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Oberwellen sind die Folge von nichtsinusförmigen Strömen durch Übertrager und Belastungen. Bei symmetrischer Belastung der drei Außenleiter und dem Vorhandensein von Oberwellen ist auch ein Rückfluss über den Neutralleiter festzustellen. Dieser Strom ist die Folge der Ausbildung eines Nullsystems. Insbesondere die 3. Oberwelle tritt dabei in Erscheinung, die sich im Neutralleiter als dreifache Summe bemerkbar macht.

Bei ungünstigen Konstellationen kann die Belastung im Neutralleiter größer werden als in den Außenleitern, obwohl eine symmetrische Dreiphasenbelastung vorliegt. Diese Erscheinung wird in DIN VDE 0298-4 bei der Auswahl des Leiterquerschnitts mit den Reduktionsfaktoren in Tabelle B.1 im Anhang B berücksichtigt.

Querschnittberechnung eines Kupferkabels

Nehmen wir an, für ein Kupferkabel NYY nach der Verlegeart C durch das ein dreiphasiger Strom von Ib = 70 A fließen soll, ist der Querschnitt zu bestimmen. Ferner wurde bei dem dreiphasigen Strom ein Oberwellenanteil von 20 % der dritten Oberwelle ermittelt. Zur Berechnung der für die Auswahl des Leiterquerschnittes zugrunde zu legende Stromstärke ist die oben stehende Tabelle heranzuziehen. Dort findet sich der Nenner – in unserem Beispiel 0,86 – für folgende Formel:

Formel 1

Nach DIN VDE 0298-4 (siehe DownloadTipp) hat ein 25 mm2 Kupferkabel eine zulässige Strombelastbarkeit von Ir = 96 A und kann eingesetzt werden. Der nächst kleinere Querschnitt von 16 mm2 wird mit einer Strombelastbarkeit von 76 A ausgewiesen und würde ohne Oberwellenanteile ausreichen. Wenn der Oberwellenanteil 40 % beträgt, wird der Leiterquerschnitt durch den Neutralleiterstrom IN bestimmt:

Formel 2

Mit dem Reduktionsfaktor von 0,86 wird der Dimensionierungsstrom bestimmt:

Formel 3

Nach DIN VDE 0298-4 müsste dann ein 35 mmKupferkabel mit einer zulässigen Strombelastbarkeit von I= 119 A eingesetzt werden. Ist der Oberwellenanteil größer als 45 %, z.B. 48 % wird der für die Bemessung heranzuziehende Strom:

Formel 4

und es müsste dann auch ein Mindestquerschnitt von 35 mmCu vorgesehen werden. Hierbei ist keine Reduktion vorgesehen, weil davon ausgegangen wird, wenn der Neutralleiterstrom größer ist als das 1,35-fache der Außenleiterströme, werden die Außenleiter nicht voll belastet und dadurch geringer erwärmt. Die Festlegungen in DIN VDE 0298-4 gelten nur für symmetrische Belastung in den drei Außenleitern. Werden nur zwei Außenleiter belastet, können die Reduktionsfaktoren nach der Tabelle nicht angewendet werden. Dann sind ausführlichere Berechnungen erforderlich. Neben der Strombelastung werden zur Auswahl des Leiterquerschnittes der Spannungsfall und der Leistungsverlust herangezogen. Das vorgestellte Verfahren nach DIN VDE 0298-4 gilt aber nur für die zu erwartende Strombelastung. Weitere Festlegungen siehe Anhang B von DIN VDE 0298-4.

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