Gute Betriebspraktiken für Schaltgeräte, Leistungsschalter und Kontakter
Empfohlene Betriebspraktiken für Schaltanlagen-Schaltgeräte und Kontakte
Betrieb von Niederspannungs- und Mittelspannungsschaltanlagen
Schaltanlagen
Das Ziel dieser Richtlinie ist es, empfohlene Praktiken für den Betrieb und die Inspektion von mittelspannungs-(2 - 13,8 kV) und niederspannungs-(200 - 480 V) Auszieh-Schaltanlagen-Schaltgeräten und Kontakten anzubieten. Ein gut geregelter Betrieb ist von größter Bedeutung, um die Leistung und Lebensdauer der Anlagen zu maximieren und eine sichere Arbeitsumgebung für das Personal zu gewährleisten.
Dieser Artikel beschreibt die Verantwortlichkeiten des Betriebspersonals sowie deren tägliche Prüfungen und Inspektionen der Schaltanlagen. Darüber hinaus wird er auf die optimalen Praktiken für den Betrieb und den Schutz von Transformern, Motoren, Busleitern, Kabeln, Schaltgeräten und Kontakten eingehen.
Inspektionen durch Betriebspersonal
Es ist die Pflicht des Betriebspersonals, regelmäßige Routineinspektionen aller Schaltanlagen in der Anlage einzurichten und durchzuführen. Schaltgeräte, Kontakte und Busleiter sollten sauber und trocken gehalten werden, um das Risiko von Isolierstoffversagen, das zu Explosionen und Bränden führen könnte, zu verringern. Allgemein wird empfohlen, täglich Inspektionen durchzuführen.
Die folgenden Punkte sind empfohlene tägliche Inspektionspunkte für Schaltanlagen:
Bei Auffälligkeiten während der oben genannten Inspektionsprozesse sollten Wartungsarbeitsaufträge erstellt werden.
Es wird auf die Praktiken für Überstrom- und Erdfehlerschutz von Lastleitern, sowie Quell- und Verbindungslinien-Überstromschutz und andere wichtige Praktiken im Zusammenhang mit Transformern eingegangen. Darüber hinaus wird die Übertragung von Schaltanlagenbussen behandelt und die Probleme bei der Parallelschaltung zweier Stromquellen und bei Schaltzeitübertragungsschemata untersucht.
Schutz
Schutzeinrichtungen sind so koordiniert, dass nur die Schaltgeräte oder Kontakte, die zur Isolierung von Fehlern betrieben werden müssen, automatisch auslösen. Dies ermöglicht, dass die maximale Anzahl an Geräten in Betrieb bleibt und den Einfluss auf die online generierenden Einheiten minimiert. Es gibt auch einen Hinweis auf den Standort des elektrischen Fehlers.
Elektrische Fehler in Transformern, Motoren, Busleitern, Kabeln, Schaltgeräten und Kontakten sind in der Regel dauerhaft. Vor der Wiederenergieversorgung der Geräte muss eine gründliche Untersuchung des Betriebs der Schutzeinrichtungen durchgeführt werden.
Die Stärke von Kurzschlussströmen liegt in der Regel zwischen 15.000 und 45.000 Ampere, je nach Größe und Impedanz des Quellentransformators.
Erdfehlerschutz für Lastleiter
Konstruktionen, die den Erdfehlerstrom (normalerweise etwa 1000 Ampere) begrenzen, verwenden separate Erdrelais, die nur bei Erdfehlern auslösen. Diese Relais lösen mit sehr kurzer Zeitverzögerung aus, um die geerdeten Leiter vor den Erdrelais der Quelle oder der Verbindungslinie zu isolieren.
Quelle und Verbindungslinien-Überstromschutz
Quellenschalter und Verbindungslinien-Schalter sind nicht mit sofortigen Auslöseelementen ausgestattet. Stattdessen verlassen sie sich auf Zeitverzögerungen, um die Fehlerschutzreaktionen mit den nachgeschalteten Bussen und Lasten zu koordinieren.
Normalerweise sind diese Relais basierend auf den maximalen dreiphasigen Kurzschlussstrompegeln eingestellt, mit einer Betriebszeit von 0,4 bis 0,8 Sekunden.
Diese Relais haben normalerweise eine inverse Zeitcharakteristik. Das bedeutet, dass niedrigere Strompegel zu proportional längeren Zeitverzögerungen für alle Relais führen. Der Verbindungslinien-Schalter, der an einem anderen Bus angeschlossen ist, ist so eingestellt, dass er in etwa 0,4 Sekunden auslöst, während der Niederspannungsschalter des Quellentransformators in etwa 0,8 Sekunden auslöst.
Hochspannungs-Überstromschutz des Quellentransformators
Die Überstromrelais auf der Hochspannungsseite des Quellentransformators sind normalerweise so eingestellt, dass sie etwa 1,2 Sekunden nach einem maximalen dreiphasigen Kurzschluss auf der Niederspannungsseite auslösen. Diese Zeitverzögerung ermöglicht eine korrekte Koordination mit den Überstromrelais auf der Niederspannungs- oder Sekundärseite.
Diese Relais haben normalerweise eine inverse Zeitcharakteristik, was bedeutet, dass niedrigere Strompegel zu längeren Betriebszeiten führen. Die Hochspannungs-Überstromrelais des Quellentransformators gehen davon aus, dass ein Fehler in dem Transformator selbst, in den Niederspannungsbusleitern oder -kabeln oder in dem Niederspannungsschalter auftreten kann. Sie schalten alle notwendigen Geräte ab, um den Fehler zu isolieren.
Für Unitized Automatic Transfer Switches (UATs), die normalerweise mit Differenzialschutz ausgestattet sind, können die Hochspannungs-Überstromrelais auch die Einheit und den Haupttransformator vollständig abschalten. Zudem bieten sie Schutz gegen Schaltgerätblockaden, falls der Niederspannungsschalter einen Fehler nicht unterbricht.
Quelle und Verbindungslinien-Rückstandserdschutz
Für Konstruktionen, die den Erdfehlerstrom (normalerweise etwa 1000 Ampere) begrenzen, werden separate Erdrelais verwendet, die nur bei Erdfehlern auslösen. Die Erdrelais der Quelle und der Verbindungslinien sind nicht mit sofortigen Auslöselementen ausgestattet. Stattdessen verlassen sie sich auf Zeitverzögerungen, um die Fehlerschutzreaktionen mit den nachgeschalteten Bussen und Lasten zu koordinieren. Normalerweise sind diese Relais basierend auf den maximalen Erdfehlerstrompegeln eingestellt, mit einer Betriebszeit von 0,7 bis 1,1 Sekunden.
Diese Relais haben normalerweise eine inverse Zeitcharakteristik. Das bedeutet, dass niedrigere Strompegel zu proportional längeren Zeitverzögerungen für alle Relais führen. Der Verbindungslinien-Schalter, der an einem anderen Bus angeschlossen ist, ist so eingestellt, dass er in etwa 0,7 Sekunden bei 100%-igen Erdfehlern auslöst, während der Niederspannungsschalter des Quellentransformators in etwa 1,1 Sekunden auslöst.
Neutraler Erdfehlerschutz des Quellentransformators
In Konstruktionen, die den Erdfehlerstrom (normalerweise etwa 1000 Ampere) begrenzen, werden dedizierte Erdrelais eingesetzt. Diese Relais sind speziell darauf ausgelegt, den Erdstrom, der durch den Neutralpunkt des Transformators fließt, präzise zu erfassen. Sie sind hochspezifisch und werden nur bei einem Erdfehler ausgelöst.
Normalerweise ist das neutrale Erdrelais des Quellentransformators so eingestellt, dass es etwa 1,5 Sekunden nach dem schwerwiegendsten Erdfehler auslöst. Diese Zeitverzögerung ist entscheidend, da sie sicherstellt, dass das Relais gut mit den Erdrelais der Quellschalter und Verbindungslinien-Schalter koordiniert.
Das neutrale Erdrelais hat eine wichtige Aufgabe. Seine Kernfunktion besteht darin, Erdfehler auf der Niederspannungsseite (d.h. der Sekundärseite) des Quellentransformators zu isolieren. Mögliche Fehlerstellen sind die Niederspannungswicklungen des Transformators, Niederspannungsschalter und die sie verbindenden Bussleiter und Kabel. Noch wichtiger ist, dass es als Rückhalteschutz fungiert. Sollte der Niederspannungsschalter bei einem Erdfehler nicht richtig funktionieren, tritt das neutrale Erdrelais schnell ein, um den fehlerhaften Schaltkreis abzuschalten, um so den sicheren und stabilen Betrieb des Stromnetzes zu gewährleisten.
Nur-Alarm-Erdfehlerschutzsysteme
Nur-Alarm-Erdfehlerschutzsysteme begrenzen den Erdfehlerstrom auf nur wenige Ampere. Typische Werte sind 1,1 Ampere für 480-Volt-Systeme und 3,4 Ampere für 4-kV-Systeme. Für Stern-geschaltete Quellentransformatoren wird der Neutralpunkt normalerweise über einen Erdtransformator geerdet. Für Delta-geschaltete Quellentransformatoren wird der Erdfehlerstrom normalerweise durch drei Transformatoren bereitgestellt, die auf der Primärseite in einer geerdeten Sternschaltung und auf der Sekundärseite in einer offenen Delta-Schaltung verbunden sind.
In beiden Fällen werden Spannungsrelais auf der Sekundärseite der Erdtransformatoren installiert, um Erdfehlerbedingungen zu melden. Im Fall von Delta-geschalteten Quellentransformatoren können auch geplatzte Hauptsicherungen der Erdspürtransformatoren Alarme auslösen.
Beide Relais-Schemas geben Alarmsignale (normalerweise mit einer Empfindlichkeit von 10% oder höher) für alle geerdeten Geräte innerhalb eines bestimmten elektrischen Systems aus. Dies beinhaltet die Niederspannungs- oder Sekundärwicklungen des Quellentransformators sowie alle angeschlossenen Bussleiter, Kabel, Schaltgeräte, Spannungswandler und Lasten.
Schaltanlagen-Busübertragungen
Parallelschaltung zweier Quellen
Die Parallelschaltung zweier unterschiedlicher Stromquellen ist der bevorzugte Ansatz für den Wechsel von einer Quelle zur anderen. Diese Methode belastet Motoren nicht, gewährleistet einen reibungslosen Übergang und stellt keine Bedrohung für laufende Geräte dar. Allerdings überschreitet in vielen Konstruktionen der Kurzschlussstrom, der während des Parallelschaltens entsteht, die Unterbrechungskapazität der Leitschalter.
Quellenschalter und Verbindungslinien-Schalter bleiben unbeeinträchtigt, aber Leitschalter könnten nahegelegene Fehler nicht beseitigen und dabei sogar beschädigt werden. Daher sollte die Dauer der Parallelschaltung minimiert (etwa einige Sekunden) werden, um die Belastungszeit und die Wahrscheinlichkeit von Leitfehlern zu reduzieren.
Typischerweise tritt dieses Problem stärker auf, wenn eine Generatoreinheit Strom zu einem System liefert, während der Standby- oder Starttransformator von einem anderen System gespeist wird. Die Reduzierung der Leistungsausgabe des Generators bringt normalerweise die Phasenwinkel näher zusammen, da der Generatorwinkel mit der reduzierten Last abnimmt.
Absetzen-Wiederaufnahme-Übertragungen
Absetzen-Wiederaufnahme-Übertragungen, auch bekannt als Schaltzeitübertragungsschemata, können Motoren potenziell beschädigen. Wenn der neue Quellschalter nach dem Absetzen des vorherigen Quellschalters nicht zugeschaltet wird, kann dies dazu führen, dass eine laufende Einheit heruntergefahren wird oder ein laufender Prozess unterbrochen wird. Wenn ein Busleiter seinen Strom verliert, wirken die angeschlossenen Motoren als Generatoren und liefern eine Restspannung an den Busleiter.
Diese Restspannung fällt normalerweise innerhalb von etwa einer Sekunde ab.
Allerdings erfolgen Absetzen-Wiederaufnahme-Übertragungen viel schneller als eine Sekunde, und die Restspannung kann sich mit der Spannung der neuen Quelle kombinieren. Wenn die Vektorsumme dieser beiden Spannungen 133% der Nennspannung des Motors übersteigt, kann die Übertragung die Lebensdauer der beteiligten Motoren reduzieren.
Automatische Busübertragungsschemata
Automatische Busübertragungsschemata sind normalerweise so konzipiert, dass sie die Belastung der Motoren während der Übertragung mildern und mit Fehlerschutzrelais koordiniert werden. Die Koordination mit Überstromrelais wird erreicht, indem die Übertragung nach dem Absetzen des Quellschalters initiiert wird. Wenn Überstromrelais den Quellschalter auslösen (was auf einen Busfehler hinweist), wird die automatische Übertragung blockiert.
Darüber hinaus verwenden diese Schemata normalerweise Restspannungsrelais und/oder Hochgeschwindigkeits-Synchronisationsprüfrelais. Übertragungen sind nur zulässig, wenn die Vektorsumme der Restspannung und der Spannung der neuen Quelle weniger als 133% der Nennspannung des Motors beträgt. Falls die Übertragung durch 86-Sperre-Relais blockiert wird, läuft das Schema normalerweise ab.
Wenn dies jedoch nicht der Fall ist, sollten die Betreiber sicherstellen, dass das automatische Übertragungsschema deaktiviert ist, bevor die 86-Sperre-Relais des Busses zurückgesetzt werden.
