Nutzung passiver Elemente zur Kompensation von Oberschwingungsanteilen im Erdschlussreststrom und Erzeugung frequenzselektiver Erdschlüsse

Der Erdschluss zählt in Freileitungsnetzen schon immer zu den am häufigsten auftretenden Fehlern. Für einen zuverlässigen Betrieb der elektrischen Netze ist es daher von hoher Bedeutung, dass diese Fehler keine Kundenabschaltungen hervorrufen. Im Idealfall verlöschen die entstehenden Erdschlusslichtbögen von selbst. Um dies zu erreichen, wird in den meisten Verteilnetzen in Deutschland eine Erdschlussspule eingesetzt. Die Erdschlussspule bildet mit den Leiter-Erde-Kapazitäten des Netzes einen Parallelschwingkreis, dessen Resonanzfrequenz ungefähr 50 Hz beträgt. Die Erdfehlerschleife ist dadurch bei 50 Hz sehr hochohmig und die Höhe des Fehler-stroms (der Erdschlussreststrom) wird stark reduziert. Der Einfluss der Erdschlussspule selbst auf die Oberschwingungsanteile des Erdschlussreststroms ist vernachlässigbar. Daher tritt bei Erd-schlussversuchen immer wieder der Effekt auf, dass ein sehr hoher Effektivwert des Erdschluss-reststroms gemessen wird, obwohl die Erdschlussspule sehr gut auf die Netzkapazität abgestimmt ist. In diesen Fällen ist dann in der Regel der Anteil der Oberschwingungen im Erdschlussreststrom die effektivwertbestimmende Größe. Daher wurde in den vergangenen Jahren nach Möglichkeiten gesucht, den Oberschwingungsanteil im Erdschlussreststrom zu unterdrücken. Bei der Unterdrü-ckung der Oberschwingungsanteile kommen im Wesentlichen leistungselektronische Filtereinheiten zum Einsatz. Die meisten dieser Einrichtungen haben das Versuchsstadium jedoch nicht über-wunden. Ein Grund dafür besteht in der hohen Komplexität der benötigten Anlagen. Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht deshalb darin, zu untersuchen, ob rein passive Schaltungen, beste-hend aus Reihen- und Parallelschwingkreisen, geeignet sind, um mit geringem Aufwand die domi-nanten Oberschwingungsanteile im Erdschlussreststrom ausreichend zu reduzieren. Diese Schal-tungen werden in der vorliegenden Arbeit Kompensationsnetzwerke genannt. Auch soll gezeigt werden, ob bei variabler Netzgröße eine Anpassung der einzelnen Schaltungselemente notwendig ist. In dieser Arbeit wird als Ursache für hohe Oberschwingungsanteile im Erdschlussreststrom eine niedrige Impedanz der Erdschlussfehlerschleife, für die entsprechenden Frequenzen, identifiziert. Davon ausgehend werden verschiedene Kompensationsnetzwerke analysiert und bewertet, ob sie in der Lage sind die Impedanz der Fehlerschleife ausreichend zu erhöhen, sodass der Erdschluss-reststrom hinreichend reduziert wird. Zudem wird betrachtet, ob eine Anpassung der Netzwerkele-mente bei variabler Netzgröße notwendig ist. Daran anschließend werden Konzepte vorgestellt, wie eine solche Anpassung erfolgen könnte