Schutzkonzeption für 110-kV-/MS-Anlagen der Verteilnetzbetreiber OMICRONcamp Anwendertagung 2011

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1 für 110-kV-/MS-Anlagen der Verteilnetzbetreiber OMICRONcamp Anwendertagung 2011 Dipl.-Ing. Klaus Hinz VDE Region Nord Dipl.-Ing. Walter Schossig VDE Thüringen Darmstadt, Mai Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. K. / / Schossig, W. 1 Themenübersicht OMICRONcamp 2010 Zur Anwendertagung 2010 wurden behandelt: Grundlagen/Notwendigkeit für einen Schutz Anforderungen an Anregesicherheit und -verlässlichkeit sowie Abschaltzeit beim Haupt- und Reserveschutz Einbeziehung von dezentralen Einspeisern Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 2 1

2 Schutzkonzepte Inhalt eines Schutzkonzeptes Maximal zulässige Auslösezeit Schutzbereich Haupt- schutz Reserve- schutz Schalterver- sagerschutz 110-kV-Leitung 120 ms / 2s ms * MS-Leitung u. - 1s 2s - Anlagen 110-kV-/MS- 150 ms 2 s 300 ms Trafo MS-/0,4-kV- Trafo 300 ms 2 s - * Zur Überstaffelung von Kupplungen kann 600 ms erforderlich sein Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz Anschluss an UW- Sammelschiene [MS-EZ] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 4 2

3 Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz Anschluss im MS-Netz - ohne Blindstromeinspeisung im Fehlerfall Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 5 Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz Anschluss im MS-Netz - mit Blindstromeinspeisung im Fehlerfall Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 6 3

4 Schutzkonzepte Reserveschutz Beispiele für Schutzkonzepte Staffelung zur selektiver Fehlererfassung angeschlossener Einspeiser im MS-Netz t A B C Einstellung Distanzrelais in SSt B, Abg. C: I > 0,3 s I >> 0s D I > 0,3 s I >> 0s Z t 1 0 s oder bei kurzer Leitung 0,3 s t 2 0,3 s Leitung mit AWE: t p 0,6 s WKA WKA Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. en für 110-kV-/MS-Anlagen der Verteilnetzbetreiber (VNB) Diskussionsvorschlag Reserveschutz für MS-Leitungen Haupt- und Reserveschutz für Transformatoren Redundanzen in der Hilfsenergieversorgung Q-U-Schutz für Netzeinspeisungen Schutz von 110-kV-SF 6 -Anlagen Kupplungsschutz Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 8 4

5 Reserveschutzkonzeption für MS-Leitungsabgänge [E2] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 9 Reichweite der Überstromanregung 8 Zweipoliger Kurzschlussstrom in Abhängigkeit der Freileitungslänge 95 mm²al rom Ik" in ka zweipoliger Kurzschlussstr Grenze Anregeverlässlichkeit 40 MVA Transformator Grenze Anregeverlässlichkeit 20 MVA Transformator Leitungslänge l in km Ik" 20 MVA Trafo Ik" 40 MVA Trafo In 20 MVA Trafo Anregeverl. 20 MVA Trafo In 40 MVA Trafo Anregeverl. 40 MVA Trafo Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 10 5

6 Reichweite der Überstromanregung Zweipoliger Kurzschlussstrom in in Abhängigkeit der Kabellänge der Kabellänge 20-kV-VPE 20-kV-VPE-Kabel 150mm² 150 mm² 8 rzschlussstrom in ka 7 Zweipol. Ku 6 5 Grenze Anregeverlässlichkeit 40 MVA Transformator Grenze Anregeverlässlichkeit 20 MVA Transformator Ik" 20 MVA Trafo Ik" 40 MVA Trafo In 20 MVA Trafo Länge in km Anregeverl. 20 MVA Trafo In 40 MVA Trafo Anregeverl. 40 MVA Trafo Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 11 Transformator-Distanzschutz als Anlagen- und Reserveschutz fav Z l/km / SK"5 GVA 110-kV-Netz /1A /1A 95 mm² Al/St UnomTr110/21/21 kv 1,8 16,5 33 *) STr31,5/20/20 (40/25/25) MVA UZ8% *) bei IA 320 A 1,1Ltg. ZLtg. 16,5, Ltg. 50 Reichweite der I > - Anregung 95 mm² Al/St ,6 InomTr , InomTr ZLast 11, 0 bis 27 Lastbereich 1,8 2,5 5 0,85 RLast RLast 1,25 RLtg.+2 R/ Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 12 6

7 Transformator-Distanzschutz als Anlagen- und Reserveschutz Einstellwerte der R--Anregung 1 ) Bei Mittel-/Endstellung des Reglers bei minimaler Stufenspannung (19 Trafostufen) 6 ) Parameter ist nur fabrikabhängig vorhanden Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 13 Reserveschutzkonzeption in Umspannwerken 110kV I t Tr.101 Id t Z Mittelspannung Bild 48: Schalterversagerschutz (SVS) am Transformator I Z I [E2] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 14 7

8 Schutzsystem 110-kV-Transformator 110 kv -F303 -F300 I *1) -F302 Id *2) Optionen Frequenzschutz Spannungsschutz Schalterversagerschutz Rückleistungsschutz Überlastschutz Empfindlicher Erdfehlerschutz U 0 *3) Z I -F301 *3) Bez. Schutz OS-Seite US-Seite Uh1 Uh2 Aus-1 Aus-2 Uh1 Aus-1 -F300 UMZ OS *1) *1) -F301 UMZ (DIST) US *3) -F302 Differentialschutz *2) -F303 Buchholzschutz *4) Mittelspannung Bild 40: Schutz eines Transformators von 1 MVA bis 100 MVA *1) Wandlerstrom-, Kondensatorgerät oder von 2. Batterie versorgt *2) Differenzialschutz ab Transformatorleistung 5 MVA *3) Unverzögert oder verzögert (Schalterversagerfunktion) *4) Falls keine 2. Batterie vorhanden an U h 1 anschließen [E2] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 15 Beispiele für Schutzeinrichtungen in Abhängigkeit der Transformatorleistung bis 630 kva bis 1000 kva bis 10 MVA bis 100 MVA Zweiwickler bis 100 MVA Dreiwickler ab 100 MVA HH-Sicherungen OS Überstromzeitschutz OS Distanzschutz OS Überstromzeitschutz MS Distanzschutz MS Überstromzeitschutz US Distanzschutz US Übertemperatur 1. St. *) O O Übertemperatur 2. St. *) Buchholzschutz Überw. Stufenschalter Differenzialschutz ab 5 MVA *) Meldung und ggf. Auslösung - Einsatz üblich OS - Oberspannungsseite MS - Mittelspannungsseite US - Unterspannungsseite O - wahlweiser Einsatz [E2] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 16 8

9 Beispiel für DC-Anlage Zur 0,4 kv-ac-verteilung 1 Zur 0,4 kv-ac-verteilung 2 ~ ~ A 220 V Batterie V Batterie 2 A V M M V A A V SYM ED V SYM ED U> U< U> U< beide Schaltgeräte im Normalbetrieb geöffnet ~ ~ [E2] [E2] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 17 Beispiel für DC-Anlage Überwachung Überwachung U ~ ~ NK DC-Anlage 1 Diodenkuppl. NL DC-Anlage 2 Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 18 9

10 Schutzkonzepte Beispiel 110-kV-Transformator -Q6 -T101 E01 - Q0 -T1 -Y1 -Y2 CF050A CF050B CF061 -F311 I > I >> -F321 I d I od CF050B -L21 -T5 -T1 -F301 Z < analog J05 -R21 -T90 -F311 I o > -Q0 -T1 -Q0 J01 -F301 Z J05 Tr 101a J15 Tr 101b NK DC-Anlage 1 NL DC-Anlage 2 Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 19 Q-U-Schutz: Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz Bei Absinken und Verbleib der Spannung am Netzanschlusspunkt auf unter 85 % der Bezugsspannung und gleichzeitigem iti Blindleistungsbezug i muss die Erzeugungsanlage mit einer Zeitverzögerung von 0,5 s vom Netz getrennt werden. Bezugsspannung im Hoch- und Höchstspannungsnetz ist U n, in Mittelspannungsnetzen U c Der Spannungswert bezieht sich auf den größten Wert der verketteten Netzspannungen, d.h. dass alle drei Spannungen 085U 0,85 U c unterschreiten müssen. [Q-U] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W

11 Q-U-Schutz: Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz Freigabestrom: 0,1 In Kennlinienneigung φ 3 Q-Schwellwert: 0,05 S A [Q-U] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 21 Q-U-Schutz: Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 22 [Q-U] 11

12 Wiederzuschaltbedingungen Q-U-Schutz [Q-U] Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W. 23 Beispiel einer Anlage, wie sie nie ans Netz gehen dürfte 110-kV-Ltg K Z< Q U< K Z< Q U< L L Tr 101 I d Tr 102 I d So wurde die Anlage mit Herstellerbescheinigung und angeblicher Prüfung übergeben Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W

13 Schutzkonzepte Weitere Schwerpunkte einer Schutz von 110-kV-SF 6 -Anlagen Kupplungsschutz Empfehlungen und Richtlinien [E1] Bergauer,G.; Fischer,W.; Hauschild,J.; Hinz,K.; Hupfauer,H.; Hübl,I.; Kühn,H.; Nowak,W.; Roth,H.; Sack,H.; Wührmann,B.: Richtlinie für digitale Schutzsysteme. 1. Auflage 2003, VDN/VEÖ. [E2] Leitfaden zum Einsatz von Schutzsystemen in elektrischen Netzen. VDE-FNN / VEÖ. Ausg. September [E12] Richtlinie für den Sammelschienenschutz. 3. Auflage 2001 und Anregeprobleme beim Reserveschutz. Ausg. Juni VDEW/VEÖ. [E22] PEHLA Richtlinie Nr. 4. Empfehlung für die Anwendung von VDE 0670, Teil 601/9.84 oder IEC 298 (1981) Appendix AA für die Prüfung des Verhaltens von metallgekapselten Hochspannungs- Schaltanlagen bei inneren Lichtbögen (Störlichtbögen). [E33] Albrecht,E.W.: Effektive Staffelung von Überstromzeitrelais. OMICRON Anwendertagung [E33] Albrecht,E.W.: Effektive Staffelung von Überstromzeitrelais. OMICRON Anwendertagung at/de/support/customer/appnotes/03-awt/ awt/ [E36] Herrmann.H.-J.; Ludwig,A.; Föhring,H.; Kühn,H.; Oechsle,F.: German Practice of Transmission System Protection. CIGRE bis 12, 2007 October 15-20, Madrid, 306 German Transmission Protection.pdf [E37] Hinz,K.; Schossig,W.: Schutzkonzepte für 110-kV-/MS-Anlagen der Verteilnetzbetreiber. OMICRONcamp Anwendertagung Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W

14 Empfehlungen und Richtlinien [P4] Mittelspannungsschutz mit AWE und Steuerung. S , Applikations-Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte. SIEMENS 2005, E50001-K4451-A101-A1, [P11] Realisierung eines gerichteten Überstromzeitschutzes mit SIPROTEC 7SA6. S , Applikations-Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte. SIEMENS 2005, E50001-K4451-A101-A1, [P21] Einfacher Sammelschienenschutz durch rückwärtige Verriegelung. S , Applikations- Beispiele für SIPROTEC-Schutzgeräte. SIEMENS 2005, E50001-K4451-A101-A1, [MS-EZ] Technische Richtlinie Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. Richtlinie für Anschluss und Parallelbetrieb von Erzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz. Ausgabe Juni 2008, bdew, Ergänzung 01 [Q-U] Lastenheft Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz. FNN Ausgabe Februar Darmstadt, Mai 2011 OMICRONcamp Hinz, K. / Schossig, W