Störlichtbogenschutz in MS- und NS-Anlagen

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1 Störlichtbogenschutz in MS- und NS-Anlagen Von der IHK Trier öffentlich bestellter und vereidigter Sachverständiger für Elektrische Anlagen der Energietechnik bis 36 kv Dirk Brechtken Prof. Dr.-Ing. Maintal, den

2 Wirkungen eines Störlichtbogens Parameter Beeinflussung Wirkungen Stromstärke Brenndauer Werkstoffe Anlagenkonfiguration... Energieumsatz Temperaturanstieg Druckanstieg Strahlungsemission... Prof. Dr. Dirk Brechtken - 2-

3 Folgen eines Störlichtbogens Verletzungen und Verbrennungen Schwere Schäden an Schaltanlage Schäden an benachbarten Anlagen (Sekundär-) Schäden an Gebäude Prozessstillstand Prof. Dr. Dirk Brechtken - 3-

4 Ursachen für Störlichtbögen in der Niederspannung menschliches Versagen ca. 25% Isolationsprobleme (Verschmutzung, Feuchtigkeit, Kleintiere) ca. 25% Kontaktprobleme ca. 25% Geräte-/Materialüberlastung oder -versagen ca. 25% ca. 200 gemeldete Störlichtbogenunfälle p.a. (Quelle: BGETF) Prof. Dr. Dirk Brechtken - 4-

5 Schutzkonzepte aktiv passiv Vermeidung der Störlichtbogenentstehung Maßnahmen zum Berührungsschutz sequentielle Einschubverriegelungen in Isolierstoff eingebettete Kontakte Führungsschienen für Einschübe isolierte Sammelschienen Schutz vor Kondensation vergrößerte Luft- u. Kriechstrecken Überwachung einzelner Kontakttemperaturen... Begrenzung der Störlichtbogenauswirkungen Begrenzung des Lichtbogens auf Entstehungsort frühzeitige Lichtbogenerkennung Kriterien: - Licht (sehr schnell) - Druck (> 100 ms) - Geräusch (unspezifisch) - magnetisches Feld (kompliziert) - Stromstärke /-anstieg Kurzschließer direkte Ausschaltung Leistungsschalter Prof. Dr. Dirk Brechtken - 5-

6 Aktivschutz: Pro und Contra Reduktion des Gefährdungspotentials ausgewählter Fehlerquellen Entstehung eines Störlichtbogens nicht ausschließbar Einzelmaßnahmen wirken i.d.r. nur punktuell auf eine mögliche Fehlerursache Schwächung des Schutzpotentials bei Komponentenaustausch Kostenaufwand proportional zur Höhe des Schutzpotential geeignete Maßnahmen reduzieren punktuell Gefahr eines Störlichtbogens Aktivschutz allein bietet keine ausreichende Sicherheit gegen Störlichtbögen Prof. Dr. Dirk Brechtken - 6-

7 Passivschutz: Pro und Contra Schäden durch Störlichtbogen reduzierbar Reaktiver Schutz, d.h. Aktion wird erst mit Ereignisbeginn ausgelöst Zerstörungsumfang wird lediglich reduziert (nicht verhindert!) Störlichtbogenbrenndauer > 10 ms hinterlässt schwere Schäden im Feld Schadensumfang infolge eines Störlichtbogens reduzierbar Schnelle Störlichtbogenlöschung entscheidend Prof. Dr. Dirk Brechtken - 7-

8 Erkennungsphase eines Störlichtbogens (Sensorik) Signaldetektion bei auftretendem Störlichtbogen Kriterien: - Licht - Stromstärke /-anstieg -Druck - Geräusch - magnetisches Feld K 0,2 MPa Zeit Prof. Dr. Dirk Brechtken - 8-

9 Detektion der Lichtemission Vorteile Punktsensor - zuverlässige Erfassung zwischen 1,5 3 m - Erkennung auch stromschwacher Lichtbögen Nachteile Punktsensor - zahlreiche Detektoren, insbes. in NS Vorteile Liniensensor - radiale Einkopplung des Lichts - Erkennung auch stromschwacher Lichtbögen Nachteile Liniensensor - Einfallwinkel begrenzt - technisch aufwändiger Prof. Dr. Dirk Brechtken - 9-

10 Reaktion auf Störlichtbogen Aktorik (I) Vorteile - direkte Auslösung des Einspeiseschalters - Umgehung einer evtl. Zeitselektivität - Erkennung auch stromschwacher Lichtbögen Ausführungsbeispiel Nachteile - Eigenzeit Schalter führt zu Lichtbogenbrenndauer von ms - aufwendig in komplexen Anlagen - nur bedingt geeignet für Anlagenschutz System: TVOC Hersteller: ABB Prof. Dr. Dirk Brechtken - 10-

11 Reaktion auf Störlichtbogen Aktorik (II) Vorteile - Is-Begrenzer mit Vakuumkammer etabliert - schnell (ca. 4 ms) Nachteile - aufwändig (kostenintensiv) System: UFES Hersteller: ABB Prof. Dr. Dirk Brechtken - 11-

12 Reaktion auf Störlichtbogen Aktorik (III) Vorteile - Kurzschließer schneller als Schalter (ca. 2 ms) Nachteile - aufwändig (kostenintensiv) - nur Niederspannung System: ARCON Hersteller: Eaton Prof. Dr. Dirk Brechtken - 12-

13 Reaktion auf Störlichtbogen Aktorik (IV) System: PART Hersteller: Köhl System: PART Hersteller: Köhl (Luxembourg) Prof. Dr. Dirk Brechtken - 13-

14 Leistungselektronischer Kurzschließer 12 kv (Köhl AG) Vorteile - keine Mechanik, Ausschaltung < 1 ms Nachteile - aufwändig (kostenintensiv) Prof. Dr. Dirk Brechtken - 14-

15 Lichtbogenlöschzeiten kritisch für Möglichkeit des Weiterbetriebs Leistungsschalter > 30 ms Kurzschließer Vakuumkammer (UFES) 4 ms Kurzschließer Bolzen (ARCON), nur NS 2 ms Kurzschließer Leistungselektronik (PART) 0,7 ms Prof. Dr. Dirk Brechtken - 15-

16 Fazit Störlichtbogenschutz besteht aus Vermeidung der Entstehung (aktiv) und Begrenzung von Auswirkungen (passiv). Sensorik ist verfügbar (Licht-/Stromerfassung) inkl. Elektronik. Begrenzung erfordert Schnelligkeit, d.h. Aktorik ist Herausforderung. Leistungselektronik bietet insbes. in Mittelspannung neue Chancen. Prof. Dr. Dirk Brechtken - 16-