Lektion 8 von 10

Grundlagen zu Fehlern und Schutztechnik

Fehler — ungeplante Kurzschlüsse verursacht durch Blitzschlag, Betriebsmittelausfälle, umstürzende Bäume oder Tiere — sind in Energieversorgungssystemen kein seltener Grenzfall, sondern ein erwartetes, routinemäßiges Ereignis, auf das jedes Netz ausgelegt ist. Diese Lektion betrachtet, was passiert, wenn etwas schiefgeht, und wie sich das Netz selbst schützt; die nächsten beiden Lektionen liefern das Maschinenmodell und die Methode der symmetrischen Komponenten, mit denen sich Kurzschlussströme tatsächlich berechnen lassen.

Häufige Fehlertypen

Ein Fehler ist schlicht eine unbeabsichtigte, niederohmige Verbindung — zwischen Phasen, oder zwischen einer Phase und Erde. Welche Leiter beteiligt sind, bestimmt den Typ:

Einpoliger Erdschluss (SLG)

Ein Phasenleiter berührt Erde. Bei Weitem der häufigste Fehlertyp auf Freileitungen — etwa 70-80 % aller Fehler.

Zweipoliger Kurzschluss (LL)

Zwei Phasenleiter berühren sich direkt, ohne Erdbeteiligung.

Zweipoliger Erdkurzschluss (LLG)

Zwei Phasen berühren sich gleichzeitig gegenseitig und Erde.

Dreipoliger Kurzschluss (3φ)

Alle drei Phasen sind beteiligt, meist zusammen mit Erde. Der seltenste Typ und der einzige symmetrische, weshalb er als Referenzfall bei der Bemessung von Leistungsschaltern dient. Meist ist er der schwerste, in der Nähe starr geerdeter Transformatoren oder Generatoren kann ein einpoliger Erdkurzschluss ihn jedoch übertreffen.

Warum schnelle Abschaltung wichtig ist

Der Fehlerstrom wird nur durch die Impedanz zwischen Quelle und Fehlerstelle begrenzt, die meist klein ist — Ströme während eines Fehlers können deshalb ein Vielfaches des normalen Laststroms erreichen. Bleibt er ungestört, verursacht dieser Strom innerhalb von Sekunden thermische Schäden an Leitern und Betriebsmitteln, und im größeren Maßstab kann er Generatoren außer Tritt bringen und in eine viel größere Störung münden. Das gesamte Ziel des Schutzes ist es, einen Fehler zu erkennen und zu isolieren, bevor eines von beidem passiert — typischerweise innerhalb weniger Netzperioden.

Das Schutz-Werkzeugset

Leistungsschalter

Das Schaltgerät, das den Fehlerstrom physisch unterbricht. Kann im Gegensatz zu einem normalen Schalter sicher unter vollem Fehlerstrom öffnen.

Schutzrelais

Der Entscheider — misst kontinuierlich Strom und Spannung und sagt dem Leistungsschalter, wann er auslösen soll. Überstrom- und Distanzrelais sind die beiden häufigsten Typen.

Sicherung

Eine einfache, in sich geschlossene Kombination aus Erkennung und Unterbrechung in einem Bauteil — schmilzt durch und öffnet den Kreis, sobald der Strom ihren Bemessungswert überschreitet. Häufig in der Niederspannungsverteilung.