Wie berechne ich den Fehlerstrom an der Sekundärseite eines Transformators, der eine Leitung mit einer bestimmten Impedanz versorgt?

Die Berechnung des Fehlerstroms (Kurzschlussstroms) auf der Sekundärseite eines Transformators, der eine Stromleitung versorgt, ist ein komplexer Prozess, der mehrere Parameter des Energiesystems berücksichtigt. Im Folgenden finden Sie die Schritte und relevanten Formeln, um dieses Verfahren zu verstehen. Wir gehen davon aus, dass es sich um ein dreiphasiges Wechselstromsystem handelt und der Fehler auf der Sekundärseite des Transformators auftritt.

1. Bestimmen der Systemparameter

Transformator-Parameter:

• Nennleistung des Transformators S Nenn (Einheit: MVA)

• Transformatorimpedanz ZT (normalerweise in Prozent angegeben, z.B. ZT = 6%)

• Primärseitige Spannung des Transformators V1 (Einheit: kV)

• Sekundärseitige Spannung des Transformators V2 (Einheit: kV)

Stromleitung-Parameter:

• Impedanz der Stromleitung ZL (Einheit: Ohm oder Ohm pro Kilometer)

• Länge der Stromleitung L (Einheit: Kilometer)

Äquivalente Quellenimpedanz:

Die äquivalente Impedanz der Quelle ZS (Einheit: Ohm), normalerweise durch das übergeordnete Netzwerk bereitgestellt. Wenn die Quelle sehr stark ist (z.B. von einem großen Kraftwerk oder einem unendlichen Bus), kann angenommen werden, dass ZS ≈ 0.

2. Normieren aller Impedanzen auf denselben Grundwert

Um Berechnungen zu vereinfachen, wird es üblicherweise empfohlen, alle Impedanzen auf den gleichen Grundwert (normalerweise die Primär- oder Sekundärseite des Transformators) zu normieren. Hier wählen wir, alle Impedanzen auf die Sekundärseite des Transformators zu normieren.

• Grundspannung: Wählen Sie die sekundärseitige Spannung V2 als Grundspannung.

• Grundleistung: Wählen Sie die Nennleistung des Transformators S Nenn als Grundleistung.

Die Grundimpedanz wird wie folgt berechnet:

wobei V2 die sekundärseitige Leitungsspannung (kV) und S Nenn die Nennleistung des Transformators (MVA) ist.

3. Berechnung der Transformatorimpedanz

Die Transformatorimpedanz ZT wird normalerweise in Prozent angegeben und muss in einen tatsächlichen Impedanzwert umgerechnet werden. Die Umrechnungsformel lautet:

4. Berechnung der Stromleitungsimpedanz

Wenn die Stromleitungsimpedanz in Ohm pro Kilometer angegeben ist, berechnen Sie die Gesamtimpedanz basierend auf der Leitungslänge L:

5. Berechnung der äquivalenten Quellenimpedanz

Wenn die äquivalente Quellenimpedanz ZS bekannt ist, verwenden Sie diese direkt. Wenn die Quelle sehr stark ist, können Sie annehmen, dass ZS ≈ 0.

6. Berechnung der Gesamtimpedanz

Die Gesamtimpedanz Ztotal ist die Summe der Transformatorimpedanz, der Stromleitungsimpedanz und der äquivalenten Quellenimpedanz:

7. Berechnung des Fehlerstroms

Der Fehlerstrom Ifault kann mit dem Ohmschen Gesetz berechnet werden:

wobei V2 die sekundärseitige Leitungsspannung (kV) und Ztotal die Gesamtimpedanz (Ohm) ist.

Hinweis: Der berechnete I fault ist der Leitungsstrom (kA). Wenn Sie den Phasenstrom benötigen, teilen Sie durch 

8. Berücksichtigung der Kurzschlussleistung des Systems

In manchen Fällen ist es notwendig, die Kurzschlussleistung SC des Systems zu berücksichtigen, die wie folgt berechnet werden kann:

wobei SC in MVA angegeben ist.

9. Berücksichtigung paralleler Stromleitungen

Wenn es mehrere parallele Stromleitungen gibt, müssen die Impedanzen jeder Leitung ZL parallel kombiniert werden. Für n parallele Leitungen ist die gesamte Stromleitungsimpedanz:

10. Berücksichtigung anderer Faktoren

Lastwirkung: In realen Systemen können Lasten den Kurzschlussstrom beeinflussen, aber in den meisten Fällen ist die Lastimpedanz viel größer als die Quellenimpedanz und kann vernachlässigt werden.

Reaktionszeit der Relais-Schutzgeräte: Die Dauer des Kurzschlussstroms hängt von der Reaktionszeit der Relais-Schutzgeräte ab, die normalerweise innerhalb von Millisekunden bis Sekunden zum Beseitigen des Fehlers arbeiten.

Zusammenfassung

Um den Fehlerstrom auf der Sekundärseite eines Transformators, der eine Stromleitung versorgt, zu berechnen, müssen Sie die Transformatorimpedanz, die Stromleitungsimpedanz und die äquivalente Quellenimpedanz berücksichtigen. Indem Sie alle Impedanzen auf den gleichen Grundwert normieren und das Ohmsche Gesetz anwenden, können Sie den Fehlerstrom berechnen. In der Praxis sollten Sie auch die Reaktionszeit der Relais-Schutzgeräte und die Auswirkungen der Lasten berücksichtigen.