Speiserschutz

Speiserschutz

Definition

Speiserschutz bezieht sich auf den Schutz von elektrischen Speisern vor Fehlern, um die ununterbrochene Stromversorgung des Netzes sicherzustellen. Speiser leiten elektrische Energie von Umspannwerken zum Verbraucher. Angesichts ihrer wichtigen Rolle im Verteilnetz ist der Schutz der Speiser vor verschiedenen Arten von Fehlern von größter Bedeutung. Die Hauptanforderungen an den Speiserschutz sind wie folgt:

• Selektives Abschalten: Bei einem Kurzschluss sollte nur der Schaltkreis in der Nähe des Fehlers geöffnet werden, während alle anderen Schaltkreise geschlossen bleiben. Dies minimiert den Einfluss auf die Stromversorgung und reduziert den Umfang von Ausfällen.

• Sicherungsschutz: Falls der Schaltkreis in der Nähe des Fehlers nicht geöffnet wird, müssen benachbarte Schaltkreise als Sicherungsschutz wirken, um den defekten Bereich zu isolieren. Diese Redundanz gewährleistet die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems.

• Optimale Relaisantwort: Die Betriebszeit der Schutzrelais sollte minimiert werden, um die Systemstabilität aufrechtzuerhalten und das unnötige Abschalten gesunder Schaltkreise zu verhindern. Diese Balance ist für ein effizientes Fehlermanagement essentiell.

Zeitgestufter Schutz

Der zeitgestufte Schutz ist ein Schema, bei dem die Betriebszeiten der Relais in einer sequenziellen Weise eingestellt werden. Dieser Ansatz stellt sicher, dass bei einem Fehler nur der kleinste mögliche Teil des elektrischen Systems isoliert wird, wodurch die Störung der Gesamtstromversorgung minimiert wird. Die praktischen Anwendungen des zeitgestuften Schutzes werden unten beschrieben.

Schutz von Radialspeisern

Ein radiales Stromsystem zeichnet sich durch eine einseitige Stromflussrichtung aus, die vom Generator oder der Energiequelle zum Verbraucher führt. Allerdings hat dieses System einen signifikanten Nachteil: Bei einem Fehler ist es schwierig, die Kontinuität der Stromversorgung am Verbraucher aufrechtzuerhalten.

In einem radialen System, in dem mehrere Speiser in Reihe verbunden sind, wie in der Abbildung dargestellt, ist das Ziel, den kleinstmöglichen Teil des Systems bei einem Fehler zu isolieren. Der zeitgestufte Schutz erreicht dieses Ziel effektiv. Das Überstromschutzsystem ist so konfiguriert, dass je weiter ein Relais vom Erzeuger entfernt liegt, desto kürzer seine Betriebszeit ist. Dieses hierarchische Zeitsetzungsmechanismus stellt sicher, dass Fehler so nah wie möglich an der Fehlerquelle beseitigt werden, was den Einfluss auf den Rest des Systems reduziert.

Wenn ein Fehler an SS4 auftritt, sollte Relais OC5 als erstes reagieren, anstatt irgendein anderes Relais. Dies bedeutet, dass die Betriebszeit von Relais OC4 kürzer sein muss als die von Relais OC3 und so weiter. Dies zeigt klar die Notwendigkeit einer angemessenen Zeitstufung für diese Relais. Das Mindestintervall zwischen zwei benachbarten Schaltkreisen wird durch die Summe ihrer eigenen Ausschaltzeiten und eines kleinen Sicherheitsabstands bestimmt.

Für häufig verwendete Schaltkreise beträgt das Mindestunterscheidungsintervall zwischen den Schaltkreisen während der Einstellung etwa 0,4 Sekunden. Die Zeiteinstellungen für die Relais OC1, OC2, OC3, OC4 und OC5 sind auf 0,2 Sekunden, 1,5 Sekunden, 1,5 Sekunden, 1,0 Sekunde, 0,5 Sekunden und sofortig eingestellt. Neben dem zeitgestuften System ist es entscheidend, dass die Betriebszeit für schwere Fehler minimiert wird. Dies kann durch die Parallelschaltung von zeitbegrenzenden Sicherungen mit den Tripspulen erreicht werden.

Schutz von Parallel-Speisern

Parallel-Speiser-Verbindungen werden hauptsächlich zur Gewährleistung der kontinuierlichen Stromversorgung und zur Lastverteilung eingesetzt. Wenn in einem geschützten Speiser ein Fehler auftritt, identifiziert und isoliert das Schutzgerät den fehlerhaften Speiser, sodass die verbleibenden Speiser die erhöhte Last sofort übernehmen können.

Eine der einfachsten und effektivsten Schutzmethoden für Relais in parallelen Speisersystemen besteht darin, zeitgestufte Überlastrelais mit inversen Zeitcharakteristiken am Sendestationseingang zu verwenden, kombiniert mit sofortigen Rückstrom- oder Richtungsrelais am Empfangsende, wie in der Abbildung unten dargestellt. Diese Konfiguration ermöglicht eine schnelle und genaue Fehlererkennung und -isolierung, was die Gesamtzuverlässigkeit und Stabilität des parallelen Speisersystems verbessert.

Wenn ein schwerer Fehler F an einer der Leitungen auftritt, fließt die Energie in den Fehler sowohl vom Sender- als auch vom Empfängerende der Leitung. Als Folge davon kehrt sich die Stromflussrichtung durch das Relais am Punkt D um, wodurch das Relais öffnet.

Der überschüssige Strom wird dann bis zum Punkt B begrenzt, bis dessen Überlastrelais aktiviert wird und den Schaltkreis abschaltet. Diese Aktion isoliert den fehlerhaften Speiser vollständig, sodass die Stromversorgung durch den intakten Speiser fortgesetzt werden kann. Diese Methode ist jedoch nur wirksam, wenn der Fehler stark genug ist, um die Stromflussrichtung am Punkt D umzukehren. Daher wird zusätzlich zum Überlastschutz an beiden Enden der Leitung Differentialschutz integriert, um die Zuverlässigkeit des Schutzsystems zu verbessern.

Schutz des Ring-Hauptnetzes

Das Ring-Hauptnetz ist ein Verbindungssystem, das eine Reihe von Kraftwerken über mehrere Routen verbindet. In diesem System kann die Stromflussrichtung nach Bedarf angepasst werden, insbesondere wenn Verbindungen genutzt werden.

Das grundlegende Schaltbild eines solchen Systems ist in der Abbildung unten dargestellt, wobei G das Kraftwerk und A, B, C und D Umspannwerke darstellen. Am Kraftwerk fließt die Energie in einer einzigen Richtung, daher sind zeitgestufte Überlastrelais nicht erforderlich. Zeitgestufte Überlastrelais sind an den Enden der Umspannwerke installiert. Diese Relais schalten nur dann, wenn ein Überlaststrom von den Umspannwerken wegführt, was eine selektive Fehlerisolierung und die Stabilität des Ring-Hauptnetzes gewährleistet.

Beim Durchlaufen des Rings in der Richtung GABCD sind die Relais auf der gegenüberliegenden Seite jeder Station mit fortschreitend kürzeren Zeitverzögerungen konfiguriert. Am Kraftwerk ist die Zeitverzögerung auf 2 Sekunden eingestellt; an den Stationen A, B und C sind die Einstellungen 1,5 Sekunden, 1,0 Sekunde und 0,5 Sekunde, während das Relais am nächsten relevanten Punkt sofortig reagiert. Ähnlich, beim Umgehen des Rings in der entgegengesetzten Richtung, sind die Relais auf den ausgehenden Seiten entsprechend einem Zeitverzögerungsmuster eingestellt.

Bei einem Fehler, der am Punkt F auftritt, fließt die Energie in den Fehler über zwei verschiedene Pfade: ABF und DCF. Die ausgelösten Relais sind diejenigen, die zwischen dem Umspannwerk B und dem Fehlerpunkt F sowie zwischen dem Umspannwerk C und dem Fehlerpunkt F liegen. Diese Konfiguration stellt sicher, dass ein Fehler in einem bestimmten Abschnitt des Ring-Hauptnetzes nur die relevanten Relais in diesem spezifischen Abschnitt betreffen. Folglich können die unberührten Abschnitte des Systems ohne Unterbrechung weiterarbeiten, was die Integrität und Zuverlässigkeit des gesamten Verteilnetzes gewährleistet.