Einführung
Wir alle sind mit dem Phänomen des Auftretens von Fehlern in elektrischen Systemen vertraut und haben es mindestens einmal erlebt. Ein Ausfall des Stromnetzes in der ganzen Stadt, der durch einen Sturm verursacht wurde, oder ein interner Gerätefehler, der die örtliche Stromversorgung unterbrochen hat – all dies sind im Wesentlichen Fälle von Fehlern in elektrischen Systemen.
In diesem Artikel wollen wir versuchen, dieses Phänomen etwas genauer zu untersuchen.
Was ist ein elektrischer Fehler?
Ein Fehler in einem elektrischen System kann als ein Zustand im elektrischen System definiert werden, der einen Ausfall der elektrischen Geräte im Stromkreis verursacht, wie z.B.: Generatoren, Transformatoren, Sammelschienen, Kabel und alle anderen Geräte im System, die auf einem bestimmten Spannungsniveau arbeiten.
Hauptfehlertypen
Auf Grund der Natur elektrischer Systeme können elektrische Fehler in folgende Kategorien eingeteilt werden:
- Kurzschlussfehler: Dies wird durch einen Ausfall der Isolierung verursacht, der einen Kurzschluss verursacht. Dies ist bei weitem die häufigste Fehlerursache.
- Open Circuit Faults: Dieser Fehler tritt auf, wenn ein Fehler in der Stromleitung auftritt
Außerdem kann es auch zu kombinierten (gleichzeitigen) Fehlersituationen und Wicklungsfehlern auf Geräteebene kommen. Da Kurzschlussfehler die häufigste Fehlerursache in elektrischen Verteilungssystemen sind, wollen wir sie im Detail untersuchen:
Kurzschlussfehler
Ein Kurzschlussfehler tritt auf, wenn ein Isolationsfehler zwischen Phasenleitern oder zwischen Phasenleiter(n) und Erde oder beidem vorliegt. Ein Isolationsfehler führt zur Bildung eines Kurzschlusspfades, der Kurzschlussbedingungen im Stromkreis auslöst (d. h. ungewöhnlich hohe Stromsituationen, gefolgt von sichtbaren Effekten wie Lichtbogenbildung, Blitzen).
Die nachstehende Abbildung 1.0 zeigt einen dreiphasigen symmetrischen Fehlerzustand:
Abbildung 1.0: Dreiphasen-Erdfehler
Zwei weitere häufige unsymmetrische Fehlerzustände in einem symmetrischen dreiphasigen elektrischen System sind:
- Phase-zu-Phase-Fehler: In diesem Fall werden nur zwei der drei Phasen kurzgeschlossen, was einen unsymmetrischen Fehlerzustand im System verursacht. Die folgende Abbildung 2.0 zeigt diesen Fehlerzustand.
Abbildung 2.0: Unsymmetrischer Phase-zu-Phase-Fehler
- Einphasiger Phase-zu-Erde-Fehler: In diesem Fall wird eine der drei Phasen mit der Erde kurzgeschlossen, was einen unsymmetrischen Fehlerzustand im System verursacht. Die folgende Abbildung 3.0 zeigt diesen Fehlerzustand.
Abbildung 3.0: Einphasiger unsymmetrischer Fehlerzustand
Normalerweise können die Fehlersituationen während des Betriebs dynamisch sein und die Fehlerarten je nach den örtlichen Bedingungen schnell ändern. (z.B. kann sich ein einphasiger Fehler in einen zweiphasigen Fehler verwandeln)
Schlussfolgerung
Die Schwere und das Ausmaß eines Fehlers hängen von einer Vielzahl von Faktoren ab, wie z.B. dem Ort des Fehlers im elektrischen System und den durch den Fehler verursachten Schäden. Bei der Analyse der Schwere eines Fehlers wird üblicherweise eine Standardfehlerbedingung (dreiphasiger Fehler) für eine bestimmte Spannungsebene herangezogen.
Ein dreiphasiger Fehler wird als der schwerste Fehler angesehen, der im System auftreten kann, und daher werden seine Kurzschlussleistungen bei der Bestimmung des erforderlichen Schaltanlagensystems verwendet. Daneben wird auch ein einphasiger Erdschlussstrom bei der Kurzschlussberechnung berücksichtigt.