Jul 21, 2017
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Erdschluss

Schutztechnik-Revolution?

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erzlich Willkommen liebe Freunde der Schutz- und Leittechnik! Steht uns in naher Zukunft eine schutztechnische Revolution ins Haus? Diese Frage kann sofort zu Beginn des Artikels mit "Ja" beantwortet werden. Wir haben auch viele Anzeichen darüber in welche Richtung sich die technischen Lösungen entwickeln. Die Systeme werden adaptiv, ein hoher grad an Digitalisierung steht auf dem Plan, wir haben Goose, Sampled Values und die IEC61850. Doch haben wir wirklich alles auf dem Schirm? Heute stellen wir Euch eine technisch höchst interessante Lösung vor, von der sicher noch nicht jeder gehört hat.

Dazu nehmen wir Euch mit auf eine schutztechnische Reise ans andere Ende der Welt. Es geht nach Australien. Auch wenn in Deutschland der Sommer langsam Fahrt aufnimmt, so reden wir doch in weiten Teilen Australiens über ganz andere Temperaturen. Doch in Down Under ist es nicht nur bedeutend wärmer als in Mitteleuropa, es ist auch wesentlich trockener. Und damit sind wir auch schon mitten im Thema: die stellenweise völlig ausgetrocknete Vegetation ist sehr leicht entflammbar und löst damit schnell verheerende Buschbrände aus, die eine hohe Gefahr für Mensch und Tier, aber auch für materielle Sachwerte darstellen. Nicht selten werden solche Brände durch Erdschlüsse verursacht. Da reichen schon wenige Ampere, um ein Feuer zu entzünden (siehe Videos weiter unten).

Aus diesem Grund hat die viktorianische Regierung in 2015 gemeinsam mit den Netzbetreibern zahlreiche Tests zu den Folgen von Erdschlüssen im Bezug auf die Verursachung von Buschfeuern durchgeführt. Im nachfolgenden Video wird sehr eindrucksvoll deutlich, wie schon ein Erdschluss mit wenigen Ampere (in diesem Fall 18 bis 24 A über 0,9 s) das trockene Gras entzünden kann.

Aus den durchgeführten Versuchen wurden folgende Anforderungen an das Netz abgeleitet, um Lichtbögen und deren Energie so weit wie möglich zu reduzieren:

🌐 Erkennung von Fehlerimpedanzen bis zu 25 kOhm

🌐 Fehlerklärung innerhalb von maximal 85 ms

🌐 maximaler Erdschlussstrom von 500 mA

Diese Anforderungen stellten die Schutztechnik vor neue Herausforderungen. Es wurden mehrere Methoden entwickelt, die unter der wohlklingenden Bezeichnung REFCL (Rapid Earth Fault Current Limiter, zu Deutsch etwa: schneller Erdschlussstrombegrenzer) zusammengefasst werden. Das folgende Video zeigt die Wiederholung des Versuchs aus dem 1. Video mit einem REFCL-System. Der Erdschlussstrom wird dabei innerhalb von 55 ms von ursprünglich 15 A auf nahezu null Ampere reduziert.

Eine dieser Methoden kommt von unseren schwedischen Kollegen von der Firma "Swedish Neutral" und nennt sich "Ground Fault Neutralizer", kurz GFN. Der GFN beruht zunächst auf den klassischen Messungen der Phasengrößen, Verlagerungsspannung, Nullströmen und deren Transienten im Fehlereintritt. Der Unterschied zu konventionellen Schutzsystem ist jedoch, dass bei Fehlererkennung nicht die fehlerbehaftete Leitung abgeschaltet wird, sondern im Sternpunkt des Netzes ein Strom eigespeist wird, der vom Betrag dem Fehlerstrom entspricht, jedoch in seiner Richtung 180° entgegengesetzt ist. So kann nicht nur die Blindkomponente des Fehlerstroms, wie zum Beispiel in gelöschten Netzen mit der Petersen-Spule, sondern auch dessen Wirkanteil kompensiert werden. Der Fehler wird durch dieses Schutzsystem in weniger als 3 Netzperioden, also unter 60 ms, ohne Unterbrechung der Versorgung geklärt. Durch den integrierten Fehlerorter kann der Fehler zudem durch das Betriebspersonal schnell gefunden und behoben werden.

Das System kann in fast allen Netzen von 6 bis 100 kV Nennspannung nachgerüstet werden, liefert allerdings keinen Schutz bei Phasenfehlern. Die vorhandenen Schalter können über den GFN-Schrank und dessen Fernsteuerung weiterverwendet und gesteuert werden.

Der Hersteller verspricht des Weiteren auch eine integrierte Teilentladungsmessung, mit der der Zustand der Kabel in einem Kabelnetz überwacht und Lichtbögen verhindert werden können, bevor sie zünden. Auch die Oberschwingungen (bis zur 7. Harmonischen) können damit erkannt und ausgelöscht werden.

Verdrängt dieses System zukünftig nun auch den konventionellen Schutz in Deutschland? In erster Linie ist dieses System in feuergefährdeten Regionen sinnvoll. Aus diesem Grund ist die Dringlichkeit der Umrüstung in unseren Breitengraden eher gering. Da ohnehin ein zusätzlicher Schutz für Phasenfehler installiert werden muss, ist mit REFCL ohnehin nicht die "Eierlegende Wollmilchsau" geboren. Dennoch haben der GFN oder allgemein REFCL-Systeme großes Potential und werden in den nächsten Jahren sicher auf sich aufmerksam machen. Wir bleiben gespannt und informieren wie es weitergeht!

HERZliche Grüße Alexander Muth

Omicron