Überspannungsableiter Geräte und Anwendungen

Transkript

1 Überspannungsableiter Geräte und Anwendungen 3. Instandhaltungsworkshop E.ON Anlagenservice Grassau Ralf Mertsching Siemens AG EM HP AIS EM HP AIS

2 E T HP Produkt Portfolio Ableiter HV: AIS (Porcelain, Polymer) & GIS; HVDC, FACTS MV: Distribution & Traction Vehicles Durchführungen Transformer-Bushings AC & DC (OIP, ERIP) Wall-Bushings AC & DC (ERIP, SF6,Oil / SF6) Generator Bushings GIS Bushings Dead Tank Bushings Refurbishment Schalter Circuit Breakers (complete LT and DT portfolios from 72,5 kv 550/800 kv) CB for Gas-Insulated Switchgear (complete portfolio, except 8DN kv) DTC (145 kv, 245 kv) Trennschalter Centre Break Discon. Pantograph Discon. Vertical Break Discon. Double Side Break Disconnectors Knee-type Discon. Earthing Switches Side Break Semi-Pantograph V-Type Disconnector Wandler Current Transformers AIS (Oil & Gas) & GIS Voltage Transformers AIS (Inductive: Oil & Gas;Capacitive) & GIS Combined Transformers AIS (Oil & Gas) Low Power Transformers Capacitor Products Spulen Air Core Dry Type Reactors Line Traps Arc Suppression Coils Page 2 November 2015 EM HP AIS

3 Beispiele für Ableiteranwendungen 3ES 3EB1/4 3EP/3EQ 3EL (TLA) 3EC3 3EB1 3EK7 Page 3 November 2015 EM HP AIS

4 A long tradition with experiences since today Page 4 November 2015 EM HP AIS

5 Ableiterfertigung Berlin Fläche 4000 m 2 Beschäftigte 100 Prüffeld Schaltwerke, Siemens Berlin Page 5 November 2015 EM HP AIS

6 Ableiterfertigung in Wuxi, China Fläche 5000 m² Beschäftigte 200 Page 6 November 2015 EM HP AIS

7 Überspannungsableiter Geräte EM HP AIS

8 Überspannungsableiter Überblick Ableiter für fast alle Anwendungen: ü Mittel- bis Hochspannung 3 kv kv (1000 kv in Testphase) ü Luftisoliert (AIS) oder Gasisoliert (GIS) bis zu 800 kv ü Gehäuse Porzellan oder Silikone ü Sondergeräte für - FACTS (Flexible AC Transmission Systems, d.h. FSC/SVC) - HGÜ - Erdbebenanforderungen - Extreme Umweltbedingungen - Bahn, Generatorschutz, MS-Steckableiter, Begrenzer Page 8 November 2015 EM HP AIS

9 Isolationskoordination Grundlagen 5 Mögliche Spannungen ohne Ableiter 4 (Über) Spannung / p.u. 3 2 Spannungsfestigkeit der Anlage 1 Spannung durch Ableiter begrenzt 0 Blitzüberspannung (Microsekunden) Schaltüberspannung (Millisekunden) Zeitweilige Überspg. (Sekunden) Zeitdauer der (Über-) spannung Höchste Spannung für Betriebsmittel (Dauernd) Page 9 November 2015 EM HP AIS

10 Strom- Spannungsabhängigkeit Faktor 2,4 Beispiel: U m = 420 kv, Ableiter Ur = 336kV Spannungsspitzenwerte / kv kA Restspannung = Schutzpegel bei Blitzstoßspannung = 806 kv Bemessungsspannung Ûr Spitzenwerte der Phasen- Erdspannung : Ö2 U m /Ö3 = 343 kv Leckstrom» 100 µa Nennableitstrom = 10 ka Stromspitzenwerte in / A 8 Potenzen Page 10 November 2015 EM HP AIS

11 Hochspannungsableiter 3EP2 Metalloxid und Schnittbild Ø 70 mm Ø 100 mm Ø 48 mm Ø 58 mm Ø 41 mm Ø 78 mm Ø 32 mm Page 11 November 2015 EM HP AIS

12 Schutzbereich eines Ableiter ( Stichleitung ) Durch Wanderwellen-Vorgänge auf der Leitung ist der Überspannungsschutz durch Ableiter nur bei hinreichend kleinen Abständen zwischen Ableiter und Betriebsmittel garantiert. Vereinfachte Abschätzung des Schutzbereiches *) : xs = (BIL / 1,15) - Ures 2 s v tw Xs BIL Ures S C Schutzbereich [m] Stehblitzstoßspannung (basic insulation level) [kv] Schutzpegel des Ableiters [kv] Frontsteilheit der Überspannung [kv/µs] (im Bereich 1000 kv/µs) Lichtgeschwindigkeit: 300 m/µs *) Für weitergehende Information IEC , IEC und IEC Beispiel 1: Mittelspannungsnetz, Um = 24 kv, Sternpukt gelöscht, Ableiter mit Ur = 30 kv: xs = (125 / 1,15) m = 4,3 m Beispiel 2: Verteilungsnetz, Um = 420 kv, starr geerdet, Ableiter mit Ur = 336 kv: xs = (1425 / 1,15) m = 65 m Page 12 November 2015 EM HP AIS

13 Verringerung der Schutzwirkung durch induktive Spannungsfälle Beispiel: Freiluftableiter für U m = 420 kv U r = 336 kv u 10kA, 8/20 µs = 823 kv u 10kA, 1/2 µs = 872 kv 3,5 m Spezifische Eigeninduktivität des Strompfades» 1 µh/m Länge des Strompfades» 10 m Þ Eigeninduktivität des Strompfades» 10 µh 2,5 m Steilheit des Stoßstromimpulses» 10 ka/µs Þ Zusätzlicher Spannungsfall von» 100 kv Page 13 November 2015 EM HP AIS

14 Ableiter in den letzten 30 Jahren bis ca. 1980: Stand der Technik: SiC-Ableiter mit Funkenstrecken im Porzellangehäuse ab ca. 1980: MO-Ableiter ohne Funkenstrecken im Porzellangehäuse ab Mitte/Ende der 1980er Jahre: Neue Ableiter-Gehäusematerialien: Silikon, (EPDM, EVA ) fast 100 % kunststoffisolierte Ableiter in der Mittelspannung ca. 50 % Anteil kunststoffisolierter Ableiter in der Hochspannung Neue Ableiter-Bauformen, z.b.: MO-GIS-Ableiter Steckbare Ableiter (Außen- und Innenkonus) Ableiter direkt in Isolierflüssigkeit (z.b. in Öl) Neue Ableiter-Anwendungen, z.b.: Ableiter in HGÜ-Anlagen Ableiterbänke in Serienkompensationsanlagen Leitungsableiter Ableiter integriert in andere Betriebsmittel (Trennschalter, Durchführungen,...) Page 14 November 2015 EM HP AIS

15 Ableiter in den letzten 30 Jahren Ableiter zählen heute mit zu den zuverlässigsten Betriebsmitteln in der elektrischen Energieversorgung mit Fehlerraten von 0,2 %/a in der Mittelspannung praktisch Null in der Hochspannung Page 15 November 2015 EM HP AIS

16 Ableiterdesign Porzellan 3EP Rohrdesign 3EQ Käfigdesign 3EL Wickeldesign Wettbewerb Page 16 November 2015 EM HP AIS

17 Produkt Portfolio 3 kv bis 52 kv Mittelspannungs Metalloxid Ableiter 3EF 3EB1 3EB4 3EB2 3EC3 3EE2 3EK4 3EK7 Applications Motors, dry-type transformers, airfield, lighting systems sheath voltage limiters, protection of converters for drives AC and DC systems (locomotives, overhead contact lines) DC systems locomotives, overhead DC overhead contact lines DC systems (locomotives, overhead contact lines) Generators, motors, melting furnaces, 6- arrester connection, power plants Distribution systems and mediumvoltage switchgear Distribution systems and mediumvoltage switchgear Nominal system voltage (max.) 10 kv 25 kv 3 kv 1.5 kv 3 kv 30 kv 36 kv 50 kv Highest voltage for equipment (max.) 12 kv 30 kv 4 kv 2 kv 4 kv 36 kv 45 kv 72 kv Maximum rated voltage Nominal discharge current 15 kv 1-10 ka 37 kv (AC) 4 kv (DC) 4 kv 10 ka 10 ka 10 ka 10 ka Page 17 November 2015 EM HP AIS 2 kv 4 kv 45 kv 10 ka 36 kv 10 ka 60 kv 10 ka

18 Produkt Portfolio 72.5 V bis 800 kv Hochspannungs Metalloxide Ableiter 3EL5 / 3EL1 3EL2 3EP5 / 3EP4 3EP2 3EP3 3EQ1 3EQ4 3EQ3 Applications Medium-& high -voltage systems, station and transmission line arrester Medium-& high -voltage systems, station and transmission line arrester Medium- & highvoltage systems, outdoor installations High -voltage High -voltage systems, systems, outdoor outdoor installations installations, HVDC, SC&SVC applications Medium - and high -voltage systems, outdoor installations High -voltage systems, outdoor installations High -voltage systems, outdoor installations, HVDC, SC&SVC applications Nominal system system voltage (max.) 60 / 150 kv 500 kv 110kV/345 kv 500 kv 765 kv 345 kv 500 kv 765 kv Highest voltage for equipment (max.) 72 / 170 kv 550 kv 123kV/362 kv 550 kv 800 kv 362 kv 550 kv 800 kv Maximum rated voltage 60 / 156 kv 420 kv 96kV/288 kv 468 kv 624 kv 288 kv 468 kv 624 kv Nominal discharge current 5 /10 ka 10 ka 10 ka 20 ka 20 ka 10 ka 20 ka 20 ka Page 18 November 2015 EM HP AIS

19 Produkt Portfolio 72.5 V bis 800 kv Hochspannungs Metalloxide Ableiter Applications 3ES2-D/3ES2-E 3ES5-B/C 3ES5-F/3ES5-G/3ES5-H 3ES9-J single-phase three-phase single-phase single-phase High-voltage systems, protection of metal-enclosed gas-insulated switchgear and transformers Nominal system voltage (max.) 150 / 220 kv 150 kv 220 / 345 / 525 kv 765 kv Highest voltage for equipment (max.) 170 / 245 kv 170 kv 245 / 362 / 550 kv 800 kv Maximum rated voltage Nominal discharge current 156 / 216 kv 20 ka 156 kv 20 ka 216 / 288 / 444 kv Page 19 November 2015 EM HP AIS 20 ka 612 kv 20 ka

20 Druckentlastungsprüfung Siemens Überspannungsableiter 3EP Porzellan 3EP nach erfolgreichem Test 3EP nach erfolgreichem Test Page 20 November 2015 EM HP AIS

21 Druckentlastungsprüfung Siemens Überspannungsableiter 3EQ Rohrdesign 3EQ vor Prüfung 3EQ nach erfolgreicher Prüfung Page 21 November 2015 EM HP AIS

22 Überspannungsableiter Anwendungen EM HP AIS

23 Beispiel 3EP- Überspannungsableiter 420 kv Ableiter im Drehtrenner, RWE Page 23 November 2015 EM HP AIS

24 Ableiteranwendung in Stationsportal Typ 3EQ Hängende Montage Page 24 November 2015 EM HP AIS

25 Beispiel 3EQ- Überspannungsableiter Windpark Jabel, 110 kv Page 25 November 2015 EM HP AIS

26 Beispiel 3EQ Überspannungsableiter ( EnBW ) Page 26 November 2015 EM HP AIS

27 Stationsableiter mit Kunststoffrohrdesign Mechanische Festigkeit erlaubt neue UW - Designs, z.b. Ableiter als Stützer, sparen Platz und Kosten Nach Druckentlastung à 75% der mech. Festigkeit Langzeiterfahrung 400 kv, Germany, kv, Germany, 1998 Page 27 November 2015 EM HP AIS

28 123 kv Leitungsableiter KELAG Österreich Page 28 November 2015 EM HP AIS

29 Bulgarien Leitungsableiter 420 kv Page 29 November 2015 EM HP AIS

30 Generatorableiter 300 ka Kurzschussfestigkeit Page 30 November 2015 EM HP AIS

31 Monitoring Transinor LCM II Kontrollfunkenstrecke 3EX6 040 Zähler 3EX5 030 Zähler mit ma-meter 3EX5 050 Ableitermonitor mit Fernanzeige Ableiterzustands- Indikator 3EX5 070 Ableiterzustands- Monitor 3EX EX5 060/062 Page 31 November 2015 EM HP AIS

32 Kontrollfunkenstrecke 3EX6 040 Abschätzung über: Anzahl der Vorgänge Scheitelwert des Stroms Dauer Energieeintrag Teile der Kontrollfunkenstrecke 1 Dichtung 7 Isolator 2 Gehäusedeckel 8 Erdanschluss 3 Feder 9 Gehäuse 4 Feste Elektrode 10 Widerstand 5 Austauschbare Elektr. 11 Ableiteranschluss 6 Verschluss Page 32 November 2015 EM HP AIS

33 Kontrollfunkenstrecke 3EX6 040 Unterschiedliche Beanspruchungen: Normale Beanspruchung, Kein Einfluss auf Lebenserwartung des Ableiters Starke Beanspruchung, Weitere Untersuchung bzw. Risikoabschätzung Page 33 November 2015 EM HP AIS

34 Weitere Informationen: Ralf Mertsching EM HP AIS OPS B OO AR1 Tel.: Mail: ralf.mertsching@siemens.com Page 34 November 2015 EM HP AIS