for systems of range A N = 1 ka für Netze des Bereichs A (1 kv < U m < 12 kv), i s N = 1 ka

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1 Überspannungsbegrenzer 3EF3 für Netze des Bereichs A (1 kv < U m < 12 kv), i s N = 1 ka Surge Limiter Type 3EF3 for systems of range A (1 kv < U m < 12 kv), i s N = 1 ka Betriebsanleitung Bestell-Nr.: E Operating instructions Order-No.: E Siemens Aktiengesellschaft Alle Rechte vorbehalten. Siemens AG 1999 Siemens Aktiengesellschaft All rights reserved. Siemens AG E 3E-D0000/032 1

2 Inhalt Contents 05 Vorschriften und Bestimmungen 05 Standards and specifications 10 Leistungsschild 10 Rating plate 15 Aufbau und Wirkungsweise 15 Design and mode of operation 20 Montage 20 Installation 25 Entsorgung 25 Disposing 30 Instandhaltung 30 Maintenance Der Hersteller dieses Überspannungsableiters Siemens AG, Bereich Energieübertragung und -verteilung, Geschäftsgebiet Hochspannung hat ein Qualitätsmanagement gemäß DIN ISO 9001 / EN Qualitätssicherungssysteme Modell zur Darlegung der Qualitätssicherung in Design/Entwicklung, Produktion, Montage und Kundendienst eingeführt und wendet es an. Der Nachweis wurde der DQS (Deutsche Gesellschaft zur Zertifizierung von Qualitätsmanagement-Systemen) erstmalig 1989 erbracht. Die elektrischen Prüffelder des Herstellers sind seit 1992 vom Deutschen Akkreditierungs Rat nach DIN EN akkreditiert. The manufacturer of this surge arrester Siemens AG, Power Transmission and Distribution, Group High Voltage Division has introduced and applies a quality system in accordance with DIN ISO 9001 / EN Quality systems: Model for quality assurance in design, development, production, installation and servicing. This system was first demonstrated in 1989 to the DQS (German Association for the Certification of Quality Systems). The electrical testing laboratories of the manufacturer have been certified since 1992 by the German Accreditation Body in accordance with DIN EN Wenn Sie weitere Exemplare dieser Betriebsanleitung benötigen, bestellen Sie diese bitte über die zuständige Siemens-Vertretung unter Angabe der auf der Titelseite angegeben Bestell-Nr. und des Titels. If you require further copies of the operating instructions, please order them from the appropriate Siemens office, indicating the title and order number shown on the title page. Herausgegeben von: Published by: Siemens AG EV HBA D Berlin Bei Rückfragen: Siemens AG EV HBA D Berlin In case of request: Vertrieb / Fax / Änderungen vorbehalten Sales +49 (0)9131 / Fax +49 (0)9131 / Subject to change. Printed in the Federal Republic of Germany AG PB De-En E 3E-D0000/032

3 Die Überspannungsbegrenzer 3EF3 sind Innenraumgeräte. Sie sind für den Einsatz in Kabelnetzen zum Schutz von Hochspannungsmotoren bestimmt. Bei Schaltgeräten, deren Schaltstrecke sich nach dem Nulldurchgang äußerst schnell wieder verfestigt, kann es zur Bildung von Überspannungen kommen. Die Überspannungsbegrenzer 3EF3 verhindern, daß diese Überspannungen so hoch werden, daß sie die Wicklungen von Hochspannungsmotoren und Trockentransformatoren gefährden. Jede anderweitige Nutzung ist unzulässig, sofern nicht dafür die ausdrückliche Zustimmung der Siemens AG eingeholt wurde. Surge limiters 3EF3 are indoor apparatus. They are used in cable networks to protect H.V. motors. With switchgear, whose insulating capacity is re-established extremely fast after the wave has passed zero, surge voltages can occur. The surge limiter 3EF3 prevents these surge voltages from reaching values which could endanger the windings of H.V. motors and H.V. dry-type transformers. Any other use is forbidden, unless the express consent of Siemens AG has been obtained. 05 Vorschriften und Bestimmungen 05 Standards and specifications Der Überspannungsbegrenzer 3EF3 entspricht folgenden Vorschriften und Richtlinien: DIN VDE 0675 Teil 4/05.95: Richtlinien für Überspannungsschutzgeräte Ventilableiter für Wechselstromnetze DIN VDE 0675 Teil 2/8.75 Überspannungsschutzgeräte: Anwendung von Ventilableitern für Wechselstromnetze IEC Publikation 99-1 (1991): Non-linear resistor type arresters for AC systems 3EF3 surge limiters conform to the following specifications and guidelines: DIN VDE 0675 part 4/05.95: Guiding principles for overvoltage protective Nonlinear resistor-type lightning arresters for alternating voltage networks. DIN VDE 0675 part 2/8.75 Guiding principles for overvoltage protective devices Use of non-linear resistor-type lightning arresters for alternating voltage networks. IEC Publikation 99-1 (1991): Non-linear resistor type arresters for AC systems 10 Technische Daten 10 Technical Data Die Notwendigkeit der Verwendung von Überspannungsbegrenzern wird bei Siemens-Schaltgeräten in der Betriebsanleitung angegeben. Es handelt sich um Schaltgeräte, die auf Grund ihres Löschprinzips unter besonderen Verhältnissen Schaltüberspannungen erzeugen können, die begrenzt werden müssen. Solche Geräte können Vakuumschütze und bestimmte Gas-Schalter sein. The requirement for using surge limiters in connection with Siemens switchgear is mentioned in the operating instructions. There are switchgear types which due to their extinguishing method may produce switching overvoltages in special situations, which have to be limited. For instance vacuum contactors and certain gas-type breakers can be of that switchgear type E 3

4 Typ Type 3EF EF EF Bemessungsspannung U r (Effektivwert) Rated voltage Ur (r.m.s. value) 7.2 kv 12 kv 12 kv Dauerspannung Uc Continous operating voltage Uc 100 %-Ansprech-Blitzstoßspannung U as100 (Welle 1,2/50) Standard lightning impuls sparkover voltage Uas100 (wave 1,2/50) Restspannung bei Stoßstrom 0,5 ka (Welle 8/20) Residual voltage at 0,5 ka impulse current (wave 8/20) Gewicht Weight Anschluß mit Gewindebolzen an Erdseite Connection with threaded bolts on earth side 6.1 kv 10.2 kv 8.2 kv 15 kv 25 kv 20 kv 15 kv 25 kv 20 kv ca. 4 kg ca. 5 kg ca. 5 kg M10 M10 M10 Die Bemessungsspannung ist die höchste zulässige betriebsfrequente Spannung, die im Erdfehlerfall am Einbauort des Überspannungsbegrenzers auftreten darf. Die Dauerspannung ist die höchste dauernd zulässige betriebsfrequente Spannung gegen Erde, die im Betrieb am Einbauort des Überspannungsbegrenzers auftreten darf. Hinweis Ist das Kabelnetz mit Freileitungen verbunden, muß an jeder Übergangsstelle ein Satz Überspannungsableiter, z. B. die Siemens- Fabrikate 3EK... oder 3EG..., eingebaut sein. Soll das Isoliervermögen einer Anlage, welche Überspannungsbegrenzer enthält, mit Wechselspannung oder Stoßspannung geprüft werden, vorher sämtliche eingebauten Überspannungsbegrenzer entfernen, weil sie sonst zerstört werden. The rated voltage is the max. permissible power-frequency voltage which may occur at the mounting position of the limiter in case of earth fault. The continuous operating voltage is the max. continuously permissible power-frequency voltage to earth which may occur at the mounting position of the limiter during service. Note If the cable network is connected to overhead lines, a set of lightning arresters has to be installed at each transition point, e.g. Siemens type 3EK... or 3EG... If the insulating capacity of a switchboard equipped with surge limiters is to be tested with impulse withstand and power frequency voltage, remove all installed surge limiters before as they will be destroyed otherwise EF I N 1 ka U C 10,2 kv PR - CL. A U R 12 kv K Typ 2 Hersteller 3 Kurzzeichen für Herstellerwerk (K=Schaltwerk Hochspannung Berlin) und Baujahr 4 Bemessungsspannung 5 Nennableitstoßstrom 6 Dauerspannung 7 Druckentlastungsklasse 1 Type 2 Manufacturer 3 Abbreviation of factory (K=Schaltwerk Hochspannung Berlin) and year of manufacture 4 Rated voltage 5 Nominal discharge current 6 Continous operating voltage 7 Pressure-relief class Fig. 1 Leistungsschild Fig. 1 Rating plate E

5 l 15 Aufbau und Wirkungsweise 15 Design and mode of operation Die äußere Hülle des Überspannungsbegrenzers 3EF3 besteht aus einem Isolierstoffrohr. Der elektrisch aktive Teil des Gerätes setzt sich aus in Reihe geschalteten spannungsabhängigen Metalloxid-Widerständen zusammen und ist in dem Isolierstoffrohr untergebracht. Das Isolierstoffrohr ist auf der einen Seite durch einen Deckel und auf der anderen Seite durch eine Aluminiumkappe mit Druckentlastungseinrichtung verschlossen. Für den elektrischen Anschluß sind zwei aus dem Gerät hervorstehende Gewindebolzen M10 vorhanden. The 3EF3 surge limiter is enclosed by a tube of insulating material. Its electrical part consists of a spark-gap in series with a non-linear series resistor. The tube is closed off by a cover at one end and by an aluminium cap with pressure relief device at the other. Two M10 terminals are used. The insulating tube is closed on one side by a lid and on the other side by an aluminium cap with pressure-relief device. For electrical connection, there are two M10 threaded bolts which project from the device Isolierstoffrohr 2 Deckel 3 Aluminiumkappe mit Ausblasöffnung 4 Beidseitiger Gewindeanschluß M10 mit Mutter, Federring und Scheibe 5 Gegenelektrode ( Lichtbogenhorn ) 1 Insulating tube 2 Lid 3 Aluminium cap with expulsion aperture 4 M10 screw connection with nut, spring washer and plain washer at both ends 5 Counter electrode (arcing horn) Fig. 2 Überspannungsbegrenzer 3EF3 Fig. 2 Surge limiter 3EF3 Die Funkenstrecke hat eine niedrige Ansprechspannung und trennt im Normalbetrieb den spannungsabhängigen Widerstand vom Netz. Als Widerstand werden Metalloxid-Varistoren mit einer sehr stark gekrümmten Strom/Spannungskennlinie verwendet. Mit größer werdender Spannung verringert sich der Widerstandswert weit überproportional und steigt mit kleiner werdender Spannung wieder stark an. Durch diese beim MO-Varistor besonders ausgeprägte Eigenschaft werden ein niedriger Schutzpegel und eine große Stabilität im Dauerbetrieb gewährleistet. Der Überspannungsbegrenzer 3EF3 kann trotz seines hohen Energieaufnahmevermögens in seltenen Fällen überlastet werden E The spark-gap, which has a low sparkover voltage, isolates the non-linear resistor in normal operation. Metal-oxide varistors with a very sharply curved current / voltage characteristic are used as resistor. With increasing voltage, the resistance decreases superproportionally and increases again sharply with decreasing voltage. This especially pronounced property of the MO varistor assures a low protective level combined with a high degree of stability under continuous operating conditions. Despite its high energy absorption capacity the 3EF3 limiter can be overloaded in rare cases, such as the occurrence of intermittent earth faults. 5

6 Der bei größerer Überbeanspruchung im Innern des Überspannungsbegrenzers entstehende Lichtbogen erzeugt einen Überdruck, welcher die eingebaute Bruchmembran aufreißt und durch die sich ergebende Druckentlastung das Isolierstoff-Gehäuse vor Druckbeschädigung schützt. Das Auftreten des Lichtbogens ist ein eindeutiges Erkennungsmerkmal für einen Ausfall des Überspannungsbegrenzers. Die bei der Druckentlastung ausströmenden Gase werden durch die Form der Aluminiumkappe nach außen gelenkt. Dadurch kommt es zwischen der Aluminiumkappe und der Gegenelektrode zu einer Lichtbogenzündung. Der Lichtbogen brennt solange, bis der Stromkreis durch die vorgeschaltete Überstrom-Schutzeinrichtung abgeschaltet wird. Der Überspannungsbegrenzer bildet nach der Druckentlastung einen dauernden Kurzschluß. Durch Überlastung ausgefallene Überspannungsbegrenzer (erkennbar durch Abbrandmarkierungen an Aluminiumkappe und Gegenelektrode) auswechseln. Reparaturen sind nicht möglich. The arc developing inside the unit under such conditions produces a pressure which is relieved through the built-in rupture diaphragm so that the tube is not damaged. Das Auftreten des Lichtbogens ist ein eindeutiges Erkennungsmerkmal für einen Ausfall des Überspannungsbegrenzers. The gases escaping on response of the relief diaphragm are diverted outwards by virtue of the shape of the aluminium cap. As a result, arc initiation occurs between the aluminium cap and the counter electrode. The arc burns until the circuit is broken by the upstream overcurrent protective device. After pressure relief the surge limiter forms a permanent short-circuit. Limiters that have failed in this way (as shown by arc erosion marks on the aluminium cap and counter electrode) must be replaced, as they cannot be repaired. 20 Montage 20 Installation Vor dem Einbau folgende Punkte beachten: Important note: Note the following before installing Warnung Bei Nichteinhaltung der Sicherheitshinweise können Tod, schwere Körperverletzungen sowie erhebliche Sachschäden die Folge sein. Vor Beginn der Arbeiten: Warning Non-compliance with safety regulations can result in death, severe personal injury and substantial property damage. Before any work starts: Freischalten Switch off and isolate Gegen Wiedereinschalten sichern Secure against reclosing Spannungsfreiheit feststellen Verify that equipment is dead Erden und Kurzschließen Earth and short circuit the equipment Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschranken. Eine Überlastung des Überspannungsbegrenzers ist nicht auszuschließen. Dabei kann es zum Austreten des Lichtbogens kommen. Eine mögliche Personengefährdung muß durch geeignete Wahl des Einbauortes sicher ausgeschlossen werden. Die Überspannungsbegrenzer 3EF3 dürfen nur in Innenanlagen eingebaut werden. Cover or fence off nearby live parts. Overloading of a surge limiter caused by intermittent earth faults cannot be ruled out. Arcing effects outside the unit may then occur. This must be taken into account when installing a limiter. Any danger to persons must be avoided by choice of suitable installation location. The surge limiters 3EF3 are for indoor use only E

7 Die Überspannungsbegrenzer können in beliebiger Lage eingebaut werden. Der Überspannungsbegrenzer darf nicht als Stützer verwendet werden, eine Seite muß flexibel angeschlossen werden. Maximales Anzugsmoment 20 Nm. Hinweis Eine unsachgemäße Funktionsüberprüfung kann zur Gefährdung des Überspannungsbegrenzers führen. Eine Überprüfung ist nur mit Spezialgeräten möglich und sollte darum nur im Herstellerwerk erfolgen. Beim Einbau der Überspannungsbegrenzer darauf achten, daß die Mindestabstände von Spannung führenden Teilen gegeneinander oder gegen geerdete Teile nach DIN VDE 0101 nicht unterschritten werden. The surge limiter can be mounted in any position. The surge limiter must not be used as a post insulator and must be flexibly connected at one end. Max. tightening torque: 20 Nm. Note Checking of the sparkover voltage, which is only possible with special devices, may cause damage to the surge limiter and should therefore be carried out by the manufacturer. When mounting the surge limiters, make sure that the minimum distances between live parts and to earthed parts are not less than stated in DIN VDE Schalter oder Schütz 2 Überspannungsbegrenzer 3 Kabel 4 Hochspannungsmotor 1 Breaker or contactor 2 Surge limiter 3 Cable 4 HV motor Fig. 3 Schaltbild zum Einbau von Überspannungsbegrenzern Fig. 3 Wiring diagram for mounting surge limiters 25 Entsorgung von Innenraum- und Freiluft-Ableitern Der Überspannungsbegrenzer ist ein umweltverträgliches Erzeugnis. Der Wiederverwendung der Materialien ist bei der Entsorgung der Vorzug zu geben. Die Entsorgung des Ableiters ist auf der Grundlage der bestehenden Rechtsvorschriften umweltverträglich möglich. Bestandteile sind die folgenden Werkstoffe: Stahl, Kupferlegierungen, Aluminium, Gießharz- bzw. gießharzgetränkte Gewebeteile, glasfaserverstärkte Kunststoffe, Gummiwerkstoffe als Dichtungsmaterialien, Keramik (Porzellan, Metalloxid). 25 Disposal of indoor and outdoor limiters The surge limiter is an environmentally compatible product. In disposal, priority must be given to reuse of the materials. Environmentally acceptable disposal of the arrester is possible in line with current legislation. The following materials have been used to make up the device: Steel, copper, aluminium, PTFE, cast resin or cast-resin-impregnated fabric, glass-fibre-reinforced plastics, rubbers for sealing, ceramics (porcelain, metal oxide) E 7

8 Die Verwertung kann als Mischschrott oder, durch weitestgehende Demontage umweltgerechter, als Sortenschrott mit Mischschrott-Restanteil erfolgen. Die Ableitwiderstände aus Metalloxid (MO) sind als haushaltsähnlicher Industrieabfall (nicht als Bauschutt) zu entsorgen. Im Lieferzustand durch Siemens sind keine Gefahrstoffe im Sinne der für das Gebiet der Bundesrepublik Deutschland gültigen Gefahrstoffverordnung vorhanden. Für den Betrieb außerhalb der Bundesrepublik Deutschland sind die entsprechenden örtlichen Gesetze und Vorschriften zu beachten. Die örtlichen Kundendienststellen stehen für die Beantwortung von Entsorgungsfragen jederzeit zur Verfügung. The device can be recycled as mixed scrap, or, if it is dismantled as far as possible, in a more environmentally acceptable way as sorted scrap with a mixed-scrap residual portion.the arrestor resistors of metal oxide (MO) should be disposed of as industrial waste similar to domestic garbage (not as building rubble). In as-supplied-by-siemens state, the device incorporates no hazardous substances in the sense of the pertinent regulations in Germany. If the device is to be operated outside Germany, the locally applicable laws and regulations must be followed. Local customer support offices will be able to answer any questions concerning disposal. 30 Instandhaltung 30 Maintenance Die Überspannungsbegrenzer sind wartungsfrei. Durch Überlastung ausgefallene Überspannungsbegrenzer müssen ausgewechselt werden. Eine Instandsetzung ist nicht möglich. The surge limiters are maintenance-free. Surge limiters which have failed as a result of overload must be replaced with new ones. Repair is not possible E