Elektrische Fehlerberechnung

Definition der elektrischen Fehlerberechnung

Die elektrische Fehlerberechnung beinhaltet die Bestimmung der maximalen und minimalen Fehlerströme und -spannungen an verschiedenen Punkten in einem Stromsystem, um Schutzsysteme zu entwerfen.

Positivsequenzimpedanz

Die positivsequenzimpedanz ist der Widerstand, den der positivsequenzstrom aufweist, was für die Berechnung von Drei-Phasen-Fehlern entscheidend ist.

Negativsequenzimpedanz

Die negativsequenzimpedanz ist der Widerstand, den der negativsequenzstrom aufweist, was wichtig ist, um ungleichmäßige Fehlersituationen zu verstehen.

Nullsequenzimpedanz

Der Widerstand, den das System dem Fluss des Nullsequenzstroms bietet, wird als Nullsequenzimpedanz bezeichnet. In früheren Fehlerberechnungen sind Z1, Z2 und Z0 die positiv-, negativ- und nullsequenzimpedanzen. Die sequenzimpedanzen variieren je nach dem Typ der betrachteten Stromsystemkomponenten:

• Bei statischen und ausgewogenen Stromsystemkomponenten wie Transformern und Leitungen sind die von dem System angebotenen sequenzimpedanzen für positive und negative Sequenzströme gleich. Mit anderen Worten, die positivsequenzimpedanz und negativsequenzimpedanz sind bei Transformern und Stromleitungen identisch. Bei rotierenden Maschinen unterscheiden sich jedoch die positiv- und negativsequenzimpedanzen.

• Die Zuweisung von Nullsequenzimpedanzwerten ist komplexer. Dies liegt daran, dass die drei Nullsequenzströme an jedem Punkt im elektrischen Stromsystem, die in Phase sind, nicht auf Null summieren, sondern durch den Neutralleiter und/oder Erde zurückkehren müssen. Bei Drei-Phasen-Transformern und Maschinen summieren die Flüsse aufgrund der Nullsequenzkomponenten nicht auf Null im Yoke oder Feldsystem. Der Widerstand variiert stark abhängig von der physischen Anordnung der magnetischen Kreise und Windungen.

• Die Reaktanz von Übertragungsleitungen für Nullsequenzströme kann etwa 3 bis 5 Mal höher sein als für positive Sequenzströme, wobei der geringere Wert für Leitungen ohne Erdkabel gilt. Dies liegt daran, dass der Abstand zwischen Ausgang und Rückführung (d.h. Neutralleiter und/oder Erde) viel größer ist als für positive und negative Sequenzströme, die innerhalb der Drei-Phasen-Leitergruppen zurückgeführt werden.

• Die Nullsequenzreaktanz einer Maschine besteht aus Leck- und Wicklungreaktanzen sowie einer kleinen Komponente aufgrund der Wicklungsbalance (abhängig von der Wicklungsspannung). Die Nullsequenzreaktanz von Transformern hängt sowohl von den Wicklungsverbindungen als auch von der Bauweise des Kerns ab.

Symmetrische Komponentenanalyse

Die oben genannte Fehlerberechnung basiert auf der Annahme eines ausgewogenen Drei-Phasen-Systems. Die Berechnung erfolgt nur für eine Phase, da die Strom- und Spannungsbedingungen in allen drei Phasen gleich sind.

Wenn tatsächliche Fehler im elektrischen Stromsystem auftreten, wie z.B. Phasen-Erden-Fehler, Phasen-zu-Phasen-Fehler und Doppelphasen-Erden-Fehler, wird das System ungleichmäßig, d.h., die Bedingungen der Spannungen und Ströme in allen Phasen sind nicht mehr symmetrisch. Solche Fehler werden durch die symmetrische Komponentenanalyse gelöst.

Im Allgemeinen kann ein Drei-Phasen-Vektor-Diagramm durch drei Sätze von ausgeglichenen Vektoren ersetzt werden. Einer hat eine entgegengesetzte oder negative Phasendrehrichtung, der zweite hat eine positive Phasendrehrichtung und der letzte ist kohärent. Das bedeutet, dass diese Vektorsätze als negative, positive und Nullsequenz bezeichnet werden.

Wo alle Größen auf die Referenzphase r bezogen werden. Ähnlich können Gleichungen für Sequenzströme geschrieben werden. Aus den Spannungs- und Stromgleichungen kann man leicht die Sequenzimpedanz des Systems bestimmen.