Thema: Starkstromkabel testen bis 2000A

Hallo E-Techniker,

das Thema gehört eher zu Niederspannung, aber wusste sonst nicht wo ich es posten soll. Hoffe es ist halbwegs richtig hier.

Im Rahmen meiner Bachelor-Arbeit in einer Firma soll ich einige Starkstromkabel für Stromerzeugungsaggregate später nach Temperatur testen. Da ja nur der Strom wichtig ist für die Temperatur, muss ich eine Vorrichtung planen, die bis zu 2000A durch die Kabel jagen soll. (max. auftretender Strom bei den Aggragten).

Vorabinfo zu meiner Firma: Es stellt u.a. Notstromaggregate her, der Motor wird im Haus entwickelt, der Generator wird z.Z. immer von der gleichen Firma gekauft (Leistungsbereich: 300-1300 kW).

Im Moment gibt es zwei Möglichkeiten.

1. Ein fertiges Diesel-Aggregat verwenden. (schwer zu besorgen für sowas, unflexibel, und hohe Verbrauchskosten)

2. Einen verwendeten Generator der Firma und daran einen E-Motor für den Antrieb besorgen. (dazwischen evtl. eine Kupplung und ein Rahmen für alles).

(3. Irgendwie über einen Trafo vielleicht?...)

Es ist sicherlich nicht einfach so etwas zu machen, aber ich bin für jede Möglichkeit, Meinung, Idee etc. dankbar. Man merkt vielleicht auch, dass ich noch Null Praxiserfahrung mit so etwas habe, aber jeder fängt mal irgendwo an.

Hoffe auf ein positives Feedback.

Vielen Dank

Gruß
sy~

2000A so mal zum Kabel testen ??? macht irgendwie keinen Sinn.

Überlege mal wovon die Temperatur eines Kabels noch abhängt außer dem Strom...!

Ich hab schon einige Information zusammengetragen. Natürlich hängt die Temperatur nicht nur komplett vom Strom ab. Isolation, Umgebung, Verlegeart etcetc.... ist bekannt.

Mir geht es nur um die späteren Temperaturtests, denn die Kabel dürfen eine gewisse Temperatur nicht übersteigen. In meinem Fall max. 120°C.

Im Grunde geht es um

1. die Generatorkabel (Bestandteil des Generators), die wir um ca. 0,5m verlängern haben lassen. Wurden schon für einen Leistungsbereich positiv auf die Temperatur getestet. Frage nun: Erfüllen diese bei höheren Leistungen noch das Temperaturkriterium ?
und
2. wenn nicht, müssen Kabel von einer Firma gekauft werden. Diese wurden schon mal berechnet und waren aber um einiges dicker als die Generatorkabel (die den Temperaturtest bestanden hatten).

Man möchte letztendlich an Querschnitt einsparen. Ich muss mir im späteren Verlauf meiner Bachelor-Arbeit einige Konzepte für eventuelle Kabeltests einfallen lassen. Und da ein Aggregat mal bis zu ca. 2000A erzeugen kann, sollte ich dieses auch einsatznah simulieren können.

So hieß es jedenfalls von meinem Betreuer, ich erfinde hier ja nichts.

EDIT: Achja habe vergessen zu erwähnen, dass die Starkstromkabel 1-max.1,5m lang sind ! Der Leistungsschalter befindet sich nämlich gleich neben dem Generatoranschlusskasten

Zitat von sypher

1. die Generatorkabel (Bestandteil des Generators), die wir um ca. 0,5m verlängern haben lassen. Wurden schon für einen Leistungsbereich positiv auf die Temperatur getestet. Frage nun: Erfüllen diese bei höheren Leistungen noch das Temperaturkriterium ?
und

Na, wenn ihr schon mal welche habt testen lassen muss es ja Dokumentiert sein. Ebenso der Testaufbau und Ablauf. Das wäre doch ein guter Ansatz ?

So kenne ich es jedenfalls von unseren Produkten

Zitat von sypher

Man möchte letztendlich an Querschnitt einsparen.

Über welchen Querschnitt reden wir ? Just for info, bin ja neugierig


Mfg Dierk

Also so etwas wird eher simuliert. Die 2000A sind ja nur der Kurzschlussstrom, der für wenige ms anliegt.
Oder willst Du auch für 1.2MW Generatoren testen. (In dem Fall würde ich ohnehin empfehlen in die Mittelspannung einzuspeisen,
sonst sind die Kabelquerschnitte ja enorm).

Wenn es sich nur um den Kurzschlußstrom handelt :
Die Wärmeabstrahlung braucht man hier kaum zu berücksichtigen, eher die Temperaturkapazität des Kabels selbst.
Alles andere wie der Widerstand und die Wärmekapazität von Kupfer sind bekannt.
Zum Simulieren Comsol Physics.

Wichtig sind die Anfangsbedingungen - d.h. die Auslösezeit des Automaten beim angenommenen Kurzschlußstrom,
Umgebungstemperatur, Ausgangstemperatur des Kabels (wenn wir annehmen das der Generator vorher bei Nennlast betrieben wurde).

Der Kurzschlußstrom wird ja von der Kabellänge abhängen.
Der Kurzzschlußstrom wird durch die Erwärmung der Kabel absinken, sowie wird die Winkelgeschwindigkeit des Rotors sinken und
die Erregung zusammenbrechen (kommt auf die Erregung des Synchrongenerators an - ob der eine eigene Erregermaschine hat oder nicht).
Wenn dies bei der ersten Berechnung nicht berücksichtigt wurde, so kann ich mir vorstellen das ein zu großer Querschnitt herauskommt.

Wenn Du es als Meßaufbau machen willst, so kannst Du solche Ströme über PKZ Traktionsbatterien oder über KFZ Starterbatterien bereitstellen -
in diesem Fall wird die fallende Charakteristik des Kurzschlußstromes jedoch nicht mitsimuliert.
Im Prüfzentrum Arsenal Wien stehen ebenfalls Einrichtungen zur Verfügung um solche Ströme bereitzustellen
(z.Bsp. zur Entwicklung von Hybridschaltern für Elektrofahrzeuge .... )
2000A zu schalten ist auch nicht gerade ein Honigschlecken.

für 2000A Dauerstrom :
entweder ein Trafo (irgend jemand hier im Forum arbeitet in einem Trafowerk für Spezialtrafos).

Oder Du nimmst einen 1.2MW Generator und betreibst den mit einem kleinen Elektromotor (sagen wir mal 20kW).
Die Erregerschaltung des Generators klemmst Du ab, und regelst den Kurzschlußstrom mit dem Erregerstrom.
Auf 2000 A bzw. Nennstrom kommst Du dann schon, natürlich mit viel geringerer (Antriebs-) Leistung (weil geringerer Spannung).

So als wenn Du den Generator trocknen würdest ....

Die billigste Guerilla-Engineering Lösung sind 20 Schweisstrafos mit je 100A ... auf einer Sammelschiene über Summierwiderstände (oder Drosseln) vereinen und einzeln zuschalten, das kriegst Du mir "normalen" günstigen Komponenten noch gebacken.
Alles andere ist zwar professioneller aber auch ziemlich teuer ....
Ein 160A Schweisstrafo kostet EUR 120,- bei Ebay, aufpassen wegen der Einschaltdauer - daher nur mit 100A belasten und gegebenenfalls zusätzlich Kühlen ...

Bei welcher Brennspannung normal die 100A abgegeben werden musst Du eben ermitteln und ensprechende Drosseln vor die Sammelschiene platzieren -
oder du knallst auf der Primärseite der Schweisstrafos nochmal einen Trafo um mit dem Nennstrom pro Schweisstrafo hinzukommen damit 100% ED erreicht werden.....

Bei Dauermessung musst Du warten bis sich ein thermisches Gleichgewicht eingestellt hat - so etwas lässt sich meiner Meinung nach nur im Gerät selbst simulieren. da der Luftstrom im Aggregat, Ambient Temp. etc. hier einen großen Einfluss haben werden.

Abschliessend würde ich sagen folgende Prozedur hat die Beste Aussagekraft :

- realer Generator notwendig, weil Belüftung des Aggregates, Verlegung des Kabels etc. sehr großen Einfluss hat.
- Generator mit Nennlast betreiben, bis sich thermisches Gleichgewicht eingestellt hat
- das ganze in einer Klimakammer, die Generatoren sind üblicherweise für eine Ambient Temp. von max. 40°C spezifiziert

Ich finde den Aufwand um bei 1-1.5m Kabel den Querschnitt zu reduzieren etwas zu hoch ....
Oder macht Ihr 1000 Aggregate / Jahr dann zahlt sich so was vielleicht aus ;-)

kommt eben drauf an WAS hier GENAU geprüft werden soll (Kurzschlussstrom ? Nennstrom ? was ? )

Also so etwas wird eher simuliert. Die 2000A sind ja nur der Kurzschlussstrom, der für wenige ms anliegt.

Er schrieb von Generatoren von 1300Kw.

Evtl gibt es auch in Galvanisierungsanlagen Trafos mit solchen sec. Strömen

Noch nie was von OMICRON gehört?
Mit der Prüfeinrichtung CPC100 in Verbindung mit CP CB2 schafft man locker die gewünschten 2000A Prüfstrom und hat einen überschaubaren, sicheren Prüfaufbau. Leihen oder kaufen der Prüfgeräte, beides geht.
www.omicron.at

cool, kannte ich nicht, danke !

Erst einmal vielen Dank für alle bisherigen Informationen und Tipps, find ich echt super.

Das hätte ich vielleicht noch schreiben sollen: Die Generatoren die verwendet werden, sind Permanentmagneterregte 4-polige (1500RPM) Drehstrom-Synchrongeneratoren mit ASR (Automatischer Spannungsregler) und Eigenkühlung (Lüfter an Welle). Je nach Leistungsbereich haben die Genos 2, oder 3 Kabel pro Phase.

@Kaffeeruler: Es ist dokumentiert. Bloß hier wurde nur ein Kabeltyp, bzw. die Kabel von einem Generatortyp, auf dem Prüfstand, also das komplette Diesel-Aggregat laufen gelassen und auf Temperatur getestet. Nachdem ich einige Worst Case Berechnungen gemacht habe, möchte ich einige Kabeltypen testen. Dafür eignet sich wohl ein komplettes Aggregat nicht, besonders wenns so 60L/h schluckt. Ausserdem wirds wohl schwer einen freien Prüfstand zu kriegen.

Und wir reden hier von Querschnitten von etwa 120-240 mm² (Innenquerschnitt).

@rnowotny: Sehr umfangreiche Antwort, danke dafür =). Ich muss zugeben, dass ich noch nicht alles verstehe, sage ja hab noch wenig Praxiserfahrung. Also an irgendetwas muss man den Generator ja wohl anschließen oder?, der Strom muss ja wo hin. Da weiß ich noch nicht genau, was.
Die Kabel sollen wie gesagt bei Höchstleistung der Aggregate oder auch kurz bei 10% Überlast die Temperatur von 120°C nicht überschreiten. Ob man hier (am Besten?) den Kurzschlussstrom, oder Nennstrom nimmt weiß ich ehrlich gesagt nicht. Ich soll eben den Worst Case nehmen und schauen, welche Grenzen haben welche Kabel und Querschnitte. In erster Linie soll ich eigtl. die Kabel der Generatoren testen. Falls diese um 0,5m verlängert die Temperatur einhalten, muss ich nicht mal andere auslegen. Der Test, der bereits gemacht wurde, bezieht sich auf ein Aggregat/Geno niedriger Leistung (360 KW). Da war die Temperatur nach 2h warmgelaufenem Motor L1 = 66°, L2 = 64°, L3 = 61°C (2 Kabel pro Phase). Die Genos für höhere Leistungen werden sicherlich dickere, oder 3 Kabel pro Phase haben.

Wie schon gesagt, der größte Geno hat eine Leistung von 1300 kW.
Es sollte für eine Umgebungstemp. von 40° und 50° getestet werden. Die Genos sind noch auf 50 und 60Hz unterteilt, je nachdem eben mehr oder weniger Leistung.

Oder Du nimmst einen 1.2MW Generator und betreibst den mit einem kleinen Elektromotor (sagen wir mal 20kW).
Die Erregerschaltung des Generators klemmst Du ab, und regelst den Kurzschlußstrom mit dem Erregerstrom.
Auf 2000 A bzw. Nennstrom kommst Du dann schon, natürlich mit viel geringerer (Antriebs-) Leistung (weil geringerer Spannung).

Genau so hat es eben mein Betreuer vorgeschlagen. Ich weiß allerdings nicht, ob man mir einen vorhandenen Geno in der Firma einfach dafür ausleihen würde und einen E-Motor müsst ich irgendwoher besorgen + evtl. eine Kupplung und Rahmen fürs Ganze. Falls man dann über den Autom. Spannungsregler des Genos alles einstellen/regeln kann, müsste ich nachforschen.

Die Kostenreduzierung hängt eben davon ab, ob man die Genokabel verwenden kann, oder neue braucht. Wir haben Kuperschienen im Generatorklemmkasten (ca. 600€), die man durch die direkte Anbindung der Genokabel an den Leistungsschalter einsparen könnte. Ansonsten bräuchte man diese wieder + extra Kabel vom Geno zum Leistungsschalterschrank.

Anscheinend werden über 2000 Aggregate bis 2015 verkauft, aber das sind nur Prognosen. Bisher wurde da noch nix verkauft, weil unsere Firma da noch relativ neu in dem Gebiet ist. Aber bei dem Umfang würde es sich ja lohnen .

Meine Betreuer meinten auch, dass die Umsetzung der Prüfvorrichtung auch nicht mehr in der Zeit möglich wäre und ich nur die Planung also die Theorie nur mache. Cool wäre es natürlich schon =)


@ Luyao: Also allein dieses Gerät kann mit Zusatzmodul bis zu 2k A erzeugen, ich bräuchte nix anderes O.o ? Stecke einfach das Starkstromkabel in das + und - Ausgang ein und los gehts =P. Vielleicht hab ichs falsch verstanden, oder ich kanns mir nicht vorstellen^^.
Im Datenblatt steht 2000A AC, ist es egal ob ich Drehstrom oder einfach nur Wechselstrom habe ?

Ausserdem machen mich beim CP CB2 zwei Dinge ein wenig stutzig: "Bei 230 V Netzspannung mit 2 x 6 m Hochstromkabel bei 23 °C ± 5°C" & tmax = 25s.
Ich soll ja möglichst einsatznah testen, d.h. eine Umgebungstemperatur von 40° und 50°C sollte irgendwie nachgestellt werden. Geht es dann laut diesem Wert oben mit dem CPC100 nicht mehr?, und eine Testzeit von 25s....erreicht das Kabel in 25s überhaupt seine Endtemperatur (oder wie mans nennen mag) ?^^

Falls es doch irgendwie gehen würde, frage ich mich ob das dann überhaupt einsatznah wäre. Schließlich spielt die Luftzufuhr vom Geno, die Verlegeart der Kabel und wie gesagt die Umgeb.temperatur eine Rolle + ich bräuchte immernoch Messinstrumente für die Temperaturmessung. Die Kabel liegen auch nicht im Freien sondern in einem Schaltschrank.

http://www.elektrikforen.de/attachme...lauslegung.jpg

wie bereits erwähnt - der Test hat nur Aussagekraft im Generator Echtbetrieb, wegen Belüftung usw.
Was sonst sollte man denn Testen ? Das Kupfer hat ja definierte Eigenschaften, da gibt es nichts zu testen.
Die wichtigesten Einflüsse sind Verlegeart, Luftströmung, Umgebungstemperatur usw. - und dies lässt sich
mit geringem Aufwand nur am Aggregat selbst testen.