Was ist die Fehlerspannung und was verursacht sie in Niederspannungsnetzen

Fehlerspannung

In Niederspannungsverteilungssystemen gibt es eine Art von elektrischem Unfall, bei dem der Unfallort und der Systemfehlerort nicht an derselben Stelle liegen. Dieser Unfall tritt auf, weil nach einem Erdfehler an einer anderen Stelle die erzeugte Fehlerspannung über das PE- oder PEN-Kabel zu den Metallgehäusen anderer Geräte geleitet wird. Wenn die Fehlerspannung am Metallgehäuse des Geräts höher als die für den menschlichen Körper sichere Spannung ist, tritt ein elektrischer Unfall auf, wenn der menschliche Körper mit dem Metallgehäuse des Geräts in Kontakt kommt. Diese Fehlerspannung wird von anderen Orten übertragen, weshalb sie als Übertragungsfehlerspannung bezeichnet wird.

Es gibt hauptsächlich zwei Gründe, warum die Übertragungsfehlerspannung dazu führt, dass der Erdfehlerort und der Unfallort nicht an derselben Stelle liegen:

• Ein Erdfehler im Mittelspannungssystem verursacht eine Übertragungsfehlerspannung im Niederspannungssystem;

• Das Gehäuse eines Geräts im TN-System fällt aus und wird leitend, wodurch die Gehäuse aller anderen Elektrogeräte die Übertragungsfehlerspannung haben;

1. Übertragungsfehlerspannung vom Niederspannungssystem zum Niederspannungssystem

Im TN-System sind die Gehäuse aller Elektrogeräte miteinander verbunden. Wenn nun ein Gerät ausfällt und sein Gehäuse leitend wird, entsteht auch auf anderen Geräten ein Potentialunterschied zur Erde, was zu einer Übertragungsfehlerspannung führt.

Die Art des Niederspannungserdungssystems ist das TN-System. Wenn in einem Niederspannungseinzelführengleiterkreis ein Einzelfehler auftritt, fließt der Fehlerstrom durch den Fehlerpunkt, die Erde und den Erdwiderstand des Verteilungstransformators und kehrt zum Transformator zurück, um einen Kreis zu bilden. Aufgrund des großen Widerstands am Fehlerpunkt ist der Fehlerstrom gering und nicht ausreichend, um den Schutzschalter zu betätigen. Der Fehlerstrom fließt durch den Erdwiderstand des Verteilungstransformators, und an diesem Widerstand entsteht eine Fehlerspannung. Diese Fehlerspannung wird über das PE-Kabel zu den Metallgehäusen der Geräte geleitet, wodurch eine Übertragungsfehlerspannung entsteht und der elektrische Unfallort entsteht;

2. Übertragung der Fehlerspannung vom Mittelspannungssystem zum Niederspannungssystem

Ein 10/0,4 kV-Verteilungstransformator sollte zwei unabhängige Erdungsanlagen haben: Schutzerdung für den Transformator und Arbeitserdung für das Niederspannungssystem. Um jedoch die Erdung zu vereinfachen und die Baukosten zu senken, teilt die Schutzerdung der meisten Mittelspannungsumformer in der Regel einen einzelnen Erdungselektroden mit der Arbeitserdung des Niederspannungssystems. Das bedeutet, dass bei einem Behälterpanzerfehler im Mittelspannungsteil des Verteilungstransformators eine Übertragungsfehlerspannung in den Leitungen des Niederspannungssystems und sogar an den Gehäusen aller Geräte induziert wird.

Dieser Fehler resultiert im Wesentlichen aus einem Einzelfehler im Mittelspannungssystem.

Wenn ein Behälterpanzerfehler im Verteilungstransformator auftritt, entsteht ein Erdfehlerstrom. Wenn das Niederspannungssystem die TN-Erdungsmethode verwendet, führt die wiederholte Erdung des PE-Kabels dazu, dass der Fehlerstrom geteilt wird. Ein Teil fließt über den Arbeitserdwiderstand des Niederspannungssystems der Transformatoren zur Erde zurück, während ein anderer Teil über den Wiederholungserdwiderstand entlang des PE-Kabels zur Erde und dann zurück zum Mittelspannungsstromquelle fließt. Der Fehlerstrom fließt durch den Arbeitserdwiderstand des Niederspannungssystems, was zu einem Spannungsabfall an diesem Widerstand führt. Dies verursacht einen Potentialunterschied zwischen dem Neutralpunkt der Niederspannungsversorgung und der Erde. Dieser Potentialunterschied propagiert sich in die Niederspannungsverteilungsleitungen, was zu einer übertragenen Überspannung führt. In einem TN-Erdsystem kann diese übertragene Überspannung sogar über das PE-Kabel zu den Gehäusen aller Niederspannungsgeräte gelangen.

Die Größe des Fehlerstroms hängt hauptsächlich von der Erdungsmethode des Mittelspannungssystems und dem verteilen Kapazitätsstrom ab. Die Amplitude der Übertragungsfehlerspannung ist eng mit den Erdungsmethoden sowohl des Mittel- als auch des Niederspannungssystems verbunden, wobei die Erdungsmethode des Mittelspannungssystems entscheidend ist.

Rangfolge der Fehlerspannungsamplituden: Kleiner-Widerstand-Erdungssystem > Ungesichertes System > Bögenlöscher-Erdungssystem;
Ein Mittelspannungssystem mit einem über einen kleinen Widerstand geerdeten Neutralpunkt und ein Niederspannungssystem, das die TN-Erdungsmethode verwendet, sind anfälliger für elektrische Unfälle, was eine erhebliche Bedrohung für die persönliche Sicherheit der Benutzer darstellt.

Zusammenfassung

• Die Übertragungsfehlerspannung führt in zwei Hauptfällen dazu, dass der Erdfehlerort und der Unfallort nicht zusammenfallen: 1) Ein Erdfehler im Mittelspannungssystem induziert eine Übertragungsfehlerspannung im Niederspannungssystem; 2) Ein defektes, leitendes Gehäuse eines Geräts im TN-System verursacht eine Übertragungsfehlerspannung an den Gehäusen aller anderen Elektrogeräte;

• Für diese beiden Arten von Übertragungsfehlerspannungen fallen der Erdfehlerort und der elektrische Unfallort nicht zusammen. Der Erdungspunkt ist schwer zu erkennen, und die Wurzelursache des Übertragungsfehlerspannungsunfalls ist schwierig zu analysieren. Mit den Metallgehäusen der Geräte, die durch die Übertragungsfehlerspannung geladen sind, steigt das Risiko eines elektrischen Unfalls für Menschen in gewissem Maße.