[Elektro] Strompfad Bypass bei größeren Entfernungen, Auswirkungen

[mom]

Hallo zusammen

Ich habe mal wieder eine Frage für die Theoretiker

Nehmen wir mal folgenden Versuchsaufbau an:
Ich habe eine 5-polige Zuleitung vom Netz kommend, Länge sagen wir mal 50 Meter insgesamt, und am Ende davon Verbraucher.
Wechselstrom, Phasen ungleichmäßig verteilt, Drehstrommotor, was auch immer.
Mit einem Bypass (grün oder gelb) kann ich die aktiven Leiter schalten.
Screenshot 2024-08-05 at 23.05.14.png
Wenn ich nun den Strompfad im laufenden Betrieb verkürze, was passiert dabei?

Der gesunde Menschenverstand sagt: bei Grün nichts was negative Auswirkungen haben könnte oder irgendwie messbar wäre.

Was passiert bei Gelb? Immer noch nichts?

Was wäre, wenn es nicht mehr 50m wären, sondern bei entsprechendem Leitungsdurchmesser z.B. 1000m oder mehr?

Gibt es irgendwelche Fehlerfälle, in denen beispielsweise einer der Verbraucher Schaden nehmen kann?
Was passiert z.B. wenn einer der Kontakte nicht oder zeitverzögert schaltet?
Oder anders, was müsste in dieser Konstellation passieren um zu einem Problem zu kommen?

LG Markus

[henfri]

Ist doch nur ne Parallelschaltung der langen und der kurzen Leitung

Also zwei parallel geschaltete Widerstände

Ströme verteilen sich umgekehrt proportional zu den Widerständen. Das Meiste geht also durch den Bypass.

[tsb2001]

Im Bereich der Niederspannung annähernd gar nichts, was negativ Einfluss nehmen könnte.
Zwei Dinge verändern sich:

• die Impedanz (aufgrund der Längenänderung)
• die Spannung an der eingezeichneten Leuchte oder sonstigem Verbraucher bei Stromfluss (sonst gibts keinen Spannungsfall)

Welche Parameter verändern sich; bezüglich des Schutzes der Leitung/Kabel?

• ohne eingeschalteten Schalter: höchste Impedanz, daher geringster Kurzschlussstrom von allen Beispielen, Schutz muss den geringen Kurzschlussstrom delektierten, um abschalten zu können. Spannungsfall am größten, ist die Spannung am Verbraucher noch hoch genug
• grüner Schalter: wenig Änderung, wenn er fast am Ende der Schleife liegt
• gelber Schalter: geringste Impedanz, hoher Kurzschlussstrom. Der Schutz kann den Kurzschluss gut erfassen, jedoch muss das Schaltgerät/Sicherung demzufolge ein hohes Ausschaltvermögen besitzen. Der Spannungsfall ist recht gering, entspricht annähernd der Netzspannung.

In der Niederspannung gibt es daher kein wirkliches Problem, da der maximale Spannungsfall und die Strombelastbarkeit den Querschnitt und die maximal mögliche Leitungslänge begrenzen. Somit ändern sich kaum nennenswert die Parameter, die für eine Fehlfunktion sorgen könnten.

1000 Meter Leitungslänge sind in Niederspannungs-Energieversorgungsnetzen (grade im ländlichen Bereich) nicht ungewöhnlich; da entstehen häufiger solche Konstellationen - grade wenn man mal Wartungen an Stationen macht und sich die Niederspannung von umgebenden Stationen zur Versorgung durchschaltet, damit man keinen Netzersatz braucht.

Anders sieht es in der Hochspannung bei langen Leitungen (mit Längen jenseits der 50 Kilometer) aus. Da entsteht durch den Lastfluss und den Anteilen an induktiven Widerstand der Leitung selbst eine Phasenverschiebung, die beim Schalten von deinem gelben Schalter durchaus schwierig werden könnte. Zudem kommen dort noch die (a)symmetrischen Komponenten der Kapazitäten (Leiter/Leiter bzw. Leite/Erde) zum Tragen…

[tsb2001]

Da fällt mir ergänzend als Beispiel noch etwas ein:
Wenn deine Leiterschleife sehr lang ist (großer Widerstand), ist das eine typische Ladeschaltung für den Gleichspannungszwischenkreis bei Frequenzumrichtern.
Direkt die Kondensatoren mittels Einschalten ans Netz zu legen, bedeutet einen sehr hohen Strom. Wenn du dir anstelle der Leuchte einen Gleichrichter mit Glättungskondensatoren denkst, würde beim Einschalten erst der „große Stromkreis“ mit hohem Widerstand zur Reduktion der Einschaltströme ans Netz gelegt; wenn die dann vorgeladen sind, würde der gelbe Schalter eingeschaltet werden, um den Ladewiderstand zu überbrücken.

[mom]

Danke dir, ungefähr das was ich mir erhofft hatte

In der praktischen Anwendung sollte dabei mal eine unterbrechungsfreie Handumschaltung für einen PV Backup-Kreis rauskommen - ist aber nicht so einfach.

Der Wechselrichter hat zwei Ausgänge, Grid und Load. Im Normalzustand sind diese im Wechselrichter zusammengeschaltet, bei Stromausfall wird Grid getrennt und Load wird weiterhin als Insel versorgt.
Das Problem an der Geschichte ist aber natürlich, dass dann bei jedem Neustart des Wechselrichters der Strom komplett weg ist, da der z.B. auch bei Software Updates die Verbindung kappt.

Ziel ist nun, die Hauslasten in diesem Normalzustand unterbrechungsfrei zwischen Backup und Netz umschalten zu können.
Ohne dass dabei das Netz bei Stromausfall mit dem Backup verbunden werden kann und ohne ein inaktiver Backup vom Netz bestromt werden kann.


Plan dazu war:
Ein Taster schaltet ein 1-poliges Schütz mit L1 Netz als Steuerspannung, das schaltet wiederum ein 4-poliges Schütz mit L1 Backup als Steuerspannung.
Wenn das angezogen hat, könnte man den Netzumschalter ohne Unterbrechung über die Nullstellung drehen.

Das Dumme daran ist nur, dass so die Hausinstallation ca. die gleiche Lebenserwartung hat wie der Schützkontakt, der den N schaltet.
Und es gibt auch keine Möglichkeit diesen Fehlerfall vorher festzustellen, da es bei der Nullstellung ja schon zu spät ist.

Schnelle Umschalter ohne Nullstellung gibt es zwar, aber entweder nur für mehrere hundert Ampere oder dann als beliebig dubiose Chinaware inklusive N-Abriss, nichts dazwischen für die Hutschiene.


Irgendwelche Ideen wie sich die Problemstellung sonst noch lösen ließe?

Ein drittes Schütz zur Sicherheit, parallel zum N des 4-poligen?
Und gleich noch ein viertes 3-poliges für L1-L3 in Reihe zum 4-poligen, falls das erste Schütz mal kleben bleibt?


Irgendwie schon dezent ironisch, wenn man ein System zur Überbrückung von Stromausfällen hat, das aber im Endeffekt das Potenzial hat die Anzahl der Stromausfälle noch zu erhöhen 🤪

[tsb2001]

Nee, aber die Schützproblematik in Verbindung mit dem Neutralleiter wird immer extrem hochstilisiert.
Ich hab hier 2 ABB-Schütze in Reihe, dumme 4polige mit 63A, die beide den Neutralleiter mitschalten. Weder voreilend noch sonst irgendwie gesichert.
Die Schaltzeitdifferenzen zwischen L1, L2, L3 und N liegen im Millisekundenbereich und werden niemals so asynchron schalten, dass der Neutralleiter mit solch einer Verzögerung schaltet, dass da Elektrogeräte kaputtgehen.

Bleibt nur die Gefahr, dass das Schütz ausgerechnet alle 3 Phasen sauber durchschaltet, aber den kaum belasteten Neutralleiter nicht. Die Wahrscheinlichkeit stufe ich als so gering ein, dass mich das nicht interessiert.

Hilfsweise habe ich hier noch Überspannungsableiter in den Endstromkreisen drin, die ab 260V leitfähig werden und im schlimmsten Fall niederohmig werden und die Sicherung vom Stromkreis auslösen lassen.
Da die nach dutzenden Schaltungen nicht meckern und eine Netzanalyse im Umschaltaugenblick überhaupt keine bösen Spannungsspitzen aufzeichnet, ist das die Bestätigung für meine Annahme von oben.

Grade mit den Neutralleiter-Schaltzeiten wird eine Sau durchs Dorf getrieben, die gar nicht existiert. Ich kenne zumindest keinen Fall, bei denen durch den Einsatz von Netztrennschützen mal irgendwas kaputt gegangen ist.

Wenn du es ganz sicher haben möchtest, schaltest du zwei N-Schütze (einpolig) parallel, schaltest die Hilfskontakte dieser beiden als Schließer in Reihe und gibts damit die Spule des Netztrennschützes für L1 bis L3 frei, sodass das erst anziehen kann, wenn definiert beide N-Schütze sauber durchgeschaltet haben.

Dann bist du ganz sicher unterwegs. Mir wäre es aber zu viel Aufwand für ein theoretisch mögliches, aber in der Realität nicht existierendes Problem.

[mom]

Grundsätzlich ist mir das mit den Schaltzeiten und der Synchronität hier ja egal, da prinzipbedingt nur als Bypass und ohne volle Last geschaltet werden kann.
Es geht da also wirklich nur um einen tasächlichen Fehlerfall bei einem mechanischen Defekt.
Mit dem ersten Schütz am Taster und dann einem parallelen N-Schütz, dessen Hilfskontakt das 4-polige Schütz schaltet, sollte es sicher genug funktionieren.
100% Sicherheit gibt es sowieso nicht, denn im Zweifelsfall bricht dann am Ende doch der N-Schaltkontakt im Umschalter 🤣
Einen Dehn Überspannungsableiter hab ich tatsächlich auch noch irgendwo übrig, der muss dann noch an die richtige Stelle, da der ÜSS im Zählerkasten im Backupbetrieb sogar komplett abgetrennt ist.

[tsb2001]

Es geht da also wirklich nur um einen tasächlichen Fehlerfall bei einem mechanischen Defekt.

Dann tauscht du aber besser auch alle 4-poligen Fehlerstromschutzschalter gegen zweipolige je Stromkreis aus. Der mechanische Defekt des N-Kontakts der RCDs ist genau so wahrscheinlich wie selbiger im Schütz - vom Prinzip her ist das Betätigungssystem ähnlich.

Eine Schaltwelle oder -schieber betätigt annähernd parallel 4 Kontakte; im RCD genau wie im Schütz. Lediglich die grundlegende Funktion der Ansteuerung ist eine andere…
Selbst wenn der RCD den Kontakt voreilend hat, schaltet der beim Wellenbruch ebenfalls nicht; genau wie beim Schütz.