Abschätzung des maximalen Kurzschlussstromes Ik_max eines Transformators
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22. Juni 2021
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Engineering & Services
In der Praxis wird der Wert des maximalen Kurzschlussstromes „Ik_max“ eines Transformators häufig benötigt. Zum einen, um die Strombelastbarkeit von Eingangskreisen wie z. B. bei dem KoCoS Störschreibersystem SHERLOG abschätzen zu können. Hierbei muss auch noch berücksichtigt werden, dass die in der Mittelspannung verwendeten typischen Schutz-Stromwandler im Kurzschlussfall bis zu 40-mal höhere Ströme als den Nennstrom des Wandlers übertragen können. Zum anderen wird der Wert von „Ik_max“ bei der Plausibilitätsprüfung der Parameter einer Hochstromstufe eines Transformatorschutzrelais bei der Inbetriebnahme- oder Wiederholungsschutzprüfung zum Beispiel mit dem KoCoS Relaisprüfsystem ARTES benötigt.
Die folgenden Formeln dienen zur Abschätzung des maximalen Kurzschlussstromes „Ik_max“ für dreiphasige Mittelspannungstransformatoren. Der ermittelte Stromwert „Ik_max“ ist in der Praxis etwas höher, als der reale Kurzschlussstrom „Ik_max_real“ der sich tatsächlich ausprägt. Die Abschätzung erfolgt somit zur „sicheren Seite“.
Die folgenden Gleichungen 1 und 2 zeigen, dass die Abschätzung sowohl für die Primär- als auch für die Sekundärseite vorgenommen werden kann. Bei der Verwendung von Gleichung 1 und Gleichung 2 ist zu beachten, dass in die Gleichungen für die relative Kurzschlussspannung „uk“ in Prozent einzusetzen ist.
Ist der Nennstrom des Transformators nicht explizit bekannt (so wird bei Netzberechnungen für Transformatoren oft nur SNenn_Trafo und uk angegeben), kann die zugeschnittene Größengleichung 3 verwendet werden. Achtung: Diese Abschätzung des maximalen Kurzschlussstromes gilt nur für dreiphasige Mittelspannungstransformatoren mit einer Sekundärspannung von ULL = Unenn_sek = 400V. Auch bei der Verwendung von Gleichung 3 ist zu beachten, dass in die Gleichung die relative Kurzschlussspannung „uk“ in Prozent einzusetzen ist.
Häufig wird beim Einsatz von Transformatoren hinsichtlich des Verhaltens der Sekundärspannung bei Laständerungen auch von „spannungsharten“ oder „spannungsweichen“ Transformatoren gesprochen. Hierbei zeigen Gleichung 1 und 2, dass bei kleiner werdendem „uk“ (spannungshärter) der maximale Kurzschlussstrom steigt und bei größer werdendem „uk“ (spannungsweicher) der maximale Kurzschlussstrom sinkt. Die Kurzschlussspannung „Uk“ und damit auch die relative Kurzschlussspannung „uk“ sind ein Maß für den Innenwiderstand des Transformators.
Spannungsweich: Bei Belastung verringert sich die Ausgangsspannung des Transformators. Der Ausgangsstrom verändert sich kaum. Der Transformator ist kurzschlussfest (Beispiel: Schweißtransformator).
Spannungssteif: Bei Belastung verringert sich die Ausgangsspannung des Transformators kaum. Der Ausgangsstrom steigt an. Der Transformator ist nicht kurzschlussfest.
Als Merkhilfe können, hinsichtlich des Verhaltens der Ausgangsspannung des Transformators, ein sehr hartes und ein weiches Kissen herangezogen werden. Übt man einen gleich starken Druck auf ein sehr hartes und ein weiches Kissen aus, so wird das harte Kissen deutlich weniger eingedrückt, als das Weiche. Die Tiefe des Eindrucks auf dem Kissens ist synonym für das Verhalten der Ausgangsspannung des Transformators.
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