8 Transformatorenschutz

Transkript

1 8 Transformatorenschutz 8.1 Buchholz- und Hermetik-Schutz Das Buchholzrelais ist zwischen dem Ölkessel und dem Ölausdehnungsgefäß eingebaut. Der Pfeil am Buchholzrelais muss zum Aus dehner zeigen und das Rohr muss ebenfalls zum Ausdehner hin eine Steigung von 1 bis 3 haben. Der Buchholzschutz spricht an bei all mählichem Ölverlust infolge Undichtigkeit, Verringerung des Ölvolumens bei Temperatursturz oder Gasbildung bei stromschwachen Fehlern (Warnung) bzw. beim Auftreten eines Ölschwalles bei stromstarken Fehlern oder akutem Ölverlust (Auslösung). Hat der Transformator einen Stufenschalter, so ist dieser mit einem separaten Buchholz (oftmals als Einschwimmerrelais) versehen. Auch dieser wirkt mit seiner Auslösung auf die ober- und mittel- bzw. unterspannungsseitigen Leistungsschalter. Verschiedene Buchholzrelais sind nach dem Ansprechen bei einem Fehler oder einer Prüfung in ihrer Auslösestellung arretiert. Vor der Wiederzuschaltung muss dieser Zustand durch Betätigung der Taste in Betrieb aufgehoben werden. Ansonsten kommt es bei einer Einschaltung zur sofortigen Wiederauslösung. n einem Schauglas ist zu erkennen, ob Gasbildung erkennbar an der weißen bis gelblichen Farbe oder ein Lichtbogen erkennbar an der schwarzen oder grauen Farbe vorliegt. Genauere nformationen ergeben eine chemische Gasanalyse. Die Auslösezeiten liegen bei 50 bis 100 ms. Während in Ortsnetzstationen in der Regel auf einen Buchholzschutz verzichtet wird, kommt er bei Transformatoren aller Leistungen in Gesellschaftsbauten Transformatoren ab 50 kva in Anlagen unter Tage sowie in explosionsgefährdeten bzw. explosivstoffgefährdeten Bereichen Transformatoren im Eigenbedarf ab 250 kva ohne Sicherungen und Transformatoren > 630 kva grundsätzlich zum Einsatz. 98

2 Bild 8-1 Buchholz- und Hermetikschutz-Schaltzeichen Sind auf der Oberspannseite des MS/NS-Transformators Sicherungen vorhanden, kann die Auslösung durch den Buchholzschutz auch mit 230 V AC vorgenommen werden. n den letzten Jahren werden Transformatoren mit hermetisch geschlossener Ausführung in den Verteilernetzen eingesetzt. Ein spezieller Hermetikschutz spricht bei Ölverlust oder unzulässiger Gasbildung an. 8.2 Differenzialschutz Arbeitsweise Der Differenzialschutz vergleicht in einem Brückenzweig den in das Schutzobjekt hineinfließenden mit dem aus ihm wieder herausfließenden Strom. m Bild 8-2 ist das Prinzip bei einem angenommenen Transformatorübersetzungsverhältnis von 1:1 dargestellt. Bei einem außerhalb des Diff.-Bereiches auftretenden Fehler (z. B. im Leitungsabgang = J01) ist der im Auslösesystem A fließende Strom (ebenso wie bei Betriebslast) d = i 1 i 2 0. Dagegen addieren sich bei einem innenliegenden Fehler die Ströme im Auslösesystem A, d.h. d = i 1 + i 2. Der Differenzialschutz erfasst Fehler an allen Betriebsmitteln, die zwischen den ober- und unterspannungsseitigen Stromwandlern eingebaut sind oder Störungen an den Wandlern selbst (Bild 8-3). Beim ungestörten Transformator treten bei Betriebslast bzw. beim außenliegenden Fehler unerwünschte Falschströme im Brückenzweig auf. Die Ursachen hierzu sind begründet durch: 99

3 a) os =E01 us =J05 =J01 i 1 i 2 -F321 A i 1 i 2 0 H b) =E01 os us =J05 =J01 i 1 i 2 -F321 A i 1 +i 2 c) -F321 d H Bild 8-2 Differenzialschutz Prinzip: a) Arbeitsweise bei außenliegendem Fehler b) Arbeitsweise bei Fehler innerhalb c) Schaltzeichen 100

4 =E01 -F1 Tr 101 -T 101 -Z2 -F321 d Messbereich Abschaltbereich -Z1 -T5 =J05 Legende: =E kV-Schaltfeld 1 =J05 20-kV-Schaltzelle 5 F1 Überspannungsableiter F321 Diff.-Relais Q0 Leistungsschalter T1 Stromwandler T5 Spannungswandler T101 Transformator Z Endverschluss Bild 8-3 Differenzialschutz Bereich 101

5 d nom Tr 10 9 d >> nom Tr 8 Fehlerkennlinie 7 6 d > an nom Tr Auslösen m2 Sperren m Legende: m1 Steigung 1 m2 Steigung } zur Falschstromstabilisierung d > an Ansprechwert bei Haltesstrom = 0 d >> Ansprechwert der Hochstromstufe ohne weitere Stabilisierung nom Tr Bild 8-4 Auslösekennlinie beim Differenzialschutz 102

6 den nur in der Primärwicklung fließenden Magnetisierungsstrom, die nicht genau an die Transformatornennströme angepassten Stromwandler, dies gilt insbesondere für die Änderung des Übersetzungsverhältnisses durch den Stufenschalter und Betrags- und Winkelfehler der Stromwandler. Zur Vermeidung von Fehlauslösungen muss die Auslösekennlinie oberhalb der Summe der Falschströme liegen (Bild 8-4). Dies wird erreicht, indem der Ansprechwert entsprechend hoch eingestellt wird und bei einem Vielfachen des Nennstromes eine Falschstromstabilisierung einsetzt. Letzteres geschieht, indem dem Falschstrom ein Haltestrom, gebildet aus i 1 + i 2, entgegenwirkt. Desweiteren kommt es beim Einschalten eines Transformators zum Einschaltstromstoß. Dieser sogenannte Rush-Effekt führt zum Auftreten eines Vielfachen des Nennstromes auf der zuschaltenden Seite, der sich im Relais voll als Diff.-Strom zeigt. Bei älteren elektromechanischen Relais musste deshalb die Auslösung bis zum Abklingen des Einschaltstromes verzögert werden. Modernere Relais werten die beim Einschalten eines Transformators auftretende zweite Harmonische aus und sperren bei Überschreitung eines bestimmten Wertes des 100-Hz-Stromes zum 50-Hz-Strom die Auslösung. Der Rush-Effekt tritt auch beim Fortschalten eines Fehlers im vorgeordneten Netz und sogar beim Zuschalten eines parallelen Transformators auf, wenn beide Transformatoren über die gleiche Zuleitung versorgt werden. Dieser sympathetic inrush wird hervorgerufen durch das Gleichstromglied des eigentlichen Rush-Stromes, welcher am ohmschen Widerstand der Zuleitung eine Gleichspannungskomponente bewirkt, die den Fluss im schon im Betrieb befindlichen Transformator in Sättigung bringt. Dies kann u. U. zum Fehlauslösen eines bereits in Betrieb befindlichen Transformators beim Einschalten eines weiteren Transformators führen. Beim elektromechanischen Schutz ist aus folgenden Gründen der Einsatz von Zwischenwandlern erforderlich: 103