Sep 2, 2015
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Sonstiges

Adaptive Schutzsysteme - die Revolution!

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eue Anforderungen an Schutz und dezentrale Erzeugung! Der Planet ist, was Schutz- und Leittechnik angeht, weitestgehend ergründet. Auch wenn in den letzten beiden Jahrzehnten digitale, multifunktionale und miteinander kommunizierende Schutzgeräte unsere Welt erobert haben, Schutzprinzipien und Berechnungsmethoden haben sich nicht wesentlich geändert.

Im Grunde genommen hat sich das gesamte elektrische Energiesystem in den letzten Jahrzehnten nicht dramatisch geändert. Große zentrale Erzeugungseinheiten sorgten, mit Ihren rotierenden Massen, für eine frequenzstabile Einspeisung in das Übertragungsnetz. Von dort erfolgte die strahlenförmige Weiterverteilung der Energie über Umspannwerke in die Verteilnetzebene hinein. An dieser fundamentalen Struktur des Energiesystems hat sich über ein ganzes Jahrhundert nicht viel geändert. Wir sind sattelfest. Aufgrund unserer langen Erfahrung wissen wir, wie wir selbst dynamische Fehlervorgänge im Netz rechnerisch bewerten und sekundärtechnisch in den Griff bekommen. Wir wissen genau, wie wir unsere Schutzeinrichtungen zwischen Kraftwerken und Übertragungs- und Verteilnetzen koordinieren müssen, um maximale Versorgungssicherheit gemeinsam mit dem Schutzziel unserer elektrischen Erzeugungs- und Verteilkomponenten sinnvoll unter einen Hut zu bringen. In einem Strahlennetz mit definierter Lastflussrichtung ist dies, zum heutigen Stand, nahezu ein Kinderspiel.

Diese Epoche, mit übersichtlichen und morgen noch verbindlichen Strukturen, ist Geschichte. Wir müssen dringend lernen, wie wir den neuen Anforderungen begegnen.

Fehlerklärungszeiten resultieren bisher aus der Anforderung zur Systemstabilität. Daher waren kurze Fehlerklärungszeiten, vor allem im Erzeugungs- und Übertragungssystem, elementar wichtig. In der Verteilnetzebene war es bisher eher der Anlagenschutz und die maximale Kurzschlussfestigkeit der installieren Primärkomponenten, welche die maximal zulässige Fehlerklärungszeit prägten.

Heute haben wir eine hohe Anzahl angeschlossener dezentraler Energieerzeuger, mit der Fähigkeit Spannungseinbrüche über definierte Zeitfenster (ride-through-Charakterisitk) standzuhalten. Um die maximalen Fehlerklärungszeiten zu reduzieren, ist die Optimierung der Schutzsysteme aller Ebenen obligatorisch. Nur so kann es uns gelingen, dezentrale Erzeuger für die Dauer des Fehlers in Betrieb zu halten, um die Systemsicherheit nach erfolgter Fehlerklärung zu garantieren.

Dies ist im Bereich unserer Übertragungsnetze relativ einfach erreichbar. Bewährte kommunikationsbasierte Leitungsschutzkonzepte können hier zielführend zur Reduzierung von Fehlerklärungszeiten beitragen.

Im Bereich der Verteilnetze sind die Dinge wesentlich komplizierter geartet, da wir die bestehenden Schutzprinzipien ändern müssen. Bisher kannten wir strahlenförmige Verteilsysteme. Diese wurden aus einer einzigen Einspeisequelle, den Leistungstransformatoren in den Umspannwerken, versorgt. Heute haben wir ein Netz mit vielen Einspeiseteilnehmern, welche so gut wie an jeder beliebigen Stelle angeschlossen werden können.

Der einfache zeitgestaffelte UMZ-Schutz (Unabhängiger Maximalstromzeitschutz) arbeitete richtungsunabhängig. Dieser Schutz muss durch richtungsabhängigen Überstromzeitschutz und unter Anwendung kommunikationsbasierter Schutzkonzepte ersetzt werden, um die Fehlerklärungszeiten zu reduzieren.

Weiterhin ruft die unzuverlässige Verfügbarkeit neuer dezentraler Einspeiser, welche von Wettereinflüssen abhängig ist, unbekannte Probleme auf den Plan. Dezentrale Erzeuger bestehen zudem aus verschiedenen Typen, Leistungen und können sowohl einzeln aufgestellt werden, als auch in Erzeugergruppen zusammengefasst sein. Dieses unverbindliche Verfügungsprofil, welches markant ist für neue dezentrale Erzeuger, ist einer der Hauptursachen für die bevorstehende Revolution in der Welt der Schutztechnik auf Verteilnetzebene. Die Entwicklung hin zu adaptiven Sekundärsystemen ist unumgänglich, um die erforderliche Reduktionen der Fehlerklärungszeiten zu erreichen.

Wir können in der Zukunft nicht mehr von starren Primärsystemen ausgehen. Die sekundären Schutzsysteme unserer Übertragungs- und Verteilnetzsysteme müssen zünftig in der Lage sein, Anzahl und Art dezentraler und in Betrieb befindlicher Erzeuger zu kennen. Nur so sind wir in der Lage die Schutzperformance soweit zu optimieren, um dezentrale Einheiten im Fehlerfall und nach Fehlerklärung in Betrieb zu halten. Es ist einzusehen, dass die dezentralen Erzeugungseinheiten zur Bereitstellung dieser fundamental wichtigen Informationen, im eigenen Interesse, beitragen müssen.

Nur anhand der Optimierung dieser wechselseitigen Abhängigkeit, sind optimale Verfügbarkeit und erforderliche Systemsicherheit erreichbar.

HERZliche Grüsse Alexander Muth

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