Strombegrenzungsreaktor

Strombegrenzender Drossel

Ein strombegrenzender Drossel ist eine induktive Spule, die sich durch einen erheblich höheren induktiven Blindwiderstand im Vergleich zu ihrem Widerstand auszeichnet und dazu dient, Kurzschlussströme bei Störungen einzuschränken. Diese Drosseln mindern auch Spannungsstörungen im Rest des Energieversorgungssystems. Sie werden in Speisern, Verbindungslinien, Generatorleitungen und zwischen Busabschnitten installiert, um die Höhe der Kurzschlussströme zu reduzieren und damit verbundene Spannungsschwankungen abzumildern.

Unter normalen Betriebsbedingungen ermöglichen Stromdrosseln den ungestörten Energiestrom. Bei einer Störung jedoch beschränkt die Drossel die Störungen auf den defekten Abschnitt. Da der Widerstand des Systems im Vergleich zum Blindwiderstand vernachlässigbar ist, hat die Anwesenheit der Drossel nur einen minimalen Einfluss auf die Gesamteffizienz des Systems.

Hauptfunktion des strombegrenzenden Drossels

Das primäre Ziel eines strombegrenzenden Drossels besteht darin, seinen Blindwiderstand beizubehalten, wenn große Kurzschlussströme durch seine Wicklungen fließen. Wenn Fehlerströme etwa das Dreifache des Nennstroms überschreiten, werden eisenkernige Drosseln mit großem Querschnitt verwendet, um Fehlerströme zu begrenzen. Aufgrund ihres hohen Kosten- und Gewichtsaufwands aufgrund der massiven Eisenkerne sind jedoch luftgekühlte Drosseln in den meisten Anwendungen die bevorzugte Wahl zur Begrenzung von Kurzschlussströmen.

• Eisenkern-Drosseln: Neigen zu Hystereseverlusten und Wirbelstromverlusten, was zu einem höheren Energieverbrauch führt.

• Luftgekühlte Drosseln: Weisen typischerweise Verluste von etwa 5 % ihrer KVA-Bewertung auf, was sie effizienter macht.

Funktionen des strombegrenzenden Drossels

• Fehlerstromschutz: Reduziert den Fluss von Kurzschlussströmen, um Geräte vor mechanischen Belastungen und Überhitzung zu schützen.

• Minderung von Spannungsstörungen: Dämpft Spannungsschwankungen, die durch Kurzschlüsse verursacht werden.

• Fehlerisolierung: Beschränkt Fehlerströme auf den betroffenen Abschnitt, verhindert ihre Ausbreitung auf gesunde Speiser und gewährleistet die Versorgungskontinuität.

Nachteile des strombegrenzenden Drossels

• Erhöht den Gesamtprozentanteil des Blindwiderstands des Schaltkreises, wenn er in das Netz integriert wird.

• Verschlechtert den Leistungsfaktor und verschärft Probleme bei der Spannungsregelung.

Positionierung von Drosseln in Energieversorgungssystemen

Drosseln werden strategisch in Serie mit Generatoren, Speisern oder Busleitern positioniert, um Kurzschlussströme zu begrenzen:

• Generator-Drosseln: Werden zwischen Generatoren und Generatorbussen installiert, um den Schutz einzelner Maschinen zu gewährleisten, in der Regel mit einem Blindwiderstand von ~0,05 per Unit.

• Nachteil: Ein Fehler in einem Speiser kann das gesamte System aufgrund der gemeinsamen Drosselkonfiguration beeinträchtigen.

Nachteile solcher Drosseln

Die Nachteile dieser Art von Drosseln sind zweifach: Sie schützen die Generatoren nicht gegen Kurzschlussfehler, die über Busleiter auftreten, und sie verursachen konstante Spannungsabfälle und Energieverluste während des normalen Betriebs.

Busleiter-Drosseln

Wenn Drosseln in Busleiter installiert werden, werden sie als Busleiter-Drosseln bezeichnet. Das Einbringen von Drosseln in Busleiter hilft, konstante Spannungsabfälle und Energieverluste zu vermeiden. Im Folgenden wird die Funktion von Busleiter-Drosseln in Ring- und Verbindungssystemen erklärt:

Busleiter-Drosseln (Ring-System)

Busleiter-Drosseln dienen dazu, separate Busabschnitte zu verbinden, die aus Generatoren und Speisern bestehen, die an einen gemeinsamen Busleiter angeschlossen sind. In dieser Konfiguration wird jeder Speiser in der Regel von einem einzelnen Generator versorgt. Unter normalen Betriebsbedingungen fließt nur eine geringe Menge an Energie durch die Drosseln, was niedrige Spannungsabfälle und Energieverluste zur Folge hat. Um die Spannungsabfälle über sie zu minimieren, werden Busleiter-Drosseln daher mit hoher ohmscher Widerstandswert entworfen.

Bei einem Fehler in einem beliebigen Speiser liefert nur ein Generator den Fehlerstrom, während der Strom der anderen Generatoren durch die Busleiter-Drosseln begrenzt wird. Dies reduziert schwere Strom- und Spannungsschwankungen, die durch Kurzschlüsse in einem Busabschnitt verursacht werden, und beschränkt sie auf den defekten Abschnitt. Der einzige Nachteil dieser Drosselkonfiguration ist, dass sie keine Schutzfunktion für an den defekten Abschnitt angeschlossene Generatoren bietet.

Busleiter-Drosseln (Verbindungsbus-System)

Dies stellt eine Modifikation des obigen Systems dar. In einer Verbindungsbus-Konfiguration sind die Generatoren über Drosseln mit dem gemeinsamen Busleiter verbunden, wobei die Speiser von der Generatorseite versorgt werden.

Das System arbeitet ähnlich wie das Ringsystem, bietet aber zusätzliche Vorteile. In dieser Konfiguration überschreitet der Fehlerstrom, wenn die Anzahl der Abschnitte zunimmt, keinen bestimmten Wert, der durch die Spezifikationen der einzelnen Drosseln bestimmt wird.