Lernfeld 10 · Prüfung Teil 2

Netzformen und Niederspannungsschaltanlagen

Verteiltransformatoren und Niederspannungsschaltanlagen: Schaltgruppe, Kurzschlussspannung, Verluste, Parallelbetrieb und NH-Sicherungen.

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Darum geht es

Größere Betriebe werden über einen eigenen Verteiltransformator aus dem Mittelspannungsnetz versorgt, etwa 10 oder 20 kV auf 0,4 kV. Auf der Niederspannungsseite folgt die Hauptverteilung, von der die Abgänge zu den Unterverteilungen gehen. Ob die Anlage als TN-S, TN-C-S oder TT ausgeführt ist, entscheidet über Leiteranzahl und Schutzmaßnahmen.

Die Schaltgruppe beschreibt die Schaltung der Wicklungen. Bei Dyn5 ist die Oberspannungsseite in Dreieck (D), die Unterspannungsseite in Stern (y) mit herausgeführtem Sternpunkt (n) geschaltet. Die Kennzahl 5 bedeutet eine Phasenverschiebung von $5 \cdot 3 0^{\circ} = 15 0^{\circ}$ zwischen Ober- und Unterspannung.

Die relative Kurzschlussspannung $u_{k}$ ist die Spannung in Prozent der Bemessungsspannung, bei der im Kurzschlussversuch der Bemessungsstrom fließt. Je kleiner sie ist, desto größer der Kurzschlussstrom. Die Verluste setzen sich aus konstanten Leerlaufverlusten und lastabhängigen Kurzschlussverlusten zusammen, die mit dem Quadrat der Auslastung steigen. Zwei Transformatoren dürfen nur parallel laufen, wenn Übersetzung und Schaltgruppe gleich sind und die Kurzschlussspannungen nahezu übereinstimmen; sonst fließen Ausgleichsströme oder einer wird überlastet.

NH-Sicherungseinsätze ziehst du nur mit Aufsteckgriff und Schutzausrüstung gegen Störlichtbögen und nach Möglichkeit ohne Last, also nach dem Abschalten der Verbraucher.

Das solltest du dir merken

Dyn5 heißt Oberspannung Dreieck, Unterspannung Stern mit Sternpunkt, 150° Phasenverschiebung.
Kleine Kurzschlussspannung bedeutet großen Kurzschlussstrom.
Kurzschlussverluste steigen mit dem Quadrat der Auslastung.
Parallelbetrieb nur bei gleicher Übersetzung, gleicher Schaltgruppe und ähnlicher Kurzschlussspannung.

Formeln

Bemessungsstrom Unterspannungsseite: $I_{N} = \frac{S _{r}}{3 \cdot U}$; $S_{r}$ Bemessungsleistung in VA, $U$ Außenleiterspannung in V
Dauerkurzschlussstrom (Näherung): $I_{k} = \frac{I _{N} \cdot 100 %}{u _{k}}$; $u_{k}$ relative Kurzschlussspannung in Prozent
Transformatorverluste bei Teillast: $P_{V} = P_{0} + (\frac{S}{S _{r}})^{2} \cdot P_{k}$; $P_{0}$ Leerlaufverluste, $P_{k}$ Kurzschlussverluste bei Bemessungslast, $S$ tatsächliche Last
Auslastung: $\frac{S}{S _{r}} = \frac{P}{c o s φ \cdot S _{r}}$; $P$ Wirkleistung der Last in W, $cos φ$ Leistungsfaktor

Typische Fehler in der Prüfung

Kurzschlussverluste linear statt quadratisch mit der Auslastung gerechnet.
Die Kennzahl der Schaltgruppe als Zahl der Wicklungen gedeutet.
Wirkleistung direkt mit der Scheinleistung des Transformators verglichen, ohne den Leistungsfaktor.

Tipps aus der Werkstatt

Im IT-System ist die Stromquelle nicht direkt geerdet (die Körper schon), deshalb fließt beim ersten Körperschluss nur ein winziger Strom und die Anlage läuft weiter. Die Isolationsüberwachung muss melden, der erste Fehler wird beseitigt, bevor ein zweiter Fehler zum Kurzschluss zwischen zwei Außenleitern wird.
Selektivität heißt: Nur die dem Fehler nächste Schutzeinrichtung löst aus. Bei NH-Sicherungen in Reihe hilft als Faustregel ein Stufenverhältnis der Bemessungsströme von etwa 1,6 (zwei Nennstufen). Schaltgeräte ordnest du nach Aufgabe: Trenner trennt sichtbar ohne Last, Lasttrennschalter schaltet Last, Leistungsschalter schaltet Kurzschluss.

Sitzt das Thema? Teste dich mit echten Prüfungsfragen.

16 Aufgaben zu „Netzformen und Niederspannungsschaltanlagen“, falsche Antworten kommen in der Runde noch einmal.

Jetzt üben

Grundlage: Rahmenlehrplan Elektroniker/-in für Betriebstechnik (KMK), Lernfeld 10; DIN EN 60076, DIN EN 61439, DIN VDE 0105-100. Eigene Erklärung, keine Originalaufgaben der Prüfungsausschüsse.