Technische Möglichkeiten. ö zur Kompensation der Oberschwingungen im Erdschlussreststrom. Dipl.-Ing. Peter Ulrich Prof. Dr.-Ing. habil.

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1 Dipl.-Ing. Peter Ulrich Prof. Dr.-Ing. habil. Dietrich Stade ö zur Kompensation der Oberschwingungen im Erdschlussreststrom Kontaktadresse: H. Kleinknecht GmbH & Co. KG Weimarer Straße b D Ilmenau D Il Tel.: Fax: peter.ulrich@kleinknecht.de

2 Schwerpunkte des Vortrages des Themas zur Erdschlussreststromreduzierung technischer Applikationen

3 Vorgestellte Ergebnisse resultieren aus der gemeinsamen Bearbeitung des Themas durch die Firmen E.ON edis / KEMA / Kleinknecht Meilensteine der Zusammenarbeit Programmsystem BOSES (Berechnung oberschwingungsbehafteter Erdschlussströme unter Berücksichtigung der MS-Leitungsstruktur) Ist-Zustandsermittlung Erdschlussrestströme ohne aufwändige Erdschlussversuche Prognostik Erdschlussrestströme (Netzänderungen, THD-Erhöhungen) THD Erhöhungen) Erarbeitung / Analyse technischer Möglichkeiten Begrenzung Erdschlussreststrom Passive Filter am Drehstromsystem / am Transformatorsternpunkt Aktive Filter am Drehstromsystem / am Transformatorsternpunkt Aktiver Filter kombiniert am Drehstromsystem und am Transformatorsternpunkt 20-kV-Erdschlussversuche (Prototypen) Passiver Filter Aktiver Filter

4 Grundschwingung U U ICE U2 U3 U2 IC2 U3 IC IL IC CE L IC U3 U 0 j C E IC j U3 CE IC2 U3 U2 0 j CE IC2 j U23 CE IL j L U3 0 IL j U3 L IC2 U3 U23 U2 IL CE ICE IC IC 2 j 3U3 CE IF ICE IL j U3 3 CE L 0 für 3 C 0 E L

5 Oberschwingungen U ICE = 79,9 A I F in A I F I_F I F (50 Hz) I_F H ) I F (OS) I_F I F (250 Hz) I_F H ) I F (350 H I_F Hz))

6 I F in A I F in A Oberschwingungen I_F I_F (50 Hz) I_F (OS) I_F (250 Hz) I_F (350 Hz) I_F I_F (50 Hz) I_F (OS) I_F (250 Hz) I_F (350 Hz)

7 Überblick Erdschlussreststromreduzierung Konventionelle Maßnahmen Netztrennung weiterer HS/MS-Transformator NOSPE Swedish Neutral (Wirkreststromreduzierung) Passive Filter einphasig am DSS am Transformatorsternpunkt Aktive Filter am DSS am Transformatorsternpunkt fünfphasig (am DSS und am Transformatorsternpunkt)

8 Passiver Filter am Trafosternpunkt HS Erdschlussspule + Sperrkreis L2 L C MS C00 ZL fehlerfreies Netz ZF

9 Passiver Filter am Trafosternpunkt ,00 Z(ff) in Ohm 00,00 0,00,00 f0r f0 f02 0, f in Hz Vorteil: hohe Impedanzen bei 50 Hz und 250 Hz dominante Oberschwingung im Erdschlussreststrom wird bei Erhaltung der Funktion der Erdschlussspule reduziert Nachteil: schwierige Dimensionierung (sehr viele sinnvolle Parameterkombinationen, Feinstufigkeit zwingend erforderlich) hoher Regelaufwand Gefahr, Gefahr dass f0r gleich 250 Hz wird

10 Passiver Filter am Trafosternpunkt Parameter sind mehrfach voneinander abhängig L 3G00 3C00 GL+GL2 L2 C 00 f0 L L 2 L L L L C 3C00 C 3C00 2 LL 2 2 LL 2 2 3C00CLL 2 2 f02 L L 2 L L L L C 3C00 C 3C00 2 LL 2 2 LL 2 2 3C00CLL 2 2

11 Passiver Filter am DSS HS Erdschlussspule MS dreipoliger Leistungsschalter, einpolig schaltbar Ir Ir '=Ir -I I Ir ' fehlerfreies Netz L ZL RR Saugkreis ( =5) und Sperrfilter (50 Hz) RP L2 C ZF

12 Passiver Filter am DSS f0p L 2 C Z(f) in Ohm Z 00 f0r 0 2 C L C L 2 0, 0 0 0, f in Hz Vorteil: konventionelle Technik, Technik geringes Ausfallrisiko 50-Hz-Impedanz verhindert Stromfluss über Erdreich und Fehlerstelle zu Abnehmern Nachteil: keine spätere Anpassung nach Änderungen im Netz möglich kaum Wirkung bei Erdschlüssen nahe dem Filterstandort Gefahr gravierender Leiter-Erde-Überspannungen im erdschlussfreien Netz mit Filter hohe Spannungsbeanspruchung der Elemente C und L2 im Doppelerdschlussfall

13 Passiver Filter am DSS U LE in U_LE i Abhängigkeit Abhä i k it von Verstimmungsgrad V ti d und d Filterimpedanz Filt i d Grün Filter bei 50 Hz induktiv Rot Filter bei 50 Hz kapazitiv U_LE in V ,2-0,5-0, -0,05 0 0,05 0, 0,5 0,2 0,25 Ve rstimmungsgrad in p. u. U_L (600 Ohm) U_L2 (600 Ohm) U_L3 (600 Ohm) U_L (-300 Ohm) U_L2 (-300 Ohm) U_L3 (-300 Ohm) Dreiphasige Leiter-Erde-Spannungen - einphasiger passiver Filter mit unterschiedlicher 50-Hz-Impedanz am erdschlussfreien 20-kV-Netz

14 Aktiver Filter am Trafosternpunkt HS 3 I0 LN Filter UW Eigenbedarf Erdschlussspule MS Ir Ir ' ZL fehlerfreies Netz Vorteil: NS-Anschluss an vorhandene Leistungshilfswicklung ZF Nachteil: begrenzte Leistungseinbringung g nur im Nullsystem y Wirkung

15 Aktiver Filter am Trafosternpunkt HS Erdschlussspule LN 3 I0 UW Eigenbedarf Filter MS Ir Ir ' ZL fehlerfreies Netz Vorteil: gegenüber voriger Variante erhöhte Leistungseinbringung somit auch 50-Hz-Blindreststromregelung möglich (z. B. bei Fehlereingrenzungsschaltungen) ZF Nachteil: Wirkung nur im Nullsystem

16 Aktiver fünfphasiger Filter Vorteil: kompensiert Komponenten des Null-, Mit- und Gegensystems im Erdschlussreststrom (., 3., 5. und 7. Harmonische) - auch 50-Hz-Blindreststrombegrenzung möglich! lässt sich im erdschlussfreien Netzbetrieb zur THD-Reduzierung einsetzen leistungsmäßig erweiterbar g Regelstrukturen g Nachteil: aufwändige Platzbedarf und Preis (teuer ist die leistungsintensive 50-Hz-Blindreststrombegrenzung)

17 Praxiserfahrungen als Prototypen wurden errichtet und erprobt: Einphasiger Filter am Drehstromsystem nur Hardwaretest - keine automatisierte Zuschaltung auf fehlerbehaftete Phase induktiv verstimmte Ausführung (nur im überkompensierten Netz zulässig, um kritische Leiter Leiter-Erde-Spannungen Erde Spannungen im erdschlussfreien Betrieb des Netzes mit Filter zu vermeiden) deutliche Reduzierung des 250-Hz-Anteils im Erdschlussreststrom bei Erdschluss entfernt vom Filterstandort Fünfphasiger Filter Erdschlussversuche im Zeitraum Ergebnisse noch nicht verfügbar, werden auf der ETG-Fachtagung 2009 (Januar in Dresden) veröffentlicht in Laborversuchen deutliche Reduzierung 5. Oberschwingung unabhängig vom Fehlerort Ermittlung des aktuellen ICE als Voraussetzung zur Reduzierung 50-HzBlindreststrom funktioniert am V-Modell V Modell mit Genauigkeit %

18 : g g können den Erdschlussreststrom auch bzw. Oberschwingungsanteile besonders in kleinen Netzen dominieren Mittels des Programmsystems BOSES lassen sich die g g im Erdschlussreststrom für bestehende/geplante g p Oberschwingungsanteile Netze bzw. Netzzustände berechnen/prognostizieren neben bekannten kostenintensiven Maßnahmen lässt sich der passiven/aktiven Filtern Erdschlussreststrom auch mit p reduzieren/begrenzen mit aktiven fünfphasigen Filtern (FAF) lässt sich auch der 50-Hzg g g ) begrenzen g Blindreststrom ((Fehlereingrenzungsschaltungen!) ein von den Firmen E.ON edis / KEMA / Kleinknecht entwickelter Prototyp FAF befindet sich derzeit in der Testphase Ziel ist es es, 2009 ein Serienmodell FAF FAF zu entwickeln und anzubieten

19 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! Elektrische Ausrüstungen, Steuern, Regeln, Automatisieren