Symmetrische & unsymmetrische Störungen

Unter normalen Betriebsbedingungen arbeitet ein Stromsystem im Gleichgewicht, wobei elektrische Parameter wie Spannung und Strom gleichmäßig auf alle Phasen verteilt sind. Wenn jedoch an irgendeinem Punkt im System die Isolierung versagt oder Leiter unabsichtlich in Kontakt kommen, wird das Gleichgewicht des Systems gestört, was zu einem Kurzschluss oder einer Störung in der Leitung führt. Störungen in Stromsystemen können durch zahlreiche Faktoren ausgelöst werden. Naturphänomene wie Blitzschläge, starke Windböen und Erdbeben können die elektrische Infrastruktur physisch beschädigen und zur Isolierungszerstörung führen. Darüber hinaus können externe Ereignisse wie fallende Bäume auf Stromleitungen, Vögel, die durch die Verbindung von Leitern einen Kurzschluss verursachen, oder die mit der Zeit fortschreitende Degradierung von Isoliermaterialien ebenfalls Störungen auslösen.

Störungen, die in Übertragungsleitungen auftreten, werden in der Regel in zwei breite Kategorien unterteilt:

Symmetrische Störungen

Symmetrische Störungen beinhalten den gleichzeitigen Kurzschluss aller Phasen in einem Mehrphasen-Stromsystem, oft mit einer Verbindung zur Erde. Was diese Störungen charakterisiert, ist ihre ausgeglichene Natur; selbst nach dem Auftreten der Störung behält das System seine Symmetrie bei. In einer Dreiphasenanordnung zum Beispiel bleiben die elektrischen Beziehungen zwischen den Phasen konsistent, wobei die Leitungen effektiv um einen gleichmäßigen Winkel von 120° verschoben sind. Obwohl symmetrische Störungen relativ selten sind, stellen sie die schwerwiegendste Art von elektrischen Störungen in Stromsystemen dar, da sie extrem hohe Fehlerströme erzeugen. Diese Ströme mit großem Ausmaß können bei nicht angemessener Bewirtschaftung erhebliche Schäden an Geräten verursachen und die Energieversorgung stören. Aufgrund ihrer Schwere und der Herausforderungen, die sie mit sich bringen, führen Ingenieure speziell ausgelegte Berechnungen für symmetrische Kurzschlüsse durch, um die Größe dieser großen Ströme genau zu bestimmen. Diese Informationen sind entscheidend für die Gestaltung von Schutzvorrichtungen, wie Leistungsschaltern, die den Stromfluss während eines symmetrischen Kurzschlusses sicher unterbrechen und die Integrität des Stromsystems schützen können.

Unsymmetrische Störungen

Unsymmetrische Störungen zeichnen sich dadurch aus, dass nur eine oder zwei Phasen in einem Stromsystem beteiligt sind, was zu einem Ungleichgewicht der Drei-Phasen-Leitungen führt. Diese Störungen manifestieren sich typischerweise als Verbindungen entweder zwischen einer Leitung und dem Boden (Leitung-zu-Boden) oder zwischen zwei Leitungen (Leitung-zu-Leitung). Eine unsymmetrische Reihenstörung tritt auf, wenn es eine abnorme Verbindung zwischen Phasen oder zwischen einer Phase und dem Boden gibt, während eine unsymmetrische Schaltstörung durch ein Ungleichgewicht der Leitungsimpedanzen gekennzeichnet ist.

In einem Drei-Phasen-Stromsystem können Schaltstörungen weiter in folgende Kategorien unterteilt werden:

• Einfache Leitung-zu-Boden-Störung (LG): Diese Störung tritt auf, wenn einer der Leiter Kontakt mit dem Boden oder dem Neutralleiter hat.

• Leitung-zu-Leitung-Störung (LL): Hier werden zwei Leiter kurzgeschlossen, was den normalen Stromfluss stört.

• Doppelte Leitung-zu-Boden-Störung (LLG): In diesem Szenario kommen zwei Leiter gleichzeitig mit dem Boden oder dem Neutralleiter in Kontakt.

• Dreiphasen-Kurzschluss-Störung (LLL): Alle drei Phasen sind untereinander kurzgeschlossen.

• Dreiphasen-zu-Boden-Störung (LLLG): Alle drei Phasen sind mit dem Boden kurzgeschlossen.

Es ist wichtig zu beachten, dass LG-, LL- und LLG-Störungen unsymmetrisch sind, während LLL- und LLLG-Störungen in die Kategorie symmetrischer Störungen fallen. Angesichts der erheblichen Ströme, die bei symmetrischen Störungen erzeugt werden, führen Ingenieure Berechnungen für symmetrische Kurzschlüsse durch, um diese starken Ströme genau zu bestimmen, was für die Gestaltung wirksamer Schutzmaßnahmen wesentlich ist.

Auswirkungen von Störungen auf Übertragungsleitungen

Störungen können auf verschiedene Weise negative Auswirkungen auf Stromsysteme haben. Wenn eine Störung auftritt, führt dies oft zu einem signifikanten Anstieg von Spannungen und Strömen an bestimmten Punkten im System. Diese erhöhten elektrischen Werte können die Isolierung von Geräten beschädigen, was deren Lebensdauer reduziert und möglicherweise zu kostspieligen Reparaturen oder Ersatzmaßnahmen führt. Darüber hinaus können Störungen die Stabilität des Stromsystems untergraben, wodurch dreiphasige Geräte ineffizient arbeiten oder sogar fehlfunktionieren. Um die Ausbreitung von Schäden zu verhindern und den ununterbrochenen Betrieb des Gesamtsystems sicherzustellen, ist es entscheidend, den defekten Abschnitt so schnell wie möglich zu isolieren, sobald eine Störung festgestellt wird. Durch die Trennung des betroffenen Bereichs kann der normale Betrieb der restlichen Teile des Stromsystems aufrechterhalten werden, wodurch der Einfluss auf die Energieversorgung minimiert und das Risiko weiterer Ausfälle reduziert wird.