Schutzkonzeption für Gasisolierte Mittelspannungs- und 110 ...Mittelspannungs- und 110-kV-Schaltanlagen (GIS) „OMICRONcamp“ Anwendertagung2012 Dipl.-Ing. Klaus Hinz VDE Region

Präsentation 1.1

© OMICRON electronics GmbH 2012 – Anwendertagung

Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 1

Schutzkonzeption für Gasisolierte

Mittelspannungs- und 110-kV-Schaltanlagen (GIS) „OMICRONcamp“ Anwendertagung 2012

Dipl.-Ing. Klaus Hinz

VDE Region Nord

[email protected]

Dipl.-Ing. Walter Schossig

VDE Thüringen

[email protected]


Rechtliche Grundlagen

Fehlerklärungszeiten

Beispiele für Schutzkonzepte

Empfehlungen und Richtlinien

Inhalt

Präsentation 1.2



Energiewirtschaftsgesetz – EnWG (D) vom 07.07.2005

§ 1 Zweck des Gesetzes

… eine möglichst sichere, preisgünstige, … und umweltverträgliche … Versorgung

§ 2 Aufgaben der Energieversorgungsunternehmen

(1) EVU sind zu einer Versorgung im Sinne des §1 verpflichtet

§ 49 Anforderungen an Energieanlagen

(1) Energieanlagen sind so zu errichten und zu betreiben, dass technische Sicherheit

gewährleistet ist. Dabei sind vorbehaltlich sonstiger Rechtsvorschriften die allgemein

anerkannten Regeln der Technik zu beachten.

(2) Die Einhaltung der allgemein anerkannten Regeln der Technik wird vermutet, wenn

bei Anlagen zur Erzeugung, Fortleitung und Abgabe … die technischen Regeln des

VDE … eingehalten worden sind.

Einhaltung anerkannter Regeln der Technik Forderung in den Energiewirtschafts- bzw. Elektrizitätsgesetzen der

Länder

Bereits das Energiewirtschaftsgesetz - EnergG (D) von 1935 verpflichtete die Energie-

wirtschaft die Bevölkerung und Industrie so sicher und billig wie möglich zu versorgen.

Gesetzliche Grundlagen


Elektrizitätswirtschafts-und-organisationsgesetz EIWOG / TOR (A)


Präsentation 1.3



EleG (CH)



Normen (IEC, EN, VDE, OVE, SEV/AES)

Beispiele

DIN VDE 0101 Errichten von Anlagen

DIN VDE 0105 Betreiben von Anlagen

Richtlinien (VDEW … FNN, VEÖ, TOR, VSE

sowie BNetzA, E-CONTROL, ElCom, GridCodes)

Beispiele

VDN/VEÖ Digitale Schutzsysteme

FNN/VEÖ/VSE Leitfaden Einsatz Schutzsysteme

TC bzw. DC Transmission- bzw. DistributionCode

Anerkannte technische Regeln


Präsentation 1.4



Grundanforderungen an Schutzsysteme

Selektivität

Schnelligkeit

Empfindlichkeit

Genauigkeit

Zuverlässigkeit

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Wirtschaftliche Angemessenheit

Anforderungen an den Schutz


Präsentation 1.5



23 41

Örtlicher Reserveschutz

-stationsbezogen-

Fernreserveschutz


-stationsbezogen-

Relais 2

Relais 3

Relais 4

Relais 1

Hauptschutzbereich

Reserveschutzbereich

Hauptschutzbereich

Reserveschutzbereich

A


-feldbezogen-

Schutzkonzepte

Inhalt eines Schutzkonzeptes


Fern- Reserveschutz

ist in der Regel die kostengünstigste Version, muss aber meistens mit Verlust auf Selektivität erkauft werden.

Örtlicher Reserveschutz (stationsbezogen)

ist in der Regel die kostengünstigste Version, muss aber meistens mit Verlust auf Selektivität erkauft werden.

Örtlicher Reserveschutz (feldbezogen)

Zusätzlicher Schalterversagerschutz erforderlich

Varianten des feldbezogenen örtlichen Reserveschutzes Schutzdopplung

Schutzsystem 1 und Schutzsystem 2

Einsatz möglichst zwei verschiedener Messsysteme, bei gleichen Messsystemen möglichst unterschiedliche Hersteller verwenden.

Varianten des Reserveschutzsystems

Reserveschutz

Präsentation 1.6



Schutzdopplung- Schutzsystem 1 und 2

In einem Feld sind zwei Schutzeinrichtungen installiert, die bzgl.

Selektivität und Auslösezeit annähernd gleichwertig sind. Für

Schutzsystem 1 und Schutzsystem 2 sollen möglichst zwei

verschiedene Messprinzipien oder - bei gleichen Messprinzipien -

zwei verschiedene Fabrikate verwendet werden.

Für Schutzsystem 2 kann eine verminderte Leistungsfähigkeit

sowie Verzicht auf Zusatzfunktionen akzeptiert werden, z.B.

Erfassung hochohmiger Erdfehler, AWE, Fehlerortbestimmung,

Erdschlussrichtungsanzeige.

Bezüglich der Reserveschutzfunktion löst eine Schutzdopplung

das Problem des Schutzversagens, aber nicht das des

Leistungsschalterversagens. Dies muss durch einen

Leistungsschalterversagerschutz berücksichtigt werden.

Reserveschutz


Zulässige Fehlerklärungszeiten im HöS-Netz in D

[E38]


Präsentation 1.7



Zulässige Fehlerklärungszeiten im 110-kV- und MS-Netz in D

* zur Überstaffelung von Kupplungen kann 600 ms erforderlich sein

** durch Laufzeitadditionen kann diese überschritten werden

*** soweit nicht anders vereinbart

[E2][E37]

Schutzbereich Haupt-

schutz

Reserve-

schutz

Schalterver-

sagerschutz

110-kV-Leitung und -Anlage 120 ms /

400 ms *

2 s **

110-kV-SF6-Anlage *** < 40 kA 0,2 s 0,5 s

≥ 40 kA 0,1 s 0,3 s

MS-Leitung und -Anlage 1 s 2 s

110-kV-/MS-Trafo 150 ms 2 s *** 300 ms

MS-/0,4-kV-Trafo 300 ms 2 s



Gründe für Fehlerklärungszeit tmax = 1 s im MS-Netz:

IEC 62271-200:2003 / VDE 0671-200:2004 (ehemals PEHLA-Richtlinie)

VDE 0101

EN 50160

zul. Belastung der Kabelmäntel

Kurzschlussfestigkeit der Betriebsmittel

EN 50341-1 (DIN VDE 0210-1)


Präsentation 1.8



Bei den geforderten Fehlerabschaltzeiten muss unterschieden werden

zwischen:

Bemessungs-Kurzzeitstrom Ik; Bemessungs-Kurzdauer tk;

z.B. Ik=16 kA; tk= 3 s

Störlichtbogenqualifikation IAC AFL (Internal Arc Classified - IAC)

Werte sind auf dem Typenschild anzugeben

z.B. IAC AFL 16 kA 1 s

für außenliegenden Fehler gilt

Bemessungswert (Ik; tK)

A B

für innenliegenden Fehler gilt IAC


Bedeutung IAC AFLR

Zugänglichkeit für:

A- nur für befugtes Personal

F- für die Vorderseite

L- für die Seitenflächen

R- für die Rückseite


Katalog-/ Typenschildangaben

Präsentation 1.9




[951] Hier gelten 0,5 s


gilt nicht für innenliegende Lichtbogenfehler

Beispiel: Herstellerangabe MS-Schaltanlage


Präsentation 1.10





Lichtbogenklassifizierung

[E39]

Präsentation 1.11



Kriterien für Lichtbogenprüfung


∆t

∆t berücksichtigt:

- LS-Zeit in B

- Rückfallzeit in A

- Kommandozeitstreuung in A B

- Sicherheitszuschlag

[Scho-Ns] [Scho-Ns]

Staffelplan Überstromzeitschutz

Präsentation 1.12



[Scho-Ns]

Staffelplan Distanzschutz

Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W.

Digitaler Schutz ermöglicht eine Berücksichtigung des

Lichtbogenwiderstandes

[E2]


Präsentation 1.13



A B C D

t [s]

X

Lange Abzweigleitungen beachten


Fehler in Station X wird vom Schutz

in Station A erst in Endzeit erfasst


[E12]

Sammelschienenschutz

Präsentation 1.14



Anlagenschutz durch „Rückwärtige Verriegelung “

PS441, AREVA



0,9

1,2 s

[Sie-Appl]

Durch Einsatz Distanzschutz

können 85 % der (kürzesten)

Leitung in Schnellzeit bzw. SS-

Fehler mit 0,3 s abgeschaltet

werden


Präsentation 1.15



[P34] [P35]

Richtungsglieder mit

Auslöserichtung Leitung


Bei Rückspeisung muss für das Sperrsignal zusätzlich die

Richtungsentscheidung einbezogen werden


Einsatzbedingung für rückwärtige Verriegelung:

Definierte Speiserichtung, keine Rückspeisung aus

angeschlossenem Netz Abfrage Überstromanregung

Rückspeisung aus angeschlossenem Netz zusätzliche Abfrage der Richtungsglieder

Gefahr der Fehlauslösungen bei elektromechan. Schutz

durch „tote Zone“

bei digitalem Schutz sichert Spannungsspeicher die Funktion


Präsentation 1.16



[K19]

mit IEC 61850



Sammelschienenschutz in 16 ⅔ -Hz- Anlagen

Präsentation 1.17



EN 62271-203-2004

Beispiele für Schutzkonzepte

Besonderheiten für SF6-Anlagen > 52 kV


EN 62271-203-2004

Schutzkonzeption

Besonderheiten für SF6-Anlagen > 52 kV

Vorläufer der DIN EN 62271-203 November 2004

Präsentation 1.18



ELK-04, ABB



8DN9, Siemens


Präsentation 1.19



HYpact, ALSTOM GRID



F35, ALSTOM GRID


Präsentation 1.20






Präsentation 1.21



A

Z<

X X1

X1 -X2

-X2

X1

X1

Z< Z< Z<

=E01 =E01 =E06

=E02 =E05

=E01

t2=0,3s

t3=0,2s

B C

unwirksam bei Q Ltg

Signalvergleich

Mitnahme

Schutzkonzeption

Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA


A

Z<

X X1

X1 -X2

-X2

X1

X1

Z< Z< Z<

=E01 =E01 =E06

=E02 =E05

=E01

t2=0,3s

B C

Schutzkonzeption


I>↑ I>↑

Signalvergleich

Mitnahme

P

Fehler zwischen LS und Wdl.

wird vom Hauptschutz nicht

erfasst

Präsentation 1.22



A

Id

Z<

=E01

=E01 =E06

=E02 =E05

=E01

B C

Schutzkonzeption


Z<

-Z1

-Q0

-T2

-T1

-F301 -F301

-F322

-T1

Signalvergleich

Mitnahme

Fehler zwischen LS und Wdl. wird nicht vom

Vergleichsschutz der Leitung erfasst.

Anlagendiffschutz erfasst Fehler, schaltet ihn

aber nicht ab

Lösung: Der Anlagendiff. nimmt

unverzögert den LS in A und C mit


A

Id

Z<

=E01

=E01 =E06

=E02 =E05

=E01

B C

Schutzkonzeption


Z<

-Z1

-Q0

-T2

-T1

-F301

-F301

-F322

Signalvergleich

Mitnahme

-T1

Durch geänderte Wandler-

Anordnung, wird Fehler

zwischen Wandler und LS

auch erfasst.

Nachteil: Anlagentiefe ca. 0,5 m größer

Präsentation 1.23



A

Id

Id

=E01

=E01 =E06

=E02 =E05

=E01

B C

Schutzkonzeption


Id

-Z1

-Q0

-T1

-T2

-T1

-F321

-F321

-F322

Z<

Z<

Verwendung der Distanzschutzfunktion

des Differenzialschutzrelais

Signalvergleich

Mitnahme

Nachteil: Anlagentiefe ca. 0,5 m größer


A

Id

Id

=E01

=E01 =E06

=E02 =E05

=E01

B C

Schutzkonzeption


Id

-Z1

-Q0

-T2

-T1

-F321 -F321

-F322

-T1

Signalvergleich in Z1B

mit Echo-Logik

Diskussionsbeitrag A. John,

Lösung Berlin für 110-kV-Verteil-UW

Z< Z<

-F301 -F301

wie A

-F301 mit Signalvergleich t1B = 0,4 s

-F322 mit LSV, wirkt auf A bzw. C

über SFÜ in –F321

Präsentation 1.24



Sammelschienenschutz in 16 ⅔ -Hz- Anlagen


[E1] Bergauer,G.; Fischer,W.; Hauschild,J.; Hinz,K.; Hupfauer,H.; Hübl,I.; Kühn,H.; Nowak,W.; Roth,H.;

Sack,H.; Wührmann,B.: Richtlinie für digitale Schutzsysteme. 1. Auflage 2003, VDN/VEÖ.

http://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdf

[E2] Leitfaden zum Einsatz von Schutzsystemen in elektrischen Netzen. VDE-FNN / VEÖ.

Ausg. September 2009 sowie Anhang für die Schweiz. Ausgabe 17.11.2011

http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-

6b75845f7602 sowie

http://www.strom.ch/uploads/media/Leitfaden_Schutzsysteme_Anhang_CH_01.pdf

[E12] Richtlinie für den Sammelschienenschutz. 3. Auflage 2001 und Anregeprobleme beim

Reserveschutz. Ausg. Juni 1992. VDEW/VEÖ. http://www.bdew.de

[E22] PEHLA Richtlinie Nr. 4. Empfehlung für die Anwendung von VDE 0670, Teil 601/9.84 oder IEC 298

(1981) – Appendix AA für die Prüfung des Verhaltens von metallgekapselten Hochspannungs-

Schaltanlagen bei inneren Lichtbögen (Störlichtbögen).

[E33] Albrecht,E.W.: Effektive Staffelung von Überstromzeitrelais. OMICRON Anwendertagung 2003.

http://www.omicron.at/de/support/customer/appnotes/03-awt/

[E36] Herrmann.H.-J.; Ludwig,A.; Föhring,H.; Kühn,H.; Oechsle,F.: German Practice of Transmission

System Protection. CIGRE 306-1 bis 12, 2007 October 15-20, Madrid, 306 German Transmission

Protection.pdf

[E37] Hinz,K.; Schossig,W.: Schutzkonzepte für 110-kV-/MS-Anlagen der Verteilnetzbetreiber.

„OMICRONcamp“ Anwendertagung 2010.

http://www.omicron.at/de/support/customer/papers/awt2010/

[E38] Herrmann,H.-J., Ludwig,A., Kühn,H., Oechsle,F.: Schutzsysteme im Übertragungsnetz – deutsche

Praxis. ew 110(2011)9,52-57

[E39] Gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen für die sekundäre Verteilungsebene bis 36 kV.

Empfehlung für Projektierung, Bau und Betrieb. VDE/FNN Ausgabe: Dezember 2010.

https://www.vde.com/de/fnn/dokumente/seiten/hinweise.aspx

Schutzkonzeption Empfehlungen und Richtlinien








http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602









http://www.strom.ch/uploads/media/Leitfaden_Schutzsysteme_Anhang_CH_01.pdf

http://www.bdew.de/




http://www.omicron.at/de/support/customer/papers/awt2010/

https://www.vde.com/de/fnn/dokumente/seiten/hinweise.aspx

Präsentation 1.25



[K19] -; Applikation mit Diensten der IEC 61850. Version 1.0, ArbeitsKreis 952.2.1,

http://www.dke.de/de/dke-arbeit/mitteilungenzurnormungsarbeit/documents/4.pdf

[P11] Realisierung eines gerichteten Überstromzeitschutzes mit SIPROTEC 7SA6. S. 117-120,

Applikations-Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte. SIEMENS 2005, E50001-K4451-A101-A1,

http://siemens.siprotec.de

[P21] Einfacher Sammelschienenschutz durch rückwärtige Verriegelung. S. 223-225, Applikations-

Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte. SIEMENS 2005, E50001-K4451-A101-A1,

http://siemens.siprotec.de

[P35] Erweiterte Rückwärtige Verriegelung bei mehrseitiger Einspeisung der Sammelschiene.

Siemens, http://siemens.siprotec.de/download_neu/applications/Line-

Prot/7SJ6x_Erweiterte_Rueckwaertige_Verriegelung.pdf

[ÜNB-Konzept] Herrmann.H.-J.; Ludwig,A.; Föhring,H.; Kühn,H.; Oechsle,F.: German Practice of

Transmission System Protection. CIGRE 306-1 bis 12, 2007 October 15-20, Madrid, 306

German Transmission Protection.pdf

[Scho-Ns] Schossig,W.: Netzschutztechnik. VWEW Energieverlag, Frankfurt a.M. / VDE Verlag, 3.

Auflage 2007

[951] Kinscher,J.: Kompakte 40-kA-Bahnschaltanlage für AC 15 kV 16,7 Hz. eb 109(2011)10,520-525

Schutzkonzeption Empfehlungen und Richtlinien




http://siemens.siprotec.de/

http://siemens.siprotec.de/

http://siemens.siprotec.de/download_neu/applications/Line-Prot/7SJ6x_Erweiterte_Rueckwaertige_Verriegelung.pdf



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