Elektrische Schutzeinrichtungen in Industrienetzen und -anlagen

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Lukas Kruse
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1 PD Dr.-Ing. habil. Holger Schau Dr.-Ing. habil. Adrian Haiinka Prof. Dr.-Ing. habil. Wilibald Winkler Elektrische Schutzeinrichtungen in Industrienetzen und -anlagen Grundlagen und Anwendungen Hüthig & Pflaum Verlag München/Heidelberg

2 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Gestaltung industrieller Netze und Anlagen Besonderheiten von Industrienetzen Netzstrukturen und Betriebsmittel Spannungsebenen und Kurzschlussleistungen Sternpunktbehandlung Aufgaben der Schutzeinrichtungen Anforderungen an die Schutzeinrichtungen Grundsätzlicher Aufbau von Schutzsystemen 23 2 Typische Fehlerarten im Industrienetz und seinen Betriebsmitteln Kurzschlüsse Erdschlüsse Lichtbogenfehler Thermische Überlastungen Unsymmetrische Belastungen und Leiterunterbrechungen Spannungserhöhungen und -einbräche Spannungserhöhungen Spannungseinbrüche Wirkleistungsdefizit Weitere Fehler und Störungen 42 3 Grundsätzliche Fehlererfassungskriterien Überstrom Stromdifferenz Spannung Betriebsfrequente Überspannung Verlagerungsspannung Unterspannung, Impedanz Leistungsrichtung Frequenz und Frequenzgradient Erfassung von Lichtbögen als Kriterium für innere Fehler Weitere Schutzkriterien 56

3 8 Inhaltsverzeichnis 4 Messwandler und Messsensoren für Schutzzwecke Allgemeines Schutzstromwandler Wandlerklassen 5P und 10P Wandlerklassen TPX, TPY, TPZ und TPS Stromwandlerschaltungen Kabelumbauwandler Mischwandler Schutzspannungswandler Wandlerklassen Spannungswandlerschaltungen Messsensoren Stromsensoren Spannungssensoren 73 5 Schutztechnische Messgrößenverarbeitung Analoge Messverfahren und Geräteausführungen Einführung Sicherungen und/ S -Begrenzer Überstromauslöser Elektromechanische Schutzrelais Elektronische Relais Multifunktionale analog-elektronische Schutzeinrichtungen Digitale Messverfahren und Geräte Einleitung Grundstruktur und Funktionsablauf Analog-digitale Messwertaufbereitung Digitale Signalverarbeitung Gerätetechnische Ausführung 98 6 Motorschutz Schutz von Hochspannungs-Asynchronmotoren Fehlerarten und Schutzfunktionen Umfang der Schutzfunktionen Kurzschlussschutz Erdschlussschutz Schieflastschutz Ständerüberlastschutz 110

4 Inhaltsverzeichnis Läuferüberlastschutz Unterspannungsschutz Unterstromschutz Schutz von Hochspannungs-Synchronmotoren Schutz von Niederspannungs-Asynchronmotoren Schutzmittel und Schutzumfang Mögliche Ausführungsvarianten Schutz von Gleichstrommotoren Transformatorschutz Fehlerarten und Schutzfunktionen Kurzschluss-und Erdkurzschlussschutz Differentialschutz Distanzschutz Überstromzeitschutz Sicherungen Buchholzschutz Thermischer Überlastschutz Übererregungsschutz Schutz von industriellen Sondertransformatoren Schutz von Kabelleitungen Schutz von Hochspannungs- und Mittelspannungskabeln Fehlerarten und Schutzfunktionen Kurzschluss-und Erdkurzschlussschutz Erdschlussschutz Thermischer Überlastschutz Schutz von Niederspannungskabeln Generator- und Blockschutz Fehlerarten und Schutzfunktionen Ständererdschlussschutz Generatoren im Sammelschienenbetrieb Generatoren in Blockschaltung Kurzschlussschutz Differentialschutz Impedanzschutz Überstromzeitschutz 173

5 10 Inhaltsverzeichnis 9.4 Windungsschlussschutz..; Läufererdschlussschutz Schieflastschutz Überlastschutz Untererregungsschutz Übererregungsschutz Rückleistungsschutz Spannungssteigerungsschutz Frequenzschutz Zuordnung der Auslösesignale von Schutzeinrichtungen zu den Schaltgeräten und Stelleinrichtungen Sammelschienenschutz Einleitung Stromdifferentialschutz Stromrichtungsvergleichsschutz Schalterversagerschutz Rückwärtiger Verriegelungsschutz Lichtbogenschutz Ursachen und Entstehung von Lichtbogenkurzschlüssen Auswirkungen von Störlichtbögen Primäre und sekundäre Wirkungen von Störlichtbögen Strombegrenzungswirkung von Störlichtbögen Abhängigkeit der Lichtbogenwirkungen von der Lichtbogenenergie Berechnung der Lichtbogenkenngrößen Schutzziele und Kategorien des Schutzes Prinzipielle Maßnahmen des Lichtbogenschutzes Schutzprinzipien Aktiver Schutz: Verhinderung von Störlichtbögen Reaktiver Schutz: Begrenzung der Lichtbogenwirkungen Schutzkonzepte und spezielle Schutzeinrichtungen Primärschutz: Kurzschlussselektivschutz Zulässige Kurzschlussdauer Sekundärschutz Lichtbogenschutzsysteme 232

6 Inhaltsverzeichnis Schutz von Leistungskondensatoren und Kondensatoranlagen Fehlerarten und Schutzanordnungen Überlast-und Kurzschlussschutz Erdschlussschutz Unsymmetrieschutz Überspannungsschutz Überdruckschutz Wiedereinschaltsperre Schutz weiterer Betriebsmittel Schutz von Strombegrenzungs-Drosselspulen Schutz von Sternpunkt-Erdungseinrichtungen Schutz von Stromrichtern Automatische Schalteinrichtungen Netzentkupplung Netzentlastung Sammelschienen-Schnellumschaltung Allgemeines Schnellumschalteinrichtungen 262 Anhang 269 Anhang 1 Schaltzeichen 269 Anhang 2 Schutzgerätebezeichnungen nach IEC und IEEE-ANSI 271 Literaturverzeichnis 273 A Fachbücher und Dissertationen 273 B Fachaufsätze und Firmenbroschüren 274 C Normen und Richtlinien 282 Stichwortverzeichnis 285

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