NA-SCHUTZ BRENNWERT-BHKW MEPHISTO. Brennwert-Blockheizkraftwerk MEPHISTO. NA- Schutz nach VDE- AR- N /2013 1

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Elsa Fiedler
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1 Brennwert-Blockheizkraftwerk MEPHISTO NA- Schutz nach VDE- AR- N /2013 1

2 2 05/2013

3 INHALT 1. Netz- und Anlagenschutz Integrierter Kuppelschalter Schutzfunktionen Auslösewerte Spannungsrückgangsschutz U< Spannungssteigerungsschutz U> Spannungssteigerungsschutz U>> Frequenzrückgangsschutz f< Frequenzsteigerungsschutz f> Inselnetzerkennung Rückleistungsüberwachung Zuschaltbedingungen Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz VDE-AR-N 4105 nachrüsten Test des NA-Schutzes Test des NA-Schutzes durch Simulation veränderter Messwerte Test des NA-Schutzes über Prüfklemmleiste Erweiterter Hauptstromkreis MEPHISTO G16+, G20+ und G Erweiterter Hauptstromkreis MEPHISTO G26 und G /2013 3

4 1. Netz- und Anlagenschutz Blockheizkraftwerke vom Typ MEPHISTO sind serienmäßig mit einem integrierten Netz- und Anlagenschutz (NA-Schutz) gemäß VDE-AR-N 4105 ausgestattet. Der NA-Schutz ist integraler Bestandteil der Erzeugungsanlage. Er wirkt direkt auf den integrierten Kuppelschalter und die Gasmagnetventile. 2. Integrierter Kuppelschalter Als integrierter Kuppelschalter wird die Kombination aus Haupt- und Dreieckschütz verwendet. Der Generator kann nur Energie einspeisen, wenn er im Dreieck an das Netz geschaltet ist. Dadurch ist die Schütz- Kombination Einfehlersicher, jedes Schütz verhindert den Stromfluss in das Netz. Um die Einfehlersicherheit zu gewährleisten, werden Haupt- und Dreieckschütz sowohl im ein- als auch im ausgeschalteten Zustand auf ihre Stellung überwacht. Der Neutralleiter hat in keinem Betriebszustand Verbindung zum Generator. Daher wird er vom integrierten Kuppelschalter nicht geschaltet. 3. Schutzfunktionen Die Spannungsschutzeinrichtungen überwachen die drei Sternspannungen (UN = 230 V) und die drei verketteten Außenleiterspannungen (UN = 400 V). Die Frequenzschutzeinrichtungen sind einphasig ausgelegt. Der NA-Schutz wird während der Werksprüfung kalibriert und überprüft. Die Auslöseschwellen sind bis auf U> werksseitig fest einprogrammiert. 3.1 Auslösewerte Schutzfunktion Spannungsrückgangsschutz U< Spannungssteigerungsschutz U> Spannungssteigerungsschutz U>> Frequenzrückgangsschutz f< Frequenzsteigerungsschutz f> Einstellwert 0,8 Un 1,1 Un 1,15 Un 47,5 Hz 51,5 Hz 3.2 Spannungsrückgangsschutz U< Abschaltung innerhalb von 0,2 Sekunden bei 0,8 Un. 3.3 Spannungssteigerungsschutz U> Abschaltung innerhalb von 0,2 Sekunden, wenn der Zehnminuten-Mittelwert die Auslöseschwelle überschreitet. Die Auslöseschwelle ist werksseitig auf 1,1 Un eingestellt und darf nur in Absprache mit dem Netzbetreiber auf bis zu 1,15 Un angehoben werden, wenn ein zentraler NA-Schutz vorhanden ist. 3.4 Spannungssteigerungsschutz U>> Abschaltung innerhalb von 0,2 Sekunden bei 1,15 Un. 3.5 Frequenzrückgangsschutz f< Abschaltung innerhalb von 0,2 Sekunden bei 47,5 Hz. 3.6 Frequenzsteigerungsschutz f> Auslösung innerhalb von 0,2 Sekunden bei 51,5 Hz. 3.7 Inselnetzerkennung Die Inselnetzerkennung ist durch die dreiphasige Spannungsüberwachung gewährleistet. 3.8 Rückleistungsüberwachung Es wird überwacht, ob die Eigenerzeugungsanlage auf allen drei Phasen elektrische Leistung abgibt. Ein einphasiger Netzausfall wird dadurch noch sicherer erkannt. Außerdem wird durch Überwachen der Gesamtleistung verhindert, dass das BHKW weiter am Netz bleibt, obwohl es gar keine Leistung abgibt. 4. Zuschaltbedingungen Die Zuschaltung erfolgt erst, wenn 60 Sekunden lang die Netzspannungen zwischen 0,85 UN und 1,1 UN und außerdem die Netzfrequenz zwischen 47,5 Hz und 50,5 Hz liegen. Die Wiederzuschaltung nach Auslösung des NA- Schutzes erfolgt erst, wenn zusätzlich eine Zufallszeit zwischen einer und zehn Minuten abgelaufen ist. Die Verzögerungen werden durch Handbetrieb übersteuert. 5. Wirkleistungseinspeisung bei Überfrequenz Bei Überschreiten von 50,2 Hz friert die BHKW- Steuerung die momentane elektrische Leistung PM ein. Steigt die Frequenz weiter, so wird die maximal abgegebene Leistung PAmax mit 40% PM pro Hertz reduziert. In der Anzeige erscheint die Angabe Überfrequenz mit Angabe von PAmax und PM. Zwischen der Grenzfrequenz, bei der die Minimalleistung des BHKW erreicht ist und 51,5 Hz wird ein gleichverteilter Zufallswert für f> aus der Seriennummer generiert, bei dem der NA-Schutz auslöst. 4 05/2013

5 Unterschreitet die Netzfrequenz 50,2 Hz wieder, so wird PAmax mit 10% der Nennleistung pro Minute gesteigert. Die Steuerung zeigt weiterhin Überfrequenz und PAmax an. Sobald PAmax die Nennleistung erreicht hat, ist das BHKW wieder im normalen Betrieb. 6. VDE-AR-N 4105 nachrüsten Neuanlagen, die nach VDE V zertifiziert ausgeliefert wurden, aber nach dem 1. Juli 2012 in Betrieb genommen werden, müssen nach VDE-AR-N 4105 in Betrieb gesetzt werden. Dafür ist die folgende Nachrüstung unabdingbar: 1. Verdrahtung der Rückmeldekontakte zur Sicherstellung der Einfehlersicherheit des Kuppelschalters. 2. Update der Steuerungssoftware auf ff. 3. Aktivieren des NA-Schutzes nach VDE-AR-N 4105 (dieser Vorgang ist nicht reversibel). Für Bestandsanlagen, die vor dem 1. Juli 2012 in Betrieb genommen wurden, dürfen die Schritte 1 und 2 jederzeit durchgeführt werden. Schritt 3 die Aktivierung nach VDE-AR-N 4105 muss mit dem Netzbetreiber abgesprochen werden, weil sich hierdurch Grenzwerte und insbesondere das Anlagenverhalten oberhalb 50,2 Hz ändern. 7. Test des NA-Schutzes 7.1 Test des NA-Schutzes durch Simulation veränderter Messwerte Die Funktion der Wirkungskette NA-Schutz Kuppelschalter sollte bei der Inbetriebnahme überprüft werden. Dies kann unter dem Menüpunkt [NA-Schutz] erfolgen. NA-SCHUTZ NACH VDE-AR-N min/akt Offset Minimum Maximum U1 228/229 V 0 0 V 0 V U2 229/230 V 0 0 V 0 V U3 230/231 V 0 0 V 0 V U12 395/396 V 0 V 0 V U23 397/398 V 0 V 0 V U31 398/399 V 0 V 0 V f 50,01 Hz 0,00 0,00 Hz 0,00 Hz U> 1,10 Un f> 51,50 Hz P(el) 19,95 kw 10, ,00 kw cosphi 0,76 UN 8 V BHKW EIN MINUS-Taste verändert. Dieser Offset-Wert wird programmintern auf die tatsächlichen Messwerte addiert. Erreicht der so manipulierte Wert eine Grenze, löst der NA-Schutz aus und öffnet den Kuppelschalter. Der im Auslösezeitpunkt gemessene Wert wird an der entsprechenden Stelle des Auslöseprotokolls (in den Spalten Minimum oder Maximum ) eingetragen. 7.2 Test des NA-Schutzes über Prüfklemmleiste Der NA-Schutz kann auch mit extern aufschaltbaren Spannungen getestet werden, wenn ein dafür geeigneter dreiphasiger Prüfgenerator zur Verfügung steht. Hierfür ist die Prüfklemmleiste XS11 mit längstrennbaren Klemmen vorgesehen. Die Prüfung mit einem einphasigen, nicht synchronisierten Prüfgenerator ist nicht möglich, da in diesem Fall die Überwachung der verketteten Außenleiterspannungen sofort auslösen würde. Vorgehensweise: Mit Hilfe eines Schraubendrehers die Längsbrücken für UL1, UL2, UL3 und UN trennen, den Prüfgenerator über 2 mm Prüfstecker an die oberen Messbuchsen anschließen, Menüpunkt [NA-Schutz] anwählen und Prüfgenerator so einstellen, dass die angezeigten Messwerte innerhalb der zulässigen Grenzen liegen und ein normales dreiphasiges Drehstromnetz simuliert wird, mit der EINGABE-Taste das Auslöseprotokoll löschen, Spannung oder Frequenz entsprechend des Prüfziels verändern, sobald ein Grenzwert überschritten wird erfolgt die Auslösung des NA-Schutzes und der letzte Messwert vor Auslösung wird an entsprechender Stelle des Auslöseprotokolls auf dem LC-Display angezeigt, um die Auslösezeit zu messen, kann die 230 V Spannungsversorgung des Kuppelschalters an der fünften Prüfklemme abgenommen werden, zum Schluss Prüfgenerator abschalten, Prüfstecker abziehen und Längsbrücken wieder schließen. FUNKTION: Ausschalten In der oberen Hälfte des Displays werden die aktuell gemessenen Werte der Netzspannung und -frequenz angezeigt. Mit den Richtungstasten den Offset für U1, U2, U3 oder f anwählen und mit der PLUS- oder 05/2013 5

6 ~ = NA-SCHUTZ BRENNWERT-BHKW MEPHISTO 8. Erweiterter Hauptstromkreis MEPHISTO G16+, G20+ und G /2013

7 = ~ NA-SCHUTZ BRENNWERT-BHKW MEPHISTO 9. Erweiterter Hauptstromkreis MEPHISTO G26 und G34 05/2013 7

8 Kraftwerk Kraft-Wärme-Kopplung GmbH Zur Bettfedernfabrik Hannover Telefon: Telefax: mail@kwk.info 8 05/2013

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Netz- und Anlagenschutz VDE-AR-N 4105 1. Ausführung der Erzeugungsanlage / Netz- und Anlagenschutz... 3 1.1. Integrierter NA-Schutz (siehe VDE-AR-N 4015, Kap. 6.1 / 6.3)... 3 1.2. Kuppelschalter (siehe