Thermische Kurzschlussstrombelastbarkeit von Mittelspannungskabeln nach IEC 60949
Berechnung der thermischen Kurzschlussstrombelastbarkeit von Mittelspannungskabeln nach IEC 60949 zur Vermeidung von Kabelschäden.
Einführung in das thermische transiente Verhalten von Mittelspannungskabeln
Die Dimensionierung von Mittelspannungskabeln erfordert eine präzise Auslegung, die weit über die Dauerstrombelastbarkeit hinausgeht. Während die Norm IEC 60287 die Grundlagen zur Berechnung der Strombelastbarkeit im Dauerbetrieb liefert, wird die thermische Belastbarkeit im Kurzschlussfall durch die Norm IEC 60949 geregelt.
Im Kurzschlussfall steigt der Stromfluss extrem an. Da dieses Ereignis sehr kurz ist (meist unter 3 Sekunden), kann die Wärme nicht an die Umgebung abgegeben werden. Der Vorgang wird daher als adiabatisch modelliert, wobei sich die gesamte Energie im Leiter und im Schirm staut.
Die thermische Grenze der Isolierung
Für XLPE-Isolierungen liegt die zulässige Grenztemperatur bei Kurzschluss bei 250 °C. Ein Überschreiten dieser Temperatur führt zur thermischen Zersetzung und zum Verlust der dielektrischen Festigkeit des Kabels.
Mathematische Modellierung nach IEC 60949
Die adiabatische Kurzschlussstromdichte wird mit folgender Formel berechnet:
Die Norm IEC 60949 berücksichtigt zusätzlich den nicht-adiabatischen Faktor (ε), um die Wärmeabgabe an die Isolierung bei längeren Kurzschlusszeiten einzukalkulieren, was eine wirtschaftliche Optimierung der Kabelquerschnitte ermöglicht.
Sicherer Entwurf mit Vexten
Mit der Vexten-Software können Ingenieure im Modul Kabeldimensionierung sowohl die Dauerstrombelastbarkeit als auch die thermische Kurzschlussfestigkeit nach IEC 60949 präzise berechnen und verifizieren.