ERZlich Willkommen liebe Freunde, der Schutz-, Leit- und Elektrotechnik. Warum benötigen wir eine selektive Erdschlussortung und wie können wir diese mit Hilfe des Oberschwingungsverfahrens realisieren? In unserem neuen Zweiteiler erfahrt Ihr alles was Ihr wissen müsst.
Viel Spaß beim Sehen oder Lesen, viel Erfolg und HERZliche Grüsse!
Euer SCHUTZTECHNIK-TEAM
(Lesebeitrag unter dem Video)
In unserem heutigen ersten Teil stellen wir die Frage nach dem Warum, also wofür wird das Oberschwingungsverfahren überhaupt benötigt und zeigen Euch zudem die praktische Umsetzung. Im zweiten Teil geht es dann um die detaillierte Funktionsweise und die damit einhergehende Theorie.
Warum?
Wir steigen wie immer mit der Frage nach dem Warum ein. In unseren vermaschten und überwiegend gelöscht betriebenen 110 kV-Netzen sowie in komplexen Mittelspannungsstrukturen, ist die derzeit zuverlässigste Erdschlussortungsmethode das sogenannte Wischerverfahren. Aufgrund immer weiter optimierter Schutzalgorithmen, welche zu großen Teilen durch Dr. Gernot Druml entwickelt wurden, gelingt uns mit dem transienten Wischerverfahren die korrekte Erkennung des vom Erdschluss betroffenen Abganges.
Das Problem mit dem Wischerverfahren
Sollten wir mit dem Wischerverfahren einen fehlerbehafteten Abgang detektieren haben, nehmen wir in der Praxis konsequent zielführende Schalthandlungen vor, um den fehlerbehafteten Abgang selektiv zu trennen. Wenn wir den Erdschluss erwischt haben, erfolgt umgehend der sofortige Einbruch der Nullsystemspannung auf ein betriebsübliches Niveau. Dies ist für uns das sichere Zeichen, dass wir den Erdschluss mit der vorgenommenen Schalthandlung erfasst haben. Sollte die Nullsystemspannung nicht wie erwartet zurückgehen, wäre dies hingegen ein sicheres Anzeichen dafür, dass der Erdschluss weiterhin ansteht. Wer jetzt dazu übergeht, die Anzeigen der Wischerrelais bei stehendem Erdschluss erneut zu kontrollieren hat bereits verloren. Da in unserer Welt nichts perfekt ist, gibt es auch beim Wischerverfahren eine wesentliche Einschränkung. Aufgrund der inhärenten Arbeitsweise dieser Schutzfunktion können keine Schalthandlungen zur Eingrenzung des Fehlers mit der Messung begleitet werden. So ist es mit dem Wischerverfahren ausschließlich möglich, den Erdschluss in seinem Eintrittsmoment richtungsmäßig zu bewerten. Das Wischerverfahren ist nun nicht mehr in der Lage weitere Messergebnisse im Rahmen von Schalthandlungen zu liefern.
Das Wattmetrische Verfahren als Ergänzung?
In sehr einfachen radial angeordneten Strahlennetzen kommt hier nun häufig das wattmetrische Erdschlussortungsverfahren als Ergänzung mit zum Einsatz. Dieses altbewährte Messverfahren liefert brauchbare Ergebnisse und ist zudem für die permanente Messung im Rahmen von Suchschaltungen geeignet. Hier gilt die eben genannte Einschränkung der einfachen Netzstruktur und generell ist die Arbeits- und Wirkungsweise für isolierte und gelöschte Netze gesondert zu betrachten. In islolierten Netzen kommt die sin-phi-Methode zum Einsatz, welche in der Praxis häufig auf geeignete Anregeverhältnisse trifft. Hierbei handelt es sich genau genommen um einen gerichteten Blindleistungsschutz im Nullsystem. Gelöschte Netze hingegen werden mit dem cosphi-Verfahren überwacht und haben eine besonders hohe Empfindlichkeit für Winkelfehler. Dies liegt daran, dass die Amplituden des zur Auswertung verwendeten Reststromes unter Umständen sehr klein sind und durch wesentlich größere Blindkomponenten abgelenkt werden können. Darüber hinaus kommen bei sehr kleinen Strömen Wandlerfehler deutlicher zum Tragen und weitere Effekte, wie zum Beispiel Kreisströme aufgrund von Phasensplitting, führen häufig zu Fehlanzeigen. Wir halten also fest: In komplex vermaschten Netzen und bei sehr kleinen Restströmen kommt die cosphi-Methode schnell an ihre Grenzen und führt nicht mehr zu zuverlässigen Richtungsentscheiden.
Also, Warum nun?
Nun stellt sich die Frage: Können wir dennoch eine permanente Erdschlussrichtungserfassung zur Auswertung eines stationär anstehenden Erdschlusses realisieren? Die eindeutige Antwort lautet hier:
„YES we can“
An dieser Stelle kommt nun nämlich das Oberschwingungsverfahren in Spiel. Mit dem Oberschwingungsverfahren ist es möglich, permanent die Erdschlussrichtungen der Abgänge anzeigen zu lassen und damit die Ergebnisse der eingeleiteten Schalthandlungen zu überwachen. Dabei liefert das Oberschwingungsverfahren wesentlich genauere Ergebnisse als das herkömmliche netzfrequente wattmetrische Erdschlussortungsverfahren und hat zudem einige Vorteile. Warum das so ist und welche Vorteile das sind, schauen wir uns im zweiten Teil unserer Beitragsserie an.
Der praktische Aufbau
In diesem Teil wollen wir uns nun noch ansehen, wie die Funktion praktisch aufgebaut wird. Der Grundaufbau sieht dabei wie folgt aus: Jeder Abgang verfügt über ein Erdschlussrelais, welches den jeweils eigenen Abgang permanent auf Erdschlussanregung und Erdschlussrichtung überwacht.
Die dafür erforderlichen Sekundärmessgrößen erfassen wir klassisch via Strom- und Spannungswandler. Dabei wird an jedem Abgangsrelais die gemeinsame sekundäre Nullsystemspannung benötigt, welche üblicherweise über die im offenen Dreieck verschalteten Dreieckswicklungen der 3 Phasen-Spannungswandler gewonnen wird. Dazu wird eine Ringleitung an der da-dn-Schaltung der Spannungswandler errichtet und mit den Schutzrelais in den Abgängen verbunden.
Des Weiteren benötigen wir den Nullsystemstrom, welchen wir über geeignete
Kabelumbauwandler in jedem der Abgänge erfassen.
Alle die sich mit dem klassischen wattmetrischen Erdschlussverfahren auskennen, können hier bereits die Analogie sehen, die Messungen für Oberschwingungsverfahren und wattmetrisches Verfahren sind nämlich identisch aufgebaut. Das in der Abbildung gezeigt Erdschlussortungrelais EOR-3D der Firma A. Eberle ist sogar in der Lage mehrere Schutzfunktionen wie zum Beispiel wattmetrisches Verfahren, Erdschlusswischerverfahren und Oberschwingungsverfahren in einem Gerät zu kombinieren und zu priorisieren.
Wichtig zu wissen: Beim Oberschwingungsverfahren kann die Erfassung der Nullsystemströme auch unter Verwendung der Holmgreenschaltung erfolgen, beim wattmetrischen Erdschlussortungsverfahren hingegen sind zwingend Kabelumbauwandler einzusetzen.
Ausblick
Warum das so ist, wie die Oberschwingungsmethode im Detail funktioniert und worauf sonst noch zu achten ist schauen wir uns im nächsten Beitrag an.
In diesem Sinne, HERZliche Grüsse und bis bald.
Euer SCHUTZTECHNIK-TEAM
