Forschung für den Mittelstand - Die IGF-Projektdatenbank

Sicherheit bei Störlichtbögen in der Niederspannung

Störlichtbögen im Niederspannungsbereich sind ungewollte elektrische Luftstreckenverbindungen zwischen Leitern unterschiedlichen Potentials. Die energiereiche physikalische Erscheinung des Lichtbogens besitzt in Schalt- und Verteilanlagen ein hohes Zerstörungspotential und stellt eine Gefährdung für Personen, Anlagen und die Versorgung mit elektrischer Energie dar.

Ziel des Projektes ist es, durch zuverlässige Druckberechnungen zur Auslegung von Entlastungsmaßnahmen die Sicherheit in Niederspannungsanlagen bei Störlichtbogenereignissen zu erhöhen. Der Lösungsweg umfasst folgende Schritte:

- Literaturrecherche

- Experimentelle Untersuchungen zu Lichtbögen und Druckentwicklung

- Modellierung von Lichtbögen

- Entwicklung von Druckberechnungswerkzeugen

- Netzberechnungen

Als Ergebnis wird ein Verfahren zur Berechnung von Fehlerströmen als Basis für Druckberechnungen sowie die Ableitung von Handlungsempfehlungen bei Störlichtbögen im Netz angestrebt. Damit soll den Herausforderungen an Schutz und Sicherheit beim Auftreten von Störlichtbögen begegnet werden. Mit schnellen und zuverlässigen Schutzsystemen können Schäden und Ausfallzeiten der Stromversorgung verringert oder verhindert werden. Mit der Möglichkeit Druckentlastungssysteme über verbesserte und erweiterte Druckberechnungsverfahren dimensionieren zu können, kann die Anzahl von kostenintensiven und zeitaufwendigen Störlichtbogenprüfungen verringert werden. Die Verfahren können auch bei Bestandsanlagen eingesetzt werden, bei denen keine direkten Prüfungen möglich sind. Daraus ergibt sich ein hoher Nutzen gerade für KMU. KMU, die zwar über eine hohe Anzahl von Anlagen aber über keine eigenen zuverlässigen Druckberechnungsverfahren verfügen, gewinnen die Möglichkeit, wettbewerbsneutral Druckberechnungsergebnisse zu erhalten. Somit wird mit den Ergebnissen die Leistungs- und Wettbewerbsfähigkeit von KMU – insbesondere Hersteller von NS-Schaltanlagen, Ingenieur- und Planungsbüros, Handwerksbetriebe - gestärkt.

Ergebniszusammenfassung:

Hersteller und Betreiber von elektrischen Anlagen sind in der Regel verpflichtet, deren Zuverlässigkeit und Betriebssicherheit vor allen Dingen im Hinblick auf Personen- und Versorgungssicherheit zu gewährleisten. Um diesen Anforderungen bei zunehmenden Kurzschlussleistungen gerecht zu werden, müssen sie ihre Produkte kontinuierlich weiterentwickeln, ständig überprüfen und optimieren. Hierzu gehört z. B. auch die Entwicklung von kompakteren Bauweisen, um am Markt leistungs- und wettbewerbsfähig sein und bleiben zu können.

Vor diesem Hintergrund waren es die wesentlichen Ziele des Projekts,

- zuverlässige Druckberechnungen bei Fehlern in NS-Schaltanlagen hoher Anschlussleistung unter worst-case- Randbedingungen zu ermöglichen und

- einen Leitfaden für die Auswahl von Störlichtbogenschutzkonzepten in Schalt- und Verteilanlagen der Niederspannung zu entwickeln.

Die erarbeiteten Ergebnisse stellen die Grundlage für die Erreichung dieser Ziele dar. Es wurden Prüfaufbauten und Prüfkreise konzipiert, aufgebaut bzw. erweitert, um die Eigenschaften von Störlichtbögen experimentell zu untersuchen. Die so erzielten Ergebnisse hinsichtlich der Einflussgrößen auf die Druckentwicklung im Fall von Störlichtbögen dienten als Grundlage für die Modellierung von Störlichtbögen sowie als Eingangsgrößen für Druckberechnungsverfahren. Zur Validierung wurde ein Vergleich von Druckmessung und -berechnung durchgeführt und es wurde die Vorgehensweise zur Berechnung von Kurzschlussströmen unter Berücksichtigung von Fehlerlichtbögen und dezentraler Netzeinspeisung vorgestellt. Außerdem wurde ein Leitfaden für die Auswahl von Störlichtbogenschutzkonzepten in Schalt- und Verteilanlagen der Niederspannung abgeleitet. Dabei wurde auf verschiedene Konzepte zur Lichtbogenerkennung und -löschung ebenso eingegangen, wie auf die spezifischen Herausforderungen bei neu geplanten Anlagen und bei Anwendung in Bestandsanlagen.