Schieflast / Strom auf dem Neutralleiter (früher Nullleiter) (Generatoren, BHKW's, Biogasanlage)

8 von 10 durchgeführte Untersuchungen an BHKW's haben aufgezeigt, dass die Phasenströme unsymmetrisch sind.

Unter Schieflast versteht man die ungleichmäßige Belastung der Außenleiter eines Dreiphasenwechselstromnetzes (Drehstromnetzes).

Folge: Größere Schieflasten können ohne Kompensation im Extremfall wegen Überhitzung zu Schäden in Kraftwerksgeneratoren und an Leistungstransformatoren führen.

Der Grund von Schäden in Generatoren liegt darin, dass insbesondere der Läufer von den in Kraftwerken verwendeten Synchrongeneratoren als massiver und geschmiedeter Volltrommelläufer ohne Lamellierung gestaltet ist.

Der Läufer eines Synchrongenerators ist bei gleichmäßiger Belastung und im synchronen Betriebsfall nur durch ein magnetisches Gleichfeld durchsetzt, und es treten keine Wirbelstromverluste auf.

Durch eine Schieflast kommt es zu einem inversen Drehfeld im Läufer, welches zu einer unzulässigen Erwärmung und im Extremfall zur Zerstörung des Generators führen kann.

Das inverse Drehfeld verursacht einen Strom in der Dämpferwicklung, dessen Frequenz doppelt so groß wie die Netzfrequenz ist. (Quelle: https://de.wikipedia.org/wiki/Schieflast)

In dem Video kann man die doppelte Netzfrequenz von 100 Hz sowie den Betrag des Neutralleiterstroms (früher Nullleiterstroms), verursacht durch die Schieflast.

Auswirkungen auf Motoren, die von diesem Generator versorgt werden, zum Beispiel Rührwerksmotoren im Fermenter in Biogasanlagen

"Beim Schutz von Motoren kommt dem Schieflastschutz eine besondere Bedeutung zu. Unsymmetrische Belastungen erzeugen in Motoren ein Gegendrehfeld, welches mit doppelter Frequenz auf den Läufer wirkt.

Auf der Oberfläche des Läufers werden Wirbelströme induziert, welche zu lokalen Übererwärmungen im Läufer führen. Bei Absicherung des Motors über Sicherungen ist eine in der Praxis häufige Störung der Ausfall einer Leiterspannung.

Durch den Motor wird je nach Belastung ein mehr oder weniger kreisförmiges Drehfeld aufrechterhalten, so dass der Motor unter erhöhter Stromaufnahme ein ausreichendes Drehmoment entwickeln kann.

Ferner besteht die Gefahr einer thermischen Überlastung bei unsymmetrischer Netzspannung. Schon kleine Spannungsunsymmetrien führen wegen der kleinen Gegenreaktanz zu großen Schieflastströmen"

(Quelle: http://sm-industry.ru/titan_img/ecatalog/Appl_20_Motorschutz_de.pdf)

Prinzip des Schieflastschutzes

"Eine Schieflast kann hervorgerufen werden durch ungleiche Stromverteilung im Netz aufgrund ungleicher Belastung, unsymmetrische Leiterkurzschlüsse, Leiterunterbrechungen und auch Schalthandlungen. Durch Schieflast entstehen Gegensystemströme im Stator, die in der Ständerwicklung Oberschwingungen mit ungerader Ordnungszahl und in der Läuferwicklung Oberschwingungen mit gerader Ordnungszahl verursachen.

Der Läufer ist hierbei besonders gefährdet, weil die Oberwellen die Läuferwicklung zusätzlich belasten und im massiven Eisen des Läufers Wirbelströme induzieren, die sogar zum Schmelzen des Metalls bzw. zur Zerstörung der Metallstruktur führen können. In gewissen Grenzen und unter Beachtung der thermischen Grenzbelastung des Generators ist eine Schieflast jedoch zulässig.

Um einen vorzeitigen Ausfall des Generators bei Schieflast zu vermeiden, sollte die Auslösecharakteristik des Schieflastschutzes der thermischen Charakteristik des Generators angepasst werden. Grundsätzlich ist festzustellen, je besser die Kühlung des Rotors ist, desto niedriger liegen im Allgemeinen die zulässigen Schieflastwerte. Dies liegt daran, dass bei besserer Rotorkühlung die maximal dauernd zulässige symmetrische Last höher gewählt werden kann, eine Schieflast jedoch im Verhältnis dazu in geringerem Maße zulässig ist." (Quelle:https://wss.woodward.com/manuals/library/Protection_Relays/high_tech_line/mrs1/DOK-TD-MRS1D.pdf)