Wie Hauptleitungen Verteilungstransformatoren Sicherungen und Anschluss in radialen Netzen funktionieren

Verhinderung einer Unterbrechung des Dienstes

Wie bekannt, reduzieren Verteilungstransformatoren die Verteilungs- oder Primärspeiserspannung auf die Nutzspannung. Sie sind über Primärsicherungen oder geschützte Sicherungen mit dem Primärspeiser, den Teilnetzen und Querleitern verbunden. Bei einem Transformatordefekt oder einem Kurzschluss im Sekundärkreis trennt die Primärsicherung den betroffenen Verteilungstransformator vom Primärspeiser. In diesem Artikel werden Wiederzuschalter nicht behandelt.

Das Durchbrennen der Primärsicherung verhindert eine Unterbrechung des Dienstes für andere Lasten, die über den Speiser versorgt werden, unterbricht jedoch den Dienst für alle Verbraucher, die über diesen Transformator versorgt werden.

Geschützte Sicherungen (wie in Abbildung 1 dargestellt, normalerweise geschlossen) bieten ein bequemes Mittel, um kleine Verteilungstransformatoren zum Inspektieren und Warten zu trennen.

Aufgrund des Unterschieds zwischen der Strom-Zeit-Kurve der Primärsicherung und der sicheren Strom-Zeit-Kurve des Verteilungstransformators kann mit einer Primärsicherung kein zufriedenstellender Überlastschutz für den Verteilungstransformator erreicht werden. Die Form dieser beiden Kurven ist so, dass, wenn eine klein genug dimensionierte Sicherung verwendet wird, um einen vollständigen Überlastschutz für den Transformator zu gewährleisten, ein großer Teil der wertvollen Überlastkapazität des Transformators verloren geht, da die Sicherung durchbrennt und den Transformator daran hindert, seine Überlastkapazität zu nutzen. Darüber hinaus brennt eine solche klein dimensionierte Sicherung oft unnötig aufgrund von Störimpulsen durch.

Verteilungstransformatoren, die an offene Freileitungsspeiser angeschlossen sind, sind oft starken Blitzstörungen ausgesetzt. Um Isolierstoffdurchschläge und Transformatorausfälle durch Blitzschlag zu minimieren, werden in der Regel Blitzeableiter für diese Transformatoren installiert.

Die Sekundärleitungen eines Verteilungstransformators sind in der Regel fest mit radialen Sekundärkreisen verbunden. Wie in Abbildung 1 dargestellt, werden die Verbraucherdienste von diesen Kreisen abgezweigt. Diese Verbindung bedeutet, dass der Transformator keinen Schutz gegen Überlast und Hochimpedanzfehler in seinen Sekundärkreisen hat. Tatsächlich werden relativ wenige Verteilungstransformatoren durch Überlast beschädigt.

Diese Situation ergibt sich hauptsächlich aus der Anwendung von Verteilungstransformatoren, bei denen ihre Überlastkapazität selten vollständig genutzt wird.

Was den Schutz betrifft, sind Sicherungen in den Sekundärleitungen von Verteilungstransformatoren kaum effektiver als Primärsicherungen, um Transformatorausfälle zu verhindern, und das aus ähnlichen Gründen. Der geeignete Ansatz, um einen Verteilungstransformator effektiv vor Überlast und Hochimpedanzfehlern zu schützen, besteht darin, einen Leitungsschutzschalter in den Sekundärleitungen des Transformators zu installieren. Wesentlich ist, dass die Auslösekurve dieses Leitungsschutzschalters genau mit der sicheren Strom-Zeit-Kurve des Transformators koordiniert sein muss.

Fehler in der Verbraucherdienstverbindung, die vom Sekundärkreis zum Dienstschalter führt, sind äußerst selten. Daher ist es nicht wirtschaftlich, eine Sekundärsicherung an der Stelle zu installieren, an der die Verbraucherdienstverbindung in den Sekundärkreis eingespeist wird, außer in besonderen Fällen wie großflächigen Diensten aus unterirdischen Sekundärkreisen.

Wie bereits erwähnt, sollte der zulässige Spannungsabfall, gemessen vom Punkt, an dem der erste Verteilungstransformator an den Primärspeiser angeschlossen wird, bis zum Dienstschalter des letzten Verbrauchers am Speiser, wirtschaftlich zwischen dem Primärspeiser, dem Verteilungstransformator, dem Sekundärkreis und der Verbraucherdienstverbindung verteilt werden.

Obwohl diese Werte typisch für Freileitungssysteme sind, die Wohngebiete versorgen, können bei unterirdischen Systemen erhebliche Unterschiede erwartet werden. Unterirdische Systeme verwenden oft Kabelkreise und großflächige Verteilungstransformatoren oder sind darauf ausgelegt, industrielle und kommerzielle Lasten zu versorgen.

Sobald der gesamte zulässige Spannungsabfall für den Verteilungstransformator und den Sekundärkreis bestimmt ist, ist es relativ einfach, die kostengünstigste Kombination ihrer Größen für jede gleichmäßige Lastdichte und Bauart, bei gegebenen Marktpreisen, herauszufinden.

Wenn der Transformator übergroß ist, sind die Kosten des Sekundärkreises und die Gesamtkosten exorbitant. Umgekehrt, wenn der Transformator zu klein ist, sind die Kosten des Transformators selbst und die Gesamtkosten zu hoch.

Ähnlich wie bei anderen Komponenten im Verteilsystem müssen Lastfluktuationen und -wachstum bei der Planung und Dimensionierung von Verteilungstransformatoren und Sekundärkreisen berücksichtigt werden. Diese Elemente werden nicht nur installiert, um die vorhandenen Lasten zum Zeitpunkt der Installation zu bewältigen, sondern sie müssen auch zukünftige Lastanforderungen berücksichtigen.

Es ist jedoch nicht kostengünstig, zu sehr Wachstum vorauszusehen.

Wenn ein Verteilungstransformator gefährlich überlastet ist, mildert diese Maßnahme auch die Last auf dem Sekundärkreis des überlasteten Transformators und verbessert die allgemeine Spannungsregelung. In Gebieten mit relativ gleichmäßigen Lasten können zusätzliche Transformatoren in kurzer Zeit auf beiden Seiten des überlasteten Transformators installiert werden. Dies ist notwendig, um akzeptable Spannungsniveaus aufrechtzuerhalten und zu verhindern, dass Teile des Sekundärkreises überlastet werden.

Ein alternativer Ansatz, um dasselbe Ergebnis zu erzielen, besteht darin, einen neuen Transformator zu installieren und den überlasteten Transformator so zu verschieben, dass er die Mitte seines verkürzten Sekundärkreises versorgt.

Wenn der Transformator übergroß ist, sind die Kosten des Sekundärkreises und die Gesamtkosten exorbitant. Umgekehrt, wenn der Transformator zu klein ist, sind die Kosten des Transformators selbst und die Gesamtkosten zu hoch.