HERZlich Willkommen liebe Freunde der Elektrotechnik. Im vorangegangenen Beitrag haben wir uns elektrische Netze mit isoliertem Sternpunkt angesehen, heute betrachten wir das starr geerdete Netz. Ihr könnt Euch dazu wieder unser Video ansehen oder den gesamten Beitrag lesen (Lesebeitrag beginnt unter dem Video). Viel Spaß und los geht’s
Das starr geerdete Netz
Von einem starr geerdeten Netz sprechen wir immer dann, wenn der Sternpunkt eines oder mehrerer Generatoren, Transformatoren oder Sternpunktbildner wirksam geerdet ist und die Ausführung der Erdungsverbindung nahezu widerstandslos leitend erfolgt. Das Wort "starr" steht hier also dafür, dass der Erdungswiderstand möglichst gegen Null geht. Damit ist das starr geerdete Netz streng genommen eine Sonderform des wirksam geerdeten Netzes, welches auch die niederohmige Sternpunkterdung einschließt und durch einen Erdfehlerfaktor kleiner 1,4 gekennzeichnet wird.
Nochmal zur Erinnerung
Der Erdfehlerfaktor ist das Anstiegsverhältnis der Beträge der Leiter-Erd-Spannungen der gesunden Phasen im Erdschlussfall zur Leiter-Erd-Spannung im fehlerfreien Zustand. Im isolierten Netz hatten wir gezeigt, dass die Spannung der gesunden Außenleiter stationär auf den 1,73-fachen Wert vor Erdschlusseintritt angehoben wird.
Die magische Grenze des Erdfehlerfaktors hatten wir bei 1,4 definiert und gesagt: Ist der Erdfehlerfaktor größer als 1,4 sprechen von einem nicht wirksam geerdeten Netz. In unserem starr geerdeten Netz und in allen wirksam geerdeten Netzen hingegen, wird ein Erdfehlerfaktor von 1,4 an keiner Stelle überschritten.
Wenn sich nun ein einpoliger Fehler gegen Erde ereignet, wir sprechen hier von einem Erdkurzschluss, ist es nicht die Spannung sondern der Strom der sprichwörtlich durch die Decke geht. Aufgrund der leitenden Verbindung zwischen Sternpunkt und Erde kann sich der Stromkreis wirksam schließen.
Die Höhe des eintretenden Kurzschlussstromes hängt damit maßgebend von der Mit- und der Nullimpedanz des Netzes ab. Diese wiederum bildet sich aus allen in der Kurzschlussbahn liegenden Komponenten wie Generatoren, Trafos, Leitungen und auch aus der Impedanz des Sternpunktes, welche ja bei unserer vorliegenden starren Erdung nahezu Null ist.
Als weiterer maßgebender Faktor für die Höhe des zu erwartenden Kurzschlussstromes kommt der Widerstand an der Fehlerstelle zum Tragen, welchen wir auch traditionell als Fehlerwiderstand bezeichnen.
Unser einpoliger Erdkurzschlussstrom berechnet sich also wie folgt:
Die Mitimpedanz geht zweifach in die Summe mit ein, da Mit- und Gegenimpedanz gleich groß sind und Z2 vereinfachend subsituiert wurde.
Weitere wichtige Besonderheiten
Starr geerdete Netze haben den großen Vorteil, dass transiente Schwingungen stark reduziert werden und das Erdfehler in Schnellzeit und zudem selbsttätig abgeschaltet werden können. Daraus resultiert eine geringere Isolationsbeanspruchung als in kompensierten oder isolierten Netzen. Vor allem die hohen Anforderungen an die Spannungsisolation im Bereich der Höchstspannung führen dazu, dass die starre Erdung die erste Wahl unserer Übertragungsnetzbetreiber ist und das 220 kV und 380 kV Netze vorzugsweise starr geerdet werden.
Da die Kurzschlussströme im starr geerdeten Netz bis zu einigen 1000 Ampere betragen können, entstehen allerdings auch höhere Berührungsspannungen als in Netzen mit isoliertem Sternpunkt oder mit Erdschlusskompensation. Vorteilhaft wiederum sind hingegen die sehr schnellen Abschaltzeiten, welche die Gefahr von gesundheitlichen Folgeschäden aufgrund von länger fließenden Erdkurzschlussströmen wirksam eingrenzen.
Da normalerweise jeder Erdkurzschluss zu einer Abschaltung des betroffenen Abgangs führt, ist natürlich immer eine Versorgungsunterbrechung die logische Konsequenz. Durch den Erdkurzschlussstrom kommt es zusätzlich zu einem Spannungseinbruch im Mittel- und Niederspannungsnetz, welcher auch in fehlerfreien Abgängen so lange anhält, bis der fehlerbehaftete Abgang durch die Schutzeinrichtung abgeschaltet wird.
Im Sinne unserer bipolaren Welt gibt es also auch hier wie immer Vor- und Nachteile.
In unserem nächsten Beitrag bleiben wir bei den wirksam geerdeten Netzen und schauen uns die Besonderheiten der niederohmigen Sternpunkterdung im Detail an.
HERZliche Grüsse
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