Sind Kabelumbauwandler noch zeitgemäß ?

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ERZlich Willkommen liebe Freunde der Schutz- und Leittechnik, sind Kabelumbauwandler noch zeitgemäß?

Der Status Quo

In der Mittelspannungsebene sind Kabelumbauwandler seit vielen Jahrzehnten der unangefochtene Standard zur hinreichend genauen Messung der Nullsystemströme für die wattmetrische Erdschlussrichtungserfassung. Die Messung des dreifachen Nullstroms ist in etwa 10 bis 50 mal genauer als die Messung mittels Holmgreenschaltung. Ohne Umbauwandler wären Messungen an der Richtungsgrenze kaum möglich und die cos-phi-Methode in kompensierten Netzen wäre schlicht nicht durchführbar. Immer dann wenn die Spulenverluste sehr gering ausfallen und keine zusätzliche Restwirkstromerhöhung zum Einsatz kommt, wird es eng und bereits kleinste Winkelfehler können zum Fehlentscheid der Richtungsfunktion führen.

Wird zudem eine sehr empfindliche Messung des 3xI0 erforderlich, um z.B. hochohmige Fehler im Kiloohmbereich noch detektieren zu können, ist der Umbauwandler nach wie vor nicht ersetzbar. In Abhängigkeit vom ohmschen Anteil und der Ausdehnung des Netzes kann es erforderlich sein primäre Werte unterhalb von 1 A noch korrekt zu erfassen. Nur ein empfindlicher Strommesseingang am Schutzrelais in Kombination mit einem „anständigen“ Umbauwandler führen hier zu zuverlässigen Lösungen.

Warum die Frage nach dem Sinn?

Wir allen spüren es: Die Zeiten ändern sich! Veränderungen gehören zum Lauf der Dinge und gemäß des Polaritätsgesetzes sind sie nicht ausschließlich gut oder schlecht. Eine ganz wesentliche Veränderung die wir derzeit beobachten ist die gestiegene Rechen- und Prozessorleistung von digitalen Schutzrelais. Mittlerweile sind Abtastraten von 8 kHz in der Anwendung und es ergaben sich darauf basierend neue Digitalisierungsmöglichkeiten. So ist zum Beispiel die Erdschlusswischerfunktion, welche über Jahrzente in analog-statischer Technik ausgeführt wurde, mittlerweile an Bord unserer IED’s.

Darüber hinaus wurden die am Markt befindlichen Algorithmen wie qu- und E0-Verfahren effektiv weiterentwickelt (z.B. qu2- und qu4-Verfahren). Fehlerhafte Richtungsentscheide aufgrund von Kreisströmen im Nullsystem gehören der Vergangenheit an. Die Verfahren sind robust gegen Phasenfehler und haben zudem eine signifikant höhere Empfindlichkeit als unsere klassischen wattmetrischen Verfahren.

Wischeralgorithmen benötigen keine winkelpräzise Messung der Nullsystemgrößen. Die „grobe Richtung“ der ersten Strom- und Spannungsamlitude liefern hier die wichtigste Information, da Wischerrelais die transienten Aufladevorgänge der „gesunden“ Leiterkapazitäten auswerten. Jeder praxisübliche Leiterstromwandler liefert hier unter Verwendung der Holmgreen-Schaltung hinreichend genaue Messwerte. Ein Kabelumbauwandler ist hier obsolet.

Wie wäre es denn damit?

Neuanlagen der Mittelspannung werden in Zukunft ohne Kabelumbauwandler ausgeführt und die Erdschlussrichtungserfassung wird vollständig mit modernen Wischerverfahren realisiert.

Alle einführend genannten Vorteile wären damit verfügbar. Hochohmige und auch intermittierende Erdschlüsse können in ihrer Richtung bestimmt und lokalisiert werden. Einziger wesentlicher Nachteil: Die Richtungsbestimmung der digitalen Wischerfunktion erfolgt nur einmal im Moment des Fehlereintritts. Historisch antrainierte Suchschaltvorgänge über die Umschaltung von Netz-Trennstellen durch das Betreiberpersonal sind so nicht mehr möglich. Daraus ergibt sich der Nachteil: Sollte ein Wischerrelais falsch einmessen gibt es keine reale Chance den Fehler effizient zu orten. Aus diesem Grund sollte für Suchschaltvorgänge ein weiteres Verfahren parallel laufen.

Die kontinuierliche Richtungserfassung über ein zweitrangiges Verfahren kann zum Beispiel über das Oberschwingungsverfahren (3. Harmonische) oder auch über ein modernes Pulsortungsverfahren realisiert werden. Eine Priorisierung paralleler Verfahren ist hier natürlich geboten. Hier sind mit unterschiedlichen Meldetexten und / oder zeitlichen Staffelungen der Phantasie keine Grenzen gesetzt.

Wie gesagt: Bei parallelen Messverfahren, welche sich gegenseitig absichern, sprechen wir über den „Gurt mit Helm“ und irgendwie auch über das schutztechnische Grundprinzip des Haupt- und Reserveschutzes. Auch hier kann eine individuelle Abwägung zum einfachen Schutz mittels Wischerverfahren ohne Parallelverfahren führen. Der Reserveschutz wird dann durch den Kurzschlussschutz gebildet, Stichwort „Doppelerdschluss“! Der Kaufmann hilft hier gern bei der Entscheidungsfindung.

Fazit

Aus unserer Sicht ist kein Ende des Umbauwandlers in Sicht. Zunächst gilt festzuhalten, dass Kabelumbauwandler ja nicht nur zur Nullstrommessung sondern auch zur Erfassung von Leiterströmen verwendet werden.

Längst nicht alle Schutzrelaishersteller bieten digitale Wischerfunktionen an, da die schnelleren Prozessoren und die hochentwickelten Algorithmen ebenfalls einen Einfluss auf den Preis des Schutzrelais und damit auf das gesamte Schutzsystem haben. Eine kaufmännische Gegenüberstellung wäre hier sicher interessant, wobei ich die nicht vom Kaufmann sondern eher von einem durchschnittlich begabten Elektroingenieur berechnen lassen würde. Das ist zielführender.

Zudem sei gesagt: Wir Schutztechniker sind eher konservativ. Da geht meist viel Wasser den Bach runter, bevor wir verstehen das wir es mit Innovationen und nicht mit Invasoren zu tun haben und das ist auch gut so.

Am Ende ist es wie bei allen „Entscheidungen“: