Präsentation 1.1
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Schutzkonzeption für Gasisolierte
Mittelspannungs- und 110-kV-Schaltanlagen (GIS) „OMICRONcamp“ Anwendertagung 2012
Dipl.-Ing. Klaus Hinz
VDE Region Nord
Dipl.-Ing. Walter Schossig
VDE Thüringen
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Rechtliche Grundlagen
Fehlerklärungszeiten
Beispiele für Schutzkonzepte
Empfehlungen und Richtlinien
Inhalt
Präsentation 1.2
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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
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Elektrizitätswirtschafts-und-organisationsgesetz EIWOG / TOR (A)
Gesetzliche Grundlagen
Präsentation 1.3
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EleG (CH)
Gesetzliche Grundlagen
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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
Gesetzliche Grundlagen
Präsentation 1.4
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Grundanforderungen an Schutzsysteme
Selektivität
Schnelligkeit
Empfindlichkeit
Genauigkeit
Zuverlässigkeit
Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)
Wirtschaftliche Angemessenheit
Anforderungen an den Schutz
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Präsentation 1.5
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23 41
Örtlicher Reserveschutz
-stationsbezogen-
Fernreserveschutz
Örtlicher Reserveschutz
-stationsbezogen-
Relais 2
Relais 3
Relais 4
Relais 1
Hauptschutzbereich
Reserveschutzbereich
Hauptschutzbereich
Reserveschutzbereich
A
Örtlicher Reserveschutz
-feldbezogen-
Schutzkonzepte
Inhalt eines Schutzkonzeptes
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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
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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
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Zulässige Fehlerklärungszeiten im HöS-Netz in D
[E38]
Fehlerklärungszeiten
Präsentation 1.7
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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
Fehlerklärungszeiten
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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)
Fehlerklärungszeiten
Präsentation 1.8
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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
Fehlerklärungszeiten
Bedeutung IAC AFLR
Zugänglichkeit für:
A- nur für befugtes Personal
F- für die Vorderseite
L- für die Seitenflächen
R- für die Rückseite
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Katalog-/ Typenschildangaben
Präsentation 1.9
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Katalog-/ Typenschildangaben
[951] Hier gelten 0,5 s
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gilt nicht für innenliegende Lichtbogenfehler
Beispiel: Herstellerangabe MS-Schaltanlage
Fehlerklärungszeiten
Präsentation 1.10
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Fehlerklärungszeiten
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Lichtbogenklassifizierung
[E39]
Präsentation 1.11
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Kriterien für Lichtbogenprüfung
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∆t
∆t berücksichtigt:
- LS-Zeit in B
- Rückfallzeit in A
- Kommandozeitstreuung in A B
- Sicherheitszuschlag
[Scho-Ns] [Scho-Ns]
Staffelplan Überstromzeitschutz
Präsentation 1.12
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[Scho-Ns]
Staffelplan Distanzschutz
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W.
Digitaler Schutz ermöglicht eine Berücksichtigung des
Lichtbogenwiderstandes
[E2]
Staffelplan Distanzschutz
Präsentation 1.13
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A B C D
t [s]
X
Lange Abzweigleitungen beachten
Staffelplan Distanzschutz
Fehler in Station X wird vom Schutz
in Station A erst in Endzeit erfasst
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[E12]
Sammelschienenschutz
Präsentation 1.14
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Anlagenschutz durch „Rückwärtige Verriegelung “
PS441, AREVA
Sammelschienenschutz
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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
Sammelschienenschutz
Präsentation 1.15
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[P34] [P35]
Richtungsglieder mit
Auslöserichtung Leitung
Sammelschienenschutz
Bei Rückspeisung muss für das Sperrsignal zusätzlich die
Richtungsentscheidung einbezogen werden
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 30
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
Sammelschienenschutz
Präsentation 1.16
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[K19]
mit IEC 61850
Sammelschienenschutz
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 32
Sammelschienenschutz in 16 ⅔ -Hz- Anlagen
Präsentation 1.17
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EN 62271-203-2004
Beispiele für Schutzkonzepte
Besonderheiten für SF6-Anlagen > 52 kV
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EN 62271-203-2004
Schutzkonzeption
Besonderheiten für SF6-Anlagen > 52 kV
Vorläufer der DIN EN 62271-203 November 2004
Präsentation 1.18
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ELK-04, ABB
Katalog-/ Typenschildangaben
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8DN9, Siemens
Katalog-/ Typenschildangaben
Präsentation 1.19
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Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 37
HYpact, ALSTOM GRID
Katalog-/ Typenschildangaben
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 38
F35, ALSTOM GRID
Katalog-/ Typenschildangaben
Präsentation 1.20
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Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 39
Katalog-/ Typenschildangaben
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 40
Katalog-/ Typenschildangaben
Präsentation 1.21
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Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 41
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
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 42
A
Z<
X X1
X1 -X2
-X2
X1
X1
Z< Z< Z<
=E01 =E01 =E06
=E02 =E05
=E01
t2=0,3s
B C
Schutzkonzeption
Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA
I>↑ I>↑
Signalvergleich
Mitnahme
P
Fehler zwischen LS und Wdl.
wird vom Hauptschutz nicht
erfasst
Präsentation 1.22
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Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 43
A
Id
Z<
=E01
=E01 =E06
=E02 =E05
=E01
B C
Schutzkonzeption
Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA
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
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 44
A
Id
Z<
=E01
=E01 =E06
=E02 =E05
=E01
B C
Schutzkonzeption
Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA
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
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Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 45
A
Id
Id
=E01
=E01 =E06
=E02 =E05
=E01
B C
Schutzkonzeption
Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA
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
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 46
A
Id
Id
=E01
=E01 =E06
=E02 =E05
=E01
B C
Schutzkonzeption
Beispiel: Haupt- und Reserveschutz für 110-kV-SF6-Anlage < 40 kA
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
© OMICRON electronics GmbH 2012 – Anwendertagung
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 47
Sammelschienenschutz in 16 ⅔ -Hz- Anlagen
Essen, 22. – 24. Mai 2012 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 48
[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/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/fnn/dokumente/documents/richtlinie-digitale-schutzsysteme_vdn2003-11.pdfhttp://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.vde.de/de/infocenter/seiten/details.aspx?eslshopitemid=0a2decea-9c27-4541-aa57-6b75845f7602http://www.strom.ch/uploads/media/Leitfaden_Schutzsysteme_Anhang_CH_01.pdfhttp://www.bdew.de/http://www.omicron.at/de/support/customer/appnotes/03-awt/http://www.omicron.at/de/support/customer/appnotes/03-awt/http://www.omicron.at/de/support/customer/appnotes/03-awt/http://www.omicron.at/de/support/customer/papers/awt2010/https://www.vde.com/de/fnn/dokumente/seiten/hinweise.aspx
Präsentation 1.25
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[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
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Schutzkonzeption Empfehlungen und Richtlinien
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