 Klein- und Kleinsttransformatoren
Leistung:
Spannung:
16 kVA
1000 V
16.3.2 Verteiltransformatoren
Leistung:
Spannung OS:
Spannung US:
50 kVA bis 2 MVA
10, 20, 30 kV
400 V
16.3.3 Mitteltransformatoren
Industrietransformatoren und in den Umspannwerken
Leistung:
2 MVA bis 50 MVA
Spannung OS:
110 kV
Spannung US:
10, 20, 30 kV
16.3.4 Großtransformatoren
Maschine und Blocktransformatoren
Leistung:
50 MVA bis 400 MVA
Spannung OS:
110, 220, 380, 750 und 1.000 KV
Spannung US:
10, 20, 30 KV
Forjan
Seite 106
Errichtung einer Umspannstation
16.3.5 Grenzleistungstransformatoren
Leistung:
ab 400 MVA bis 1.300 MVA
16.4 Sonderformen
•
•
•
•
•
•
Bahntransformatoren
Gleichrichtertransformatoren
Ofentransformatoren
Schweißtransformatoren
Schutztransformatoren
Spartransformatoren
16.5 Kühlung von Transformatoren
16.5.1 Kühlmittel:
O
L
G
A
W
Mineralöl
synthetische Flüssigkeit
Gas
LUFT
Wasser
16.5.2 Kühlmittelbewegung:
N
F
D
natürliche Bewegung
erzwungene Bewegung (nicht gerichtet)
erzwungene Bewegung (gerichtet)
16.5.3 daraus resultierende Kühlungsarten
z.B:
ONAN
ONAF
OFAN
OFAF
OFWF
OD
oil natural air natural
oil natural air forced
oil forced air natural
oil forced air forced
oil forced water forced
oil directed
Kommen die drei Kühlungsarten OFAN, OFAF, OFWF
OD oder einer Zwangsdurchpressung.
Forjan
zusammen vor, so spricht man von
Seite 107
Errichtung einer Umspannstation
16.6 Erwärmung von Transformatoren
Beim Betrieb von Transformatoren ist auf eine ausreichende Kühlung (Kühlluftzufuhr) zu
achten. Je Verlust in kW sind an Kühlluft ca. 3 bis 4m³/min notwendig, was einer
Lufterwärmung von etwa 15°K entspricht. Der notwendige Querschnitt für die
Kühlluftzuführung ist aus dem nachfolgenden Diagramm zu entnehmen oder kann nach der
Formel von Gotter berechnet werden.
Tabelle 2.07: Erwärmung von Transformatoren
16.7 Querschnitt einer Trafostation für die Berechnung des
erforderlichen Lüftungsquerschnittes nach Gotter
Formel nach Gotter
A=
P=
H=
∆=
ζ=
A = 4,25 * P *
ζ
H * ∆3
Querschnitt der Luftein- und Luftaustrittsöffnung[m²]
Transformatorverluste [kW]
Höhenunterschied zwischen Transformatormitte und Abluft
Temperaturunterschied zwischen Zu- und Abluft
Widerstandszahl
Abb. 2.09: Lüftungsquerschnitte
In der hier gezeigten Abbildung beträgt die Widerstandszahl 5 (Gitter in der Zuluftöffnung). Mit einem
zusätzlichen Gitter in der Luftaustrittsöffnung erhöht sich diese Zahl um eine Einheit, mit einem weiteren Knie
in der Luftführung um ca. 1,5.
16.8 Bauarten von Transformatoren
•
•
•
Forjan
Trockentransformator (Gießharztransformator)
Öltransformatoren
Transformator mit synthetischem Kühl- bzw. Isoliermittel
Seite 108
Errichtung einer Umspannstation
16.8.1 Trockentransformatoren
Beim Trockentransformator dient als Isoliermedium ein mit Isolierharz getränktes Papier oder
der Kern und Wicklung sind z.B. in Gießharz eingegossen. Die Verlustwärme wird direkt an
die Umgebungsluft abgegeben. Die Baugröße ist mit einer Leistung von 5.000 kVA und einer
Spannung von 36 kV begrenzt. Die Betriebstemperatur von Gießharztransformatoren wird mit
Temperaturfühlern (Kaltleiter) überwacht, die in die Unterspannungswicklungen eingegossen
sind. Die Schaltung mit den Kaltleitern ist so ausgeführt, dass bei einer bestimmten
Temperatur, z. B. bei 70°C, eine Warnung ausgelöst wird und bei einer Temperatur von ca.
90°C die Umspannerauslösung aktiviert wird.
Abb. 2.10: Trockentransformator
16.8.2 Öltransformatoren
Bei Öltransformatoren befinden sich Kern und Wicklung in einem Mineralöl, welches als
Isolierung und Kühlung dient. Die Verlustwärme wird im ersten Schritt an das Mineralöl und
in weiterer Folge an den Ölkessel, der mit Faltwellen ausgestattet ist, abgegeben. Diese
Bauart kann für Höchstspannungsnetze mit Leistungen von über 1.000 MVA ausgelegt
werden. Öltransformatoren sind gegen Überlast und bei Kurzschluss mittels eines
Buchholzrelais (Buchholzschutz) geschützt.
Forjan
Seite 109
Errichtung einer Umspannstation
Abb. 2.11: Öltransformator, offene Bauweise
16.8.3 Transformator mit synthetischem Kühl- bzw. Isoliermittel
Bei diesen Transformatoren befinden sich Kern und Wicklung in einer synthetischen
Flüssigkeit, die schwer entflammbar ist.
16.9 Schaltgruppen von Transformatoren
Bei Drehstromtransformatoren können die Wicklungsstränge wie folgt beschaltet werden.
• Dreieckschaltung (D, d)
• Sternschaltung (Y, y)
• Zickzackschaltung (Z, z)
• offene Schaltung (III, iii)
Großbuchstaben werden für die Oberspannungswicklungen, Kleinbuchstaben für die
Unterspannungswicklungen verwendet.
16.9.1 bevorzugte Schaltungen bei Transformatoren
Yyn0
Wird als Versorgungstransformator in Hochspannungsnetzen eingesetzt. Der
Sternpunkt kann dauernd bis zu 10% des Nennstromes belastet werden.
YNd5
Wird meist bei Maschinentransformatoren angewendet. Der Sternpunkt ist mit
Nennstrom belastbar und der Anschluss von Erdschlussspulen ist möglich.
Yzn5
Für Verteiltransformatoren ab ca. 250 kVA, der Sternpunkt ist mit Nennstrom
belastbar und eignet sich für stark unsymmetrische Last.
Dyn5
Für Verteiltransformatoren ab ca. 315 kVA, der Sternpunkt ist mit Nennstrom
belastbar.
Forjan
Seite 110
Errichtung einer Umspannstation
16.9.2 Kennzahl
Die Kennzahl gibt die Phasenverschiebung von der Oberspannungsseite
Unterspannungsseite an. Die Kennzahl ist mit dem Faktor 30 zu multiplizieren.
zur
z.B. Dyn5:
Oberspannungswicklung ist in Dreieck und die Unterspannungswicklung ist in
Stern geschaltet, der Neutralleiter ist ausgeführt, die Phasenverschiebung
beträgt 5 x 30° = 150°.
16.10
Ausgewählter Umspanner
16.10.1 Drehstromölumspanner
Leistung:
U1N:
U2N:
Frequenz:
Schaltgruppe:
Kurzschlussspannung:
630 kVA
20.0000 V
400/231 V
50 Hz
Dyn5
6%
verwendetes Fabrikat:
VA TECH ELIN EBG Verteiltransformator
für Innen- und Freiluftaufstellung geeignet
verwendete Type:
TDQ
Ausführung ohne Ausdehnungsgefäß,
hermetisch abgeschlossen
Transformatoren
in
HermetikAusführung
sind
besonders
geeignet
für
Kompaktkabelstationen. Ein weiterer Vorteil des Transformators ist die Wartungsfreiheit.
maximale Betriebsspannung:
Prüfspannung 50 Hz, 1 min:
Prüfspannung Scheitelwert:
Forjan
24 kV
50 kV
125 kV
Seite 111
Errichtung einer Umspannstation
16.11
•
Überwachungsgeräte
Thermogefahrmelder
Trafag-Thermostat
Der Trafag Thermostat dient zur Überwachung der Öltemperatur im
Transformator. Der Temperaturbereich erstreckt sich von 20°C bis 150°C.
Durch die Ölerwärmung dehnt sich die Flüssigkeit im Thermostat aus und
bewirkt eine Betätigung des Umschalters. Der Umschalter kann als Arbeitsoder Ruhekontakt benützt werden. Für die Einstellung des
Temperaturbereiches dient ein Regulierknopf.
•
Ziffernblattthermometer
Ist ein Bimetallthermometer und besitzt einen Schlepper für die maximale
Öltemperatur.
•
Druckentlastungsventil
Das Druckentlastungsventil
auftretenden Überdruck.
•
schützt
den
Transformator
vor
plötzlich
Hermetik- Schutz
Dient als Schutz hermetisch geschlossener, vollständig mit Öl gefüllter
Transformatoren. Bei Ölverlust oder unzulässiger Gasbildung wird Alarm
ausgelöst.
16.12
Kesseldurchführungen
Oberspannungsseitig sind gießharzisolierte Steckdurchführungen mit genormtem
Außenkonus- System, Fabrikat Euromold, Serie 200 mit Steckkontakt nach DIN 47636
angebracht.
Euromold Gerätedurchführung Anschlusstyp A, 250 A
Type:
K180AR-3/J (kurz)
Nennspannung.
20 kV
max. Betriebsspannung:
24 kV
Winkelkabelsteckteil v. nkt cables
Type:
EASW 20/250 bis 24 kV
Unterspannungsseitig sind Porzellandurchführungen mit Anschlussklemmen Fabrikat
Pfisterer mit passenden Abdeckhauben versehen.
Klemmen:
Hauben:
Forjan
Pfisterer, Type 332 436 001 (senkrechter Abgang)
Querschnitt RM 4x120-300, SM 4x120-185
Pfisterer, Type 332 435 001
Seite 112
Errichtung einer Umspannstation
Durch diese Maßnahme ist es sichergestellt, dass beim Umspanner auch im Betrieb
(eingeschalteter Zustand) Revisionsarbeiten durchgeführt werden können.
Abb. 2.12: Ölumspanner in Hermetikausführung
Forjan
Seite 113
Errichtung einer Umspannstation
17 Kurzschlussberechnung für die 20 kV-Umspannstation
Sportplatzgasse
17.1 Allgemein
Der an der Einbaustelle auftretende größtmögliche Kurzschlussstrom ist maßgebend für die
Dimensionierung bzw. Auswahl der geeigneten Schaltgeräte, Sammelschienen usw. nach dem
•
•
Schaltvermögen
Kurzschlussfestigkeit
Abb. 2.13: Kurzschlussstromverlauf
Forjan
Seite 114
Errichtung einer Umspannstation
Für die Kurzschlussberechnung sind für die einzelnen Kabelabschnitte die jeweiligen
Reaktanzen und Resistanzen zu berechnen. Die Induktivitätsbeläge sind aus den Tabellen zu
ermitteln.
17.2 Berechnung der Leiterreaktanzen und Resistanzen
17.2.1 Strecke 1
Kabel:
Länge:
aus der Tabelle A2:
aus der Tabelle A3:
3 x E-A2XHC2Y 1 x 240 RM25 12/20 kV - gebündelt
983,0 m
L`von PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,34 mH/km
IB = 391 A
XL´= ω * L´
XL = l * XL´
XL´= 2 * π * 50 * 0,34 mH Km
XL`= 0,107 Ω Km
XL = 0,983Km * 0,107 Ω Km
XL = 0,105Ω
RL`=
l
χ*A
1000m
RL`=
35 m Ωmm ² * 240mm ²
RL`= 0,119 Ω Km
RL = l * RL´
RL = 0,983Km * 0,119 Ω Km
RL = 0,117Ω
-----------------------------------------------------------------------------------------
17.2.2 Strecke 2
Kabel:
Länge:
aus der Tabelle A1:
aus der Tabelle A3:
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel
285,0 m
L` = 0,35 mH/km
IB = 237 A
XL´= ω * L´
XL = l * XL´
XL´= 2 * π * 50 * 0,35 mH Km
XL`= 0,110 Ω Km
XL = 0,285 Km * 0,107 Ω Km
XL = 0,031Ω
RL`=
l
χ*A
1000m
RL`=
35 m Ωmm ² * 120mm ²
RL`= 0,238 Ω Km
Forjan
RL = l * RL´
RL = 0,285Km * 0,238 Ω Km
RL = 0,068Ω
Seite 115
Errichtung einer Umspannstation
17.2.3 Strecke 3
Kabel:
Länge:
aus der Tabelle A1:
aus der Tabelle A3:
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel
570,0 m
L` = 0,35 mH/km
IB = 237 A
XL´= ω * L´
XL = l * XL´
XL´= 2 * π * 50 * 0,35 mH Km
XL`= 0,110 Ω Km
XL = 0,570 Km * 0,107 Ω Km
XL = 0,062Ω
RL`=
l
χ*A
1000m
RL`=
35 m Ωmm ² * 120mm ²
RL`= 0,238 Ω Km
RL = l * RL´
RL = 0,570 Km * 0,238 Ω Km
RL = 0,136Ω
------------------------------------------------------------------------------------------
17.2.4 Strecke 4
Kabel:
Länge:
aus der Tabelle A1:
aus der Tabelle A3:
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV - Dreimantelkabel
250,0 m
L` = 0,35 mH/km
IB = 237 A
XL´= ω * L´
XL = l * XL´
XL´= 2 * π * 50 * 0,35 mH Km
XL`= 0,110 Ω Km
XL = 0,250 Km * 0,110 Ω Km
XL = 0,028Ω
RL`=
l
χ*A
1000m
RL`=
35 m Ωmm ² * 120mm ²
RL`= 0,238 Ω Km
Forjan
RL = l * RL´
RL = 0,250 Km * 0,238 Ω Km
RL = 0,06Ω
Seite 116
Errichtung einer Umspannstation
17.2.5 Strecke 5
Kabel:
Länge:
aus der Tabelle A2:
aus der Tabelle A3:
3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM16 12/20 kV - gebündelt
110,0 m
L`von PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,38 mH/km
IB = 267 A
XL´= ω * L´
XL = l * XL´
XL´= 2 * π * 50 * 0,38 mH Km
XL`= 0,119 Ω Km
XL = 0,110 Km * 0,119 Ω Km
XL = 0,013Ω
RL`=
l
χ*A
1000m
RL`=
35 m Ωmm ² * 120mm ²
RL`= 0,238 Ω Km
RL = l * RL´
RL = 0,110 Km * 0,238 Ω Km
RL = 0,026Ω
-------------------------------------------------------------------------------------
17.3 Reaktanz des vorgelagerten 110 kV- Netzes
17.3.1 Umspannwerk UW-Pirka
SK” = 350 MVA lt. Angaben der Steweag-Steg
17.3.2 Berechnung der Reaktanz des vorgelagerten 110kV- Netzes bezogen
auf die 20kV- Seite
1,1 * UN 2
XN =
S KN "
1,1 * (20.000) 2
XN =
350.000.000
XN = 1,26Ω
17.4 Impedanz der 20 kV- Leitungen
ZL1 = 0,117Ω + j 0,105Ω
ZL 2 = 0,068Ω + j 0,031Ω
ZL 3 = 0,136Ω + j 0,062Ω
ZL 4 = 0,060Ω + j 0,028Ω
ZL 5 = 0,026Ω + j 0,013Ω
Forjan
Seite 117
Errichtung einer Umspannstation
17.4.1 Gesamtimpedanz der 20 kV- Leitungen
ZLG = ZL1 + ZL 2 + ZL 3 + ZL 4 + ZL 5
ZLG = 0,117Ω + j 0,105Ω + 0,068Ω + j 0,031 + 0,136Ω + j 0,062Ω + 0,060Ω + j 0,028Ω + 0,026Ω + j 0,013Ω
ZLG = 0,407Ω + j 0,239Ω
17.4.2 Gesamtimpedanz der Kurzschlussstrecke
ZK
ZK
ZK
ZK
= XN + ZLG
= XN + RLG + XLG
= j1,26Ω + 0,407Ω + j 0,239Ω
= 0,407Ω + j1,499Ω = RK + XK
| ZK |= RK 2 + XK 2
| ZK |= (0,407)² + (1,499)²
| ZK |= 1,55Ω
17.5 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k
Tabelle 2.08: Stoßfaktor „k“
R X = 0,407Ω 1,499Ω
R X = 0,27
k aus dem Diagramm ~ 1,46
Forjan
Seite 118
Errichtung einer Umspannstation
17.6 Berechnung des Stoßfaktors k
17.6.1 Zeitkonstante
XK
RK ω RK
1
1,499Ω
TDC =
*
2 * π * 50 0,407Ω
TDC = 11,7 ms
TDC = LK
=
1
*
17.6.2 Kurzschlusswinkel
ϕK = arctan( XK RK )
ϕK = arctan 1 0,27
ϕK = 74,89°
ungünstigster Schaltaugenblick (u=0) der Schaltphasenwinkel des Stromes
γ = −ϕK = −74,89°
γ = −74,89°
Der Stoßkurzschlussstrom ip tritt somit auf bei
ωt = (π 2) − γ
ωt = 90° − (−74,89°)
ωt = 164,89°
Zeit beim Phasenwinkel
(π / 2) − γ
2π
164,89°
t = 20ms
360°
t = 9,16ms
t =T
Forjan
Stoßfaktor k
κ = 1 − e −t T sin γ
DC
κ = 1 − e − 9,16 11, 7 sin(−74,89°)
κ = 1,44
Seite 119
Errichtung einer Umspannstation
17.7 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“
Dies ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes im Augenblick des
Kurzschlusseintritts. Dieser Wert ist maßgebend für die Dimensionierung der Anlagenteile
hinsichtlich
•
•
Thermischen Beanspruchung IK
Ausschaltstromstärke IA
c * UN
3 * ZK
1 * 20.000V
IK "20 =
3 * 1,55Ω
IK "20 = 7,45kA
IK "20 =
c.......
Sicherheitsfaktor
c=1 einfach gespeistes Netz
c=1,1 mehrfach gespeistes Netz
UN....
Nennspannung an der Unterspannungsseite des speisenden Transformators
Z......
Scheinwiderstand der Kurzschlussbahn
17.8 Stoßkurzschlussstrom IS
Dies ist der höchst zu erwartende Kurzschlussstrom. Er wird als Scheitelwert angegeben. Die
dynamische (mechanische) Beanspruchung einzelner Betriebsmittel wie Sammelschienen,
Stützer und Trenner sind vom Quadrat des Stoßkurzschlussstromes IS abhängig. Der
Stoßkurzschlussstrom ist überwiegend vom Anteil RK/XK der Kurzschlussbahn abhängig.
IS = κ * 2 * IK "20
IS = 1,44 * 2 * 7,45kA
IS = 15,17kA
17.9 Berechnung des zu erwartenden maximalen
Sammelschienennennstromes
S max = SNN + SNT
S max = 920kVA + 630 KVA
S max = 1.550kVA
SNN.........Nennscheinleistung des nachgelagerten MSP- Netzes
SNT.........Nennscheinleistung des Umspanners
Forjan
Seite 120
Errichtung einer Umspannstation
17.9.1 maximal zu erwartende Sammelschienennennstrom
SN
INSA =
=
1,55MVA
UN * 3 20kV * 3
INSA = 44,75 A ~ 45 A
17.9.2 Thermische Beanspruchung der Sammelschiene durch Stromwärme
Angenommene Umgebungstemperatur von 35°C ergibt bei einem Sammelschienennennstrom
von 630 A eine Erwärmung auf 65°C Schienentemperatur(lt. DIN VDE 0298).
Höchstzulässige Temperatur lt. DIN VDE 0298 bei Kurzschluss: ϑK = 200°C
Tabelle 2.09: Höchstzulässige Temperatur von Sammelschienen
Aus der Bemessungs-Kurzzeitstromdichte Sthr ist bei einer Anfangstemperatur von 65°C und
einer Endtemperatur von 200°C eine Nennkurzzeitstromdichte Sthr von 135 A/mm² zulässig.
aus der Tabelle:
Sthr = 135 A mm 2
Für den Anfangskurzschlusswechselstrom IK“ ergibt sich eine Stromdichte von:
Sth =
Ith( s )
7,45kA
7450 A
=
=
= 37,25 A mm 2
A
40mm * 5mm 200mm 2
Sth < Sthr
37,25 A mm 2 < 135 A mm 2
Forjan
Seite 121
Errichtung einer Umspannstation
umgerechnet auf die größtmögliche Kurzschlussdauer tk bei IK“=7,45 kA
IK " neu = Sthr * A
IK " neu = 135 A mm 2 * 200mm 2
IK " neu = 27 kA
IK " neu * tkr = IK "2 * tk ⇒
IK " neu * tkr
tk =
IK "
27 kA * 1s
tk =
7,45kA
tk = 3,6 s
Forjan
Seite 122
Errichtung einer Umspannstation
18 Auswahl der Mittelspannungsschaltanlage auf Grund
der durchgeführten Kurzschlussberechnung
Anfangskurzschlusswechselstrom:
Stosskurzschlussstrom:
maximal zu erwartende Sammelschienenstrom:
IK“20 = 7,45 kA
IS = 15,17 kA
INSA = 45 A
gewählt:
Mittelspannungsschaltanlage der
VA TECH ELIN EBG – ORMAZABAL
Metallgekapselte, fabrikfertige und typgeprüfte, modulare aufgebaute und erweiterbare 24kV, SF6-gasisolierte Mittelspannungsschaltanlage für Innenraumaufstellung, Type CGM 24
Das Schaltanlagensystem CGM 24 / L2 besteht aus zwei Kabelschaltzellen der Type CML
und aus einer Trafoschaltzelle mit Sicherungen der Type CMP-F.
Tabelle 2.10: Elektrische Kenndaten – Mittelspannungsschaltanlagen
Forjan
Seite 123
Errichtung einer Umspannstation
19 Kurzschlussberechnung für die Umspannstation
Sportplatzgasse Niederspannungsteil
19.1 Allgemeines:
Beim Auftreten von Kurzschlussströmen in Anlagenteilen werden diese durch
elektrodynamische Kräfte mechanisch beansprucht. Die mechanische Beanspruchung von
Sammelschienen im Kurzschlussfall ist abhängig von der Höhe des Kurzschlussstromes und
der Geometrie der Sammelschienenanordnung. Für die Bemessung und Auswahl der
Anlagenteile in elektrischen Netzen ist unter anderem die Kenntnis der Größe der
auftretenden Kurzschlussströme und Kurzschlussleistungen notwendig. Die elektrischen
Anlagenteile sind so auszulegen, dass sie den Kurzschlusskräften standhalten.
Bei dieser Berechnung wird der dreipolige Kurzschluss auf der Niederspannungsseite
(400/231 V) als Fehlerfall herangezogen.
Ölumspanner
20/0,4 kV
630 KVA
6%
Dyn5
Sammelschiene
20 kV
40/5 Cu
Sammelschiene
400/231 V
60/10 Cu
19.2 Schema:
vorgelagertes 20kV- Netz
2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1kV
C1001N
3 x E-2XHC2Y 1x50 RM16 20 kV
Abb. 2.14: Schema für Kurzschlussberechnung
Forjan
Seite 124
Errichtung einer Umspannstation
ausgewählter Umspanner:
Ölumspanner
Nennspannung:
Nennscheinleistung:
Kurzschlussspannung:
Schaltgruppe:
Kurzschlussleistung:
20/0,4kV
SN = 630 KVA
uK = 6%
Dyn5
PK = 9,3 kW
19.3 Berechnung der Nennströme des Umspanners
Sn = Un * In1 * 3
Sn
Un * 3
630kVA
In1 =
20kV * 3
In1 = 18,18 A
In1 =
Sn = Un * In2 * 3
Sn
In2 =
Un * 3
630kVA
In2 =
400V * 3
In2 = 909 A
19.3.1 Auswahl der HH-Sicherung für den Umspanner
HH-Sicherung gewählt aus der Tabelle (siehe Seite 131)
:
INSI=40 A
19.4 Berechnung der Zuleitung von der MSP-Schaltanlage zum
Umspanner
Primärseitige Nennstrom des Umspanners:
I1N=18,2A
gewähltes Kabel:
3 x E-2XHC2Y 1 x 50 RM16 20 kV
Strombelastbarkeit des Kabels bei Verlegung in Erde lt. Tabelle A3:
IR=223 A
maximale Betriebstemperatur:
70°C
Umgebungstemperatur:
30°C
Einzelverlegung:
nein, gebündelt, 1- fach System
19.4.1 Ermittlung der zulässigen Dauerstromstärke IZ
zulässige Dauerstrom IZ:
IZ = IR * Πf
IB < IZ
19.4.2 Umrechnungsfaktor für die Strombelastbarkeit bei Luftverlegung
von einadrigen Kabeln
Einadrige Kabel bei gebündelter Verlegung in Luft
auf dem Boden liegend
Πf = 0,95 (lt. Herstellerliste)
IZ = IR * Πf
IZ = 223 A * 0,95
IZ = 212 A
Forjan
IB < IZ
18,2 A < 212 A
Seite 125
Errichtung einer Umspannstation
19.5 Berechnung der Verbindungsleitung von den
niederspannungsseitigen Klemmen des Umspanners zum
Niederspannungsleistungsschalter:
Sekundärseitige Nennstrom des Umspanners:
gewähltes Kabel:
2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1 kV
Strombelastbarkeit des Kabel bei Verlegung in Luft lt. Tabelle 100-1:
maximale Betriebstemperatur:
70°C
Umgebungstemperatur:
30°C
Einzelverlegung:
nein
I2N=909 A
IB=500
19.5.1 Ermittlung der zulässigen Dauerstromstärke IZ
zulässige Dauerstrom IZ:
IZ = IR * Πf
IB < IZ
19.5.2 Abminderungsfaktoren die zu berücksichtigen sind
f1.......Häufung von Leitungen bzw. Kabeln
einlagig auf dem Boden mit Abstand 1xD -->
IZ = IR * Πf
IZ = 500 A * 0,9
IZ = 450 A
f1=0,9
IB < IZ
IN 2
2
455 A < 450 A
IB =
19.5.3 Abhilfe:
Um eine bessere Kühlung zu erreichen wird der Abstand zwischen beiden Leitern auf 2xD
erhöht --> Abminderungsfaktor Πf = 1 .
IZ = IR * Πf
IZ = 500 A * 1
IZ = 500 A
IB < IZ
IN 2
2
455 A < 500 A
IB =
werden mehrere parallel geschaltete Kabel gleichartiger Leiter durch eine gemeinsame
Überstromschutzeinrichtung geschützt, so gilt als zulässiger Dauerstrom die Summe der
Werte des zulässigen Dauerstromes IZ aller Leiter.
IB < IZLtg 1 + IZLtg 2
IB = I 2 N
909 A < 500 A + 500 A
909 A < 1000 A
Forjan
Seite 126
Errichtung einer Umspannstation
19.6 Anfangskurzschlusswechselstrom IK“:
Dies ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes IK im Augenblick des
Kurzschlusseintritts. Er ist im generatorfernen Kurzschluss, der in Niederspannungsnetzen in
Betracht kommt, praktisch gleich dem Dauerkurzschluss IK. Dieser Wert ist maßgebend für
die Dimensionierung der Anlagenteile hinsichtlich
thermischer Beanspruchung
Ausschaltstromstärke für die Auswahl der Sicherungsorgane
19.6.1 In Niederspannungsnetzen gilt:
IA = IK = IK“
IA.... Ausschaltstrom
IK.... Dauerkurzschlusswechselstrom
IK“.... Anfang- Kurzschlusswechselstrom
19.7 Stoßkurzschlussstrom IS:
Dies ist der höchste zu erwartende Kurzschlussstrom. Er wird als Scheitelwert angegeben. Die
dynamische (mechanische) Beanspruchung einzelner Betriebsmittel wie Sammelschienen,
Stützer, Trenner usw. sind vom Quadrat des Stoßkurzschlussstromes IS abhängig. Der
Stoßkurzschlussstrom ist überwiegend vom Anteil R/X der Kurzschlussbahn abhängig.
IS = κ * 2 * IK "
19.8 Berechnung des Anfangskurzschlusswechselstromes IK“ und
des Stoßkurzschlussstromes IS
19.8.1 Berechnung der Umspannerreaktanz und Resistanz
Resistanz RT des Umspanners
PK
* 100%
ST
9,3kW
* 100%
ur % =
630 KVA
ur % = 1,48%
ur % =
Forjan
ur % * Un ²
ST * 100
1,48 * (400)²
RT =
630000 * 100
RT = 3,75mΩ
RT =
Seite 127
Errichtung einer Umspannstation
Reaktanz XT des Umspanners
ux% = uk %² − ur %²
ux% = 6² − 1,48²
ux% = 5,81%
ux% * Un ²
ST * 100
5,81% * (400)²
XT =
630000 * 100
XT = 14,75mΩ
XT =
Impedanz ZT des Umspanners
uK * Un ²
100% * ST
6% * (400)²
ZT =
100% * 630000
ZT = 15,24mΩ
ZT =
ZT = RT ² + XT ²
ZT = (3,75mΩ)² + (14,75mΩ)²
ZT = 15,24mΩ
19.8.2 Berechnung der Leiterreaktanz und Resistanz
19.8.2.1 Strecke Umspanner - Niederspannungsleistungsschalter
Kabel:
2 x E-YY-0 (3x300+150) SM 0,6/1 kV
Länge:
10,0 m
aus der Tabelle A1: L`von PE- und VPE isolierten Kabeln = 0,25 mH/km
l
χ*A
1000m
RL`=
56 * 300
RL`= 0,06Ω / km
RL = RL`*l
RL`=
XL´= ω * L
XL`= 2πf * 0,25mH / km
XL´= 0,079Ω / km
XL = l * XL´
XL = 0,01km * 0,079Ω / km
XL = 0,79mΩ
RL = 0,06Ω / km * 0,01km
RL = 0,6mΩ
19.8.2.2 Berechnung einer Ersatzreaktanz und einer Ersatzresistanz für
zwei parallel verlegter Kabeln:
XKL = XL 2
RKL = RL 2
XKL = 0,79mΩ 2
RKL = 0,6mΩ 2
XKL = 0,395mΩ
RKL = 0,3mΩ
Forjan
Seite 128
Errichtung einer Umspannstation
19.8.2.3 Ersatzschaltbild
ZK
IK"
RT
jXT
ZK
RKL
jXKL
IK"
RK
XK
Abb. 2.15: Ersatzschaltbild
19.8.2.4 Berechnung der Impedanz der Kurzschlussschleife
ZK = RT + jXT + RKL + jXKL
ZK = 3,75mΩ + j14,75mΩ + 0,3mΩ + j 0,395mΩ
| ZK |= RK 2 + XK 2
ZK = 4,05mΩ + j15,145mΩ = RK + XK
| ZK |= 0,016Ω
| ZK |= (0,00405)² + (0,015145)²
19.8.2.5 Berechnung des Anfangskurzschlusswechselstromes IK“
IK " = c * UN
IK " = 1 * 400V
IK " = 14,4kA
3*Z
3 * 0,016Ω
19.8.2.6 grafische Ermittlung des Stoßfaktor k
k = Faktor, der den Einfluss des Gleichstromgliedes angibt
Tabelle 2.11: Stoßfaktor „k“
Forjan
Seite 129
Errichtung einer Umspannstation
R
= RT + RL
XT + XL
R = 3,75mΩ + 0,3mΩ
X
14,75mΩ + 0,4mΩ
R X = 4,05
15,15
R = 0,27
X
X
k aus dem Diagramm ~ 1,46
19.8.2.7 Berechnung des Stoßkurzschlussstromes
Is = κ * 2 * Ik "
Is = 1,46 * 2 *14,4kA
Is = 29,7kA
19.9 Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung
Der Ausschaltwechselstrom ist der Effektivwert des Kurzschlusswechselstromes, der im
Zeitpunkt der Kontakttrennung über ein Schaltgerät fließt. In Niederspannungsnetzen gilt auf
Grund der großen Generatorentfernung (generatorferner Kurzschluss):
IA = IK = IK "= 14,4kA
die Ausschaltleistung bzw. Anfangs- Kurzschlusswechselstromleistung errechnet sich mit:
SA = SK " = 3 * UN * IA
SA = SK " = 3 * 400V * 14,4kA
SA = SK " ~ 10 KVA
Ausschaltvermögen eines Schaltgerätes ist jener Ausschaltwechselstrom oder
Ausschaltleistung, die ein elektrisches Betriebsmittel- Schaltgerät sicher bewältigen kann.
Forjan
Seite 130
Errichtung einer Umspannstation
19.10
Auswahl des Niederspannungsleistungsschalters
Aufstellung für Nsp.- Leistungsschalter in Umspannstellen mit nachgeschalteten NHSicherungen
Tabelle 2.12: Niederspannungs-Leistungsschalter
höchste NH-Sicherung d. Schalttafel
Schalter Auslöseeinheit Trafo HHEinstellung NH
NH
NH
NH
NH
[kVA] Sicherung (Faktor)
160A 200A 250A 315A 400A
(A)
Ir
0,63 0,63 0,63 0,63 0,63
400
40
Im
2
2,5
3
4,5
7
ST305 S/
Verzög. tm 0,3s 0,3s 0,3s 0,3s 0,3s
C1000N 1000A
Ir
1
1
1
1
1
630
40
Im
2
2
2
3
4
Verz. tm
0,1s 0,2s 0,2s 0,3s 0,3s
I0
0,63 0,63 0,63 0,63 0,63
Ir
1
1
1
1
1
400
40
Im
1,5
2
2,5
4
6
Verz. tm
0,2s 0,2s 0,3s 0,3s 0,3s
STR35 SE/
It
EIN EIN EIN EIN EIN
C1001N 1000A
I0
1
1
1
1
1
Ir
1
1
1
1
1
630
40
Im
1,5
1,5
1,5
2
3
Verz. tm
0,1s 0,1s 0,1s 0,2s 0,3s
It
EIN EIN EIN EIN EIN
ausgewählter Leistungsschalter:
C1001N, 3-polig
Compactleistungsschalter mit elektronischem Auslösesystem
Typ:
C1001N
Nennstrom IN:
1000 A
Nennstoßstrom:
Nennkurzschlussausschaltvermögen:
50 kA lt. Liste > 29,7 kA lt. Berechnung
70 kA lt. Liste > 14,4 kA lt. Berechnung
Die Schutzfunktionen werden über ein elektronisches Auslösesystem eingestellt.
Type:
STR 35SE
Ir thermisch
Ir = IN * 0,4 − 1(32Stufen)
Im magnetisch
Im = Ir *1,5 − 10
tm Zeitverzögerung
tm = 0 − 0,3
Forjan
Seite 131
Errichtung einer Umspannstation
19.10.1 Einstellung des thermischen Auslösers Ir:
Ir = 0,9 * IN
Ir = 0,9 * 1000 A
Ir = 900 A
19.10.2 Einstellung des magnetischen Auslösers Im
Im = Ir * 6
Im = 900 A * 6
Im = 5400 A
19.10.3 Einstellung der Zeitverzögerung tm
tm auf 0,3s eingestellt
Forjan
Seite 132
Errichtung einer Umspannstation
20 Mechanische Beanspruchung von Leiterschienen
(Sammelschienen) durch Kurzschlussströme
Bei hohen Strömen werden an Stelle von Leitungen, blanke Profilstäbe aus Kupfer oder
Aluminium verwendet. Die Schienen können einfache rechteckige Form, aber auch als Paket
parallel geschalteter, rechteckiger Teilleiter aufgebaut sein. Für besonders hohe Belastungen
werden die Stromschienen einer Kreisform mittels einzelner Segmente angenähert. Dadurch
werden die Wirbelstromverluste verringert.
20.1 Im wesentliche sind folgende Beanspruchungen zu
untersuchen:
•
•
Beanspruchung der Stromschiene auf Biegung
Beanspruchung der Isolatoren auf Umbruch, Druck und Zug
20.2 Auslegung der Sammelschiene
•
•
Dimensionierung hinsichtlich Strombelastbarkeit (Dauerstrombelastung)
Dimensionierung hinsichtlich Kurzschlussfestigkeit
20.2.1 Dimensionierung hinsichtlich Strombelastbarkeit
Dimensionierung nach dem Dauerstrom wird mit Hilfe von Tabellen vorgenommen. In diesen
Tabellen ist zu jeder Stromschienenabmessung und Schienenausführung der zulässige
Dauerstrom angegeben.
Die Strombelastbarkeit ist auch von den folgenden Faktoren abhängig
•
•
•
•
Forjan
Verlegungsart
Zulässige Erwärmung
Frequenz des Stromes
Art der Schienenbeschaffenheit (blank oder gestrichen)
Seite 133
Errichtung einer Umspannstation
20.3 Dimensionierung der NiederspannungssammelschieneEinfachsammelschiene aus Kupfer blank für eine
Umspannstation
20.3.1 Dimensionierung hinsichtlich der Strombelastbarkeit
Bemessungsnennstrom der Sammelschiene muss größer sein als der sekundärseitige
Nennstrom des Umspanners.
Sn = Un * In2 * 3
Sn
In2 =
Un * 3
630kVA
In2 =
400V * 3
In2 = 909 A
gewählt aus der Tabelle:
Schienenanzahl 1, blank
60x10 E-Cu F30
Nennstrom 985
Tabelle 2.13: Dauerbelastung für CU-Schienen
Forjan
Seite 134
Errichtung einer Umspannstation
20.3.2 Mechanische Beanspruchung durch Stromkräfte
Auf parallele Leiter, deren Länge l groß gegenüber dem gegenseitigen Abstand a ist, wirken
beim Stromdurchfluss Kräfte, die gleichmäßig über die Leiterlänge verteilt sind. Diese Kräfte
sind im Kurzschlussfall besonders groß und beanspruchen die Leiter auf Biegung und die
Befestigungsmittel auf Umbruch, Druck oder Zug. Aus diesem Grund müssen Stromschienen
nicht nur für den Betriebsstrom ausgelegt werden, sondern auch dem größten auftretenden
Kurzschlussstrom gewachsen sein. Die im Kurzschlussfall zu erwartende Beanspruchung der
Stromschienen und ihrer Abstützung ist daher zu berechnen.
20.3.3 Kraftwirkung
Anordnung:
auf
Stromdurchflossene
Leiter
bei
paralleler
µ 0 = 4 * π *10 −7 Vs / Am
Induktionskonstante der Luft:
Bei der Berechnung der Sammelschiene (Einebenenanordnung) wird für die größte
mechanische Beanspruchung der Faktor 0,93*ip(3) eingesetzt. Der Faktor berücksichtigt den
größtmöglichen Kraftbelag, der am mittleren Leiter bei einer Einebenenanordnung in
Drehstromanlagen auftritt.
20.3.4 Berechnungsgrundlagen
Sammelschienenlänge:
Stützabstand:
Sammelschienenabstand:
lS=1410mm
lA=1200mm
d=185mm
Die Sammelschienenlänge und der Sammelschienenabstand ergibt sich aus der Konstruktion
des Niederspannungsverteilers und der zu montierenden Anlagenteile wie z. B die
verwendeten Niederspannungssicherungstrennleisten.
20.3.5 Kraftwirkung FH zwischen den Hauptleitern:
Die vom Kurzschlussstrom auf die Hauptleiter ausgeübte Kraft berechnet sich mit:
µ 0 lA
FH =
* * (0,93 * iS ) 2
2 *π d
4 * π * 10− 7 1200
FH =
*
* (0,93 * 1,45 * 2 * 14,4) 2
2 *π
185
FH = 992 N
Forjan
Seite 135
Errichtung einer Umspannstation
20.3.6 Mechanische Festigkeit von Stromschienen
Im wesentliche sind folgende Beanspruchungen zu untersuchen:
•
•
Beanspruchung der Stromschiene auf Biegung
Beanspruchung der Isolatoren auf Umbruch, Druck und Zug
20.3.7 Berechnung des Widerstandsmomentes der Sammelschiene
Bei der Berechnung des Widerstandsmomentes von Rechteckschienen gibt es grundsätzlich
zwei Anordnungen (Befestigungsarten):
•
•
Rechteckschiene wird hochkant verlegt
Rechteckschiene wird liegend verlegt
Vorteile:
Bei Sammelschienenanordnung, deren Schiene hochkant verlegt sind, benötigen einen
geringeren Platzbedarf, daher ist eine kompaktere Bauweise möglich.
Nachteil:
Durch die kleinere, kompaktere Bauweise (geringerer Sammelschienenabstand d) treten bei
Kurzschlüssen sehr hohe Stromkräfte auf, die nur durch zusätzliche Stützisolatoren
(Verringerung des Stützabstandes lA) und durch Einsatz eines Isoliermediums
(Dielektrikums) kompensiert werden muss.
Ob nun eine Anordnung der Rechteckschiene (hochkant oder liegend) bzw. ob eine
Rohrschienensystem zur Anwendung gelangt, ist nur durch die Bauform
(Befestigungsmechanismus) der Niederspannungsschaltgeräte bestimmt.
20.3.8 Widerstandsmoment einer Rechteckschiene 60/10 Cu liegend
Das Widerstandsmoment W ist abhängig von der Wirkungsrichtung der Kraft FH.
ZX = WX =
JX =
b * h 2 1* 6 2
=
= 6cm 3
6
6
b * h 3 1 * 63
=
= 18cm 4
12
12
Abb. 2.16: Rechteckschiene
ZX=WX......Widerstandsmoment
JX................Flächenträgheitsmoment
Forjan
Seite 136
Errichtung einer Umspannstation
Tabelle 2.14: Widerstandsmomente
Biegemoment der Sammelschiene:
Biegespannung des Hauptleiters
M =
FH * l 992 N *1,2m
=
= 148,8 Nm
8
8
νσ * β * M
FH * l
W
8 *W
992 N * 1200mm
σH = 1 *1 *
8 * 6000mm3
σH = 24,8 N
mm 2
σH =
= νσ * β *
Die Sammelschiene gilt als kurzschlussfest, wenn die auftretende Biegespannung
σ ≤ q * σ 0, 2
Forjan
Seite 137
Errichtung einer Umspannstation
Plastizitätsfaktor q aus der Tabelle
Abb. 2.17: Plastizitätsfaktor
Tabelle 2.15: Zugfestigkeit und Streckgrenze
Forjan
Seite 138
Errichtung einer Umspannstation
20.3.9 Überprüfung der Sammelschiene auf die zulässige Streckgrenze
σH ≤ q * σ 0 , 2
σH ≤ 1,5 * 250 N
mm 2
24,8 N
≤ 375 N
mm 2
mm 2
σH ist wesentlich kleiner als σ 0.2 , das Leitermaterial wird nicht unzulässig hoch beansprucht.
20.3.10 Mechanische Festigkeit von Stützern ( Stützpunkt-beanspruchung)
Stützer: aus RICOLIT, Typ OB/1033
Biegefestigkeit FSzul.:
9806 N
Höhe des Stützisolators:
210mm
20.3.10.1 Kraft auf einen Stützer:
FS = νF * α * FH
νF
α
FH
Frequenzfaktor
Stützpunktbeanspruchung- befestigung
Hauptleiterbeanspruchung
allgemein: größte Stützerbeanspruchung für die Bedingung:
νF = 1
wenn
σH + σT ≥ 0,8 * σ ´0.2
und
0,8 * σ `0.2
wenn
σH + σT < 0,8 * σ ´0.2
σH + σT
--------------------------------------------------------------------------------------------------0,8 * σ ´0.2
νF =
σH
σH + σT < 0,8 * σ ´0.2
0,8 * 360 N mm 2
σH < 0,8 * 360
------->
νF =
24,8 N mm 2
N
N
24,8
< 288
νF = 11,61
mm 2
mm 2
νF =
FS = νF * α * FH
FS = 11,61 * 0,5 * 992 N
FS * hS ≤ FSzul. * hr
5758,56 N * 170mm ≤ 7500 N *165mm
FS = 5758,56 N
979 Nm ≤ 1.237,5 Nm
Forjan
Seite 139
Errichtung einer Umspannstation
Mit dieser Berechnung wurden die ungünstigsten Beanspruchungen, ohne montierte NHSicherungslasttrennleisten, die wiederum auch eine mechanische Stützung darstellen,
angenommen. Jede weitere Berechnung wie z. B. Abzweigleitung zum Leistungsschalter als
auch die Niederspannungsabgänge zum Verteilnetz sind nicht erforderlich, da durch die
zusätzliche Montage von NH- Sicherungslasttrennleisten die Stützabstände an der
Sammelschiene ca. nur mehr 15 cm betragen. Der Kurzschlussstrom wird auf der 20 kV-Seite
mit einer HH-Sicherung mit 40 A und auf der Niederspannungsseite mittels eines
Leistungsschalter begrenzt.
Tabelle 2.16 und 2.17: A1 und A2 – Induktivitätsbelag
Tabelle A1: Induktivitätsbelag von L´von papierisolierten Kabeln
Tabelle A2: Induktivitätsbelag L`von PE- und VPE-isolierten Kabeln
Forjan
Seite 140
Errichtung einer Umspannstation
Tabelle 2.18: A3 – Strombelastbarkeit von Kabeln
Forjan
Seite 141
Errichtung einer Umspannstation
Tabelle 2.19: 100-1 - Strombelastbarkeit von Kunststoffkabeln
Forjan
Seite 142
Errichtung einer Umspannstation
21 Schematische Darstellung:
UW-Pirka
Sk" = 350MVA
3 x E-A2XHC2Y 1 x 240 RM25 12/20 kV
L1=983,0m
R´L1 = 0,119 ? /Km --> RL1 = 0,117 ?
X´L1 = 0,107 ? /Km --> XL1 = 0,105 ?
CE L1 = 0,285 uF
316029
UST Seiersberg / Premstättnerstraße
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV
L2=285,0 m
R´L2= 0,238 ? /Km --> RL2 = 0,068 ?
X´L2= 0,110 ? /Km --> XL2 = 0,031 ?
CE L2 = 0,1 uF
316013
UST Pirka / Premstättnerstraße
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV
L3=570,0 m
R´L3 = 0,238 ? /Km --> RL3 = 0,136 ?
X´L3 = 0,110 ? /Km --> XL3 = 0,063 ?
CE L3 = 0,2 uF
316006
UST Pirka / Bundesstraße
E-APHMEBU 3 x 120 RM 12/20 kV
L4=250,0 m
R´L4= 0,238 ? /Km --> RL4 = 0,060 ?
X´L4= 0,110 ? /Km --> XL4 = 0,027 ?
CE L4 = 0,09 uF
3 x E-A2XHC2Y 1 x 120 RM16 12/20 kV
L5=110,0m
R´L5 = 0,238 ? /Km --> RL1 = 0,026 ?
X´L5 = 0,119 ? /Km --> XL1 = 0,013 ?
CE L5 = 0,03 uF
316xxxxxx
BVH UST Pirka / Sportplatzgasse
Forjan
Seite 143
Errichtung einer Umspannstation
22 Anhang Abschnitt 2
Übersichtsschema / Kurzschlussberechnung
Forjan
Seite 144
Niederspannungsaufschließung
Elektrifizierung einer Siedlung und eines
Gewerbebetriebes
sowie
Erstellung eines
Überspannungsschutzkonzeptes
Schriebl
Seite 145
Niederspannungsaufschließung
1 Allgemein
Dieser Teil des Projekts umfasst die Niederspannungsaufschließung einer Wohnsiedlung der
Wohnbaugenossenschaft Neue Heimat in Pirka, sowie die wirtschaftliche Betrachtung einer
Kompensationsanlage im Vergleich zu einer Blindstromzählung eines Gewerbebetriebes.
Abb.3.1: Bauprojekt Pirka
Für die Elektrifizierung des Wohnbauvorhabens und des Gewerbebetriebes wird ein
Energiebedarf von ca. 400 kVA benötigt. Es entsteht eine Wohnanlage mit vier Wohnhäusern
mit insgesamt 31 Wohnungen. Die Warmwasseraufbereitung der Wohnungen erfolgt zentral.
Weiters wird ein Gewerbebetrieb errichtet, bei dem es zu einem hohen Blindstrombedarf
kommen wird. Hierfür ist eine Blindleistungskompensationsanlage zu projektieren und die
Wirtschaftlichkeit einer solchen Anlage zu überprüfen.
Im ersten Abschnitt dieses Projektpunktes werden die nötigen allgemeinen technischen
Anschlussbedingungen und die Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)
beschrieben. Weiters wird auf die Schutzmaßnahmen näher eingegangen.
Der zweite Abschnitt befasst sich mit der Auslegung und der Dokumentation der
Niederspannungsverteilung, beginnend von der Transformatorstation bis hin zum
Wohnungsverteiler.
Schriebl
Seite 146
Niederspannungsaufschließung
2 Vorgangsweise
Die technische Ausführung und Lage des Wohnsiedlungsanschlusses und der
Blindstromzählung wird vom Netzbetreiber, der SSG, nach den jeweils gültigen Allgemeinen
Netzbedingungen und den geltenden Richtlinien, unter Berücksichtigung berechtigter
Interessen des Kunden festgelegt.
Hierfür sind, frühzeitig vor Baubeginn, Situations- und Grundrisspläne des anzuschießenden
Objektes vom beauftragten Planer der Anlage an den Netzbetreiber zu übergeben, und der
voraussichtliche Leitungsbedarf sowie allfällige Besonderheiten anzugeben.
Für jene Teile des Anschlusses, die als Niederspannungsverteilernetz gelten, werden
Leitermaterial, Querschnitt und Type der Leitung sowie ihre Befestigung vom Netzbetreiber
bestimmt. Die Ausführung von Hausanschlusskabeln und Verteilerkästen hat nach den
Normen der SSG zu erfolgen.
3 Richtlinien der STEWEAG-STEG GmbH. (SSG)
Wird im Netz der SSG ein Hausanschluss errichtet, so muss dieser anhand der Allgemeinen
Bedingungen für den Zugang zum Verteilernetz der SSG erfolgen.
Diese beinhalten folgende Punkte:
−
−
−
−
−
−
−
Allgemeiner Teil
Netzanschluss
Netznutzung
Messung und Lastprofile
Datenmanagement
Kaufmännische Bestimmungen
Sonstige vertragsrechtliche Bestimmungen
Für die Projektierung der Niederspannungsversorgung ist neben dem Allgemeinen Teil vor
allem der Abschnitt Netzanschluss, Netznutzung sowie Messung und Lastprofil relevant.
Im Allgemeinen Teil werden die verbindlichen Vorschriften für den Zugang zum Netz
vorgegeben. Weiters findet man unter diesem Punkt auch eine Begriffsbestimmung der
verwendeten Fachwörter.
Unter dem Punkt Netzanschluss wird abgeklärt, wie man einen Antrag zur Herstellung eines
solchen stellt, was eine Anschlussanlage umfasst und wie die Grundinanspruchnahme geregelt
ist.
Im Abschnitt Netznutzung ist neben der Spannungsqualität, der Betrieb und Instandhaltung
sowie das Netznutzungsentgelt und Netzverlustentgelt behandelt.
Unter dem Punkt Messung und Lastprofil sind die nötigen Maßnahmen zur Erfassung der
entnommenen Energie geregelt.
Schriebl
Seite 147
Niederspannungsaufschließung
Neben den Allgemeinen Bedingungen für den Zugang zum Verteilernetz kommen auch die
Richtlinien für die Planung und Ausführung von Hauptleitungen, Zählerverteilerschränken
und Bauprovisorien zu tragen. Diese Richtlinien sind auf der Homepage der STEWEAGSTEG GmbH. verfügbar und jedermann zugänglich.
Für die Planung der Niederspannungsaufschließung für dieses Projekt sind nun folgende
Punkte wichtig:
•
Die Richtlinie gilt für Anlagen und Netzbenutzer, die im Verteilernetz der SSG mit
elektrischer Energie aus dem Niederspannungsnetz versorgt oder zum Zugang des
Netzes angeschlossen werden.
•
Die Richtlinien ergänzen die allgemein gültige bundeseinheitliche Fassung TAEV im
Bereich des Hausanschlusses, der Installation bis zu den Messeinrichtungen
(Vorzählerleitung), des Montageortes der Messeinrichtung (Zählerverteilerschränke)
und Provisorien der Baustelle.
•
Mit der Verordnung 322 vom 16.9.1998 des Bundesministeriums für wirtschaftliche
Angelegenheiten wird die Verwendung der Schutzmaßnahme Nullung für Neubauten
vorgeschrieben.
3.1 Netzanschluss
Der Netzanschluss umfasst die Anschlussanlage und die Vorzählerleitungen
Zählereinrichtungen. Der Netzzugang wird als Kabelanschluss ausgeführt.
bis zu den
3.2 Anschlussanlage
Unter Anschlussanlage wird jener Teil der Leitung mit Zubehör verstanden, die vom
technisch geeigneten Anschlusspunkt im Netz des Netzbetreibers SSG bis zur
Eigentumsgrenze (Übergabestelle) benötigt wird. Sie verbindet die Anlage des Netzbetreibers
mit der Kundenanlage (z.B. Kabelkasten). Die Übergabestelle (Eigentumsgrenze) bei
Kabelanschlüssen befindet sich an den netzbenutzerseitigen Anschlussklemmen der
Hausanschlusssicherung. Der Netzbetreiber bestimmt Art und Lage der Anschlussanlage
sowie deren Änderung, legt den Anschlusspunkt unter Berücksichtigung der berechtigten
Interessen des Kunden fest.
3.3 Hauptleitung
Hauptleitungen (Vorzählerleitung, Hausanschlussleitung)sind im Sinne der ÖVE
Bestimmungen ÖVE/ÖNORM 8001-1, die Leitungen zwischen dem Hausanschlusskasten
und den Messeinrichtungen. Der Hausanschlusskasten ist die Einrichtung zur Aufnahme der
Hausanschlusssicherung, an der mehr als eine Kundenanlage angeschlossen werden kann.
Vorzählerleitung und Hausanschlussleitung sind die Leitungen vor der Messeinrichtung,
daher der gleiche Begriff ’’Hauptleitung“.
Schriebl
Seite 148
Niederspannungsaufschließung
3.4 Zuleitung
Als Zuleitung wird die Leitung zwischen der Hausanschlusssicherung und der
Messeinrichtung bezeichnet, an der die Kundenanlage angeschlossen wird.
3.5 Leitungsbemessung
•
Kabel und Leitungen sind nach den jeweils gültigen ÖVE-Vorschriften bzw. nach der
TAEV zu bemessen.
•
In Anbetracht des wachsenden Energiebedarfs sind ausreichende Reserven bei den
Leiterquerschnitten und Rohrgrößen vorzusehen.
•
Bei Kabelanschluss gelten folgende Leitungstypen und Einheitsquerschnitte:
E-AY2Y-JN 4x25 RE 0,6/1kV HD60
E-AY2Y-JN 4x50 SE 0,6/1kV HD60
E-AY2Y-JN 4x95 SE 0,6/1kV HD60
Bei Mehrfamilienhäusern müssen für die Hauptleitungen im Gebäude (Steigleitungen)
mindestens die Leiterquerschnitte und Nenngrößen der Installationsrohre gemäß TAEV
Tabelle II/2-11 vorgesehen werden.
4 Kabelbeschreibung
4.1 PVC – isolierte Kabel mit Aluminiumleiter und PE-Mantel
4.1.1 Aufbau:
Aluminiumleiter, rund oder sektorförmig, ein- oder
mehrdrähtig, PVC – isoliert, gemeinsame AderUmhüllung oder Bandagierung, Außenmantel aus HD-PE,
schwarz, Shorehärte D 58 +/-2, mit normgerechter
Prägung und Metermarkierung.
4.1.2 Verwendung:
Als Energiekabel für feste Verlegung in Kabelkanälen,
im Freien, in der Erde, wenn keine nachträglichen
Beschädigungen zu erwarten sind.
Schriebl
Seite 149
Niederspannungsaufschließung
4.1.3 Temperaturbereich:
-20°C bis +70°C
4.2 Kurzzeichenschlüssel für Starkstromkabel laut ÖVE
Bsp. E-AY2Y-JN 4x25 RE 0,6/1kV HD60
E …… Energiekabel
A ….. aus Aluminium
Y …… PVC
2Y ……PE-Mantel
JN….. mit Schutzleiter
(grün gelber Ader)
4x25 …. Aderzahl mal Nennquerschnitt
in mm²
RE …. Rund eindrähtig oder
SE …. Sektor eindrähtig
0,6 …. Nennquerschnitt des Schirmes oder
des konzentrischen Leiters in mm²
1kV …. Nennspannung in kV
HD 60 ….. Aktuelles Schema der Aderfarben
4.3 Kabelverlegung
Die Hauptleitungen sind im Erdreich verlegt. Es werden Erdkabel mit HDPE Mantel
verwendet. Der Kabelmantel aus HDPE besteht aus Polyethylen. Dieses Material ist härter als
PVC (Polyvinylchlorid). Daher kann die Bettung mit Aushubmaterial, sofern dieses keine
spitzen und scharfkantigen Steine oder Schutt beinhaltet erfolgen.
Um die erwünschte Zuverlässigkeit des Kabelanschlusses zu gewährleisten, muss die
Kabelverlegung besonders sorgfältig durchgeführt werden. Beim Ausziehen des Kabels ist
besonders darauf zu achten, dass der Mantel nicht beschädigt wird. Mögliche Gründe einer
Beschädigung wären die Nichteinhaltung von Biegeradien, der Verlegetemperatur und das
Überschreiten der Zugkräfte beim Kabelzug bzw. das Abrollen der Kabel von der
Kabeltrommel.
Schriebl
Seite 150
Niederspannungsaufschließung
Die Kabelabdeckplatte und das Kabelwarnband mit der Aufschrift STEWEAG-STEG GmbH.
muss in gegebener Höhe in den Kabelgraben eingebracht werden.
Verlegeprofil
1. Niederspannungskabel
5
2. Betten des Kabels mit
Sand
0,8 m
3
4
3. Kabelwarnband
4. Rund− oder Flacherder
2
5. Füllung: In diesem Bereich
ist der ursprüngliche
Aufbau wieder herzustellen.
0,4m
1
Abb.3.2 Kabelkünette
Das im Erdreich verlegte Kabel ist in einem Lageplan einzuzeichnen, in dem die Kabeltype,
der Querschnitt und die Verlegetiefe vermerkt sind.
Dieser Plan wird in weiterer Folge digitalisiert und steht dem Kunden sowie der SSG zu
Verfügung.
Die Kabelverlegung muss nach den Vorschriften der ÖVE- L 20, ÖVE –K603, ÖVE –EN 1
und nach den STEWEAG – Mitteilungen STN 2/1999, STN 3/1998, STN 7/1998, STN
14/1998 und STN 1/1996 sowie der STEWEAG Anweisung STV 4/2001 durchgeführt
werden.
4.4 Installation im Gebäude
Hauptleitungen im Gebäude werden als PVC-Aderleitungen oder als Kabel in ausreichend
dimensionierten Rohren verlegt. Es sind die Installationshinweise nach TAEV, Teil II,
einzuhalten. Auf unbefugte Stromaufnahme ist Bedacht zu nehmen, dies ist etwa bei einer
Kabelführung auf Kabeltassen durch eine Abdeckung oder durch eine durchgehende
Verrohrung realisierbar, jedoch muss die Verminderung der Kühlung bedacht nehmen.
Schriebl
Seite 151
Niederspannungsaufschließung
4.5 Niederspannungskabelverteiler
Er ist eine Einrichtung zur Aufnahme der Hausanschlusssicherung und dient gegebenenfalls
zur Aufteilung der Anschlussleitung auf mehrere Einzelanschlüsse. Dieser Verteilerkasten
wird vom Netzbetreiber (SSG) beigestellt. Er muss mindestens der Schutzart IP54
entsprechen, dabei sind die örtlichen Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Außerdem
ist die Isolierstoffausführung zu bevorzugen.
4.6 Sicherungen
Jeder Hausanschluss ist mit Hausanschlusssicherungen und Vorzählersicherungen
auszurüsten. Die Hausanschlusssicherungen im Ortsnetzverteiler werden im Regelfall als
NH-Sicherungen ausgeführt, die Vorzählerteilsicherung als Leitungsschutzschalter. Als
Hausanschlusssicherungen sind NH-Sicherungen (1) der Größe 00, bzw. Größe 2 als
Sicherungslasttrennerschalter zu verwenden. Sie sind einfach auf dem Sammelschienensystem
zu montieren durch den Adapter (2). Einfacher versenkbarer Aufsteckgriff (5) mit
Sicherungseinsatz (4) und Phasentrennwand (3).
Die Nennstromstärke der Sicherungen ist auf den Querschnitt der Hausanschlussleitung und
auf die Ausschaltbedingung der Nullung abzustimmen.
2
1
3
4
5
Abb. 3.3: NH-Sicherungslastschaltleiste Gr.00
Für jeden Zähler sind in den Zählerverteilerschränken Vorzählersicherungen anzubringen. Als
Vorzählersicherungen sind bei Direktmessung Hochleistungsautomaten mit einem
Schaltvermögen von mindestens 25kV bei 230V und einer Ausschaltcharakteristik ähnlich
’’D’’ zu verwenden.
Der Nennstrom der Vorzählerhochleistungsautomaten darf höchstens dem Grenzstrom des
zugeordneten Zählers entsprechen und muss selektiv zu den vor- und nachgeschalteten
Sicherungen sein. Als maximale zulässige Vorsicherung muss mindestens eine 200A gL
Sicherung möglich sein.
Schriebl
Seite 152
Niederspannungsaufschließung
Standardmäßig werden Hochleistungsautomaten mit 25A Nennstrom eingebaut. Für die
Absicherung der Steuerleitung (Tarifumschaltung) sind Leistungsschalter mit
Auslösekennlinie ’’B’’ und Nennstromstärke 13A einzubauen.
3
6
5
1
2
4
7
Abb.3.4: Hausaufschließung
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Hausanschlusssicherungstrenner (NH)
Vorzählersicherungsautomaten
Zähler
Überspannungsableiter
Fehlerstromschutzschalter I ∆ N =30mA
Leitungsschutzschalter
Hauptpotentialausgleich
4.7 Zählerverteilerschrank
•
Die Messeinrichtung ist grundsätzlich in Zählerverteilerschränke einzubauen.
•
Geeignete Plätze bzw. Räume für die Anbringung der Messeinrichtungen sind gemäß
TAEV 2004/II/3.3 vorzusehen.
Fabriksfertige Zählerschränke müssen mit dem CE – Kennzeichnen gemäß der
Niederspannungsgeräteverordnung versehen und den Vorschriften ÖVE EN 60439-1,
ÖVE EN 60439-3 und ÖVE- IM 12 entsprechen.
•
•
Die Vorzählerfeldtüren sind mit einem Zylinderschloss zu versehen. Die
entsprechenden Zylinder werden von der jeweiligen Betriebsstelle der SSG geliefert
und montiert.
•
Als Schutzmaßnahme für Messschränke im TN-System ist die Nullung anzuwenden.
Schriebl
Seite 153
Niederspannungsaufschließung
4.8 Zähler
Die Zählung der elektrischen Energie erfolgt im Niederspannungsbereich entweder mit
direkt
angeschlossenen
Zählern
oder
bei
Anlagen
ab
einer
Vorzählersicherungsnennstromstärke von 63A mit Wandlerzählungen.
4.9 Baustromanschluss
•
Elektrische Anlagen für Baustellen sind zeitlich begrenzte Anlagen und müssen nach
den ÖVE Vorschriften (ÖVE-EN1,ÖVE/ÖNORM E8001) und der TAEV errichtet
werden.
•
Der Anschlussort und Anschlusspunkt des Baustromverteilers werden gemeinsam mit
dem Anschlusswerber und den zuständigen Kundendienst der SSG festgelegt.
•
Baustromverteiler müssen nach ÖVE EN 60439-1 und ÖVE EN 60439-4 gebaut und
für die Anwendung für das vom Netzbetreiber vorgegebene Netzsystem geeignet sein.
Sie werden direkt an das Niederspannungskabelnetz angeschlossen.
•
Vorzählersicherungen müssen plombierbar sein und mit entsprechenden Klemmen für
die Anschlussleitung versehen sein.
•
Für die Baustellenanlage ist eine Erdungsanlage zu errichten, die für den
Fehlerstromschutzschalter mit dem höchsten Nennfehlerstrom ausgelegt wird.
1. Verwendung als Hauptschalter
2. Hauptsicherungen
1
3. Plombierbare Anschlusssicherung
2
4. Nullungsbügel
5. Neutralleiter/Schutzleiter-Klemme
6. Anschlussleitung für Verbindungsleitung
7
6
8
7. Steckdosenstromkreis über 32A
3
5
8. Steckdosenstromkreis bis 32A
4
Abb.3.5: Ausführung des Baustromverteilers im TN-Netz
Schriebl
Seite 154
Niederspannungsaufschließung
4.10 Erdungsanlagen
Bei Erderverbindungen unter der Erde ist eine entsprechende korrosionsbeständige
Verbindung herzustellen. Durch die Verbindung zwischen Kupferseil und
Erdungsbandeisen ist eine feuerverzinkte Erdungskreuzklemme (1) zu verwenden. Die
Verbindungsklemme (Erdungskreuzklemme) und das unedle Bandeisen sind beidseitig
auf eine Länge von mindestens 300 mm mit einem Densoband wirksam gegen
Korrosion zu schützen. Anschluss der Potential-Ausgleichsschiene (3) über Erdungsfestpunkt (2).
1
2
3
2
Abb.3.6: Fundamenterder
Schriebl
Seite 155
Niederspannungsaufschließung
5 Niederspannungsaufschließung – Verteilnetz
Abgehend von der Trafostation (1) gehen die Ortsnetz-Kabel (2) zu den
Niederspannungskabelverteiler KV1 u. KV2 (3). Weiters verlaufen die Hausanschlusszuleitungen (4) von den Kabelverteilern zu den einzelnen Hausanschlussverteilern 1-4 (5).
Vom Kabelverteiler KV1 ist zusätzlich der Kabelabgang für die Straßenbeleuchtung (6). Die
Aufschließung des Gewerbebetriebes (7) erfolgt direkt mit einem eigenen Abgang aus der
Trafostation.
1
2
4
7
3
6
Abb.3.7: Ortsnetzverteilplan
5
6 Hausaufschließung
6.1 Erhebung des Leistungsbedarfs
Abgehend von der Umspannstelle ist für die Niederspannungsaufschließung die Errichtung
einer Ortsnetzverteilung nötig.
Zur Berechnung der Kabelquerschnitte und der Sicherungsnenngrößen ist zuerst die benötigte
Leistung unter Rücksichtsnahme auf etwaige Gleichzeitigkeitsfaktoren zu errechnen.
Schriebl
Seite 156
Niederspannungsaufschließung
6.2 Erfassung der gesamt Leistung zu den einzelnen
Kabelverteilern
Die Berechnung erfolgt nach der Technischen Anschlussbedingungen für den Anschluss an
öffentliche Versorgungsnetze mit Betriebsspannung bis 1000 Volt (TAEV).
Für den Hausanschluss des Geschäftspartners Neue Heimat, von vier Wohnhausanlagen mit
insgesamt 31 Wohnungen, Allgemeinteilen und Parkdeck.
Der Leistungsbedarf (P) der Hausanschlussleitung von Haus 1-4, wurde vom Elektroplaner
der Neuen Heimat angegeben:
Wohnung zu ……………
Parkdeck zu ……………
Allgemeinanlage zu ……
18 kW
5 kW
5 kW
Leistung kW = Wohnungsanzahl · Wohnung zu
Tabelle 3.01: Leistungen pro Haus
Haus Wohnungs/
Nr.
Anzahl
1
2
3
4
Leistung pro
Haus kW
7
7
6
11
126
126
108
198
Für die Belastungsannahmen der Hausanschlüsse wird folgende Formel herangezogen:
GZF=
100
nx
GZF % ….. Gleichzeitigkeitsfaktor in %
n ………… Anzahl der Wohneinheiten
x ………… Nutzungsfaktor
Für den Nutzungsfaktor x sind folgende Werte einzusetzen:
Lift ………………………………………… 1
Allgemeinbedarf (Allg.) ….……………….. 0.52
Zentraler Warmwasserbedarf (Z.Wb.) …….. 0.68
Schriebl
Seite 157
Niederspannungsaufschließung
Tabelle 3.02: Leistungen pro Haus (GZF berücksichtigt)
Haus
Nr.
1
2
3
4
GZF ∑ Leistung
%
kW
36,35
45,81
36,35
45,81
39,39
42,54
28,74
56,90
Leistung/ Z.Wb. Leistung/Parkdeck Leistung/Lift
Gesamt
kW
kW
kW
∑Leistung kW
5
5
56
3,4
5
54,2
5
48
5
62
7 Dimensionierung des Ortsnetz-Kabels
Kabelverteiler 1
Kabelverteiler 2
P 1 = (P) Haus 1 + (P) Haus 2
P 2 = (P) Haus 3+ (P) Haus 4
P 1 = 110,5 kW
P 2 = 110 kW
7.1 Berechnung des spezifischen Leitwerts für 70°
γ 20°C …….. spezifische Leitwert für Aluminium 33 m/Ω mm²
α
……... Temperaturbeiwert 0,004 1/K
R 70°C …….. Widerstand bei 70°C
R 20°C …….. Widerstand bei 20°C
∆ ϑ …….. Temperaturänderung
cos ϕ …….. 1
R 70°C = R20°C ⋅ (1 + α∆ϑ )
l
γ 70°C ⋅ A
γ Al 70°C =
=
l
γ 20°C ⋅ A
⋅ ( 1+ α∆ϑ )
γ 20°C
33m / Ωmm²
=
=27,5 m/Ω mm²
(1 + α∆ϑ )
(1 + 0,004 ⋅ 50°C )
IB =
P1 + P 2
U ⋅ cos ϕ ⋅ 3
=318,26 A
Querschnitt anhand des I B aus der Tabelle „NM - Mitteilung ’’01/2005“ gewählt:
Aluminiumleiter/ E-AY2Y-J 4 x 240 mm²
Schriebl
Seite 158
Niederspannungsaufschließung
8 Kabelbeschreibung
1. Aluminiumleiter 4x
1
2. PVC-Isolierung
2
3. PEN-Leiter
3
4
4. gemeinsame Umhüllung
5. Außenmantel aus HDPE
5
Abb.3.8: Aluminiumkabel
Des weitern wurde eine Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 355 A
gewählt:
IB
≤ IN
≤ IZ
319 A ≤ 355 A ≤ 364 A
9 Berechnung der Spannungsabfälle
Wenn elektrischer Strom durch einen Widerstand fließt, so kann man eine elektrische
Spannung messen. Den Wert dieser Spannung bezeichnet man als Spannungsabfall und ist
proportional zum Strom.
Der Begriff wird im Zusammenhang mit elektrischen Zuleitungen zu Verbrauchern
verwendet. Durch den elektrischen Widerstand der Zuleitung steht dem Verbraucher am Ende
der Leitung nicht mehr die gesamte Spannung zur Verfügung, da die Leitung einen
Spannungsabfall verursacht.
Der Spannungsabfall sollte zwischen Hausanschluss (Übergabestelle) und Verbrauchsmittel,
also Steckdose oder Geräteanschlussklemme, höchstens 4% betragen.
Anhand der angeführten Berechung, wurde der zu lässige Spannungsabfall überprüft.
Schriebl
Seite 159
Niederspannungsaufschließung
A
l1 =60m
l 2 =38m
kV 1
kV 2
P 1 =110,5kW
P 2 =110,5kW
3 ⋅ I B ⋅ l1 ⋅ cos ϕ
=
γ 70°C ⋅ A
∆U A−1 =
3 ⋅ 318,26 A ⋅ 60m ⋅ 1
= 5,01 V
m
27,5
⋅ 240mm²
Ωmm²
∆u A−1 =
∆U A−1
5,01V
⋅ 100% =
⋅ 100% = 1,25 %
U
400V
∆U 1− 2 =
P2 ⋅ l 2
=
γ ⋅ A ⋅U
∆u1− 2 =
∆U 1− 2
1,58V
⋅ 100% = 0,40 %
⋅ 100% =
U
400V
110 ⋅ 10³kW ⋅ 38m
= 1,58 V
m
27,5
⋅ 240mm² ⋅ 400V
Ωmm²
∆U A− 2 = ∆U A−1+ ∆U 1− 2 =5,01 V + 1,58 V = 6,59 V
∆u A− 2 = ∆u A−1 + ∆U 1− 2 =1,25 % + 0,40 % = 1,65 %
B
l3 =98m
l 2 =38m
kV 2
kV 1
P 1 =110,5kW
P 2 =110,5kW
3 ⋅ I B ⋅ l3 ⋅ cos ϕ
3 ⋅ 318,26 A ⋅ 98m ⋅ 1
=
= 8,19 V
m
γ 70°C ⋅ A
27,5
⋅ 240mm²
Ωmm²
∆U B − 2
8,19V
=
⋅ 100% =
⋅ 100% = 2,03 %
U
400V
∆U B − 2 =
∆u B − 2
∆U 2−1 =
P2 ⋅ l 2
=
γ ⋅ A ⋅U
∆u 2−1 =
∆U 2−1
1,58V
⋅ 100% = 0,40 %
⋅ 100% =
U
400V
110,5 ⋅ 10³kW ⋅ 38m
= 1,58 V
m
27,5
⋅ 240mm ² ⋅ 400V
Ωmm ²
∆U B −1 = ∆U B − 2 + ∆U 2−1 =8,19 V + 1,58 V = 9,77 V
∆u B −1 = ∆u B − 2 + ∆U 2−1 =2,03 % + 0,40 % = 2,43 %
Schriebl
Seite 160
Niederspannungsaufschließung
10 Ortsnetz-Kabelverteiler
Es werden zwei Ortsnetzkabelverteiler der Type A/FK4 als freistehende Kabelverteiler
ausgeführt.
1
2
3
4
Abb.3.9: Kabelverteiler A/FK4
10.1 Beschreibung
Es werden NH-Lastschaltleisten(1) verwendet. Die elektrische Einrichtung eines ONKabelverteilers besteht aus einer Eingangsleiste (2), einer Ausgangsleiste(3) (diese kann auch
als direkter Abgang ausgeführt sein), einer Blitzschutzleiste, sowie diverser Abgangsleisten
(4) (Größe II oder 00).Werden Leisten der Baugröße 00 verwendet, so ist in Kabelverteilern
der Type S3T, F4 und F5 ein Doppeladapter einzubauen, durch welchen die Kontaktabstände
angepasst werden.
Die Blitzschutzleiste wird ebenfalls durch eine Leiste der Größe 00 realisiert. In den
Einsetzöffnungen, welche üblicherweise für die NH-Sicherungen vorgesehen sind, werden in
diesem Fall Überspannungsableiter der Klasse B eingesetzt.
Schriebl
Seite 161
Niederspannungsaufschließung
Abb.3.10: Überspannungsableiter Klasse B
Höchste Dauerspannung ac [UC]
280 V
Nennableitstoßstrom (8/20) [In]
10 kA
Maximaler Ableitstoßstrom (8/20) [Imax]
20 kA
Schutzpegel [UP]
<= 2,0 kV
Ansprechzeit [tA]
<= 100 ns
Kurzschlussfestigkeit
25 kAeff
Die Ableitung zur Erde wird durch eine Verbindung der Abgangsklemmen und der PENSchiene erreicht. Unter dem Punkt „Überspannungsschutzkonzept“ der Diplomarbeit wird auf
das Thema genauer eingegangen.
Der freistehende Kabelverteilerkasten besteht aus einer Fundamentplatte, einem Sockel sowie
aus einem Kastenoberteil. Diese werden vor Ort auf der Baustelle zusammengebaut, wobei
die Montage der elektrischen Einrichtung bereits zuvor erfolgen kann.
Nach Montage des Kabelverteilers wird der Bereich, welcher sich unter dem Erdboden
befindet, mit Blähton aufgefüllt und als Schutz gegen Feuchtigkeit und Kleintieren mittels
Brunnenschaum abgeschäumt.
10.2 NH-Lastschaltleiste
In der Ortsnetzverteilung kommen NH-Lastschaltleisten der Größe II und 00 zur Anwendung.
Der Anschluss bei Leisten der Größe II erfolgt mittels
V-Anschlussklemmen, bei Leisten der Größe 00 durch Klemmstücke. Nach entsprechender
Adaptierung ist jedoch bei beiden Bautypen auch die Verwendung von Press- oder
Klemmkabelschuhen möglich.
Schriebl
Seite 162
Niederspannungsaufschließung
11 Gewerbeaufschließung
11.1 Erhebung des Leistungsbedarfs
Der Leistungsbedarf (P) des Gewerbeanschlusses, wurde vom Elektroplaner der Neuen
Heimat mit 200 kW angegeben. Anhand der Berechnung der Kompensationsanlage hat sich
eine Leistung von 215 kW ergeben.
l 1 =14m
P=215 kW
γ 70°C = der spezifische Leitwert für Aluminium bei 70°= 27,5 m/Ω mm²
cos ϕ =1
IB =
P
U ⋅ cos ϕ ⋅ 3
=
215 ⋅ 10³W
400V ⋅ 0,95 ⋅ 3
= 326 A
Querschnitt anhand des I B aus der Tabelle „NM - Mitteilung ’’01/2005“ gewählt:
Aluminiumleiter/ E-AY2Y-J 4 x 240 mm²
Des weitern wurde eine Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 355 A
gewählt:
IB
≤ IN
≤ IZ
326 A ≤ 355 A ≤ 364 A
11.2 Ermittlung des Spannungsabfalls
Berechnung des Spannungsabfalls der Gewerbeanschlussleitung laut der angeführten
Formeln, diese sind unter Punkt 13.5 beschrieben.
Zwischen Zähler und Verbrauchsmittel darf der Spannungsabfall nicht mehr als 3% betragen,
egal ob dazwischen noch Unterverteilungen liegen. Anhand der Berechnung wurde dies
überprüft.
Schriebl
∆U =
I B ⋅ 3 ⋅ l ⋅ cos ϕ 326 A ⋅ 3 ⋅ 14m ⋅ 0.95
=
= 1,34 V
γ ⋅A
27,5 ⋅ 240mm ²
∆u =
∆U ⋅ 100% 1,34V ⋅ 100
=
= 0,34 %
UN
400V
Seite 163
Niederspannungsaufschließung
12 Niederspannungskabelverteiler - Wohnhausverteiler
12.1 Installation bis zur Messeinrichtung
Vorzählerleitung (Leitung vor der Messeinrichtung) = vom Kabelverteiler zum Hausverteiler
12.2 Vorgangsweise
•
Vorzählerleitungen und alle vor den Messeinrichtungen befindlichen Einrichtungen
müssen so installiert sein, dass unbefugte Stromentnahme nicht möglich ist.
•
Bei Verlegung der Leitungen in Kellerdecken oder im darüber liegenden
Fußbodenaufbau, werden Mantelleitungen oder Kabeln in entsprechend
dimensionierten Installationsrohren verwendet.
•
Die Verlegung durch brandgefährdete und explosionsgefährdete Räume ist zu
vermeiden
•
Anhand der Leitungslängen und der errechneten Betriebsstromstärke, wird das
Leitungsschutzorgan bestimmt.
Die Betriebs-(Nenn-)stromstärke von Stromverbrauchseinrichtung wird
anhand folgender Formel errechnet:
IB =
bei Drehstrom
P
U ⋅ cos ϕ ⋅ 3
IB
die Betriebsstromstärke (Scheinstrom) der angeschlossenen Stromverbrauchseinrichtung in Ampere;
P
die Nennaufnahmeleistung der angeschlossenen Stromverbrauchseinrichtungen in
Watt;
U
die Nennspannung in Volt;
in Drehstromanlagen: Spannung zwischen den Außenleitern;
cos ϕ
den Leistungsfaktor;
Schriebl
Seite 164
Niederspannungsaufschließung
Für den Leistungsfaktor für Haus 1-4 sind laut (TAEV/ Tabelle II/2-1) folgende Werte
anzunehmen:
Tabelle 3.03: Leistungsfaktor
cos ϕ
cos ϕ
Art der Stromeinrichtungen
Elektrowärmegeräte
Glühlampen
Kochherde
1,0
Berechnung der Betriebsstromstärke:
Tabelle 3.04: Ergebnisse der Betriebsstromstärken
Haus Nennspannung
V
Nr.
1
2
3
4
400
400
400
400
Leistung
kW
Betriebsstromstärke
A
56
54,5
48
62
81
79
69
89
12.3 Bestimmung der Länge, des Querschnitts und Schutzorgan
Die Länge der Leitung von den Kabelverteilern zu den einzelnen Hausverteilverteilern, wurde
dem Plan der Neuen Heimat entnommen und wird in Meter angenommen. Die SSG
verwendet in diesem Bereich Aluminiumleiter.
Die Verlegeart ist gleich wie nach der Messeinrichtung und der Querschnitt wird nach der
höchst errechneten Betriebsstromstärke von 89 A bestimmt.
Daraus ergibt sich ein Querschnitt von 50 mm² damit die Betriebssicherheit der Anlage
gegeben ist, wurde als zulässiger Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung 125 A
gewählt.
Gewählt: Niederspannungs-Hochleistungssicherung (NH-Sicherung) 125 A
IB
89 A
Schriebl
≤
≤
IN
125 A
≤
IZ
≤ 144 A
Seite 165
Niederspannungsaufschließung
12.4 Ermittlung des Spannungsabfalls
Berechnung des Spannungsabfalls der Gewerbeanschlussleitung laut der angeführten
Formeln, diese sind unter Punkt 13.5 beschrieben.
Zwischen Zähler und Verbrauchsmittel darf der Spannungsabfall nicht mehr als 3% betragen
und wurde anhand der Berechnung überprüft.
Spannungsabfall V
I ⋅ 3 ⋅ l ⋅ cos ϕ
∆U = B
γ ⋅A
Spannungsabfall %
∆U ⋅ 100%
∆u =
400V
Tabelle 3.05:Ergebnisse des Spannungsabfalls (HA-Kabel)
Haus Länge Querschnitt AL Spez. Leitwert Spannungsabfall
Nr.
m
mm²
m/Ω mm²
V
1
2
3
4
19
46
32
34
50
50
50
50
33
33
33
33
Spannungsabfall
%
1,61
3,80
2,33
3,19
0,40
0,95
0,58
0,80
13 Wohnhausverteiler bis Wohnungsverteiler
Querschnittbestimmung der Nachzählerleitung:
Leistung pro Wohnung……….. 18000 W
Spannung ……………………… 400 V
Betriebsstromstärke (I B ) der Wohnungen von Haus 1-4:
IB=
Schriebl
18000W
400V ⋅ 1 ⋅ 3
= 26 A
Seite 166
Niederspannungsaufschließung
13.1 Dimensionierung der Leitungen
13.1.1 Querschnittbestimmung
Bei vollelektrifizierten Wohneinheiten muss für die Hauptleitungen, bezogen auf eine
Anschlussleistung von 18 kW pro Wohnungseinheit ein Querschnitt von 16 mm² gewählt
werden.
Außerdem wird empfohlen, im Hinblick auf spätere Anlagenerweiterungen größere
Leiterquerschnitte zu verlegen. Die Komfortwünsche in den Wohnungen werden künftig
weiter steigen und daher wurde die Anlage entsprechend zukunftssicher ausgelegt.
13.2 Verlegeart und Überstrom-Schutzeinrichtung
Elektrische Leitungen und Kabel sind gegen zu hohe Erwärmung mittels Überstromschutzeinrichtungen (z.B. Schmelzsicherungen, Leitungsschutzschalter) zu schützen. In der
Tabelle II/2-3 sind die wichtigsten Verlegearten mit den entsprechenden Nennströmen der
Überstromschutzeinrichtung bzw. deren Bemessungsströmen angeführt.
Als belastete Adern sind nur die tatsächlichen vom Strom durchflossenen Leiter zu
berücksichtigen, der PE-Leiter ist daher nicht mitzuzählen.
Dementsprechend gelten die für die Aderzahl 3 angegebenen Werte für Drehstromkreise
sowohl mit als auch ohne Neutralleiter.
Die Zuordnung von Überstrom-Schutzeinrichtungen in Hausinstallationen bei festgelegten
Verlegebedingungen, laut Tabelle II/2-3 gilt nur unter folgenden Bedingungen:
1. Einzelverlegung
2. Zwei oder drei belastete Adern
3. keine aufgewickelte Leitung
4. Umgebungstemperatur für Leitungen
und nicht in Erde verlegte Kabel 25°C
Es wurde die Verlegeart A2 mit 3 belasteten Adern gewählt, d.h. mehradrige Mantelleitungen,
mit oder ohne Rohr in wärmedämmenden Materialien, in Wänden, Decken oder Fußböden
verlegt.
Pro Wohnung wurde ein Betriebsstrom von 26A errechnet. Damit die Betriebssicherheit der
Anlage gegeben ist wurde der maximal zulässige Nennstrom einer ÜberstromSchutzeinrichtung mit der Auslösekennlinie ’’D’’ von 50 Ampere genommen.
Schriebl
Seite 167
Niederspannungsaufschließung
13.3 Wahl des Leitungsschutzes nach der Messeinrichtung
Jeder Leiter ist ein elektrischer Widerstand, wenn auch meist nur ein sehr kleiner. Fließt durch
den Leiter ein elektrischer Strom, entsteht eine Wärmeleistung, wodurch sich der Leiter
erwärmt.
Wenn der Strom und dadurch die Erwärmung zu groß sind, wird die Temperatur des Leiters
zu groß und die Betriebsisolation wird zerstört. Weiters kann es durch die hohe
Leitertemperatur zu Bränden im Gebäude kommen. Überstrom kann bei Kurzschluss und bei
Überlast fließen. Dabei nehmen die Verbraucher mehr Strom auf, als der Leiterquerschnitt der
Zuleitung verträgt.
Daher gilt, jede Leitung muss vor Überstrom geschützt sein.
Diese Aufgabe übernimmt ein Leitungsschutzorgan, welches im Normalfall sowohl
Überlastschutz als auch Kurzschlussschutz der Leitung abdeckt.
Leitungsschutzschalter werden vom Leitungsstrom durchflossen und schalten bei Überlastung
oder Kurzschluss selbsttätig ab. Sie ersetzen in ihrer Funktion die Schmelzsicherung und
bieten darüber hinaus den Vorteil, dass sie sofort nach Behebung des Kurzschlusses wieder
einschaltbar sind.
Den Kurzschlussschutz der Leiter übernimmt die magnetische Auslösung. Fließt ein großer
Strom durch den Schalter, dann zieht die Magnetspule an und schaltet sofort aus.
Bei der Wahl des Nennstromes der Überstrom-Schutzeinrichtung ist darauf zu achten, dass
die Auslösekennlinie die Bedingungen der „Nennstromregel“ erfüllt.
IB ≤ IN ≤ IZ
Nennstromregel:
I B Betriebsstrom des Stromkreises
I N Nennstrom der Überstrom-Schutzeinrichtung
IZ
zulässiger Dauerstrom der Leitung
Es wurde ein Leitungsschutzschalter (LS-Schalter) der Typ D mit Nennstrom 40A gewählt.
IB
26 A
≤ IN ≤ IZ
≤ 40 A ≤ 50 A
Das heißt, der magnetische Auslöser eines Leitungsschutzschalters der Type D spricht
spätestens bei 10 x I N an, und nicht bei 20 x I N .Der Überlastungsschutz hat eine Auslösezeit
> 1 Stunde bei 1,13 x I N oder eine Auslösezeit < 1 Stunde bei 1,45 x I N .
Schriebl
Seite 168
Niederspannungsaufschließung
13.4 Bestimmung der Leiterlänge
Die Länge der Leitung vom Zähler zu dem einzelnen Wohnungsverteilern, wurde dem Plan
der Neuen Heimat entnommen und wird in Meter angegeben.
13.5 Berechnung des Spannungsabfalls vom Zähler zum
Wohnungsverteiler
Der Spannungsabfall bei Drehstrom wird näherungsweise mit der nachstehenden Formel
errechnet, die Ableitwiderstände und Leiterkapazitäten werden bei Niederspannung überhaupt
vernachlässigt.
∆U =
I B ⋅ 3 ⋅ l ⋅ cos ϕ
γ ⋅A
∆U
den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Volt
IB
die Betriebsstromstärke der angeschlossenen
Stromverbrauchseinrichtungen Ampere
cos ϕ
der Leistungsfaktor der angeschlossenen
Stromverbraucheseinrichtugen
l
die Länge der Leitungsstrecke in Metern
γ
der spezifische Leitwert
für Kupfer 56 [m/Ω mm²]
für Aluminium 33 [m/Ω mm²]
A
den Querschnitt der Leiter in mm²
Entsprechend der Internationalen Elektrotechnischen Kommission (IEC) ist der gesamte
Spannungsabfall für den Bereich von der Übergabestelle bis zum letzten Verbrauchesgerät
mit 4% der Nennspannung begrenzt.
Von diesem 4% Gesamt-Spannungsabfall ist 1% für den Spannungsabfall im Bereich von der
Übergabestelle bis zum Zähler reserviert.
Schriebl
Seite 169
Niederspannungsaufschließung
Der Spannungsabfall in Prozent bei Drehstrom ergibt sich durch:
∆u =
∆U ⋅ 100%
400V
∆u
den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Prozent
∆U
den in der Leitung auftretenden Spannungsabfall in Volt
100
Umrechnung auf Prozent
400
Nennspannung
Darstellung der Berechnung der kürzesten und der längsten Wohnungszuleitung.
Anhand der Berechnung des Spannungsabfalls der Zuleitungen zu den Wohnungen konnte
festgestellt werden, dass der Querschnitt richtig gewählt wurde.
Tabelle 3.06:Egebnisse des Spannungsabfalls der Wohnungszuleitungen
Haus Nr./ Länge Querschnitt Betriebsstrom
Wohnung
m
mm²
A
1/1
4/10
Schriebl
11
36
16
16
26
26
Spez. Leitwert
m/Ω mm²
Spannungsabfall
V
Spannungsabfall
%
56
56
0,6
1,8
0,14
0,45
Seite 170
Niederspannungsaufschließung
14 Wohnungsverteiler
In der unteren Abbildung ist der grundsätzliche Aufbau des Verteilers ersichtlich. Als
Schutzmaßnahme ist die Nullung vorgesehen, für den laut ÖVE/ÖNORM E-8001-1
geforderten Zusatzschutz bei Steckdosenstromkreisen bis zu einem Nennstrom von 16A
werden Fehlerstrom-Schutzschalter mit einem Nennfehlerstrom ≤ 30mA installiert. Des
weitern muss seit 1996 ein Überspannungsschutz in den Verteilern angebracht werden.
2
1
3
4
Abb. 3.11: Wohnungsverteiler
1. Fehlerstromschutzschalter 30mA
2. Leitungsschutzschalter 2-polig(1+N)
3. Leitungsschutzschalter 3x1-polig für (Drehstromverbraucher)
4. Stoßstromschalter
Schriebl
Seite 171
Niederspannungsaufschließung
14.1 Vorzählerteil und Zähler
In Abbildung 3.12 sieht man den Vorzählerteil, sowie die Zählung. Im Vorzählerteil werden
Leitungsschutzschalter der Type D, 40 A verwendet. Weiters erkennt man die PE-und die NKlemme. Als Zähler werden Drehstromzähler 10/40A verwendet. Oberhalb der Zähler sieht
man Rundsteuerempfänger, welche zum Schalten von Mehrfachtarifzählern und Schützen
dienen können. Für geringe Ströme (bis 16A) befindet sich bereits im Gerät ein Relais.
2
1
4
3
5
6
Abb. 3.12: Vorzählerteil und Zähler
1. Drehstromzähler
2. Rundsteuerungs-Empfänger und Schütz
3. Vorzählersicherung
4. N-Klemme
5. PE-Klemme
6. Zuleitung
Schriebl
Seite 172
Niederspannungsaufschließung
15 Schutzmaßnahmen und Netzform
15.1 Allgemein
Die Anwendung der Anlagenschutzmaßnahme ist in Österreich neben der
Errichtungsbestimmung ÖVE/ÖNORM E 8001 durch die "Nullungsverordnung" geregelt.
Schutzmaßnahmen dienen dem Schutz des Menschen vor den Gefahren des elektrischen
Stroms. Im Allgemeinen wird im Umgang mit dem elektrischen Strom mit Spannungen von
230 V oder 400 V gearbeitet. Diese Spannungen können bei direktem Kontakt mit dem
menschlichen Körper tödlich sein. Die Schutzmaßnahme verhindert im ersten Fehlerfall das
Zustandekommen von gefährlichen Berührungsspannungen an leitenden Oberflächen. Die
Niederspannungsaufschließung wird als TN-Netz ausgeführt.
Neu ist nun, dass der wirksam geerdete vierte Leiter in Teilnetzen des Versorgungsnetzes von
seiner bisherigen Funktion als Neutralleiter in einen PEN-Leiter überführt wird.
T
(terra =Erde) der Schutzleiter ist mit dem Anlagenerder
(vom Netzerder getrennt) verbunden.
N
(neutral) der Schutzleiter ist mit dem Betriebserder der Stromquelle
(Transformator oder Generator), also dem geerdeten Neutralleiter
(PEN−Leiter) verbunden.
Die Österreichischen Vorschriften für Elektrotechnik(= ÖVE) sehen für den Elektroschutz ein
Schutzkonzept in drei Stufen vor:
1. Basisschutz
er verhindert das Berühren von Teilen, die Betriebsspannung führen
(direkte Berührung)
2. Fehlerschutz
er verhindert das Auftreten von Spannung an Gehäusen und Geräten, wenn die
Basisisolierung fehlerhaft ist. (Schutz bei indirektem Berühren)
3. Zusatzschutz
er verringert die Gefahr von elektrischem Schlag, wenn Basis- und/oder Fehlerschutz
nicht wirksam sind.
Schriebl
Seite 173
Niederspannungsaufschließung
15.2 Direkte Schutzmaßnahmen
1. Alle Teile müssen gegen zufällige Berührung geschützt sein(Basisschutz).
Der Schutz gegen Berührung aktiver Teile kann erreicht werden durch
− Isolierung
− Abdeckung (Gehäuse)
− Montage außer Handbereich
2. Betriebs- und Basisisolierung müssen vor mechanischer Beschädigung und zu starker
Erwärmung geschützt sein.
− Schutz von Leitungen und Geräten vor mechanischer
Beschädigung
− Schutz der Leitungen vor zu starker Erwärmung
15.3 Indirekte Schutzmaßnahmen
Das Auftreten von gefährlicher Fehlerspannung muss verhindert werden (Fehlerschutz).
1. Fehlerschutz ohne Schutzleiter
-
Schutzisolierung
Schutz- und Funktionskleinspannung
Schutztrennung für ein Gerät
2. Fehlerschutz mit Schutzleiter
-
Schriebl
Schutztrennung für mehrere Geräte
Schutzerdung
Nullung
Fehlerstrom-Schutzschaltung
Isolationsüberwachungssystem
Seite 174
Niederspannungsaufschließung
16 Nullung
16.1 Allgemein
Die Nullung ist eine Schutzmaßnahme gegen zu hohe Berührungsspannungen bei defekten,
elektrischen Betriebsmitteln wie z.B. Haushaltgeräte und Werkzeugmaschinen.
Bei der Nullung wird der PEN-Leiter (Neutralleiter mit Schutzfunktion) direkt nach dem
Hausanschluss, noch vor den Schutzeinrichtungen der Hausinstallation, wie z.B
Fehlerstromschutzschaltern oder Leitungsschutzschaltern, in den Neutralleiter und den
Schutzleiter aufgetrennt. Der Schutzleiter wird mittels der Schutzkontakttechnik mit den
metallischen Gehäusen der Elektrogeräte verbunden.
Abb. 3.13: Darstellung der Nullung
Bei Körperschluss muss sichergestellt sein, dass der Fehlerstrom in der Schleife L-PEN so
groß ist, dass die Überstromeinrichtung auslöst.
Des weitern wurden die Querschnitte so gewählt, dass im Fehlerfall automatisch ausgeschaltet
wird.
zum Zähler
Nullungsbügel und
Anlagenerder ist mit dem
PEN-Leiter verbunden
Hausanschlusssicherung
Fundamenterder
Abb. 3.14: Ausführung der Nullungsverbindung
Schriebl
Seite 175
Niederspannungsaufschließung
Im Fehlerfall kommt es zu einem kurzschlussartigen Fehlerstrom (Abschaltstrom) der die
vorgeschaltete Überstrom−Schutzeinrichtung zum Auslösen bringt. Durch den umfassenden
Potentialausgleich wird gewährleisten, dass während der Auslösezeit keine unzulässig hohe
Berührungsspannung auftreten kann.
Der wesentliche Vorteil der Nullung besteht darin, dass die Fehlerspannung bis zur
Abschaltung des fehlerhaften Stromkreises gering ist und die sichere Funktion nur
unwesentlich durch Alterungsprozesse beeinflusst wird.
17 Fehlerstrom-Schutzschalter
Bei Körperschluss muss der Fehlerstrom gegen Erde so groß sein, dass der
Auslösenennstromfehler der Fehlerstrom−Schutzeinrichtung zum Fließen kommt und durch
den Summenstromwandler die Auslösung erfolgt. Der Erdungswiderstand der Anlage darf
gemäß ÖVE/ÖNORM E 8001−1 maximal 100 Ohm betragen.
Bei fehlerfreien Kabeln und Geräten darf der Stromkreis nur über Phase- und Neutralleiter
führen. Fehlerstromschutzschalter (FI) können dank der gezielten Erdung des Stromnetzes so
genannte Kriechströme erkennen und den betreffenden Stromkreis spannungsfrei schalten.
Abb. 3.15: Ausführung des Fehlerstromschutzschalters (FI)
Die Funktion der Schutzmaßnahme Fehlerstrom−Schutzschaltung besteht darin, dass das
Gehäuse der Betriebsmittel über den Schutzleiter an einen eigenen Anlagenerder
angeschlossen ist. Im Fehlerfall kommt ein Fehlerstrom zum Fließen, welcher die
vorgeschaltete Fehlerstrom−Schutzeinrichtung zur Auslösung bringt.
Anlagenteile die netzseitig vor einer Fehlerstrom−Schutzeinrichtung liegen (ausgenommen
z.B. Hausanschlusskasten, Messeinrichtungen) müssen schutzisoliert ausgeführt werden.
Schriebl
Seite 176
Niederspannungsaufschließung
18 Zusatzschutz
Als Maßnahme des Zusatzschutzes gilt gemäß ÖVE/ÖNORM E 8001−1.
Der Einbau einer Fehlerstrom−Schutzeinrichtung mit einem maximalen Nennfehlerstrom von
30 mA. Unabhängig davon, ob Nullung oder FI−Schutz angewendet wird, ist dieser separate
30 mA − FI−Schalter für die betreffenden Stromkreisen vorzusehen. Beim Steckdosenstromkreis ist Nennstrom von 16 A gefordert.
19 Potentialausgleich
Zweck des Potentialausgleichs ist es, gefährliche Potentialunterschiede zwischen berührbaren
leitfähigen Anlageteilen zu vermeiden. Der Potentialausgleich stellt jedoch keine
Schutzmaßnahme für den Fehlerschutz dar. Die Anlage wird mit einer
Hauptpotentialausgleichsschiene ausgestattet, die mit dem Fundamenterder verbunden wird.
6
7
1
5
2
4
3
Abb. 3.16: Ausführung des Hauptpotentialausgleichs
1. Anschlüsse Hauptpotentialausgleichsschiene
2. metallene Gebäudekonstruktionen berührbar
(= Stiegengelände, Badewanne)
3. Erdungsleiter zum Anlagenerder
4. leitfähige Rohr- und Leitungssysteme (Wasser, Abfluss ...)
5. Heizung
6. Antennenanlage, Überspannungsschutz, Blitzschutz
7. Zum PEN−Leiter 16mm² CU (7)
Schriebl
Seite 177
Niederspannungsaufschließung
20 Kompensation
20.1 Was ist Blindleistung, wo entsteht sie?
Blindleistung ist die zum Auf- und Abbau des magnetischen bzw. elektrischen Feldes
zwischen Generator und Verbraucher im Takt der Netzfrequenz pendelnde Leistung und tritt
bei reinen Induktivitäten und reiner Kapazitäten auf.
In der Praxis tritt meist keine rein ohmsche Last auf, sondern man muss drei Leistungen
unterscheiden. Außer der Scheinleistung (S) treten im Wirkwiderstand (R) die Wirkleistung
(P) und im induktiven Blindwiderstand die induktive Blindleistung (Q) auf. Die gilt für alle
Verbraucher, die zur Funktion ein magnetisches Feld benötigen, z.B. Motoren, Spulen und
Transformatoren.
Beträgt die Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung 90°, z.B. bei einer
Induktivität oder Kapazität, so werden die positiven Flächenteile der Leistungskurve gleich
groß wie die negativen. Die Wirkleistung (P) ist dann Null und es tritt nur Blindleistung auf.
Die ganze Energie pendelt dabei zwischen Verbraucher und Erzeuger hin und her.
In diesem Projekt entsteht die Blindleistung bei den Motoren des Gewerbebetriebes.
20.2 Einschätzung des Blindstromverbrauchs
Vorwiegend konzentriert sich der Bedarf einer Blindstrommessung auf die Segmente
Gewerbe- und Industriebetriebe bei denen leistungsstarke Asynchronmotoren, Schweißgeräte
bzw. eine hohe Anzahl von Gasentladungslampen ohne entsprechende Blindstromkompensation eingesetzt werden.
20.3 Wann wird eine Blindstrommessung durchgeführt
•
Eine Blindstrommessung ist in jedem Fall bei Anlagen mit Lastprofilmessung, wie
auch bei Anlagen mit einer ¼ Std. Maximum Wandlermessungen einzubauen.
•
Bei all jenen Kundenanlagen bei denen die Verbrauchsermittlung mit einer anderen
Art bzw. Variante von Messeinrichtung erfolgt, ist von der jeweiligen Kontaktperson
der STEWEAG-STEG GmbH. unter Berücksichtigung der Anlagengegebenheiten
(Art und Leitungsverwendung der Geräte) eine Einschätzung, ob ein
Blindstromverbrauch < 0,9 [Lamda] zu erwarten ist, vorzunehmen und in weiterer
Folge eine Blindstrommessung einzubauen.
•
Die entsprechende Kundeninformation über den Einbau und eine mögliche
Verrechnung der Blindenergie bei einem Anteil größer als rund 48% des Wertes der
zeitgleichen Wirkenergie, obliegt der jeweiligen Kontaktperson der SSG.
Schriebl
Seite 178
Niederspannungsaufschließung
20.4 Wie funktioniert ein Blindleistungszähler
Zur Blindstromerfassung ist anzumerken, dass bei der SSG verschiedene Varianten bzw.
Ausprägungen von Blindstromzählern zu Verfügung stehen. Unter anderem besteht die
Möglichkeit einen ¼- Std. Maximum – Kombizähler mit Lastprofilspeicher für Wirk- und
Blindenergie zu verwenden. Der angeführte Kombizähler kann als ¼- Std. Maximums-Zähler
wie auch als Lastprofilzähler eingesetzt werden. Außerdem besitzt er auch ein integriertes
Energieregister zur Erfassung der Blindenergie.
Es besteht somit die Möglichkeit bei Anlagen, die auf Grund ihrer
Jahresenergieverbrauchsmenge bzw. Leitungsverwendung laut geltenden „Allgemeine
Bedingungen für den Zugang des Verteilernetz der STEWEAG- STEG GmbH.“ einen ¼Std. Maximums-Zähler oder einen Lastprofilzähler benötigen, den angeführten Kombizähler
einzubauen. Mit der Verwendung des ¼- Std. Maximum- Kombizähler wird auch ein
etwaiger Blindenergiebezug erfasst und ein gesonderter Einbau einen Blindstromzählers
entfällt somit.
20.5 Was ist eine Kompensationsanlage und ihre Funktionsweise.
Unter Kompensation versteht man die Verringerung der induktiven Blindleistung. Da viele
elektrische Lasten induktive Anteile haben (z.B. Motoren) benötigen sie induktive
Blindleistung. Dieser Anteil wird ohne Kompensationsanlage vom Energieversorger geliefert.
Sie wird von den normalerweise eingesetzten Zählern nicht erfasst, da diese nur die
Wirkleistung messen. In den TAB (Technischen Anschlussbedingungen) der Netzbetreiber
werden Kompensationsanlagen ab einer gewissen induktiven Blindleistung vorgeschrieben.
Mit Hilfe von Kondensatoren, die in Stern oder Dreieck zur Anlage geschaltet werden, wird
die induktive Blindleistung kompensiert. Die Blindleistung muss nun nicht mehr vom
Energieversorger geliefert werden. Der Kunde "erzeugt" seine Blindleistung selbst. Die
Kompensation erfolgt gewöhnlich auf einen cos phi zwischen 0,90 und 0,98.
20.6 Warum wird kompensiert?
Der zwischen Generator (Elektrizitätswerk) und Verbraucher hin und her pendelnde
Blindstrom wird im Leitungsnetz in Wärme umgesetzt. Generatoren, Transformatoren,
Leitungen und Schalteinrichtungen werden zusätzlich belastet. Es treten Verluste und
Spannungsabfall auf. Bei hohem Blindstromanteil können die verlegten Querschnitte nicht
voll zur Energieübertragung ausgenützt werden bzw. müssen stärker dimensioniert sein. Aus
Sicht der EVU steigen bei schlechtem Leistungsfaktor die Investitions- und Wartungskosten
für das Versorgungsnetz. Diese Mehrkosten werden dem Verbraucher, nämlich dem
Stromabnehmer mit schlechtem Leistungsfaktor, in Rechnung gestellt. Deshalb installiert man
neben dem Zähler für Wirkarbeit auch noch einen solchen für Blindarbeit.
Schriebl
Seite 179
Niederspannungsaufschließung
20.7 Die Vorteile
1. Wirtschaftliches Ausnutzen von:
−
−
−
−
Leitungen
Generatoren (EVU)
Transformatoren
Schalteinrichtungen
2. geringe Verluste
3. geringer Spannungsabfall dadurch
4.
geringere Energiekosten
20.8 Kompensationsarten
− Einzelkompensation
− Gruppenkompensation
− Zentralkompensation
− Gemischte Kompensation
Gewählt wurde die Zentralkompensation in Sternschaltung.
20.9 Ausführung
Die gesamte Kompensation wird an zentraler Stelle, z.B. beim NiederspannungsHauptverteiler, angeordnet. Es wird damit der gesamte Bedarf an Blindleistung abgedeckt.
Die Kondensatorleistung ist auf mehrere Schaltstufen aufgeteilt und wird durch einen
automatischen Blindleistungsregler über Schaltschütze den Lastverhältnissen angepasst. Die
zentral angeordnete Kompensation kann leicht überwacht werden. Moderne
Blindleistungsregler ermöglichen eine laufende Kontrolle von Schaltzustand, cos ϕ und der
Wirk- und Blindströme sowie der im Netz enthaltenen Oberschwingungen. Meist kommt man
mit einer niedrigeren Gesamtleistung der Kondensatoren aus, da der Gleichzeitigkeitsfaktor
des ganzen Betriebes bei der Auslegung berücksichtigt werden kann. Die installierte
Kondensatorenleistung wird besser ausgenutzt. Allerdings wird das betriebsinterne
Leitungsnetz selbst nicht vom Blindstrom entlastet, was bei ausreichenden Querschnitten kein
Nachteil ist.
Schriebl
Seite 180
Niederspannungsaufschließung
Regler
M
~
M
~
M
~
M
~
Abb. 3.17: Zentralkompensation
Vorteile:
− überschaubares Konzept
− gute Nutzung der installierten Kondensatorleistung
− meist einfache Installation
− weniger Kondensatorenleistung, da der Gleichzeitigkeitsfaktor
berücksichtigt werden kann
− bei oberschwingungshaltigen Netzen kostengünstiger, da
geregelte Anlagen einfacher zu verdrosseln sind
Nachteile:
− das innerbetriebliche Netz wird nicht entlastet
− zusätzliche Kosten für automatische Regelung
Schriebl
Seite 181
Niederspannungsaufschließung
20.10
Wie wird eine Kompensationsanlage ausgelegt?
Berechnung auf Grund vorliegender Daten (z.B. Typenschild) von Verbrauchern, wie
Motoren.
Daten der angenommenen Motore für den Gewerbebetrieb:
Tabelle 3.07: Gewerbebetrieb-Anschlussdaten
Motor 1= 90kW
Motor 2 = 30kW
η 1= 0.945
cos ϕ 1= 0.85
Motor 3 = 5,5kW
η 2 = 0.93
η 3 = 0.86
cos ϕ 2 = 0.89
ϕ 1= 31,8°
cos ϕ 3 = 0.82
ϕ 2 = 27,1°
P zu =
ϕ 3 = 34,9°
Motor 4 = 75kW
η 4 = 0.85
cos ϕ 4 = 0.85
ϕ 4 = 31,8°
Pab
η
P zu ….. aufgenommene Leistung
Pab
….. abgegebene Leistung
η
….. Wirkungsgrad
cos ϕ … Leistungsfaktor
Pzu1 =
90kW
= 95,2 kW
0,945
Pzu 2 =
30kW
= 32,2 kW
0,93
Pzu 3 =
5,5kW
= 6,4 kW
0,86
Pzu 4 =
75kW
= 79,8 kW
0,94
PzuGes = Pzu1 + Pzu 2 + P zu 3 + Pzu 4
PzuGes = 95,2+32,2+6,4+79,8=213,6 kW
Q zu
= tan ϕ
Pzu
=>
Q zu = Pzu ⋅ tan ϕ
Q zu1 = 85,2kW ⋅ tan(31,8°) =59,03 kVar
Q zu 2 = 32,2kW ⋅ tan(27,1°) =16,48 kVar
Q zu 3 = 6,4kW ⋅ tan(34,9°) = 4,47 kVar
Q zu 4 = 79,8kW ⋅ tan(31,8°) =49,49 kVar
Q zu Ges = Q zu1 + Q zu 2 + Q zu 3 + Q zu 4
Q zu Ges = 59,03+16,48+4,47+49,49= 129,47 kVar
Schriebl
Seite 182
Niederspannungsaufschließung
QC
S
Q zuGes
Qzu
ϕ1 ϕ 2
PGes
Abb. 3.18: Diagramm der Blindleistung mit Kompensation
Die vom Kondensator aufgenommene Blindleistung QC ergibt sich aus der Differenz der
induktiven Blindleistung Q zuGes vor der Kompensation und Q zu nach der Kompensation, also
ist:
QC = Q zu Ges − Q zu .
Kompensieren mit Sternschaltung auf cos ϕ 0,95, das sind 18,2° Grad:
Q zu
= tan ϕ K
PzuGes
Q zu = PzuGes ⋅ tan ϕ K
Q zu = 213,6 ⋅ tan(18,2°)
Q zu = 70,23 kVar
QC = Q zu Ges − Q zu
QC = 129,47-70,23
QC = 59,24 kVar
20.11
Bestimmung der Kondensatorgröße
XC =
C=
3⋅ U ²
QC
XC =
=>
1
2 ⋅π ⋅ f ⋅ X c
=>
C=
3 ⋅ 230 2 V
= 2,68 Ω
59,24 ⋅ 10 3 kVar
1
= 1188uF ≈ 1,2mF
2 ⋅ π ⋅ 50 Hz ⋅ 2,68Ω
X C kapazitiver Blindwiderstand in Ω
Schriebl
C
Kapazizät in F
f
Frequenz in Hz
Seite 183
Niederspannungsaufschließung
20.12
Kostenauflistung
20.12.1 Anlagenkosten
Anhand der berechneten Daten wurde bei der Firma Schmachtel in Graz ein Angebot einer
Zentralkompensation eingeholt.
Angaben:
Gesamtleistung
………..
Blindleistung
………..
Rundsteuersignal
………..
Verdrosselungsfaktor ………..
Nennspannung
………..
gewünschter cos ϕ ………..
213,6 kW
59,24 kVar
216,7 Hz
14 %
3x400V/50Hz
0,95
Angebot:
Bezugnehmend auf die Angaben würde eine verdrosselte Blindleistungs-Regelanlage
mit 62,5 kVar (Vorsicherung gl 125) oder besser mit 10% Reserve = 68,75 kVar
(Vorsicherung gl 160) sinnvoll sein. Die verdrosselte Blindstromanlage, eignet sich
um Lasten mit erhöhtem Oberschwingungsanteil zu kompensieren und
Resonanzerscheinungen im Netz zu vermeiden.
Kosten einer geregelten Kompensationsanlage mit Schaltschrank:
Beschreibung der Type 2 / 68,75 kVar
Regelbar in 6 Stufen zu 6,25 kVar
400V/50Hz mit 14% verdrosselt
Resonanzfrequenz P1(fr=210Hz)
Abb. 3.19: Kompensationsanlage
1. Type: LSK 62,5-12,5-12-400-3-606-P1
€ 1.694,--/Stk.
2. Type:LSK 68,75-6,25-112-400-3-606-P1
€ 1.886,--/Stk.
Kosten mit Montage:
Schriebl
5600€
Seite 184
Niederspannungsaufschließung
20.12.2 Anlage ohne Kompensation:
Wirkleistung(P) = 215 kW
Blindleistung(Q) = 130 kVar
Betriebszeiten: MO-FR 6°°-18°°
18°°- 6°°
60% Auslastung
10% Auslastung
Tag 60%
Wirkleistung: 129 kW
Blindleistung: 78 kVar
Nacht 10%
21,5 kW
13 kVar
Energie: 451500kWh/Jahr
Blindleistung:382200 kVarh/Jahr davon (48% frei=216720kVar)
=>165480 kVar
Energiekosten:
Wirkleistung/215 kW:
Energie/451500 kWh:
Blindleistung/165480 kVarh:
€/Jahr
€/Monat
7766€
11036€
6615€
25417€
2119€
20.12.3 Anlage mit Kompensation:
Es ergibt sich eine Blindleistung von 149100 kVah/Jahr, da 48% frei sind, fallen keine
Blindleistungskosten an.
Energiekosten:
Wirkleistung/215 kW:
Energie/451500 kWh:
€/Jahr
€/Monat
20.13
7766€
11036€
18802€
1567€
Fazit
Die entstandenen Kosten der Kompensationsanlage würden sich innerhalb von nur 11
Monaten amortisieren. Die Wartungskosten kommen pro Jahr auf 360€. Es rentiert sich auf
jeden Fall eine Kompensationsanlage, es profitiert der Endkunde.
Schriebl
Seite 185
Niederspannungsaufschließung
21 Überspannungsschutzkonzept
21.1 Erstellung eines Schutzkonzeptes
Unter Überspannungsschutz wird der Schutz elektrischer und elektronischer Geräte vor zu
hohen elektrischen Spannungen verstanden. Beim Überspannungsschutz unterscheidet man
zwischen den Funktionsbereichen Grobschutz (Anlagenschutz) und Feinschutz
(Geräteschutz). Erst das Zusammenwirken beider Bereiche gewährleistet das notwendige Maß
an Sicherheit.
Der Grobschutz (Anlagenschutz) übernimmt dabei die Aufgabe, die energiereichen
Überspannungen auf ungefährliche Werte zu begrenzen. Der Einbau dieser Geräte wird in der
ÖVE/ÖNORMEN 8001-1 §18 vorgeschrieben und in Haupt- und Unterverteilungen
eingebaut, um so die Niederspannungs-Verbraucheranlagen vor Überspannungen zu schützen.
21.2 Überspannung
Überspannungen sind sehr kurzzeitige Ereignisse, mit hohen Spannungsimpulse
(Transienten), die im µs-Bereich auftreten und dennoch elektronische Geräte und komplexe
Leitungs-Systeme negativ beeinflussen bzw. außer Betrieb setzen können.
21.3 Ursachen
– atmosphärische Entladungen (Blitze)
– Schalthandlungen
–
Schalten von großen induktiven und kapazitiven Lasten
– elektrostatische Entladung (ESD)
21.4 Was sollte geschützt werden:
1. Niederspannungsbereich
– TV-, Telefon-, Computer-, Alarmanlage
– Sämtliche Haushaltsgeräte (z.B. Waschmaschine, Geschirrspüler)
– Heizungssteuerung
– Kompensationsanlage
Schriebl
Seite 186
Niederspannungsaufschließung
2. Hochspannungsbereich
– Komplexe Leitungs-Systeme
– Schaltanlagen
– Transformatorstation
21.5 Gegenüberstellung der Ableiterklassifikation
Tabelle 3.08: Ableiterklassen
Ableiterklasse A Überspannungsableiter zum Einsatz in Freileitungen
Ableiterklasse B Blitzstromableiter für die Montage in Gebäuden
Ableiterklasse C Überspannungsableiter für die Montage in Gebäuden
Ableiterklasse D Ortsveränderliche Überspannungsschutzgeräte
Ableiterklasse E Überspannungs-Feinschutzelemente
21.6 Schutzzonenkonzept
Für den Überspannungsschutz in TN-Netzen sind 3polige Blitzstrom- und
Überspannungsableiter notwendig.Sie werden zwischen den Phasen und dem PE-Leiter
installiert.
TN-C-Netz
TN-S-Netz
B…..Blitzstromableiter
C…..Überspannungsableiter
B
C
D
D…..Gerätefeinschutz
Potentialausgleich
Abb. 3.20: TN-System mit Überspannungsschutz durch Varistor-Ableiter
Schriebl
Seite 187
Niederspannungsaufschließung
21.7 Funktion
Überspannungs-Schutzgeräte sind Betriebsmittel, deren wesentliche Komponenten
spannungsabhängige Widerstände (Varistoren, Suppressordioden) und Funkenstrecken
(Entladungsstrecken) sind und die bei Nennspannung nicht leitend werden. Sie stellen im
Normalbetrieb einen Isolator dar. Erst bei Überspannung werden sie leitend und können den
Stoßstrom ableiten und dadurch die Überspannung am zu schützenden Gerät verkleinern. Sie
werden zwischen Außenleiter und Erde geschaltet.
1. Funkenstrecken
sind derartige Bauelemente, die beim Überschreiten eines bestimmten
Spannungswertes an ihren Anschlüssen durchschalten und die anliegende
Überspannung kurzschließen. Ihr Verhalten ist mit dem eines Schalters vergleichbar.
− hochohmiger Zustand (Normalbetriebszustand)
− niederohmiger Zustand ( Ableitvorgang)
Überspannungsableiter Abb.3.21 für Niederspannung 280 V/500 V mit Metalloxidwiderstand
5 kA/10 kA. Bei Überspannung verringert sich der spannungsabhängige Widerstand (1) so
stark, dass die Überspannung begrenzt wird.
2
4
1
3
5
Abb. 3.21: Überspannungsableiter im Freileitungsnetz
1. im Keramikisolator eingebetteter Metalloxidwiderstand
2. Isolierte flexible Kupferanschlussleitung 6 mm²
3. Signalfarbe Gelb für leichtes Erkennen eines ausgelösten
Überspannungsableiter
4. Anschluss mit Schraubbolzen
5. Erdungsverbindung
Schriebl
Seite 188
Niederspannungsaufschließung
Technische Daten
Höchste Dauerspannung U c :
280 V/500 V
Frequenz:
40–60 Hz
Nennableitstrom I N :
5 kA 10 kA
Maximaler Ableitstrom I MAX :
10 kA 15 kA
Schutzpegel U P :
1,8 kV 3,0 kV
Restspannung U RES :
< 1,8 kV < 2,8 kV
2. Varistoren
sind ideale Elemente zur Begrenzung von Überspannungen, die durch indirekte
Blitzeinwirkung oder durch Schalthandlungen verursacht werden.
3. Gasgefüllte Überspannungsableiter
sind elektronische Bauelemente die im Feinschutzbereich zur Begrenzung von
Überspannung eingesetzt werden. Der Überspannungsableiter stellt eine
Gasentladungsstrecke dar.
4
2
5
5
3
1
Abb.3.22: Gasgefüllte Überspannungsableiter
Nach dem Überschreiten einer bestimmten Spannung findet zwischen den beiden
Metallelektroden (2) ein Durchschlag statt. Es entsteht dabei ein Lichtbogen, der sehr hohe
Ströme leiten kann. Die Spannung zwischen den Elektroden (1) beträgt dann nur 10 bis 20V.
Der Überspannungsableiter besteht aus einem Glas- oder Keramikkörper (3), der an den
Außenseiten mit zwei Anschlussdrähten (5) ausgestattet ist. Innerhalb des Gehäuses befinden
sich die Elektroden. Der Raum dazwischen ist die Gasentladungsstrecke (4), die aus einem
Edelgas besteht (Argon, Neon).
Schriebl
Seite 189
Niederspannungsaufschließung
21.8 Möglichkeiten zum Überspannungsschutz
1. A-Ableiter
Dieser Ableiter wird als Blitzschutz bei Hoch- und Niederspannungsanlagen z.B.
Leitungen und Trafostationen verwendet. Die Blitzschutzableiter sind in der Lage,
Blitzströme von 100 kA abzuleiten, die bei einem direktem Blitzschlag auftreten
können. Der Schutzpegel liegt hierbei unter 3,5 kV.
Meist werden Überspannungsableiter Abb.3.23 mit Metalloxidwiderständen
eingesetzt. Es handelt sich hierbei um einen gesinterten Keramikwerkstoff, dessen
Hauptbestandteil Zinkoxid bildet. Dieses Zinkoxid wird in Pulverform mit
verschiedenen Dotierungsstoffen vermischt und danach gesintert.
1
7
2
3
4
5
6
Abb. 3.23: Schutzisolator
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Abb. 3.24: Metalloxidwiderstände
Primäranschluss
Glasfaser Stäbe
Stickstoff
Glasfaser Rohr
Silikonschirm
Erdseitigeranschluss
Metalloxidwiderstände
Ein fertiger Ableiter (Abb.3.23) entsteht durch die Reihenschaltung mehrer Widerstände.
Hierbei ist die Bauhöhe der Widerstandssäule maßgebend für die Restspannung des Ableiters.
Der Vorteil der Metalloxidableiter liegt darin, dass man keine zusätzlichen Funkenstrecken
im Ableiter benötigt. Aufgrund des hohen Widerstandes bei Betriebsspannung können diese
Ableiter direkt mit dem Netz verbunden werden.
Schriebl
Seite 190
Niederspannungsaufschließung
2. B-Ableiter
Für die äußere Blitzschutzanlage Abb.3.25 von Gebäuden geeignet, z.B. Wohnhaus
und Gewerbebetrieb unseres Projektes.
Neben dem hohen Ableitvermögen, bieten diese Hochleistungsableiter folgende
Vorteile:
•
Kurze Ansprechzeit – geringer Schutzpegel (Restspannung) ≤ 2 kV
•
Kein Folgestrom nach Abklingen der Überspannung
•
Leicht auswechselbares Varistor-Modul, ohne die Netzspannung zu
unterbrechen; wichtig bei EDV-Anlagen (6)
Die Ausführung von Fundamenterder (3) als Blitzschutzanlage (1), muss so ausgelegt werden,
dass es der ÖNORM E 2790 entspricht.
Jede Ableitung z.B. EDV-, TV-Anlage, Hausanschluss (2) und Wasseranschluss (5) muss mit
wenigstens einem Erder versehen werden, die untereinander und direkt oder über den
Potentialausgleich (4) mit dem Fundamenterder zu verbinden sind.
1
6
5
2
4
3
Abb. 3.25: Blitzschutzanlage
Schriebl
Seite 191
Niederspannungsaufschließung
2. C-Ableiter
Überspannungsableiter der Klasse-C werden als Grobschutz für den Anlagenschutz in
Niederspannungs-Verbraucheranlagen eingesetzt.
Die sichere Ableitung hoher Überspannungsenergien ist durch den Einsatz
leistungsstarker Zinkoxid-Varistoren gewährleistet. Jeder Ableiterpol kann mehrere
Stoßströme von mindestens 40 kA (8/20) ableiten, ohne dass sich die Charakteristik
des Varistors verändert.
Der einzige Unterschied zwischen C- Ableiter und B-Ableiter ist, dass der C- für
Grobschutz und der B- Ableiter für Blitzschutz ist.
2. D-Ableiter
Für den Feinschutz gibt es einfache Steckdosen-Module Abb.3.26 in verschiedenen
Ausführungen für Telefon-(1), TV-Anlage (2) und PC-Vernetzung (3). Die
Schutzschaltung dieser Geräte ist als so genannter Parallelschutz ausgelegt, d.h., sie
werden nicht vom Strom des zu schützenden elektronischen Gerätes durchflossen. Der
defekte Zustand der Schutzschaltung wird optisch und akustisch angezeigt. Der
Überspannungsschutz wirkt sowohl gegen Längs- als auch Querspannungen.
1
3
2
Abb. 3.26: Überspannungsschutz für elektronische Geräte
Schriebl
Seite 192
Niederspannungsaufschließung
2. Überspannungsschutz für Verbraucher mit12/24 V DC Versorgung
Um diese Geräte wirkungsvoll zu schützen, bleibt durch den Parallelanschluss der
Überspannungsableiter die Betriebsspannung (DC) auch nach Auslösen der Ableiter
erhalten.
Energetisch koordinierte Gasentladungsableiter (1)
und Dioden (2) gegen Erde.
1
2
Abb. 3.27: Schutz von Einzeladern mit gemeinsamem Bezugspotential und
Schaltbild
Auszug aus dem Datenblatt
Nennspannung
Höchste Dauerspannung DC
Höchste Dauerspannung AC
Nennstrom
C2 Nennableitstoßstrom (8/20) gesamt
C2 Nennableitstoßstrom (8/20) pro Ader
Serienimpedanz pro Ader
Grenzfrequenz Ad-PG
Ansprechzeit Ad-Ad
Ansprechzeit Ad-PG
Betriebstemperaturbereich
Anschluss Eingang / Ausgang
12 V
14 V
9,5 V
0,5 A
10 kA
5 kA
1,8 Ohm
2,5 MHz
<= 1 ns
<= 1 ns
-40°C..+80°C
Feder / Feder
2. D-Ableiter/ISDN – Überspannungsschutz
Der Adapter ist mit akustischer Defektmeldung, platzsparend und einfach
anzuwenden. Dieser Schutzbaustein bewahrt eine ISDN – Anlage vor
Überspannungen, die aus dem 230V Versorgungs – oder Telekommunikationsnetz
dringen und erhebliche Schäden verursachen können. Defekte signalisiert der Klasse
D – Baustein mit einem deutlichen Dauerwarnton.
Schriebl
Seite 193
Niederspannungsaufschließung
1
5
4
2
3
Abb. 3.28: Schaltbild
Abb. 3.29: Funktion
1. Elektrode/1
2. Elektrode/2 =Ausblaselektrode
3. Lichtbogen
4. Gasströmung/ radial und axial
5. Gasabgebender Isolierstoff
21.9 Überspannungsschutzkonzept
Der erste Teil des Überspannungsschutzkonzeptes betrifft die Anlagen und Einrichtungen im
Eigentum des Elektrizitätsversorgungsunternehmen (EVU).
Bei Isolatoren im Verlauf der 20 kV-Freileitung, sowie bei den oberspannungsseitigen
Trafodurchführungen (nur bei offener Bauweise), werden Funkenhörner montiert. In
Transformatorstationen werden Metalloxidableiter mit einer Nennspannung von 20 kV als
Überspannungsschutz verwendet.
Im Niederspannungsverteilnetz muss man zwischen Freileitungsnetz und Kabelnetz
unterscheiden. Im Freileitungsnetz werden Metalloxidableiter mit Signaleinrichtungen,
welche einen Durchschlag anzeigen, installiert. Im Kabelnetz werden Überspannungsableiter
in Bauform einer NH-Sicherung Gr. 00 installiert. Diese können in den Lastrennleisten Gr.00
eingesetzt werden. Überspannungsableiter im Kabelnetz sind am Anfang und Ende jeder
Leitung nötig.
Schriebl
Seite 194
Niederspannungsaufschließung
Im Freileitungsnetz sollte alle 200 Meter ein Ableiter montiert sein, damit ein Schutz gegen
Überspannung gewährleistet werden kann.
In der Hausinstallation wird im Hauptverteiler ein Überspannungsableiter der Klasse B
installiert und im Unterverteiler, vor dem FI ein Type C.
2
Transformator
Niederspannungskabel verteiler
3
1
Abb. 3.30: Überspannungsschutzkonzept
1. Dehn-Ventilableiter (für Montage in NH-Lasttrennleisten Gr. 00)
2. Isolatoren mit Funkenhörner
3. Metalloxidableiter für 20 kV Nennspannung
22 Gesamtübersicht und Fazit
Anhand des Schaltplanes unter Abb.3.31 sind die gewählten Komponenten von der
Mittelspannungsschaltanlage bis zum Wohnhausverteiler dargestellt.
Für die Elektrifizierung der Niederspannungsanlage konnte ich keine wesentlichen
Einsparmaßnahmen oder Verbesserungen für die STEWEAG-STEG GmbH feststellen.
Schriebl
Seite 195
Niederspannungsaufschließung
Abb. 3.31: Schaltplan
Schriebl
Seite 196
Bildverzeichnis
23 Bildverzeichnis
Abb. 1.01:
Abb. 1.02:
Abb. 1.03:
Abb. 1.04:
Abb. 1.05:
Abb. 1.06:
Abb. 1.07:
Abb. 1.08:
Abb. 1.09:
Abb. 1.10:
Abb. 1.11:
Abb. 1.12:
Abb. 1.13:
Abb. 1.14:
Abb. 1.15:
Abb. 1.16:
Abb. 1.17:
Abb. 1.18:
Abb. 1.19:
Abb. 1.20:
Abb. 1.21:
Abb. 1.22:
Abb. 1.23:
Abb. 1.24:
Abb. 1.25:
Abb. 1.26:
Abb. 1.27:
Abb. 1.28:
Abb. 1.29:
Abb. 1.30:
Abb. 1.31:
Abb. 1.32:
Abb. 1.33:
Abb. 1.34:
Abb. 1.35:
Abb. 1.36:
Abb. 1.37:
Abb. 1.38:
Abb. 1.39:
Abb. 1.40:
Abb. 1.41:
Abb. 1.42:
Abb. 1.43:
Abb. 1.44:
Abb. 1.45:
Abb. 1.46:
Abb. 1.47:
Abb. 1.48:
110-kV Sammelschiene im UW Webling
110-kV-Übersicht UW Pirka
Umspanner im UW Pirka
Übertragungsnetz der Steweag-Steg GmbH.
20-kV Netzübersichtsplan
Netzübersichtsplan, Detail A
Netzübersichtsplan, Detail B
Legende für Netzübersichtsplan
GEONET, Startbildschirm
GEONET, Netzbereiche
GEONET, Leitungsdaten
GEONET, Detaildaten zum Technischen Platz
PSI, Startbildschirm
PSI, Datums- und Zeiteingrenzung
PSI, Daten in Listenform
PSI, Daten in Kurvenform
Technischer Platz, Stammdaten
Technischer Platz, Strukturdarstellung
Equipmentanzeige
Ersatzschaltbild einer Leitung
Datenbank für Leitwertberechnung
Datenbank, Abfrage der Gesamtadmittanz
Einfachsammelschiene
Doppelsammelschiene
Doppelsammelschiene, in U-Schienenschaltung
DS-US-Kombination
Doppelsammelschiene, mit ausfahrbaren Leistungsschaltern
Zweileistungsschalter-Methode
Doppelsammelschiene mit Umgehungsschiene
Mehrfachsammelschienensystem
Trenner, im UW Graz/Süd II
110-kV-Trenner im UW Pirka
Funkenkammer, Elin-LTR
Funkenkammer (Type Driescher)
Vakuum-Leistungsschalter, UW Pirka
Vakuum-Leistungsschalter – Schnittbild
Leistungsschalter (ölarm)
Ersatzschaltung – Ausschaltvorgang
Ausschalten kap. und induktiver Ströme
Schema einer Schaltstrecke
Wiederkehrende Spannung
20-kV-Masttrenner, AST Wildon
Überstromschutz (Funktionsschaltbild)
Staffelplan mit Überstrom- und Überstromrichtungsschutz
Distanzschutz (Funktionsschaltung)
Distanzschutz einer Energieübertragung
Erdschluss, ohne Löschung
Erdschluss, mit Löschung
Forjan, Schriebl, Schuster
Seite 197
Bildverzeichnis
Abb. 2.01:
Abb. 2.02:
Abb. 2.03:
Abb. 2.04:
Abb. 2.05:
Abb. 2.06:
Abb. 2.07:
Abb. 2.08:
Abb. 2.09:
Abb. 2.10:
Abb. 2.11:
Abb. 2.12:
Abb. 2.13:
Abb. 2.14:
Abb. 2.15:
Abb. 2.16:
Abb. 2.17:
Erdungsanlage
Kompaktkabelstation
20-kV-Übersichtsplan
Dreibleimantelkabel
Vorbereitung Kunststoffkabel
Vorbereitung Dreimantelkabel
Kabelzelle
Trafozelle
Lüftungsquerschnitte
Trockentransformator
Öltransformator, offene Bauweise
Ölumspanner in Hermetikausführung
Kurzschlussstromverlauf
Schema für Kurzschlussberechnung
Ersatzschaltbild
Rechteckschiene
Plastizitätsfaktor
Abb. 3.1:
Abb. 3.2:
Abb. 3.3:
Abb. 3.4:
Abb. 3.5:
Abb. 3.6:
Abb. 3.7:
Abb. 3.8:
Abb. 3.9:
Abb. 3.10:
Abb. 3.11:
Abb. 3.12:
Abb. 3.13:
Abb. 3.14:
Abb. 3.15:
Abb. 3.16:
Abb. 3.17:
Abb. 3.18:
Abb. 3.19:
Abb. 3.20:
Abb. 3.21:
Abb. 3.22:
Abb. 3.23:
Abb. 3.24:
Abb. 3.25:
Abb. 3.26:
Abb. 3.27:
Abb. 3.28:
Abb. 3.29:
Abb. 3.30:
Abb. 3.31:
Bauprojekt Pirka
Kabelkünette
NH-Sicherungslastschaltleiste Gr. 00
Hausaufschließung
Ausführung des Baustromverteilers im TN-Netz
Fundamenterder
Ortsnetzverteilplan
Aluminiumkabel
Kabelverteiler A/FK4
Überspannungsableiter Klasse B
Wohnungsverteiler
Vorzählerteil und Zähler
Darstellung der Nullung
Ausführung der Nullunsverbindung
Ausführung des Fehlerstromschutzschalters
Ausführung des Hauptpotentialausgleichs
Zentralkompensation
Diagramm der Blindleistung mit Kompensation
Kompensationsanlage
TN-System mit Überspannungsschutz durch Varistor-Ableiter
Überspannungsableiter im Freileitungsnetz
Gasgefüllter Überspannungsableiter
Schutzisolator
Metalloxidwiderstände
Blitzschutzanlage
Überspannungsschutz für elektronische Geräte
Schutz von Einzeladern
D-Ableiter - Schaltbild
D-Ableiter Funktion
Überspannungsschutzkonzept
Schaltplan
Forjan, Schriebl, Schuster
Seite 198
Tabellenverzeichnis
24 Tabellenverzeichnis
Tabelle 1.01:
Tabelle 1.02:
Tabelle 1.03:
Tabelle 1.04:
Tabelle 1.05:
Tabelle 1.06:
Tabelle 1.07:
Tabelle 1.08:
Tabelle 1.09:
Tabelle 1.10:
Tabelle 1.11:
Tabelle 1.12:
Tabelle 1.13:
Umspannwerke / NVG
Netzübersicht 20-kV / 0,4-kV
Schutzarten
UW Pirka, Abzweigleistungen
Ohmscher Leitungswiderstand
Induktiver Widerstandsbelag
Induktiver Widerstand Kabel / Freileitung
Strecken-Admittanzen
Lastströme
Knotenpunktströme
Zuordnungen für Trennschalter
Kurzschlusseinrichtung – Querschnitte des Kupferseiles
Erdungsseile – Querschnitte
Tabelle 2.01:
Tabelle 2.02:
Tabelle 2.03:
Tabelle 2.04:
Tabelle 2.05:
Tabelle 2.06:
Tabelle 2.07:
Tabelle 2.08:
Tabelle 2.09:
Tabelle 2.10:
Tabelle 2.11:
Tabelle 2.12:
Tabelle 2.13:
Tabelle 2.14:
Tabelle 2.15:
Tabelle 2.16:
Tabelle 2.17:
Tabelle 2.18:
Tabelle 2.19:
Werkstoffe und Mindestabmessung von Erdern
Materialliste für Kupfererdung
Biegeradien
Verlegetiefen
Mindesttemperaturen
Trommelzuordnung
Erwärmung von Transformatoren
Stoßfaktor „k“
Höchstzulässige Temperatur von Sammelschienen
Elektrische Kenndaten – Mittelspannungsschaltanlage
Stoßfaktor „k“
Niederspannungs-Leistungsschalter
Dauerbelastung für CU-Stromschienen
Widerstandmomente
Zugfestigkeit und Streckgrenzen
Induktivitätsbelag A1
Induktivitätsbelag A4
Strombelastbarkeit von Kabeln A15
Strombelastbarkeit von Kunststoffkabeln
Tabelle 3.01:
Tabelle 3.02:
Tabelle 3.03:
Tabelle 3.04:
Tabelle 3.05:
Tabelle 3.06:
Tabelle 3.07:
Tabelle 3.08:
Leistungen pro Haus
Leistungen pro Haus (GZF berücksichtigt)
Leistungsfaktor
Ergebnisse der Betriebsstromstärken
Ergebnisse des Spannungsabfalls (HA-Kabel)
Ergebnisse des Spannungsabfalls der Wohnungszuleitung
Gewerbebetrieb – Anschlussdaten
Ableiterklassen
Forjan, Schriebl, Schuster
Seite 199
Quellenverzeichnis
25 Quellenverzeichnis
Bücher:
TAEV 2004, Technische Anschlussbedingungen für den Anschluss an öffentliche
Versorgungnetze mit Betriebsspannungen unter 1000 Volt mit Erläuterungen der
einschlägigen Vorschriften (VEÖ Seminar und Medienverlags- und Vertriebs Ges.m.b.H.)
Elektrische Energieverteilung, Rene Flossdorf / Günther Hilgarth
(B.G.Teubner Verlag / GWV Fachverlage GmbH. Wiesbaden)
ISBN 3-519-36424-7
Elektrische Energienetze, Eckhard Spring
(VDE Verlag GmbH., Berlin und Offenbach)
ISBN 3-8007-2523-1
Schaltanlagen, ABB Schaltanlagen GmbH.
(Cornelsen Verlag Schwann-Giradet, Düsseldorf)
ISBN 3-464-48233-2
Fachkunde Elektrotechnik - Europa Fachbuch
(Europa-Lehrmittel, Nourney, Vollmer GmbH & Co, Haan-Gruiten)
Buch Nr.: 0841
Elektrotechnik, Elektroinstallation, Blitzschutz, Lichtechnik – Sigurd Seyr, Günther Rösch
(Verlag Jugend und Volk GesmbH Wien)
ISBN 3-7002-1190-2
Betriebsführungshandbuch der Steweag-Steg GmbH.
(Steweag-Steg GmbH.)
ÖVE-Normen:
ÖVE EN 50110-1
Betrieb elektrischer Anlagen
ÖVE-SN40
Niederspannungssicherungen bis ~1000V und 3000V Gleichspannung
ÖVE-SN52
Leitungsschutzschalter bis 63A Nennstrom, ~4 15V, 50Hz
ÖVE-EN1, Teil 3 (§41)
Errichtung von Starkstromanlagen mit Nennspannung bis ~1000V und =1500V
ÖVE-K20
Papierisolierte Energiekabel bis 34,7 / 60 kV
ÖVE-K23
Kunststoffisolierte Energiekabel bis 5,8 / 10 kV
ÖVE-K24
Polyäthylenisolierte Energiekabel für 11,6 / 20 kV und 17,3 / 30 kV
ÖVE-K40
Energieleitungen mit einer Isolierung aus Gummi
ÖVE-K41
Forjan, Schriebl, Schuster
Seite 200
Quellenverzeichnis
Energieleitung mit einer Isolierung aus PVC
ÖVE-L20
Verlegung von Energie-, Steuer-, und Messkabel
Internetseiten:
www.steweag-steg.com
www.e-steiermark.com
www.selectstrom.at
www.e-control.at
www.dehn.at
www.schmachtl.at
Forjan, Schriebl, Schuster
Seite 201