Petersen-Spule

Petersenspule

Eine Erdschluss(strom)kompensation dient der Verhinderung von zerstörenden kapazitiven Stromkomponenten im Kabel- und Freileitungsnetz eines Netzbetreibers. Das erstmals 1917 von Waldemar Petersen angegebene Verfahren verringert die Folgeschäden bei Erdschlüssen, da die Isolation der elektrischen Anlage nicht so stark beansprucht wird. Durch diesen Effekt wird die Gefahr von weiteren Erdschlüssen (Sekundärschäden) verringert und gleichzeitig die entstehende hohe Berührungsspannung, die für Mensch und Tier gefährlich ist, verhindert.

Grundlagen

Ein Großteil aller Störungen des Netzbetriebes der Energieversorger entsteht durch einpolige Fehler (Erdschluss, beispielsweise hervorgerufen durch das Hineinwachsen eines Baumes in eine Freileitung oder durch fehlerhafte Isolation der Anlagen). Wie erfolgreich man diese Störungen beheben kann, hängt im Wesentlichen von der Sternpunktbehandlung des Netzes ab. Für den Einsatz von Freileitungsnetzen bis 230 kV und Kabelnetzen bis 30 kV ist die Erdschlusskompensation die wirkungsvollste Methode, bezogen auf die Personen- und Versorgungssicherheit.

Durchführung der Kompensation

Leistungsschild der Petersenspule

Bei der Durchführung der Erdschlusskompensation werden die Sternpunkte einer oder mehrerer Netztransformatoren über eine Erdschlusslöschspule mit der Erdungsanlage verbunden. Die Erdschlusslöschspule oder, nach ihrem Erfinder Waldemar Petersen, auch Petersenspule genannt, bildet mit den drei Leitererdkapazitäten C_R, C_S, C_T einen Parallelschwingkreis. Die Standardausführung der Petersenspule ermöglicht eine stufenlose Stromeinstellung unter Last, durch Veränderung eines Luftspaltes mittels Tauchkern. Die mechanische Verstellung des Tauchkernes erfolgt durch einen außenliegenden Motorantrieb über eine Welle.

Anlagenfehler

Bei einem einpoligen Fehler durch Überschlag oder Durchschlag der Isolation entsteht (wegen der Kapazität des Leiters gegen Erde) ein kapazitiver Fehlerstrom. Infolge der Phasenverschiebung zwischen Strom und Spannung wird in nicht kompensierten Netzen der durch die Fehlerstelle fließende Strom aufrecht erhalten. In kompensierten Netzen entsteht durch den Fehlerstrom die Verlagerungsspannung U_e-n. Die Verlagerungsspannung treibt über die Erdschlusslöschspule einen induktiven Strom durch den Fehlerort. Nach Abstimmen der Erdschlusslöschspule auf Resonanz heben sich die induktiven und kapazitiven Ströme in der Fehlerstelle auf und es fließt nur noch ein geringer Wirkreststrom als Summenstrom über alle Leiterisolationen. Durch die Erdberührung des fehlerbehafteten Außenleiters (Phase) erhöht sich bei den verbleibenden Außenleitern die Spannung gegen Erde um das $\sqrt{3}$-fache, wodurch die Isolation des gesamten Leitungsnetzes und der Schaltanlagen entsprechend stärker belastet wird, weshalb die Gefahr von sekundären Fehlern besteht.

Das fehlerbehaftete Netz darf zwar während der Dauer der Fehlersuche bzw. der Abtrennung der Fehlerstelle in Betrieb bleiben, sofern Maßnahmen zur Fehlersuche eingeleitet werden. Besser für den Personen- und Betriebsmittelschutz ist jedoch die niederohmige Sternpunkterdungseinrichtung, bei der nach einem vom Distanzschutz erfassten Leitungsfehler sofort mittels eines Leistungsschalters die Petersenspule überbrückt und unwirksam gemacht wird. Der nunmehr fließende Strom wird von einem Metallwiderstand von 25 bis 50 Ω begrenzt. Erfasst der Leitungsschutz (U,I u. U_e-n) via 3 Stromwandler, 3 Spannungswandler mit e-n-Wicklung (1/3 d. offenen Dreieckswicklung) dann Strom und Spannung, dann wird mit nur 150 ms Verzögerung die Abschaltung vorgenommen und die Kurzunterbrechungseinrichtung aktiviert. Ist der Fehler dann nicht mehr vorhanden, bleibt die Leitung eingeschaltet, ansonsten wird sie wieder abgeschaltet und die Fehlerbehebung kann an der vom dig. Distanzschutz errechneten Fehlerstelle der Leitung, die mit Hilfe der Leitungsdatenbank und der Größen U (Spannung) und I (Strom) deltaU (Verlagerungsspannung) vom Leitungsdistanzschutz automatisch berechnet wird, begonnen werden.

Literatur

• Réne Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 4. Auflage, Verlag B.G. Teubner, 1982, ISBN 3-519-36411-5