Kurzschlussstrom an Transformator und Kabelende abschätzen

Warum wird der Kurzschlussstrom berechnet?

Der höchstmögliche Fehlerstrom bestimmt das Ausschaltvermögen der Schalter, die Kurzschlussfestigkeit von Stromschienen und Kabeln sowie das Schutzkonzept. Dieser Rechner liefert eine grobe erste Schätzung des dreiphasigen Kurzschlussstroms aus dem Typenschild des Transformators.

Strom an den Transformatoranschlüssen

Bei angenommenem starrem Netz begrenzt nur die Transformatorimpedanz den Strom:

I_k = I_n / u_k, wobei I_n = S_n / (√3 × U) der Transformatornennstrom ist.

Je kleiner die Kurzschlussspannung, desto größer der Kurzschlussstrom. Bei 4 % beträgt er das 25fache, bei 6 % das 16,7fache des Nennstroms.

Beispiel

Ein Transformator mit 1000 kVA, 400 V und 6 % Kurzschlussspannung hat einen Nennstrom von 1.000.000 / (1,732 × 400) = 1443 A. Der Kurzschlussstrom beträgt 1443 / 0,06 = 24.056 A, also rund 24 kA. Die Transformatorimpedanz ist 0,06 × 400² / 1.000.000 = 9,6 mΩ.

Einfluss von Netz und Kabel

Auch das Netz besitzt eine Impedanz. Eine Netzkurzschlussleistung von 500 MVA fügt 400² / 500.000.000 = 0,32 mΩ hinzu und senkt den Strom auf 23,3 kA. Liegt der Fehler weiter entfernt, werden Kabelwiderstand und Kabelreaktanz addiert: Z_k = √(R² + X²), I_k = U / (√3 × Z_k). Mit zunehmender Kabellänge oder abnehmendem Querschnitt sinkt der Strom rasch.

Woher kommt der Kabelwiderstand?

Benötigt wird der Widerstand eines Außenleiters bei einfacher Länge. Dazu kann die Ausgabe des Leiterwiderstands aus dem Spannungsfallrechner verwendet werden. Für den maximalen Strom ist der Widerstand des kalten Leiters maßgebend. Ohne Herstellerdaten werden für die Reaktanz etwa 0,08 mΩ je Meter verwendet.

Grenzen

Dies ist eine Vorabschätzung und kein Ersatz für eine Untersuchung nach IEC 60909. Motorbeiträge, Stoßkurzschlussstrom, einpolige Erdschlüsse, Mindestkurzschlussstrom und parallele Transformatoren sind nicht enthalten. Die Auswahl des Ausschaltvermögens und die Schutzeinstellung müssen durch eine qualifizierte Elektrofachkraft mit ingenieurtechnischer Befähigung erfolgen.

Häufige Fragen

Wie berechne ich den dreiphasigen Kurzschlussstrom aus der Transformatorimpedanz?

Im Beispiel ergibt die Transformatorimpedanzgleichung bei 630 kVA, 400 V und 6 % Kurzschlussspannung einen dreiphasigen Kurzschlussstrom von 15,16 kA an den Anschlüssen. Diese Vorabschätzung setzt ein starres Netz und Spannungsfaktor 1 voraus. Motorbeiträge, Stoßkurzschlussstrom, Erdschlüsse und Schutzkoordination sind nicht enthalten.

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