Anwendungsanweisungen für 50kA strombegrenzende Geräte auf Offshore-Ölplattformen

1. Betrieb des Systems mit und ohne CLiP (Strombegrenzungseinrichtung)

Bei normalen Betriebsbedingungen funktioniert die Verteilungsanlage wie folgt:

• Alle Buskoppelkreisschalter sind geschlossen und verbinden die drei Busschnitte parallel;
• Zwei Generatoren sind online und liefern Energie an die Verteilungsanlage.

Bei dieser Konfiguration beträgt der erwartete Fehlerstrom an der Verteilungsanlage weniger als 50 kA. Daher wird die Strombegrenzungseinrichtung (CLiP) nicht in den Schaltkreis eingeschaltet.

Während Wartungsarbeiten, bei denen ein Generator abgeschaltet (offline genommen) und ein anderer angeschlossen (synchronisiert und verbunden) wird, funktioniert das System wie folgt:

• Alle Buskoppelkreisschalter bleiben geschlossen und halten die drei Busschnitte vernetzt;
• Drei Generatoren sind vorübergehend an das System angeschlossen (für eine begrenzte Dauer während des Generatorenwechsels).

Unter diesen Bedingungen erhöht sich die Kurzschlussleistung des Systems, und der erwartete Fehlerstrom übersteigt 50 kA. Da die Kurzschlusswiderstandsfähigkeit der Verteilungsanlage 50 kA beträgt, muss die Strombegrenzungseinrichtung in den Schaltkreis eingeschaltet werden, um die Gerätesicherheit zu gewährleisten.

Die CLiP überwacht die Steigerungsrate des Stromes im Laufe der Zeit. Wenn der Strom einen vordefinierten Schwellwert überschreitet, aktiviert sich das Gerät und unterbricht die Busverbindung, indem ein internes Sicherungselement schmilzt. Dies begrenzt den tatsächlichen Fehlerstrom auf unter 50 kA, wodurch er innerhalb der sicherheitsrelevanten Entwurfsbegrenzungen der Verteilungsanlage bleibt.

Dieser Prozess ermöglicht die Fehlersperre, ohne dass es zu einem Ausfall des gesamten eHouse-Verteilnetzes kommt.

Zusammenfassung:

• Wenn der erwartete Fehlerstrom > 50 kA (alle Buskoppelkreisschalter geschlossen und drei Generatoren online), muss die CLiP im Schaltkreis sein. Diese Bedingung tritt nur während der Übergangsphase der Wartung eines einzelnen Generators auf.
• Wenn der erwartete Fehlerstrom < 50 kA (nur zwei Generatoren online oder zwei der drei Buskoppelkreisschalter geöffnet), sollte die CLiP vom Schaltkreis getrennt werden.

2. Betriebs- und Wartungsanforderungen

Der Anlagenbetreiber muss die vorgeschlagenen alternativen Betriebsabläufe genehmigen. Entscheidungen sollten auch auf zusätzlichen Daten zur strombegrenzenden Sicherung basieren, einschließlich Wartungsanforderungen, geschätzter Lebensdauer und der Fähigkeiten des Personals, das die Gerätemaintenance durchführt. Diese Maßnahmen sollen in das Betriebs- und Wartungshandbuch aufgenommen werden.

3. Konstruktion und Prüfung der strombegrenzenden Sicherung

Die strombegrenzende Sicherung soll gemäß anerkannten Normen wie IEC 60282-1:2009/2014 und IEEE C37.41-Reihe konstruiert und geprüft werden und für die vorgesehene Anwendung und Umwelt-/Betriebsbedingungen geeignet sein. Es darf nur eine einzige strombegrenzende Sicherung verwendet werden; jede Kombination von strombegrenzenden Einrichtungen erfordert eine besondere Berücksichtigung und Bewertung.

Die CLiP hat KEMA-Typenprüfberichte erhalten, die Bruchkapazität, Temperaturanstieg und Isolationsprüfungen sowie Kalibrierprotokolle für Messgeräte abdecken. Die Prüfungen wurden gemäß IEC 60282 und ANSI/IEEE C37.40-Reihe durchgeführt.

4. Isolierpegel des Sicherungshalter

• Der Sicherungshalter hat einen Nennimpulsfestigkeitsspannungswert von 110 kV BIL;
• Der Trenntransformator hat eine 150 kV BIL-Prüfung bestanden und kann in 27 kV-Klassen-Systemen verwendet werden;
• Jeder Trenntransformator unterliegt während der Produktion einer 50 kV Wechselstrom-Dielektrikprüfung.

5. Überprüfung der Eignung der Sicherung für Betriebstemperaturen

Die strombegrenzende Sicherung wurde gemäß IEC 60282-1 oder IEEE C37.41-Reihe hergestellt und geprüft.

IEC 60282-1 legt eine maximale Umgebungstemperatur von 40°C fest, während die Klassifikationsgesellschaftsnorm SVR 4-1-1, Tabelle 8, 45°C verlangt. Beweise, die den Anhang E der IEC 60282-1 (oder gleichwertigen Normen) entsprechen, müssen bereitgestellt werden, um zu zeigen, dass die Sicherung für die maximal erwartete Umgebungstemperatur von 45°C geeignet ist.

Die Prüfungen decken die Anforderungen der IEC 60282-1 und ANSI/IEEE C37.41 ab. Der Serie-II-Unterbrechungstest ist strenger als die IEC-Anforderungen, da er 100% Testspannung (IEC erlaubt 87%) verlangt. G&W prüft die Serie-I-Aufgaben mit 100% Spannung und 100% Strom – was alle Standardanforderungen übertrifft. Das eigentliche Projekt verwendet ein 4000 A-nominiertes Gerät.

Für eine 5000 A-Schaltanlage ohne gezwungenen Kühlung beträgt der Temperaturanstiegsspielraum 5 K bei 40°C Umgebungstemperatur, was es ermöglicht, 5000 A bei 40°C und 4000 A bei 50°C Umgebungstemperatur zu leiten.

6. Zeit-Strom-Kennlinien und Strombegrenzungsleistung

Diese Art von Gerät hat keine herkömmliche Zeit-Strom-Kennlinie (TCC). Sein Betrieb ist innerhalb von 0,01 Sekunden abgeschlossen – lange bevor die typischen TCC-Kurven beginnen –, wodurch es praktisch ein unmittelbares Gerät ist.

In der Praxis wird jede Anwendung fallweise bewertet, wobei Worst-Case-Szenarien (völlig asymmetrische Fehler) verwendet werden. Die Systemströme werden mit angemessener Zeitauflösung dargestellt, um alle Interaktionen klar zu veranschaulichen. Dieser Ansatz ist überlegen gegenüber dem potenziell irreführenden Einsatz von Spitzen-Durchlassstromkurven.

7. Spitzenüberspannung und Leistungsabgabe bei hohen Fehlerströmen

• Gemäß den Anforderungen von IEC und ANSI/IEEE für Geräte mit 15,5 kV-Nennspannung bleibt die Spitzenspannung während des Betriebs (maximal gemessen 47,1 kV) innerhalb des Bereichs von 49 kV und es kommt nicht zu einer Freisetzung großer Mengen an Wärme oder Dampf, die mit der Ausstoßunterbrechung verbunden sind.

• Die Wärmeableitungsaufbau der CLiP ist im Wesentlichen ein Leiter mit gefrästen strombegrenzenden Abschnitten.

• Die Gesamtwärmeableitung eines dreiphasigen CLiP-Systems bei 4000 A beträgt etwa 500 W.

8. Kurzschlussstudie und Validierung der Kaskadenabsicherung

Die Kurzschlussstudie soll die Funktion der strombegrenzenden Einrichtung und deren Reduzierung des symmetrischen Fehlerstroms unter den zulässigen Widerstandswert der Verteilungsanlage demonstrieren. Wenn die vorgeschlagene Anordnung als "Kaskadenabsicherung" betrieben werden soll, muss die Einhaltung der in der Klassifikationsgesellschaftsnorm SVR 4-8-2 / 9.3.6 festgelegten Bedingungen nachgewiesen werden. Der Auslösepunkt und die Bestimmung des Durchlassstroms in jede Richtung müssen klar definiert sein.

9. Berechnung der Standhaftkeit des Leiters für den maximalen Kurzschlussstrom

Die Berechnungen müssen gemäß IEC-Normen durchgeführt werden, um die Fähigkeit des Leiters zu überprüfen, die mechanischen und thermischen Auswirkungen des maximalen erwarteten Kurzschlussstroms zu standhalten.