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Begrenzung von Erd - Fehlerströmen
Intelligente Löschspule und Steuerung Kundentag 2017 – Siemens Energy Systems; Michael Schlömmer
Frei verwendbar © Siemens Schweiz AG 2017 siemens.ch/kundentag
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 2 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Sternpunktbehandlung 3
Resonanzerdung 4
Resonanz- und Fehlerstromkurve 5
Vorteile der Resonanzerdung 6
100 Jahre Erdschlusslöschspule 7
Erdschlussschutzsystem EPSY 8
Löschspule (Petersen Spule) 9
Regelgeräte für Löschspulen 10
Regelverfahren 11
Erdschlussortung und Herausforderungen 12
Systemlösung für gelöschte Netze 13
Begrenzung von Erd-Fehlerströmen
Inhaltsverzeichnis
© Zurich Tourism / Martin Rütschi
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 3 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Sternpunktbehandlung
Optionen nach IEC60071-1
isoliert kompensiert niederohmig
IC Ires Ilim
k = 3 k = 3 k ~ 1-1,4
Verlöschen von
Erdschlusswischern
Verlöschen von
Erdschlusswischern Stehender Lichtbogen
Aufrechterhaltung der
Energieversorgung Aufrechterhaltung der
Energieversorgung Sofortige Abschaltung
Beschränkt auf kleine Netze
mit IC < 35A
IC bis einige 100 A
Ires < 65 A / bis zu 123 kV
XL
starr
ISC
k ~ 1-1,4
Stehender Lichtbogen
Sofortige Abschaltung
Übertragungsnetze sind
immer direkt geerdet
Erdung über
Erdungswiderstand oder
Erdungsdrossel
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 4 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Resonanzerdung
Funktionsprinzip
U3E U2E U1E
L1
L2
L3
U0
N
U1N
U2N
U3N
CE CE CE
IC IL
I2 I3
N
L1
L3 L2
U3E
U0 = -U1N
IL IC
I2
I3
U2E
U2N U3N
L1=E
N=E
L1
L3 L2
V1N=V1E
V2N=V2E V3N=V3E
U0 = 0
Normalbetrieb
Erdschlussbetrieb
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 5 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Resonanzerdung
Resonanz- und Fehlerstromkurve
Verstimmung v
Resonanzpunkt
+ v
I_Fehler / IC
Unterkompensation Überkompensation
- v
d
Normalbetrieb Erdschlussbetrieb
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 6 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Vorteile der Resonanzerdung
Hohe Empfindlichkeit auf Netzunsymmetrie und hochohmige Erdfehler-> Sicherheitsaspekt
mögliche Weiterversorgung der Kunden während eines einpoligen Erdschlusses
Das Spannungsdreieck ändert sich für die Verbraucher nicht keine Spannungseinbrüche
Selbstlöschung von Lichtbögen aufgrund der verzögerten Wiedereinsetzspannung
Reduzierter Aufwand für Erdungsanlagen verglichen mit isolierten oder niederohmig geerdeten Netzen
Personensicherheit: der kleine Erdfehlerstrom reduziert den Spannungstrichter – kleine Schritt- und Berührspannung
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 7 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
100 Jahre Resonanzerdung
Rückblick
Erste 40A Löschspule (Deutsches Museum München)
Kraftwerk Altwürtemberg AG / Betrieb 1917 - 1928 1917 Patenterteilung an Waldemar Petersen zur Verwendung einer
Drosselspule zwischen Sternpunkt und Erde, die im Erdschlussfall
einen Strom gleich oder ähnlich dem Erdschlussstrom aufnimmt.
In den folgenden Jahrzehnten Installation von Löschspulen in
verschieden Netzen weltweit bis zu 230 kV. Anpassung des
Spulenstroms zu Beginn über Anzapfungen (Stufenspulen)
1938 erste stufenlos regelbare Tauchkernspulen mit Tauchkernprinzip.
Abstimmung manuell zum Teil mit Hilfseinrichtungen zur Anzeige
des Kompensationsgrades
1950 erste elektromechanische Resonanzregler zur automatischen
Einstellung der Löschspule
1981 erster mikroprozessorgesteuerter Resonanzregler
Spezielektra (Trench Austria) z.T. noch heute in Betrieb
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 8 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Erdschlusslöschspule (Petersenspule)
Erdschlussschutzsystem EPSY / Trench Austria GmbH
Ölausdehngefäß
Buchholz-Relais
Motoranschlusskasten
Hochspannungs-
anschluss
Tauchkern
höher / tiefer
Uo , Ipos
Tauchkernspulen seit 1972
E-Spulenregler seit 1976
Alle Spannungsebenen ( 3.6 kV – 140 kV)
Alle Leistungen ( 100 kVA – 40 MVA)
Alles aus einer Hand !
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 9 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Erdschlusslöschspule (Petersenspule)
Tauchkerndesign
Wesentliche Bauteile:
- 1 Tauchkern
- 4 C-förmige
Rückschlussjoche
- 1 Gewindespindel aus
antimagnetischem Stahl
- 1 papierisolierte Wicklung,
einzelisolierte Kupfer-
oder Aluminiumleiter
(Runddraht oder
Drillleiter)
Wicklung
Tauchkern
Rückschlussjoch
Gewindespindel
Aktivteil einer (einphasigen)
Erdschlusslöschspule
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 10 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Regelgeräte für Erdschlusslöschspulen
EFC50 / EFC50i / E-EFC19“
EFC50 ohne / mit 50 Hz Stromeinspeisung
E-EFC19 mit integrierter Mehrfrequenzstromeinspeisung (Sichere Abstimmung auch bei problematischen Netzen)
Aufgrund des internen Aufbaus aus einzelnen Funktionskomponenten ist
auch ein alternativer Anbau an die E-Spule mit vorverdrahteten
Verbindungen möglich.
“Intelligente Löschspule”
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 11 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Regelgeräte für Erdschlusslöschspulen
Regelverfahren
EFC50
E-EFC19 i
EFC50 + ECI
Detuning v
resonance
point
3C R L Vo
Ieci
Voraussetzung : Uo Messung
Bemerkung : Jeder Regelvorgang erfordert eine
Spulenverstellung
Voraussetzung : Uo Messung / Leistungshilfswicklung
Bemerkung: Permanente 50 Hz Einstreuungen
verhindern sichere Impedanzberechnung
Voraussetzung : Uo Messung / Leistungshilfswicklung
Bemerkung : Etwas höhere Einspeiseleistung und
Messgenauigkeit erforderlich
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 12 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Regelgerät für Löschspulen kombiniert mit Abzweigortung
EFD500
EFD500 mit 50 Hz Stromeinspeisung
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 13 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Erdschlussortung in gelöschten Netzen
Herausforderungen an den Netzbetrieb
Rasche Eingrenzung der Fehlerstelle
Um Kurzschlüsse (z.B. in 3 Leiterkabel) zu vermeiden, muss die Fehlerstelle rasch eingegrenzt werden.
Erforderlich : Zuverlässige, eindeutige Anzeigen; Möglichkeiten für rasche, ferngesteuerte Netzumschaltungen;
Dezentrale Anzeigen im Feld; Kommunikationsmöglichkeiten für zentrales Datenangebot
Alternativ : Entlastung der Fehlerstelle
Durch Erden der fehlerhaften Phase bzw. Reststromkompensation kann die Fehlerstelle entlastet und damit Zeit
für die Fehlersuche gewonnen werden. Die Spannungserhöhung auf den gesunden Phasen bleibt bestehen !
Sicherer Weiterbetrieb :
Max. Erdfehlerstrom bei gegebenen Erdungsbedingungen darf nicht überschritten werden
Schalthandlungen während des Erdschlusses dürfen nicht zu massiven Verstimmungen führen.
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 14 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Systemlösung für gelöschte Netze
Regelung und Erdschlussortung
Anwendungsreferenzen :
• Stadtwerke München
EFC50 / 61850
Stadtwerke Lübeck
EFC50 / 61850
• Wienstrom
EFC50 / 60870-103
• Industrielle Betriebe Aarau
EFC50
• Kreiswerke Main Kinzig
EFD500 / 60870-103
• Energie und Wasser Potsdam
EFD500 / 60870-101
• Eon-Edis AG
EFD500
• Stadtwerke Flensburg
EFD500 61850
Intern © Siemens Schweiz AG 2017
16.05.2017 Seite 15 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD
Danke für ihre Aufmerksamkeit!
Michael Schlömmer
Business Development Manager
Trench Austria / Linz - Leonding / Marketing & Sales
Telefon: +43 732 6793 285
E-Mail: [email protected]
Robert Stadler
Regional Sales Manager
Trench Austria / Linz - Leonding / Marketing & Sales
Telefon: +43 732 6793 441
E-Mail: [email protected]
Paschingerstrasse 49
4060 Leonding / Österreich
siemens.ch/kundentag