FITformer REG. siemens.de/energy/fitformer-reg. Der regelbare Ortsnetztransformator

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1 siemens.de/energy/fitformer-reg FITformer REG Der regelbare Ortsnetztransformator Hauptmerkmale FITformer REG 2.0: Flüssigkeitsgefüllter Verteiltransformator Leistungsbereich bis 60 kva Max. Betriebsmittelspannung: 6 kv Unterspannungs-Lastregelbereich in drei Stufen Betriebseigenschaften und Abmessungen entsprechen denen gängiger Ortsnetztransformatoren Zusätzlich oberspannungsseitiger Einstellbereich für optimalen Betrieb Isolierung mit alternativer Flüssigkeit (Ester oder Silikonöl) möglich Die Herausforderung: bidirektionaler Energiefluss Dezentrale Stromerzeugung aus erneuerbaren Quellen sorgt für einen immer komplexeren Energiefluss in den Versorgungsnetzen im Niederspannungsbereich. Auf Grund ihrer steigenden Wirtschaftlichkeit werden Windkraftund Photovoltaik-Anlagen gerade in ländlichen Gebieten immer attraktiver und die Netzbetreiber stehen vor der wachsenden Herausforderung, die Spannung konstant zu halten. Zum Aufbau einer leistungsfähigen und zeitgemäßen Netzinfrastruktur wird ein effizientes, leistungsfähiges und vor allem anpassungsfähiges System benötigt. Es muss Strom-Erzeuger und Strom-Kunden, aber auch so genannte Prosumer (zugleich Stromkunden und -erzeuger) berücksichtigen, denn ihre Lastabnahmen, ihre Stromeinspeisung und ihre Speichermöglichkeiten fluktuieren mitunter stark.

2 Grafik 1 Herausforderung der maximalen Spannungsdifferenz zwischen Starklast- und Schwachlast-Fall an einem Knoten Grafik 2 Der regelbare Ortsnetz-Transformator regelt die Spannung am Einspeiseknoten und reduziert damit die Spannungsdifferenz Maximale Spannungsdifferenz zwischen Starklast- und Schwachlast-Fall an einem Knoten: Herausforderung und Lösung durch FITformer REG 2.0 Integration erneuerbarer Energien leicht gemacht Um Netzstabilität zu erreichen, ohne kostenintensive Maßnahmen zum Netzausbau treffen zu müssen, genügt der Einsatz des regelbaren Ortsnetztransformators FITformer REG 2.0. Der regelbare Ortsnetztransformator FITformer REG 2.0 von Siemens kann sein Übersetzungsverhältnis unter Last anpassen. So stellt er die dezentrale Einspeisung von Kleinerzeugungskraftwerken sicher. Gleichzeitig hilft er dem Energieversorger, im zulässigen Spannungsband zu bleiben, ohne die Norm EN zu verletzen. Hierzu verfügt er über drei Unterspannungsanzapfungen, die im hermetisch verschlossenen Wellwandkessel zur Regeleinheit direkt am Transformator geführt sind. Alle gewohnten Anschlüsse sowie der Oberspannungsanzapfungsbereich zur lastfreien Änderung der Übersetzung bleiben bestehen. Die Betriebseigenschaften und Abmessungen entsprechen gängigen Ortsnetz Transformatoren. Alternativ zu herkömmlichem Mineralöl ist auch die Isolierung mit umweltfreundlichen, biologisch abbaubaren Ester- oder Silikonölen möglich. Durch unterschiedliche Betriebszustände kann die Spannung im Netz stark variieren. Dabei bilden Starklast ohne dezentrale Einspeisung und Schwachlast mit maximaler dezentraler Einspeisung die Extreme. Während bei hoher Einspeisung die Spannungen deutlich erhöht sind, reduzieren sie sich im Starklastfall. Die Herausforderung für den Netzbetreiber liegt in der maximalen Spannungsdifferenz zwischen beiden Fällen, d. h. der maximalen Differenz an einem Knoten zwischen Starklast- und Schwachlast-Fall, z. B. aufgrund von Photovoltaik. Der Ortsnetztransformator FITformer REG 2.0 regelt in diesem Fall die Spannung am Einspeiseknoten herauf oder herab und reduziert damit die Spannungsdifferenz (siehe Grafik 2). 2

3 Aufbau der Regeleinheit 1 Gießharz-Durchführung 2 Vakuumschütze Widerstände 4 Bypass-Schütz 5 Überlastschutz 6 Sicherungen 7 Koppelrelais 8 Anschlussblock für Schnittstellen Aufbau Regeleinheit Zuverlässigkeit Dank kompakter Bauweise kein Austausch der Ortsnetzstation selbst notwendig Verluste entsprechen denen konventioneller flüssigkeitsgefüllter Verteilnetztransformatoren Vermeidung von Regelschleifen keine Sicherheitsmaßnahmen erforderlich Geringer Wartungsbedarf (keine bewegten Teile unter Öl, d. h. im Transformatorenkessel) Leichte Zugänglichkeit der Steuerungseinheit Durch den Einsatz einer Vakuum-/Luftschützkombination, der extern angebrachten Regelungs- und Steuerungseinheit sowie die insgesamt gering gehaltene Anzahl der Schaltungen ergibt sich zudem ein geringer Wartungsbedarf für den FITformer REG 2.0. Es befinden sich keine bewegten Teile im Öl und somit im Transformatorenkessel. Ölverschmutzung und höhere Wartungs-Anfälligkeit werden so vermieden. Der FITformer REG 2.0 stellt Bedienerfreundlichkeit durch die Trennung der Regelungs- von der Steuertechnik sicher. Das Herzstück des regelbaren Ortsnetz-Transformators bilden elektromechanische Schaltgeräte, die sich in einer separaten Einheit direkt am Transformatorenkessel befinden (siehe Grafik). Zum Einsatz kommt eine Vakuum-/Luftschützkombination, die sich durch hohe Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit sowie kompakte Bauform auszeichnen. Mit bis zu 5 Millionen Schaltspielen bei Bemessungs-Betriebsstrom bietet die Vakuum-/Luftschützkombination eine wesentlich höhere Lebensdauer als konventionelle Schütze.

4 Steuerungseinheit außen 1 Schloss 2 Schalter für Auto-/Manuell-/Remote-Betrieb Schalter zur höher/niedriger Stufung 4 Lampe zur Indikation der aktiven Anzapfung 5 Lampe zur Betriebsstatusindikation Aufbau der Steuerungseinheit außen Intelligenz und Bedienerfreundlichkeit Die Steuerungseinheit beinhaltet eine Speicherprogrammierbare Steuerung (SPS) und bietet leichte Zugänglichkeit sowie eine lokale Bedienung. Da die Verbindung von der Regeleinheit zur Steuerungseinheit über ein 10 m langes Kabel hergestellt ist, bietet sich die Möglichkeit der freien Installation innerhalb der Ortsnetzstation. Das zentrale Element der Steuerungseinheit ist die SPS auf Basis des vielseitig einsetzbaren Produktes SICAM CMIC. Auf Grund der technischen und mechanischen Vorzüge, wie Temperaturbereich von 40 C bis +70 C Hohe EMV-Festigkeit Kleine kompakte Abmessungen ist dieses universelle Automatisierungs- und Fernwirk gerät besonders für Verteilnetzstationen geeignet. SICAM CMIC 4

5 Steuerungseinheit innen 1 Energiemessgerät SIMEAS P55 2 Stromversorgung SICAM CMIC 4 Thermometer 5 Externe Spannungsversorgung (optional) 6 Spannungsmessung 7 Strommessung 8 Sicherungen 9 Verbindung MTC 10 Störmelde Relais 11 RS22/RS485 Medienkonverter (optional) Aufbau der Steuerungseinheit innen Vielseitigkeit von SICAM CMIC Knotenfunktionalität für den Einsatz als Fernwirk Unterstation mit seriellem und Ethernetanschluss Ankopplung weiterer Geräte über Modbus RTU Frei programmierbare Anwenderprogramme für lokale Steuerungs-, Verriegelungs- oder Regelungsaufgaben, entsprechend IEC 6111 Fernwartung, Ferndiagnose und Fernparametrierung Projektierung, Diagnose und Test über einen Webbrowser Intelligenz von SICAM CMIC Werden alle Möglichkeiten, die eine SICAM CMIC bietet, abgerufen, kann diese in drei Stufen in eine intelligente Ortsnetzstation integriert werden: 1. Überwachung/Monitoring 2. Fernwirken. Automatisierung und Lastflusssteuerung Somit ermöglicht die SICAM CMIC eine Integration des FITformer REG 2.0 in ein Smart Grid. Standardmäßig steht hierfür die Kommunikationsschnittstelle und Protokoll gemäß IEC zur Verfügung. Optional können u. a. folgende Protokolle gewählt werden: Modbus RTU, IEC , IEC , IEC 61850, DNP.0. 5

6 N 2 N 2 N A B C Eine Steuerung taktet das An- und Absteuern der Schütze: A Schütz bei Bypass wird geschlossen B Makelloses Umschalten der mechanischen Schütze ohne unerwünschte Spannungsspitzen C Bypass wird geöffnet und Transformator befindet sich in Zielstellung Prinzip einer Regelung im Niederspannungsnetz Anpassungsfähige Steuerung im Niederspannungsnetz Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus Vakuum-/ Luftschützen und Widerständen sowie einer Steuerung. Bei allen eingesetzten Bauteilen handelt es sich um zuverlässige und langjährig in diversen elektrotechnischen Anwendungen genutzte Komponenten. Die Verbindung zur Regeleinheit wird über ein Kabel hergestellt. Das Regelungsprinzip basiert darauf, dass zunächst durch das Schließen eines Schützes ein Bypass aktiviert wird (A). Der Strom fließt über den Bypass, sodass die mechanischen Schütze ohne unerwünschte Spannungsspitzen oder -einbrüche auch unter Nennlast umschalten können (B). Erst nach Erreichen der Zielstellung wird der Bypass geöffnet und somit deaktiviert (C). Regelungsmöglichkeiten Standard: Zweistufige Spannungsregelung an der Sammelschiene (Parameter für langsames und schnelles Umschalten sowie für Verzögerungszeiten) Remote: Spannungsregelung und -monitoring über serielle oder TCP/IP-basierte Kommunikation Manuell: manuelle Spannungsregelung über entsprechende Bedienelemente an der Steuereinheit Optional: zusätzliche Strommessung (genauere Bewertung des Netzzustandes hinsichtlich der Höhe der Einspeiseleistung bzw. des Lastbezuges möglich und somit Erhöhung der Genauigkeit der Regelung) Optional: Regelung auf Basis dezentraler Messungen im Niederspannungsnetz (SICAM-Produktportfolio mit übergeordneter Regeleinheit) Alternativ: externes Signal 6

7 Bei Netzausfall erfolgt ein automatischer Hochlauf (verdrahtungsprogrammiert in Nennstellung). Alle eingestellten Parameter sind auf einer Micro-Memory-Card (MMC) gespeichert, sodass auch ohne den Einsatz einer wartungsintensiven Pufferbatterie kein Datenverlust zu befürchten ist. Wirtschaftlicher Betrieb garantiert Die Kosten für den Austausch von Schlüsselkomponenten im Stromverteilungsnetz spielen neben der Funktionalität eine entscheidende Rolle. Gerade bei Neuentwicklungen und Sonderprodukten müssen hier oft neben einem höheren Kaufpreis auch Umbauten durch den Austausch sowie steigende Betriebskosten einkalkuliert werden. Der FITformer REG 2.0 kann dank seiner kompakten Bauweise in bestehende Ortsnetzstationen integriert werden. Zusätzliche bauliche Veränderungen sind nicht erforderlich. Zudem weist der FITformer REG 2.0 als einziger regelbarer Ortsnetztransformator auf dem Markt die gleichen Leerlauf- und Kurzschlussverluste auf wie konventionelle, nicht regelbare Verteilnetztransformatoren. Der verlustoptimierte FITformer REG 2.0 spielt seine Anschaffungsmehrkosten so schneller ein als vergleichbare regelbare Ortsnetztransformatoren mit zusätzlichen Verlusten. Die dreistufige Spannungsregelung auf der Unterspannungsseite hält die Anzahl der Schaltoperationen auf einem niedrigen Niveau. Dadurch entstehen keine Zusatzkosten für die Unterdrückung von Regelschleifen im Schaltprozess. 7

8 Herausgeber Siemens AG 2015 Energy Management Division Freyeslebenstraße Erlangen, Deutschland Siemens AG Transformers Katzwanger Straße Nürnberg, Deutschland Artikel-Nr. EMTR-B Dispo TH WÜ WS Änderungen und Irrtümer vorbehalten. Die Informationen in diesem Dokument enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche im konkreten Anwendungsfall nicht immer in der beschriebenen Form zutreffen bzw. welche sich durch Weiterentwicklung der Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsschluss ausdrücklich vereinbart werden. siemens.de/transformatoren