Maschinenschutz / 7UM62

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1 Maschinenschutz / UM Multifunktionaler Maschinenschutz SIPROTEC UM Abb. / Beschreibung Multifunktionaler Maschinenschutz SIPROTEC UM für Generatoren, Motoren und Transformatoren Die Geräte der Baureihe SIPROTEC UM sind mehr als nur Schutzgeräte. Sie bieten darüber hinaus zahlreiche Zusatzfunktionen. Bei Erd- oder Kurzschlüssen, Überlast, Überspannung oder Unter- / Überfrequenz sichern die Schutzgeräte den Betrieb von Anlagen der Energieerzeugung. Die Schutzgeräte SIPROTEC UM sind kompakte Geräte, die speziell für den Schutz von kleinen bis hin zu großen Generatoren ausgelegt und entwickelt worden sind. Die Geräte verfügen über alle erforderlichen Schutzfunktionen und eignen sich insbesondere für den Schutz von Laufwasser- und Pumpspeicherkraftwerken Blockheizkraftwerken Eigenerzeugungsanlagen unter Nutzung regenerativer Energien wie Wind oder Biogase Energieerzeugung mit Dieselgeneratoren Gasturbinenkraftwerken Industriekraftwerken konventionellen Dampfkraftwerken. Die Geräte SIPROTEC UM können auch für den Schutz großer Synchronmotoren und Asynchronmotoren sowie Transformatoren eingesetzt werden. Dank der integrierten, anwenderprogrammierbaren Logikfunktionen CFC (Continuous Function Chart) kann der Anwender flexibel und komfortabel auf die jeweiligen Anlagenbedingungen und wechselnden Anforderungen eingehen. Über flexible Kommunikationsschnittstellen ist eine Einbindung in moderne Kommunikationsstrukturen mit Leittechnik möglich. Die folgenden Grundfunktionen sind für alle Versionen verfügbar: Differentialschutz für Generatoren, Motoren und Transformatoren, Ständererdschlussschutz, empfindlicher Erdstromschutz, Ständerüberlastschutz, Überstromzeitschutz (unabhängig und abhängig), unabhängiger Überstromzeitschutz mit Richtungszusatz, Unter- / Überspannungsschutz, Frequenzschutz, Unter- / Übererregungsschutz, Einkopplungen, Vorwärtsleistungsüberwachung und Rückleistungsschutz, Schieflastschutz, Leistungsschalter-Versagerschutz, Läufererdschlussschutz (f n, R-Messung), Motoranlaufzeitüberwachung und Wiedereinschaltsperre. LSP-afpen.eps Funktionsübersicht Standardversion Funktionsumfang Basisversion und zusätzlich: Zuschaltschutz 00 % Ständererdschlussschutz mit. Harmonischer Impedanzschutz Vollversion Funktionsumfang Standardversion und zusätzlich: Gleichspannungsschutz Anfahrüberstromschutz Erdstromdifferentialschutz Außertrittfallschutz Erweiterungen Für jede Version erhältlich: Empfindlicher Läufererdschlussschutz ( bis Hz-Rechteckspannung) Ständererdschlussschutz mit 0-Hz-Einkopplung Frequenzänderungsschutz Vektorsprung Überwachungsfunktionen Auslösekreisüberwachung Fuse Failure Monitor Betriebsmesswerte U, I, f, Energiezählwerte W p, W q Betriebsstundenzähler Selbstüberwachung Störschriebe Kommunikationsschnittstellen Systemschnittstelle Protokoll IEC 0 Protokoll IEC PROFIBUS DP MODBUS RTU DNP.0 Hardware Analoge Eingänge Stromwandler Spannungswandler / Binäreingänge / 0 Ausgangsrelais Gerätevorderseite Benutzerfreundliche Handhabung / LEDs für Vor-Ort-Anzeige Funktionstasten Grafikdisplay bei UM 0 Siemens SIP Edition /

2 Maschinenschutz / UM Anwendungsbereich, Konstruktiver Aufbau 0 Anwendungsbereich Die Schutzgeräte UM der Gerätefamilie SIPROTEC sind multifunktionale Kompaktgeräte, die für kleine bis mittlere bis hin zu großen Energieerzeugungsanlagen entwickelt worden sind. Sie verfügen über alle erforderlichen Schutzfunktionen und eignen sich insbesondere für den Schutz von Laufwasser- und Pumpspeicherkraftwerken Blockheizkraftwerken Eigenerzeugungsanlagen unter Nutzung regenerativer Energien wie Wind oder Biogase Energieerzeugung mit Dieselgeneratoren Gasturbinenkraftwerken Industriekraftwerken Dampfkraftwerken. Sie können auch als Schutz von Motoren und Transformatoren eingesetzt werden. Zahlreiche weitere Zusatzfunktionen unterstützen den Anwender in seiner wirtschaftlichen Betriebsführung und zuverlässigen Energieversorgung. Messwerte bilden die aktuellen Betriebszustände ab. Gespeicherte Zustandsanzeigen /Meldungen und die Störschreibung unterstützen die Störungsaufklärung nicht nur bei Fehlern im Generatorbereich. Durch Kombination der Geräte lassen sich leistungsfähige Redundanzkonzepte realisieren. Schutzfunktionen Zum sicheren Schutz von elektrischen Maschinen sind zahlreiche Schutzfunktionen erforderlich. Umfang und Kombination sind von vielen Faktoren, z. B. Maschinengröße, Betriebsart, Anlagenkonfiguration, Verfügbarkeitsanforderungen, Erfahrungen und Produktphilosophien geprägt. Dies führt zu einer Multifunktionalität, die in hervorragender Weise durch Digitaltechnik realisiert wird. Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden, ist der Funktionsmix skalierbar (siehe Tabelle /). Eine Unterteilung in fünf Anwendungsgruppen erleichtert die Auswahl. Generator Basis Ein Anwendungsschwerpunkt liegt bei kleinen und mittleren Generatoren, bei denen ein Differentialschutz gefordert wird. Dieser Funktionsmix eignet sich auch als Reserveschutz. Eine weitere Anwendung ist der Schutz von Synchronmotoren. handen. Der Funktionsumfang kann für die zweite Schutzgruppe verwendet und nicht genutzte Funktionen können ausgeblendet werden. Motor Asynchron Neben dem Differentialschutz bietet dieser Funktionsmix alle erforderlichen Schutzfunktionen für große Asynchronmotoren (größer als MVA). Die Ständer- und Lagertemperaturen werden mithilfe externer Thermoboxen erfasst und über serielle Schnittstellen zur Auswertung an das Schutzgerät übertragen. Transformator Dieses Funktionspaket enthält nicht nur einen Differential- und Überstromzeitschutz, sondern auch zahlreiche Schutzfunktionen, die z. B. eine Überwachung der Spannungs- und Frequenzbeanspruchung gestatten. Der Rückleistungsschutz kann zur Rückspeisungsüberwachung bei parallelen Transformatoren genutzt werden. Konstruktiver Aufbau Die SIPROTEC Geräte haben ein einheitliches Design und eine Funktionalität, die einen qualitativen Maßstab in der Schutz- und Leittechnik setzt. Die Vor-Ort-Bedienung wurde nach ergonomischen Gesichtspunkten gestaltet. Sehr viel Wert wurde auf große, gut ablesbare Grafikdisplays gelegt. Dank dieses Displays gestattet das UM die Abbildung und Darstellung einer größeren Menge an Informationen, insbesondere in industriellen Anwendungen. Das Bedienprogramm DIGSI vereinfacht die Planung und Geräteeinstellung wesentlich und verkürzt die Inbetriebsetzung. Die Schutzgeräte UM und UM gibt es in der Ausführung ½ Zoll-Breite. Damit ist der Austausch von Vorgängermodellen jederzeit möglich. Die Höhe beträgt durchgängig über alle Breitenstufungen mm. Die Verdrahtung erfolgt entweder direkt oder über Ringkabelschuhe. Alternativ sind auch Ausführungen mit Steckklemmen erhältlich. Damit können vorgefertigte Kabelbäume zum Einsatz kommen. Beim Schalttafelaufbau befinden sich die Anschlusselemente als Schraubklemmen oben und unten. Auf den gleichen Seiten sind auch die Kommunikationsschnittstellen angeordnet. Generator Standard Dieser Funktionsumfang bietet alle erforderlichen Schutzfunktionen für Generatoren mittlerer Größe (0 bis 00 MVA) in Blockschaltung. Neben dem Zuschaltschutz ist ein leistungsfähiger Reserveschutz für den Transformator bzw. das Netz enthalten. Der Schutzumfang eignet sich auch für Geräte in der. Schutzgruppe. Generator Voll In diesem Paket sind alle Schutzfunktionen enthalten, und die Hauptanwendung richtet sich auf große Blockeinheiten (größer als 00 MVA). Der Funktionsmix enthält alle erforderlichen Schutzfunktionen für den Generator sowie den Reserveschutz für den Blocktransformator einschließlich Netz. Darüber hinaus ist ein Anfahrschutz für Generatoren mit Anfahrumrichter vor- Abb. / LSP-afp.tif Rückansicht mit Verdrahtung, Klemmenabdeckung und serieller Schnittstelle / Siemens SIP Edition

3 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen Schutzfunktionen Schutzfunktionen Abkürzung ANSI-Nr. Generator Basis Generator Standard Generator Voll Stromdifferentialschutz I G/T/M Ständererdschlussschutz ungerichtet, gerichtet U 0 >, I 0 > \(U 0, I 0 ) N, G G Empfindlicher Erdstromschutz (auch als Läufererdschlussschutz) I EE > 0/GN (R) Empfindlicher Erdstromschutz B (z. B. als Wellenstrom) I EE-B > I EE-B < GN Ständerüberlastschutz I t Unabhängiger Überstromzeitschutz mit Unterspannungshaltung I> +U< Unabhängiger Überstromzeitschutz, gerichtet I>>, P 0// Abhängiger Überstromzeitschutz t = f(i)+u< V Überspannungsschutz U> Unterspannungsschutz U<, t = f(u) Frequenzschutz f<, f> Rückleistungsschutz -P R Übererregungsschutz (Volt / Hertz) U/f Fuse Failure Monitor U /U, I /I 0FL Einkopplungen von Auslösungen Einkop. Auslösekreisüberwachung Akr. Üw TC Vorwärtsleistungsüberwachung P>, P< F Untererregungsschutz /xd 0 Schieflastschutz I >, t = f(i ) Leistungsschalter-Versagerschutz I min > 0BF Anlaufzeitüberwachung für Motoren I an t Wiedereinschaltsperre I t, rotor Läufererdschlussschutz (f n, R-Messung) R< R (f n ) Zuschaltschutz I>, U< 0/ 00 % Ständererdschlussschutz mit. Harmonischer U 0 (. Harm.) TN, TN. Harm Impedanzschutz mit (I>+U<)-Anregung Z< Windungsschlussschutz U W > N(IT) Gleichspannungsschutz- / Gleichstromzeitschutz U dc > I dc > N (DC) N (DC) Anfahrüberstromschutz (für Gasturbinen) I> Erdstromdifferentialschutz I e GN/TN ) ) ) ) Außertrittfallschutz Z/ t Läufererdschlussschutz ( bis Hz-Rechteckspannung) R LES < R ( Hz) ) ) ) 00 % Ständererdschlussschutz mit 0-Hz-Spannung R SES < G (00 %) ) ) ) Frequenzänderungsschutz ) df/dt> R ) ) ) ) ) Vektorsprungüberwachung (Spannung) ) φ> ) ) ) ) ) Schwellwertüberwachung Drehfeldüberwachung A, B, C Unterstrom über CFC I< Externe Temperaturüberwachung über serielle Schnittstelle ϑ (RTD) ) Optionale Auswahl für alle Funktionsgruppen. Tabelle / Funktionsumfang UM Motor Asynchron Transformator Siemens SIP Edition 0 /

4 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen 0 Stomdifferentialschutz (ANSI G, M, T) Diese Funktion bietet einen unverzögert wirkenden Kurzschlussschutz bei Generatoren, Motoren und Transformatoren und beruht auf dem Stromdifferentialschutzprinzip (Kirchhoffsches Gesetz). Aus den Leiterströmen erfolgt die Berechnung des Differenz- und Stabilisierungsstromes. Optimierte digitale Filter dämpfen sicher Störgrößen, wie z.b. aperiodisches Gleichstromglied und Harmonische. Die hohe Auflösung der Messgrößen ermöglicht die Erfassung kleiner Differenzströme (0 % von I N ) und damit eine sehr hohe Empfindlichkeit. Eine einstellbare Stabilisierungskennlinie gestattet eine optimale Anpassung an die Bedingungen des Schutzobjekts. Über Software wird eine eventuelle Fehlanpassung der Stromwandler und die Phasen- Abb. / winkeldrehung durch den Transformator korrigiert (Schaltgruppe). Durch Analyse des Differenzstroms auf Oberschwingungen werden der Einschaltvorgang (. Harmonische) und die Übererregung (. Harmonische) sicher erkannt und eine Überfunktion des Differentialschutzes verhindert. Stromstarke innere Kurzschlüsse werden zuverlässig von einer Schnellmessstufe (I Diff >>) erfasst, die mit zwei sich ergänzenden Messverfahren arbeitet. Externe Kurzschlüsse mit Wandlersättigung werden von einem Sättigungsdetektor erfasst mit Zeit- und Zustandsüberwachung. Er wird aktiv, wenn der Differenzstrom (I Diff ) aus dem Stabilisierungsbereich austritt. Wird ein Motor zugeschaltet, wird dies durch Überwachung des Stabilisierungsstroms erkannt und die Stabilisierungs- Abb. / kennlinie wird kurzzeitig angehoben. Dadurch wird eine Fehlauslösung im Falle einer unsymmetrischen Stromübertragung durch den Stromwandler verhindert. Bild / zeigt die Stabilisierungskennlinie und die einzelnen Bereiche. Erdstromdifferentialschutz (ANSI N, TN) Der Erdstromdifferentialschutz ermöglicht eine hohe Empfindlichkeit bei einpoligen Fehlern. Es werden die Nullströme miteinander verglichen. Dabei wird der Nullstrom aus den Leiterströmen berechnet und der Erdstrom direkt am Wandlersternpunkt gemessen. Die Differenz- und Stabilisierungsgrößen werden gebildet und in der Stabilisierungskennlinie eingeordnet (siehe Bild /). Stabilisierungskennlinie des Stromdifferentialschutzes Stabilisierungskennlinie des Erdstromdifferentialschutzes Über speziell dimensionierte Filter werden insbesondere Gleichstromglieder unterdrückt. Zahlreiche Überwachungsverfahren verhindern eine Überfunktionen bei äußeren Kurzschlüssen. Bei empfindlicher Einstellung garantiert eine Mehrfachmessung die notwendige Sicherheit. Es ist jedoch zu berücksichtigen, dass die Empfindlichkeitsgrenzen durch die Stromwandler bestimmt werden. Die Schutzfunktion wird bei Generatoren nur dann angewandt, wenn der Sternpunkt niederohmig geerdet ist. Bei Transformatoren erfolgt der Anschluss auf der Sternseite. Eine niederohmige bzw. starre Erdung ist ebenfalls erforderlich. / Siemens SIP Edition

5 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen Unabhängiger Überstromzeitschutz I>, I>> (ANSI 0,, ) Diese Schutzfunktion beinhaltet neben dem Kurzschlussschutz für den Generator den Reserveschutz für vorgelagerte Einrichtungen, z. B. Transformatoren oder Netzschutz. Eine Unterspannungsstufe I> erhält die Anregung aufrecht, wenn der Strom bei einem Fehler unter die Anregeschwelle fällt. Bei einem Spannungseinbruch an den Generatorklemmen kann das Erregersystem nicht mehr ausreichend versorgt werden. Dies ist einer der gründe, warum der Kurzschlussstrom abklingt. Die Stufe I>> kann als Schnellauslösestufe ausgelegt sein. Mit den integrierten Richtungsfunktionen kann sie als oberspannungsseitiger Reserveschutz eingesetzt werden. Mit den Informationen vom Richtungsglied ist eine Steuerung des Impedanzschutzes über CFC möglich. Abhängiger Überstromzeitschutz (ANSI V) Hier sind ebenfalls Kurzschluss- und Reserveschutz integriert. Der Einsatz erfolgt dort, wo der Netzschutz mit stromabhängigen Schutzeinrichtungen arbeitet. Es werden IEC- und ANSI-Kennlinien unterstützt (Tabelle /). Die Stromfunktion kann über eine Auswertung der Maschinenspannung gesteuert werden. Die Ausführung gesteuert gibt die empfindlich eingestellte Stromstufe frei. In der spannungsabhängigen Ausführung wird der Stromansprechwert linear mit sinkender Spannung heruntergesetzt. Der Fuse Failure Monitor verhindert Überfunktionen. Ständerüberlastschutz (ANSI ) Der Ständerüberlastschutz soll die Ständerwicklungen von Generatoren und Motoren gegen zu hohe dauerhafte Stromüberlastungen schützen. Alle Lastverhältnisse werden durch ein mathematisches Modell bewertet. Grundlage für die Berechnung ist die thermische Wirkung des Stromeffektivwerts. Die Umsetzung entspricht der IEC 0-. Stromabhängig wird die Abkühlzeitkonstante automatisch verlängert. Wird die Umgebungs- oder Kühlmitteltemperatur über einen Messumformer (MU) oder PROFIBUS DP eingekoppelt, so passt sich das Modell automatisch an die Umgebungsbedingungen an, andernfalls wird von einer konstanten Umgebungstemperatur ausgegangen. Schieflastschutz (ANSI ) Unsymmetrische Strombelastungen der drei Stränge eines Generators führen im Läufer aufgrund des sich bildenden Gegendrehfelds zu einer Erwärmung. Der Schutz erkennt eine unsymmetrische Belastung von Drehstrommaschinen. Er arbeitet auf der Basis der symmetrischen Komponenten und ermittelt die Schieflast aus der Gegenkomponente der dreiphasigen Leiterströme. Die thermischen Vorgänge werden im Algorithmus berücksichtigt und bilden eine abhängige Kennlinie. Außerdem enthält der Schieflastschutz eine unabhängige Warn- und Auslösestufe, die durch eine Zeitstufe ergänzt wird (siehe Bild /). Bei Motoren wird die Schutzfunktion auch zur Erfassung eines Phasenausfalls eingesetzt. Abb. / Kennlinie des Schieflastschutzes Verfügbare abhängige Überstromzeitschutz-Kennlinien Kennlinien ANSI / IEEE IEC 0- Normal invers Mäßig invers Stark invers Extrem invers Vollständig invers Tabelle / Kennlinien Untererregungsschutz (ANSI 0) Aus der Generatorklemmenspannung und den Strömen wird der komplexe Leitwert berechnet und entspricht dem Generatorleistungsdiagramm (Per-Unit-Darstellung). Der Schutz verhindert Schäden durch Außertrittfall infolge Untererregung. Die Schutzfunktion bietet drei Kennlinien zur Überwachung der statischen und dynamischen Stabilität. Über einen Messumformer kann die Erregerspannung (siehe Bild /) eingekoppelt und bei Ausfall eine schnelle Reaktion des Schutzes durch Timerumschaltung erreicht werden. Die Kennliniengeraden ermöglichen eine optimale Anpassung des Schutzes an das Generatordiagramm (siehe Bild /). Aus der Per-Unit-Darstellung des Diagramms können die Einstellwerte direkt abgelesen werden. Die Admittanz wird aus den Mitsystemen der Ströme und Spannungen berechnet. Dadurch wird auch bei unsymmetrischen Netzverhältnissen eine korrekte Schutzfunktion garantiert. Weicht die Spannung von der Nennspannung ab, bietet die Admittanzberechnung den Vorteil, dass die Kennlinien in derselben Richtung verlaufen wie das Generatordiagramm. 0 Siemens SIP Edition /

6 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen 0 Rückleistungsschutz (ANSI R) Der Rückleistungsschutz überwacht die Wirkleistungsrichtung und spricht bei Ausfall der mechanischen Energie an. Diese Funktion kann zur betriebsmäßigen Abschaltung (Folgeabschaltungen) von Generatoren verwendet werden, verhindert aber auch Schäden an Dampfturbinen. Die Berechnung der Rückleistung erfolgt aus den Mitsystemen von Strom und Spannung. Unsymmetrische Netzverhältnisse führen deshalb nicht zu einer Beeinträchtigung der Messgenauigkeit. Die Stellung des Schnellschlussventils wird als Binärinformation eingekoppelt. Mit ihr wird zwischen zwei Verzögerungen des Auslösebefehls umgeschaltet. Bei Motorschutzanwendungen kann das Vorzeichen (±) der Wirkleistung über Parameter geändert werden. Vorwärtsleistungsüberwachung (ANSI F) Die Überwachung der von einem Generator erzeugten Wirkleistung kann für dessen An- und Abfahren nützlich sein. Eine Stufe überwacht das Überschreiten eines Grenzwerts, eine andere das Unterschreiten eines weiteren Grenzwerts. Für die Leistungsberechnung werden die Mitkomponenten von Strom und Spannung verwendet. Die Funktion kann zur Abschaltung von leerlaufenden Motoren verwendet werden. Impedanzschutz (ANSI ) Dieser schnell wirkende Kurzschlussschutz schützt den Generator und den Blocktransformator und ist ein Reserveschutz für das Netz. Er verfügt über zwei einstellbare Impedanzstufen, wobei die erste Stufe zusätzlich über Binäreingang umschaltbar ist. Bei offenem Leistungsschalter kann der Impedanzmess-bereich erweitert werden (siehe Bild /0). Die Überstromanregung mit Unterspannungshaltung sorgt für eine sichere Anregung und die Schleifenauswahllogik für eine Bestimmung der fehlerbehafteten Schleife. Sie ermöglicht auch eine korrekte Messung über den Blocktransformator. Unterspannungsschutz (ANSI ) Der Unterspannungsschutz vergleicht die Mitkomponenten der Spannungen mit den Schwellwerten. Es sind zwei Stufen verfügbar. Die Unterspannungsfunktion wird für Asynchronmotoren und Pumpspeicheranlagen eingesetzt und verhindert eine spannungsbedingte Instabilität dieser Maschinen. Die Funktion kann auch für Überwachungsaufgaben eingesetzt werden. Überspannungsschutz (ANSI ) Dieser Schutz verhindert Isolationsfehler als Folge zu hoher Spannung. Der Überspannungsschutz wertet entweder die größte Leiter-Leiter-Spannung oder die größte Leiter-Erde-Spannung (für Niederspannungsgeneratoren) aus. Bei den Leiter-Leiter-Spannungen ist das Messergebnis unabhängig von Nullpunktverschiebungen durch Erdschlüsse. Diese Funktion ist zweistufig ausgeführt. Frequenzschutz (ANSI ) Der Frequenzschutz verhindert eine unzulässige Beanspruchung der Betriebsmittel (z. B. Turbine) bei Über- und Unterfrequenz. Er dient auch als Überwachungs- und Steuerelement. Abb. / Abb. /0 Kennlinie des Untererregungsschutzes Staffelung des Impedanzschutzes Die Funktion ist vierstufig ausgeführt. Die Stufen können als Über- und Unterfrequenzschutz arbeiten. Jede Stufe ist einzeln verzögerbar. Der Frequenzmessalgorithmus filtert auch bei verzerrten Spannungen zuverlässig die Grundschwingungen heraus und führt eine sehr genaue Frequenzmessung durch. Die Frequenzmessung kann über eine Unterspannungsstufe blockiert werden. Übererregungsschutz U/f (ANSI )) Der Übererregungsschutz dient zur Erkennung einer unzulässig hohen Induktion (proportional zu U/f) in Generatoren oder Transformatoren, die zu einer thermischen Überlastung führt. Diese kann beim Anfahren, bei Volllastabschaltungen, schwachen Netzen oder im Inselbetrieb auftreten. Die abhängige Kennlinie wird mit den Herstellerdaten durch Punkte eingestellt. Zusätzlich können eine unabhängige Warnstufe und eine Schnellstufe genutzt werden. Zur Berechnung der U/f-Quotienten wird neben der Frequenz die maximale der drei verketteten Spannungen verwendet. Der überwachbare Frequenzbereich erstreckt sich im Bereich von bis Hz. 0 % Ständererdschlussschutz, ungerichtet, gerichtet (ANSI N, G, G) Bei isoliert betriebenen Generatoren äußert sich ein Erdschluss durch das Auftreten einer Verlagerungsspannung. Bei Blockschaltung ist die Verlagerungsspannung ein angemessenes, selektives Schutzkriterium. Sind Generator und Sammelschiene direkt miteinander verbunden sind, muss für eine selektive Erdschlusserfassung zusätzlich noch die Richtung des fließenden Erdstroms ausgewertet werden. / Siemens SIP Edition

7 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen Das Schutzgerät misst die Verlagerungsspannung entweder am Maschinensternpunkt über einen Spannungswandler oder Nullpunkttransformator an der offenen Dreieckswicklung eines Spannungswandlers. Wahlweise kann die Nullspannung auch aus den Leiter-Erde-Spannungen berechnet werden. In Abhängigkeit vom gewählten Belastungswiderstand können 0 bis % der Ständerwicklung eines Generators geschützt werden. Für die Erdstrommessung steht ein empfindlicher Stromeingang zur Verfügung. Dieser sollte an einen Kabelumbauwandler angeschlossen werden. Aus Verlagerungsspannung und Erdstrom wird auf die Fehlerrichtung geschlossen. Die Richtungsgerade kann problemlos an die Anlagenbedingungen angepasst werden. Somit wird ein wirkungsvoller Schutz für den Direktanschluss eines Generators an eine Sammelschiene realisiert. Beim Anfahren kann über ein extern eingekoppeltes Signal auf Verlagerungsspannungsmessung umgeschaltet werden. Je nach Schutzeinstellung sind mit der Funktion unterschiedliche Erdschlussschutz- Konzepte umsetzbar (siehe Bilder / bis /). Empfindlicher Erdstromschutz (ANSI 0/GN, R) Der empfindliche Erdstromeingang kann auch als separater Erdstromschutz verwendet werden. Er ist zweistufig aufgebaut. Es werden sekundäre Erdströme ab ma sicher verarbeitet. Alternativ eignet sich dieser Eingang als Läufererdschlussschutz. Über das Vorschaltgerät XR wird im Läuferkreis eine Spannung mit Nennfrequenz (0 oder 0 Hz) angeschlossen. Fließt ein höherer Erdstrom, liegt ein Läufererdschluss vor. Für diese Anwendung ist eine Messkreisüberwachung vorhanden (siehe Bild /). 00 % Ständererdschlussschutz mit. Harmonischer (ANSI TN, TN (. H.)) Aufgrund der Auslegung erzeugt der Generator eine. Harmonische, die ein Nullsystem bildet. Sie ist durch das Schutzgerät an der offenen Dreieckswicklung bzw. am Nullpunkttransformator nachweisbar. Die Höhe der Spannungsamplitude ist maschinenund betriebsabhängig. Bei einem Erdschluss in Sternpunktnähe kommt es zur Spannungsverschiebung der. Harmonischen (Absinken im Sternpunkt und Ansteigen an den Klemmen). Anschlussabhängig muss der Schutz entweder als Unter- oder Überspannungsschutz eingestellt werden. Er kann zusätzlich verzögert werden. Um Überfunktionen zu vermeiden, wirken Wirkleistung und Mitsystemspannung als Freigabekriterien. Die Anregeschwelle der Spannungsstufe wird durch die Wirkleistung beherrscht. Dies erhöht die Empfindlichkeit bei niedriger Last. Die endgültige Schutzeinstellung kann nur über eine Primärprüfung des Generators erfolgen. Leistungsschalter-Versagerschutz (ANSI 0BF) Während planmäßiger Stillstandszeiten oder bei einem Generatorfehler bleibt der Generator bei einem defekten Leistungsschalter weiter am Netz und kann dabei beträchtlich beschädigt werden. Der Leistungsschalter-Versagerschutz wertet einen Mindeststrom und den LS-Hilfskontakt aus. Er kann durch interne Schutzauslösungen oder extern über den Binäreingang gestartet werden. Eine zweikanalige Ansteuerung vermeidet Überfunktionen (siehe Bild /). Abb. / Logikdiagramm des Leistungsschalter-Versagerschutzes Zuschaltschutz (ANSI 0, ) Dieser Schutz hat die Aufgabe, den Schaden am stehenden oder schon angelaufenen, aber noch nicht erregten oder synchronisierten, Generator durch unbeabsichtigtes Zuschalten des Leistungsschalters zu begrenzen. Die vom Netz vorgegebene Spannung lässt den Generator mit großem Schlupf als Asynchronmaschine anlaufen. Als Folge davon werden im Läufer unzulässig hohe Ströme induziert. Eine Logik, bestehend aus empfindlicher Strommessung je Leiter, Messwertgeber, Zeitsteuerung und Blockierung ab einer Mindestspannung, führt zu einem sofortigen Auslösebefehl. Spricht der Fuse Failure Monitor an, so ist diese Funktion. Läufererdschlussschutz (ANSI R) Diese Schutzfunktion kann mit dem UM auf drei Arten realisiert werden. Am einfachsten ist die Methode der Läufererdstrommessung (siehe empfindliche Erdstromerfassung). Widerstandsmessung bei netzfrequenter Spannung Die zweite Methode ist die Läuferdwiderstandsmessung bei netzfrequenter Spannung (siehe Bild /). Der Schutz erfasst die eingekoppelte Spannung und den fließenden Läufererdstrom. Unter Berücksichtigung des komplexen Widerstands vom Ankoppelgerät (XR) wird über ein mathematisches Modell der Läufererdwiderstand berechnet. Durch diese Vorgehensweise wird der störende Einfluss der Läufererdkapazität eliminiert und die Empfindlichkeit erhöht. Bei störungsfreier Erregerspannung können Fehlerwiderstände bis zu 0 kω erfasst werden. Damit ist eine zweistufige Schutzfunktion realisierbar, die über eine Warn- und Auslösestufe verfügt. Eine zusätzlich implementierte Unterstromstufe überwacht den Läuferkreis auf Leiterbruch und gibt eine Meldung ab. Widerstandsmessung bei Rechteckspannung von bis Hz Bei größeren Generatoren wird eine höhere Empfindlichkeit gefordert. Es muss einerseits der störende Einfluss der Läufererdkapazität noch besser eliminiert und andererseits der Störabstand zu den Harmonischen (z. B.. Harmonische) der Erregereinrichtung vergrößert werden. Hier hat sich die Einkopplung einer niederfrequenten Rechteckspannung in den Läuferkreis bestens bewährt (siehe Bild /). Die durch das Vorschaltgerät XT eingekoppelte Rechteckspannung führt zur stetigen Umladung der Läufererdkapazität. Über einen Shunt im Vorschaltgerät wird der fließende Erdstrom erfasst und in den Schutz (Messeingang) eingekoppelt. Im fehlerfreien Fall (R E = ) ist der Läufererdstrom nach Aufladung der Erdkapazität gleich Null. Im Fehlerfall bestimmt der Erdwiderstand einschließlich Ankoppelwiderstand (XR00) sowie die speisende Spannung den stationären Strom. 0 Siemens SIP Edition /

8 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen 0 Widerstandsmessung bei Rechteckspannung von bis Hz (Forts.) Über den zweiten Eingang (Steuereingang) werden die Umschaltungen, die aktuelle Rechteckspannung und die Umladefrequenz erfasst. Mit diesem Messprinzip sind Fehlerwiderstände bis zu 0 kω erfassbar. Die Überwachung des Läufererdkreises auf Unterbrechung erfolgt durch Bewertung des Stroms während der Umpolungen. 00 % Ständererdschlussschutz mit 0-Hz-Einkopplung (ANSI G (00 %)) Als ein sicheres und zuverlässiges Verfahren zur Erfassung von Fehlern im Sternpunkt bzw. Sternpunktnähe von Generatoren hat sich die Einkopplung einer 0-Hz-Spannung erwiesen. Im Gegensatz zum Kriterium. Harmonische (siehe Seite /) ist es von den Generatoreigenschaften und der Betriebsweise unabhängig. Zudem ist eine Messung während der Stillstandszeiten der Anlage möglich (Bild /). Diese Schutzfunktion ist so ausgelegt, dass sie sowohl Erdfehler im gesamten Generator (echte 00 %) als auch in allen elektrisch angeschlossenen Anlagenkomponenten erkennt. Das Schutzgerät erfasst die eingekoppelte 0-Hz-Spannung und den fließenden 0-Hz-Strom. Über ein mathematisches Modell werden die störenden Größen, wie zum Beispiel die Ständerkapazitäten, eliminiert und der ohmsche Fehlerwiderstand ermittelt. Dadurch wird zum einen eine hohe Empfindlichkeit gewährleistet und zum anderen der Einsatz von Generatoren mit großen Erdkapazitäten, z. B. in großen Wasserkraftwerken, ermöglicht. Winkelfehler durch den Erdungs- bzw. Nullpunktransformator werden bei der Inbetriebsetzung erfasst und im Algorithmus korrigiert. Die Schutzfunktion verfügt über eine Warn- und Auslösestufe. Zusätzlich erfolgen eine Messkreisüberwachung und die Erfassung eines Ausfalls des 0-Hz-Generators. Unabhängig von der Erdwiderstandsberechnung bewertet die Schutzfunktion zusätzlich die Höhe des Stromeffektivwerts. Anlaufzeitüberwachung (nur Motorschutz) (ANSI ) Die Anlaufzeitüberwachung schützt Motoren vor zu langen Anlaufvorgängen, die auftreten können, wenn zu große Lastmomente vorliegen und zu große Spannungseinbrüche beim Zuschalten des Motors entstehen oder wenn der Läufer blockiert ist. Die Auslösezeit ist vom Quadrat des Anlaufstroms und der eingestellten Anlaufzeit abhängig (abhängige Kennlinie). Sie passt sich an das Anlaufverhalten bei abgesenkter Spannung an. Die Auslösezeit wird entsprechend folgender Formel ermittelt: t AUS = I A I eff t Amax t AUS Auslösezeit I A zulässiger Anlaufstrom t Amax zulässige Anlaufzeit I eff gemessener Strom, Effektivwert Die Berechnung wird erst gestartet, wenn der Strom I eff über dem einstellbaren Ansprechwert (z. B. I N, Motor) liegt. Ist die zulässige Festbremszeit kleiner als die zulässige Anlaufzeit (läuferkritische Motoren), wird zur Erkennung eines blockierten Läufers mittels Tachogenerator ein Binärsignal gesetzt. Dieses Binärsignal gibt die eingestellte Festbremszeit frei und es kommt nach deren Ablauf zur Auslösung. Gleichspannungs- / Gleichstromzeitschutz (ANSI N (DC), N (DC)) Wasserkraftgeneratoren oder Gasturbinen werden über Anfahrumrichter gestartet. Bei einem Erdschluss im Zwischenkreis des Anfahrumrichters kommt es zur Gleichspannungsverlagerung und damit zu einem Gleichstrom. Da Nullpunkt- bzw. Erdungstransformatoren einen geringeren ohmschen Widerstand als die Spannungswandler haben, fließt durch diese der größte Teil des Gleichstroms und damit ist die Gefahr der Zerstörung durch thermische Überlastung gegeben. Der Gleichstrom wird über einen an den Shunt direkt angeschlossenen Shuntwandler (Messumformer) erfasst (siehe Bild /). Je nach Ausführung des Messumformers werden dem UM Ströme oder Spannungen zugeführt. Der Messalgorithmus filtert den Gleichstromanteil heraus und führt die Schwellwertentscheidung durch. Die Schutzfunktion ist ab 0 Hz wirksam. Wird vom Messumformer zum Schutz eine Spannung übertragen, muss die Verbindung störsicher und kurz ausgeführt werden. Die Funktion kann auch für Sonderanwendungen eingesetzt werden. So kann für die am Eingang anliegende Größe der Effektivwert über einen weiten Frequenzbereich ausgewertet werden. Anfahrüberstromschutz (ANSI ) Gasturbinen werden über Anfahrumrichter hochgefahren. Der Anfahrüberstromschutz erfasst Kurzschlüsse im unteren Frequenzbereich (ab etwa Hz) und ist als unabhängiger Überstromzeitschutz ausgelegt. Der Ansprechwert wird unter dem Nennstrom eingestellt. Die Funktion ist nur während des Anfahrens wirksam. Bei höheren Frequenzen als 0 Hz greift die Abtastfrequenznachführung, und danach sind die weiteren Kurzschlussfunktionen wirksam. Außertrittfallschutz (ANSI ) Diese Schutzfunktion dient zur Erfassung von Netzpendelungen. Speisen Generatoren zu lange auf einen Netzkurzschluss, kann es nach der Fehlerabschaltung zu Wirkleistungsschwingungen zwischen Netz und Generator kommen. Liegt das Pendelzentrum im Bereich der Blockeinheit, so führen die Wirkleistungsstöße zu einer unzulässigen mechanischen Beanspruchung des Generators einschließlich der Turbine. Da es sich um symmetrische Spannungen und Ströme handelt, wird aus ihren Mitkomponenten die Mitimpedanz berechnet und der Impedanzverlauf bewertet. Zudem erfolgt die Symmetrieüberwachung durch die Bewertung des Gegensystemstromes. Zwei Kennlinien im R- / X-Diagramm beschreiben den Wirkungsbereich (Generator, Blocktransformator, Netz) des Außertrittfallschutzes. Je nachdem in welchem Kennlinienbereich der Impedanzvektor ein- und austritt, werden die zugeordneten Zähler erhöht. Wird der eingestellte Zählerstand erreicht, kommt es zur Auslösung. Erfolgt nach einer eingestellten Zeit keine Pendelung mehr, werden die Zähler automatisch zurückgesetzt. Über einen einstellbaren Impuls kann jede Pendelung gemeldet werden. Die Ausweitung der Kennlinie in R-Richtung bestimmt den erfassbaren Pendelwinkel. Praktikabel sind 0. Zur Anpassung an die Verhältnisse bei Einspeisung von mehreren parallelen Generatoren ins Netz kann die Kennlinie über einen einstellbaren Winkel geneigt werden. /0 Siemens SIP Edition

9 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen Abb. / Kennlinien des Außertrittfallschutzprofils Abhängiger Unterspannungsschutz (ANSI ) Ist das Drehmoment niedriger als das Kippmoment, so neigen die Motoren zum Kippen. Dies wiederum hängt von der Spannung ab. Einerseits möchte man die Motoren so lange wie möglich am Netz lassen, andererseits das Drehmoment nicht unterschreiten. Diese Schutzaufgabe erfüllt ein abhängiger Unterspannungsschutz. Wird die Ansprechschwelle U p < unterschritten, erfolgt der Start der abhängigen Kennlinie. Die Auslösezeit ist umgekehrt proportional zum Spannungseinbruch (siehe Gleichung). Von der Schutzfunktion wird die treibende Größe, die Mitsystemspannung, für die Schutzentscheidung verwendet. I t AUS = I U T M U p t AUS Auslösezeit U Spannung U p Ansprechwert T M Zeitmultiplikator Netzentkupplung Eigenerzeuger speisen zum Beispiel direkt ins Netz ein. Die Einspeiseleitung ist in der Regel die Rechtsträgergrenze zwischen Anlagenbetreiber und Eigenerzeuger. Fällt die Einspeiseleitung z. B. infolge einer automatischen Wiedereinschaltung aus, kann es in Abhängigkeit der Leistungsbilanz am speisenden Generator zu einer Spannungs- bzw. Frequenzabweichung kommen. Bei einer Zuschaltung können asynchrone Bedingungen vorliegen, die dann zu Schäden am Generator oder am Getriebe zwischen Generator und Turbine führen können. Neben klassischen Kriterien wie Spannung und Frequenz kommen auch die zwei nachfolgenden Kriterien zum Einsatz (Frequenzänderungsschutz, Vektorsprung). Frequenzänderungsschutz (ANSI R) Aus der ermittelten Frequenz wird über ein Zeitintervall die Frequenzdifferenz bestimmt. Sie entspricht der momentanen Frequenzänderung. Die Funktion ist dabei so ausgelegt, dass sie sowohl auf eine positive als auch auf eine negative Frequenzänderung reagiert. Dabei erfolgt eine ständige Überwachung auf Überschreitung der zulässigen Frequenzänderung. Die jeweilige Richtungsfreigabe hängt davon ab, ob die Nennfrequenz überoder unterschritten wird. Insgesamt stehen vier Stufen zur Verfügung, die wahlweise eingesetzt werden können. Vektorsprung Ein Kriterium zur Erkennung einer unterbrochenen Einspeisung ist die Überwachung des Phasenwinkels in der Spannung. Fällt die Einspeiseleitung aus, so führt die schlagartige Stromunterbrechung zu einem Phasenwinkelsprung in der Spannung. Dieser wird mittels Deltaverfahren erfasst. Bei Überschreiten eines eingestellten Ansprechwerts erfolgt der Befehl zum Öffnen des Generator- bzw. Kuppelschalters. Wiedereinschaltsperre für Motoren (ANSI, rotor) Motoren dürfen aus dem kalten bzw. betriebswarmen Zustand nur begrenzt (bestimmte Anzahl) in Folge zugeschaltet werden. Der Anlaufstrom führt dabei zu einer Läufererwärmung. Die Wiedereinschaltsperre überwacht diesen Vorgang. Im Gegensatz zu klassischen Zählverfahren werden in der Wiedereinschaltsperre durch ein thermisches Abbild die Erwärmungs- und Abkühlungsvorgänge im Läufer nachgebildet. Die Läufertemperatur wird aus den Ständerströmen ermittelt. Die Wiedereinschaltsperre lässt ein Anfahren des Motors nur dann zu, wenn der Läufer genügend thermische Reserve für einen vollständig neuen Anlauf hat. Bild / stellt das thermische Verhalten für einen zulässigen dreimaligen Anlauf aus dem kalten Zustand dar. Ist die thermische Reserve zu klein, gibt die Wiedereinschaltsperre ein Blockiersignal ab, mit dem der Motoreinschaltkreis gesperrt werden kann. Nach erfolgter Abkühlung und Unterschreitung der Ansprechgrenze wird die Blockierung wieder aufgehoben. Da beim abgeschalteten Motor die Zwangskühlung durch den Lüfter entfällt, kühlt er sich langsamer ab. Abhängig vom Betriebszustand wird durch die Schutzfunktion eine Steuerung der Abkühlungszeitkonstante vorgenommen. Ein wirksames Umschaltkriterium ist das Unterschreiten eines Mindeststroms. Empfindlicher Erdstromschutz B (ANSI GN) Der empfindliche Erdstromschutz I EE-B erlaubt beim Einsatz eine höhere Flexibilität und kann für folgende Anwendungen genutzt werden: Alle Erdstromüberwachungseinrichtungen zur Erfassung von Erdschlüssen (Grundschwingung und. Harmonische) Schutz von Belastungswiderständen Wellenstromschutz, um Wellenströme der Generatorwelle zu erfassen und eine Schädigung von Lagern zu vermeiden. Der empfindliche Erdstromschutz I EE-B benutzt wahlweise den Hardwareeingang I EE oder I EE. Diese Eingänge sind so ausgeführt, dass sie einen Strom größer, A abschneiden (thermische Grenzen, siehe technische Daten). Dies ist bei den Anwendungen bzw. der Stromwandlerauswahl zu beachten. Insbesondere bei Wasserkraftgeneratoren ist diese Funktion interessant. Konstruktionsbedingt verfügen Wasserkraftgeneratoren über relativ lange Wellen. Aufgrund unterschiedlicher Ursachen, wie Reibung, magnetische Felder der Generatoren und anderen mehr, kann sich eine Spannung über der Welle aufbauen, die dann als Spannungsquelle (electromotive force emf) wirkt. Diese induzierte Spannung von etwa 0 bis 0 V ist last-, anlagen- und maschinenabhängig. Siemens SIP Edition 0 /

10 Maschinenschutz / UM Schutzfunktionen 0 Empfindlicher Erdstromschutz B (ANSI GN) (Forts.) Ist der Ölfilm an einem Lager zu dünn, dann kann es zum Durchschlag kommen. Durch die Niederohmigkeit (Welle, Lager und Erdung) können größere Ströme fließen, die zur Zerstörung des Lagers führen. Die Erfahrung zeigt, dass Ströme größer als A kritisch für die Lager sind. Da unterschiedliche Lager betroffen sein können, wird der in der Welle fließende Strom durch einen speziellen Umwandler (aufklappbarer Wandler) erfasst. Windungsschlussschutz (ANSI N (IT)) Der Windungsschlussschutz dient der Erfassung von Kurzschlüssen zwischen den Windungen innerhalb einer Wicklung (Phase) des Generators. In diesem Falle können relativ hohe Kreisströme in den kurzgeschlossenen Windungen fließen und zu Wicklungs- und Ständerschäden führen. Die Schutzfunktion zeichnet sich durch eine hohe Empfindlichkeit aus. Abb. / Über zweipolig isolierte Spannungswandler wird die Verlagerungsspannung an der offenen Dreieckswicklung erfasst. Um unempfindlich gegenüber Erdschlüssen zu sein, muss der isolierte Spannungswandlersternpunkt über ein Hochspannungskabel mit dem Generatorsternpunkt verbunden werden. Der Sternpunkt des Spannungswandlers darf nicht geerdet werden, da sonst auch der Generatorsternpunkt geerdet wäre und jeder Erdschluss zu einem einpoligen Erdkurzschluss führen würde. Im Falle eines Windungsschlusses kommt es zu einer Spannungsabsenkung in der betroffenen Phasee. Diese führt letztendlich zu einer Verlagerungsspannung, die an der offenen Dreieckswicklung erfasst wird. Die Empfindlichkeit wird eher durch die Wicklungsunsymmetrien und weniger durch das Schutzgerät begrenzt. Aus der abgetasteten Verlagerungsspannung wird über einen FIR-Filter die Grundschwingung der Spannung ermittelt. Die Fensterfunktion wird dabei so gewählt, dass höherfrequente Schwingungen ausgeblendet werden und insbesondere der störende Einfluss der. Harmonischen eliminiert wird. Auf diese Weise wird die geforderte Messempfindlichkeit erreicht. Einkopplungen Zur Erfassung und Verarbeitung von Signalen externer Schutzund Überwachungseinrichtungen sind vier Binäreingänge vorhanden. Sie sind für Informationen des Buchholzschutzes bzw. für spezielle Befehle vorgesehen und verhalten sich wie eine Schutzfunktion. Jede Einkopplung eröffnet einen Störfall und ist mit einem Zeitglied individuell verzögerbar. Auslösekreisüberwachung (ANSI TC) Ein oder zwei binäre Eingänge können zur Überwachung der Leistungsschalterspule einschließlich ihrer Zuleitungen eingesetzt werden. Bei Unterbrechungen im überwachten Kreis wird eine Alarmmeldung abgesetzt. Temperaturverlauf am Läufer und im thermischen Abbild des Läufers bei Mehrfachanläufen Drehfeldumschaltung Bei Einsatz in Pumpspeicherkraftwerken kann über einen Binäreingang eine Anpassung an das aktuelle Drehfeld vorgenommen werden (Generator- / Motorbetrieb über Drehfeldumschaltung). Zwei vordefinierbare Parametergruppen Im Schutz können die Einstellwerte in zwei Datensätzen hinterlegt werden. Neben der normalen Parametergruppe ist die zweite Gruppe für bestimmte Betriebsbedingungen (Pumpspeicherkraftwerk) vorgesehen. Sie kann über Binäreingang, Vor-Ort-Bedienung oder DIGSI angesteuert werden. Einschaltsperre (Lockout, ANSI ) Alle Binärausgaben (Melde- oder Auslöserelais) können wie LEDs gespeichert und über die LED-Reset-Taste zurückgesetzt werden. Dieser Zustand wird auch bei Versorgungsspannungsausfall gespeichert. Eine Wiedereinschaltung ist erst nach Quittierung des Zustands möglich. Fuse Failure Monitor und weitere Überwachungen Das Gerät bietet leistungsfähige Überwachungsfunktionen für Hardware und Software. Überwacht werden Messkreise, Analog-Digital-Umsetzung und Versorgungsspannungen, Speicher und Softwareablauf (Watchdog). Die Fuse-Failure-Funktion detektiert den Ausfall einer Messspannung durch Kurzschluss, Unterbrechung oder Leiterbruch und verhindert eine Überfunktion der Unterspannungsstufen. Bewertet wird das Mit- und Gegensystem von Spannung und Strom. Filterzeit Alle Binärsignale können mit einer Filterzeit (Meldungsverzögerung) belegt werden. / Siemens SIP Edition

11 Maschinenschutz / UM Kommunikation Kommunikation Hinsichtlich der Kommunikation wurde bei den Geräten besonderer Wert auf Datenintegrität und hohe Flexibilität beim Anschluss an Standards der Energieautomatisierung gelegt. Das Konzept der Kommunikationsmodule, auf denen die Protokolle ablaufen, ermöglicht Austauschbarkeit und Nachrüstbarkeit (z. B. industrielles Ethernet). Frontschnittstelle Über die PC-Frontschnittstelle kann schnell auf alle Parameter und Störfalldaten zugegriffen werden. Insbesondere bei der Inbetriebsetzung bietet die Verwendung des Bedienprogramms DIGSI Vorteile. Rückwärtige Schnittstellen Auf der Geräterückseite befinden sich eine feste Schnittstelle und zwei Kommunikationsmodule zur optionalen Bestückung und bequemen Nachrüstung. Sie gewährleisten, dass den Anforderungen unterschiedlicher Kommunikationsschnittstellen (elektrisch oder optisch) und -protokollen (IEC 00; PROFIBUS, DIGSI) entsprochen werden kann. Die Schnittstellen sind für folgende Anwendungen ausgelegt: Serviceschnittstelle (fest) In der Ausführung RS können mehrere Schutzgeräte zentral mit DIGSI bedient werden. Bei Anschluss eines Modems ist eine Fernbedienung möglich. Dies bietet Vorteile bei der Fehlerklärung, insbesondere in unbesetzten Kraftwerken. Systemschnittstelle Über die Systemschnittstelle wird die Kommunikation mit einer Steuerungs- oder Leittechnik vorgenommen. Sie unterstützt in Abhängigkeit vom gesteckten Modul unterschiedliche Kommunikationsprotokolle und Schnittstellenausführungen. Zudem können die Geräte mittels dieser Schnittstelle Daten über Ethernet und IEC 0 austauschen und über DIGSI bedient werden. Protokoll IEC 0 Das auf Ethernet basierende Protokoll IEC 0 ist als weltweiter Standard für Schutz- und Leittechnik im EVU-Bereich etabliert. Siemens war dabei unter den Vorreitern. Über das Protokoll können auch direkt zwischen Feldgeräten Informationen ausgetauscht werden, so dass sich einfache, masterlose Systeme zur Feld- und Anlagenverriegelung aufbauen lassen. Über den Ethernetbus ist ferner ein Zugriff auf die Geräte mit DIGSI möglich. IEC IEC ist ein internationaler Standard für die Übertragung von Schutzdaten. Das Protokoll wird von zahlreichen Schutzgeräteherstellern unterstützt und weltweit eingesetzt. Die Maschinenschutzfunktionalität ist im proprietären, herstellerspezifischen Teil des Protokolls hinterlegt. Abb. / IEC 00--0, sternförmige RS-Kupferverbindung oder LWL-Verbindung Abb. / Busstruktur für Stationsbus mit Ethernet und IEC 0, LWL-Ring PROFIBUS DP PROFIBUS ist ein international genormtes Kommunikationsprotokoll (EN 00), das weltweit von zahlreichen Herstellern unterstützt wird und und bisher in mehr als Anwendungen zum Einsatz kam. Über PROFIBUS DP kann der Schutz direkt an eine Steuerung SIMATIC S / S angekoppelt werden. Übertragen werden Störfalldaten, Messwerte und Information von oder zur CFC-Logik. MODBUS RTU MODBUS ist ebenfalls ein weit verbreiteter Kommunikationsstandard und wird in zahlreichen Automatisierungslösungen verwendet. DNP.0 DNP.0 (Distributed Network Protocol Version ) ist ein nachrichtenbasiertes Kommunikationsprotokoll. Die SIPROTEC Geräte sind Level und kompatibel. DNP.0 wird von vielen Herstellern im Bereich Schutzgeräte unterstützt. Siemens SIP Edition 0 /

12 Maschinenschutz / UM Kommunikation Sichere Busarchitektur RS-Bus Bei dieser kupferbasierten Datenübertragung sind elektromagnetische Störeinflüsse durch die Verwendung verdrillter Zweidrahtleitungen weitgehend ausgeschaltet. Bei Ausfall eines Geräts arbeitet das verbleibende System ohne Störungen weiter. Lichtwellenleiter-Doppelring Der LWL-Doppelring ist absolut unempfindlich gegen elektromagnetische Störungen. Bei Ausfall einer Teilstrecke zwischen zwei Geräten arbeitet die Kommunikation ohne Störung weiter. Systemlösung Abb. / RS/RS-Kommunikationsmodul, elektrisch LSP-afpen.tif Abb. / LWL-Kommunikationsmodul 0 nm LSP-afpen.tif SIPROTEC ist maßgeschneidert für den Einsatz in SIMATIC-basierten Automatisierungssystemen. Über PROFIBUS DP werden vom Schutzgerät Meldungen (Anregungen und Auslösungen) sowie alle relevanten Betriebsmesswerte übertragen. LSP-afpen.tif LSP.0-00.eps Über Modem und Serviceschnittstelle hat der Schutzingenieur jederzeit Zugriff auf die Schutzeinrichtungen. Damit wird eine Fernwartung und Diagnose (WKP) ermöglicht. Abb. / PROFIBUS-Kommunikationsmodul, optisch, Doppelring Abb. / Optisches Ethernet-Kommunikationsmodul für IEC 0 mit integriertem Ethernet-Switch Parallel dazu ist die Kommunikation vor Ort, z. B. während einer Hauptprüfung möglich. 0 Für IEC 0 wird zusammen mit SICAM PAS eine interoperable Systemlösung angeboten. Über den 00-MBit/s- Ethernetbus sind die Geräte elektrisch oder optisch an den Stations-PC angebunden. Die Schnittstelle ist standardisiert und ermöglicht so auch den direkten Anschluss von Geräten anderer Hersteller an den Ethernetbus. Mit IEC 0 können die Geräte aber auch in Systemen anderer Hersteller eingesetzt werden (siehe Bild /). Analogausgabe 0 bis 0 ma Im UM können alternativ zu den seriellen Schnittstellen bis zu zwei Analogausgabemodule ( Kanäle) gesteckt werden. Über die Schnittstelle 0 bis 0 ma können gezielt Betriebsmesswerte (I, I, U, P, Q, f, cos φ, Θ Ständer, Θ Läufer ) ausgewählt und übertragen werden. Abb. /0 Systemlösung: Kommunikation / Siemens SIP Edition

13 Maschinenschutz / UM Typische Anschlüsse Typische Anschlüsse Direkte Generator-Sammelschienenschaltung Bild / zeigt die empfohlene Standardschaltung, wenn mehrere Generatoren auf eine Sammelschiene speisen. Einpolige Erdfehler werden über den Erdschlussrichtungsschutz abgeschaltet. Der Erdschlussstrom wird durch die Kabel des Systems getrieben. Ist dies unzureichend, so liefert ein an der Sammelschiene angeschlossener Erdungstransformator den notwendigen Strom (max. etwa 0 A) und ermöglicht einen Schutzbereich von bis zu 0 %. Der Erdstrom sollte über Kabelumbauwandler erfasst werden, um die notwendige Empfindlichkeit zu erzielen. Die Verlagerungsspannung kann als Erdschlusskriterium bei Anfahrvorgängen bis zur Synchronisation genutzt werden. Der Differentialschutz umfasst den Schutz des Generators und des abgehenden Kabels. Die zulässige Kabellänge und die Stromwandlerauslegung (zulässige Bürde) bedingen einander. Ab Längen von mehr als 00 m wird eine Nachrechnung empfohlen. 0 Abb. / Siemens SIP Edition /

14 Maschinenschutz / UM Typische Anschlüsse Direkte Generator-Sammelschienenschaltung bei niederohmiger Erdung Ist der Generatorsternpunkt niederohmig geerdet, wird die in Bild / dargestellte Anschaltung empfohlen. Bei mehreren Generatoren ist zur Vermeidung von Kreisströmen (. Harmonische) der Widerstand nur an einen Generator angeschlossen. Zur selektiven Erdfehlererfassung wird der Erdstromeingang in den gemeinsamen Rückleiter der beiden Stromwandlersätze eingeschleift (Differenzschaltung). Die Stromwandler sind nur an einem Punkt zu erden. Die Verlagerungsspannung U E wird als zusätzliches Freigabekriterium genutzt. Bei dieser Anschaltung sind abgeglichene Stromwandler von Vorteil. Bei höheren Maschinenleistungen (z. B. I N etwa 000 A) werden Stromwandler mit einem sekundären Nennstrom von A empfohlen. Alternativ (im Bild nicht dargestellt) kann auch der Erdstromdifferentialschutz zur Anwendung kommen. 0 Abb. / / Siemens SIP Edition

15 Maschinenschutz / UM Typische Anschlüsse Blockschaltung mit isoliertem Sternpunkt Diese Art der Blockschaltung ist eine zu empfehlende Variante (siehe Bild /). Die Erdschlusserfassung erfolgt über die Verlagerungsspannung. Zur Vermeidung einer Überfunktion bei Erdschlüssen im Netz ist ein Belastungswiderstand an der offenen Dreieckswicklung vorzusehen. Je nach Anlage kann bereits ein leistungsstarker Spannungswandler ausreichen. Wenn nicht, ist ein Erdungstransformator einzusetzen. Für die Spannungsmessung kann die Messwicklung genutzt werden. Im Beispiel ist der Differentialschutz für den Generator vorgesehen. Der Blocktransformator wird durch ein eigenes Differentialschutzgerät geschützt (z. B. UT). Wie im Bild gezeigt, stehen den anderen Eingänge weitere Schutzfunktionen zur Verfügung. Sie kommen bei größeren Generatoren / Transformatoren zum Einsatz (siehe auch Bilder / und /). 0 Abb. / Siemens SIP Edition /