Wie wird ein Mittelspannungskabel auf Kurzschlussstrom ausgelegt?

Die Auslegung eines Mittelspannungskabels hinsichtlich des Kurzschlussstromes erfolgt in mehreren Schritten:

1. **Ermittlung des maximalen Kurzschlussstromes**: Zunächst muss der maximale Kurzschlussstrom bestimmt werden, der im Netz auftreten kann. Dies hängt von der Netzkonfiguration, der Leistung der angeschlossenen Transformatoren und Generatoren sowie der Netzimpedanz ab.

2. **Kurzschlussdauer festlegen**: Die Dauer des Kurzschlusses, bis die Schutzvorrichtungen den Fehler abschalten, muss bekannt sein. Typische Kurzschlussdauern liegen im Bereich von 0,1 bis 1 Sekunde.

3. **Thermische Belastbarkeit des Kabels**: Das Kabel muss so ausgelegt sein, dass es den thermischen Belastungen während des Kurzschlusses standhält. Die thermische Belastbarkeit wird durch die spezifische Wärmekapazität des Leitermaterials, die zulässige Temperaturerhöhung und die Kurzschlussdauer bestimmt.

4. **Mechanische Belastbarkeit**: Neben der thermischen Belastung muss auch die mechanische Belastbarkeit des Kabels berücksichtigt werden, da die elektromagnetischen Kräfte während eines Kurzschlusses sehr hoch sein können.

5. **Normen und Richtlinien**: Es müssen die relevanten Normen und Richtlinien beachtet werden, wie z.B. die IEC 60909 für Kurzschlussströme und die IEC 60502 für Mittelspannungskabel.

6. **Berechnung der Querschnittsfläche**: Die erforderliche Querschnittsfläche des Kabels wird berechnet, um sicherzustellen, dass es den maximalen Kurzschlussstrom für die festgelegte Dauer ohne Beschädigung überstehen kann. Die Berechnung erfolgt nach der Formel:

\[
A = \frac{I_{k} \cdot \sqrt{t}}{k}
\]

wobei:
- \( A \) die Querschnittsfläche des Leiters in mm² ist,
- \( I_{k} \) der maximale Kurzschlussstrom in kA ist,
- \( t \) die Kurzschlussdauer in Sekunden ist,
- \( k \) ein Materialkonstante ist, die von der spezifischen Wärmekapazität, der Dichte und der zulässigen Temperaturerhöhung des Leitermaterials abhängt.

Durch diese Schritte wird sichergestellt, dass das Mittelspannungskabel den Anforderungen hinsichtlich des Kurzschlussstromes gerecht wird und sicher betrieben werden kann.