Was ist der Erdfehlstromüberwachungsrelais in einer Umspannanlage

Was ist ein Erdfehlerschutz-Überstromrelais in einer Umspannstation?

Ein Erdfehlerschutz-Überstromrelais ist ein Schutzgerät, das zur Erkennung und zum Schutz vor Erdfehlern (auch bekannt als Erdleitungsfehler oder Einphasen-Erdfehler) in Stromversorgungssystemen eingesetzt wird. Es spielt eine entscheidende Rolle in Umspannstationen, um die Sicherheit und Zuverlässigkeit des Systems zu gewährleisten.

1. Funktionsprinzip

Die Hauptfunktion eines Erdfehlerschutz-Überstromrelais besteht darin, die Stromungleichgewichte im Stromversorgungssystem zu überwachen, insbesondere die Nullfolgenströme (d.h., wenn die Vektorsumme der Drehstromströme nicht null ist). Wenn ein Erdfehler auftritt, was in der Regel zu ungewöhnlichen Nullfolgenströmen führt, erkennt das Relais dieses Ungleichgewicht und löst die entsprechende Schutzaktion aus.

• Nullfolgenstrom: Unter normalen Betriebsbedingungen sollten die Drehstromströme ausgeglichen sein, wobei ihre Vektorsumme null beträgt. Tritt ein Erdfehler auf, fließt der Strom durch den Fehlerpunkt in die Erde, was zu einem Nullfolgenstrom führt.

• Relaisbetrieb: Wenn ein Nullfolgenstrom erkannt wird, der einen voreingestellten Schwellwert überschreitet, gibt das Relais ein Auslösesignal, um den fehlerhaften Stromkreis zu trennen und weitere Schäden zu verhindern.

2. Anwendungsbereiche

Erdfehlerschutz-Überstromrelais werden in verschiedenen Stromversorgungssystemen eingesetzt, insbesondere in den folgenden Szenarien:

• Verteilnetze: In Niederspannungs- und Mittelspannungsverteilnetzen können Erdfehlerschutz-Überstromrelais schnell Fehlerpunkte erkennen und isolieren, um Stillstandzeiten und Geräteschäden zu reduzieren.

• Umspannstationen: In Umspannstationen werden Erdfehlerschutz-Überstromrelais oft in Kombination mit anderen Schutzgeräten (wie Differential- und Entfernungsschutz) verwendet, um mehrschichtigen Schutz zu bieten.

• Industrieanlagen: In großen Industrieanlagen schützen diese Relais kritische Geräte vor Erdfehlern und sichern so die kontinuierliche Produktion.

3. Hauptschaltungen

Je nach Anwendung und technischen Anforderungen lassen sich Erdfehlerschutz-Überstromrelais in verschiedene Typen unterteilen:

• Schnellabgleichsrelais: Für schnelle Reaktion auf schwere Erdfehler, die in wenigen Millisekunden auslösen.

• Zeitrelais: Mit einer Zeitverzögerung, die basierend auf dem Schweregrad des Fehlers eingestellt werden kann, geeignet für Fehler unterschiedlicher Stärke.

• Inverszeitrelais: Die Betriebszeit ist umgekehrt proportional zum Fehlerstrom; je größer der Fehlerstrom, desto kürzer die Betriebszeit, was sie ideal für Anwendungen mit flexiblen Schutzeigenschaften macht.

4. Schutzmechanismus

Erdfehlerschutz-Überstromrelais arbeiten in der Regel in Verbindung mit Leistungsschaltern oder anderen Schaltvorrichtungen, um einen vollständigen Schutzmechanismus zu bilden. Die grundlegenden Schritte sind wie folgt:

• Fehlererkennung: Das Relais überwacht ständig den Strom im Stromversorgungssystem und berechnet den Nullfolgenstrom.

• Fehlerbeurteilung: Überschreitet der erkannte Nullfolgenstrom den voreingestellten Schwellwert, identifiziert das Relais dies als Erdfehler.

• Auslösesignal: Das Relais sendet ein Auslösekommando an den Leistungsschalter, um den fehlerhaften Stromkreis zu trennen.

• Ereignisaufzeichnung: Das Relais hat in der Regel eine Ereignisaufzeichnungsfunktion, die Details wie Zeit und Stromwert des Fehlers für spätere Analyse und Wartung protokolliert.

5. Vorteile

• Erhöhte Sicherheit: Schnelle Erkennung und Isolation von Erdfehlern verhindert Bogenentladungen, Brände und andere potenzielle Gefahren.

• Reduzierte Geräteschäden: Die zeitnahe Trennung des fehlerhaften Stromkreises verhindert Schäden an Geräten durch langanhaltende hohe Ströme.

• Verbesserte Energiekontinuität: Durch die Isolierung nur des betroffenen Bereichs wird der Einfluss auf das gesamte Stromversorgungssystem minimiert, wodurch der Umfang von Stromausfällen begrenzt wird.

6. Gängige Normen und Vorschriften

Um die Sicherheit und Zuverlässigkeit von Erdfehlerschutz-Überstromrelais zu gewährleisten, werden bei der Konstruktion und Anwendung in der Regel relevante internationale und nationale Normen beachtet, wie:

• IEC 60255: Normen, die vom International Electrotechnical Commission (IEC) für Relais veröffentlicht werden.

• ANSI C37.90: Normen, die vom American National Standards Institute (ANSI) für Relaisschutz veröffentlicht werden.

Zusammenfassung

Ein Erdfehlerschutz-Überstromrelais ist ein wesentliches Schutzgerät in Stromversorgungssystemen, speziell entwickelt, um Erdfehler zu erkennen und zu isolieren, um den sicheren Betrieb des Systems sicherzustellen. Es überwacht Nullfolgenströme, um Fehler zu identifizieren und greift schnell ein, um den fehlerhaften Stromkreis zu trennen, wodurch sowohl Geräte als auch Personen geschützt werden.