Handbuch Schutztechnik Grundlagen - Schutzsysteme - Inbetriebsetzung Obering. Wolfgang Doemeland 7., aktualisierte und erweiterte Auflage HUSS-MEDIEN GmbH Verlag Technik VDE VERLAG GMBH 10400 Berlin Berlin. Offenbach
Inhaltsverzeichnis 1 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 Einführung in die Schutztechnik.. Aufgabe.... 15 Begriffe.. Einführende Betrachtungen... 18 1.3.1 Bestimmungen zu Sc... 18 1.3.2 Wartungsaufgaben...... 18.. Zuverlässigkeit.... 1.4.1 Versorgungszuverlässigkeit 1.4.2 Schutzzuverlässigkeit... 20 Schutzfunktionen.... 21 1.5.1 Hauptschutz...... 21 1.5.2 Reserveschutz..... 21 1.5.3 Schalterversagerschutz... 23 Regeln der Technik... 23 2 2.1 2.2 2.3 2.4 Grundlagen...... 25 Der Wechselstromkreis... 25 Das Zeigerdiagramm..... 29 Das Drehstromsystem... _.._.. 32 Kurzschlussgrößen.. 35 2.4.1 Berechnung... 35 2.4.2 Mechanische Beanspruchung... 35 2.4.3 Thermische Beanspruchung 37 2.4.4 Maßnahmen zur Begrenzung..... 39 2.5 Schwingungsvorgänge in elektrischen Netzen 40 2.5.1 Oberschwingungen 41 2.5.2 Resonanzerscheinungen. 43 2.5.3 Schaltvorgänge... 45 2.5.4 Nichtlineare Sc... 46 Ansprechverhalten des Schutzes... 2.6.1 Ansprechsicherheit. 2.6.2 Ansprechselektivität. Elektromagnetische Verträglichkeit. 49
8 3 3.1 3.2 3.3 3.4 Inhaltsverzeichnis Messwerterfassung... 50 Spannungswandler... 3.1.1 Messtechnische Kennwerte 3.1.2 Betriebsverhalten... 3.1.3 Schaltungen.... 55 3.1.4 Erdung...... 58 3.1.5 Sonderausführungen.... 59 3.1.6 Prüfen der Wandler und Wandlerstromkreise... 59 Stromwandler.... 61 3.2.1 Messtechnische Kennwerte.. 3.2.2 Betriebsverhalten und Auswahl... 67 3.2.3 Schaltungen..... 3.2.4 Erdung... 3.2.5 Sonderausführungen.. 3.2.6 Prüfen der Wandler und Wandlerstromkreise. Anordnung der Strom- und Spannungswandler... 83 Fehlerkriterien im Netz und ihre Erfassung.. 85 3.4.1 Netzgestaltung.. 86 3.4.2 Sternpunktbehandlung... 3.4.3 Fehlerarten in Netzen 90 3.4.4 Ermittlung der Fehlerart.. 95 3.4.5 Ermittlung des Fehlerortes. 3.4.6 Schutzrelaisplan... 3.4.7 Staffelplan. 3.4.8 Besonderheiten der Selektivität.. 4 4.1 4.2 4.3 Relais für Schutzaufgaben..... 111 Entwicklung der Schutzrelais 112 4.1.1 Analog-mechanische Relais. 112 4.1.2 Analog-elektronische... 115 4.1.3 Digital-elektronische Relais...... 115 4.1.4 Vergleich der Generationen... 117... 117 4.2.1 Unterspannungsrelais.... 118 4.2.2 Überspannungsrelais... 119 4.2.3 Spannungsrelais zur Erdschlusserfassung... 120 122 123 4.3.3 Überstromrichtungsr 4.3.4 Hochstromrelais.... 125
Inhaltsverzeichnis 9 Abhängige Überstromrelais und -auslöser.. 130 4.4.1 Sekundärrelais. 4.4.2 Schutz in Niederspannungsschaltgeräten. 4.4.3 Überstromrelais mit IDMT-Kennlinie... 4.4.4 Sicherungen in Anlagen bis 1000 V 4.4.5 Sicherungen in Anlagen über 1 kv..... Vergleichsschutz.. 146 4.5.1 Stromdifferentialschutz..... 146 4.5.2 Spannungsdifferentialschutz... 152 4.5.3 Phasenvergleichsschutz... 4.5.4 Signalvergleichsschutz Distanzschutz... 156 4.6.1 Anregearten..... 157 4.6.2 Distanzmessung.. 160 4.6.3 Automatische Wiedereinschaltung... Buchholzschutz.... Steuer- und Meldestromkreise.. 169 Stromlaufpläne..... 170 Gleichstromversorgung... Wechselstromversorgung 5.3.1 Wandlerstromauslösung.. 175 5.3.2 Kondensatorauslösung.... 176 Auslösestromkreise.... 177 Meldestromkreise..... 181 Nachweis des Isoliervermögens..... 182 5.6.1 Nachweis durch Prüfungen..... 182 5.6.2 Nachweis durch Messungen.... 183 Inbetriebsetzung,, 184 Motorschutzsysteme..... 185 Betnebsverhalten von Motoren 185 Auswahl und Einstellung der Schutzsysteme..,,, 6.2.1 Allgemeine Auswahl... 6.2.2 Einstellung Überstromschutz 6.2.3 Überstromschutz in besonderen Betriebst 6.2.4 Anlaufüberwachung... 6.2.5 Spannungsüberwachung... 6.2.6 Thermischer Wicklungsschutz. 195 6.2.7 Weitere Schutzsysteme. 196 Inbetriebsetzung.
10 7 7.1 7.2 7.3 7.4 7.5 Inhaltsverzeichnis Transformatorschutzsysteme.. 201 Ausführung und Schaltung von Transformatoren.. 201 Betriebsverhalten der Transformatoren... 202 Auswahl der Schutzsysteme und ihre Einstellung. 206 7.3.1 Uberstromzeitschutz... 208 7.3.2 Differentialschutz 210 7.3.3 Distanzschutz... 213 7.3.4 Schutz durch Sicherungen... 215 7.3.5 Temperaturübenvachung... 217 7.3.6 Buchholzschutz.. 218 Inbetriebsetzung.. 218 Drosselspulen... 219 7.5.1 Strombegrenzungs-Drosselspulen... 219 7.5.2 Drosselspulen zur Sternpunktbehandlung.. 219 7.5.3 Kompensations-Drosselspulen 221 8 8.1 8.2 8.3 8.4 8.5 8.6 8.7 8.8 8.9 8.10 Leitungsschutzsysteme.. 223 Einfluss des Netzes auf die Auswahl. 223 Auswahl der Schutzsysteme und ihre Einstellung. 224 8.2.1 Überstromzeitschutz... 227 8.2.2 Überstromrichtungsschutz... 228 8.2.3 Distanzschutz... 229 Widerstände der Betriebsmittel 232 Aufstellen und Besonderheiten des Staffelplanes.. 241 Einsatzgrenzen des Distanzschutzes.. 249 Distanzschutz in vereinfachten Umspannwerken.. 250 Selektive Erdschlusserfassung. 253 8.7.1 Wattmetrische Erfassung... 254 8.7.2 Erfassung der Erdschlusswischer... 257 8.7.3 Fehlerortung durch Einleitung Doppelerdschluss. 259 8.7.4 Erfassung hochohmiger Fehler 259 8.7.5 Doppelerdschluss-Erfassung.. 260 Schutz für Höchstspannungsleitungen 261 Inbetriebsetzung.. 263 Fehlerortung... 265 9 9.1 9.2 Generatorschutzsysteme 267 Betriebsverhalten des Synchrongenerators. 270 Ergänzungen zu den Steuer- und Meldestromkreisen... 272
7 Inhaltsverzeichnis 11 9.3 9.4 9.5 9.6 9.7 9.8.9. 273 273 275 275 hme.. 278 Schutz gegen Überlastung und Kurzschluss...... 279 9.4.1 Überlastmeldung...... 279 9.4.2 Überstromzeitschutz... 9.4.3 Überstromrichtungsschutz.. 9.4.4 Distanzschutz. 9.4.5 Differentialschutz 282 Schutz gegen abweichende Spannungen und Frequenzen 283 9.5.1 Spannungssteigerungsschutz.. 284 9.5.2 Spannungsrückgangsschutz... 284 9.5.3 Frequenzrückgangsschutz..... 285 Erdschlussschutz...... 286 9.6.1 Ständerschutz bei Sammelschienenbetrieb... 9.6.2 Ständerschutz bei Blockbetrieb... 9.6.3 Läuferschutz.. Rückleistungsschutz... 295 Schutz für Großgeneratoren...... 296 9.8.1 Schieflastschutz...... 296 9.8.2 Untererregungsschutz,..,,,.,,. 9.8.3 100% -Erdschlussschutz.. 9.8.4 Läufererdschlussschutz..,.,.,,. 9.8.5 Polschlupfschutz... Inbetriebsetzung... 303 Schutzsysteme für weitere Betriebsmittel.. 306 Kupplungen... 306 10.1.1 Auswahl und Einstellung... 307 10.1.2 Entkuppeln von Netzen. 10.1.3 Kriterium Vektorsprung... 10.1.4 Inbetriebsetzung.. Sammelschienensysteme 10.2.1 Signalvergleich,... 314 10.2.2 Stromvergleich.... 314 10.2.3 Hochimpedanzschutz..... 318 Erdschlussdrosseln.... 318 Leistungskondensatoren..... 319 10.4.1 Betriebsverhalten... 319 10.4.2 Schutzsysteme.. 10.4.3 Inbetriebsetzung...
12 10.5 10.6 10.7 10.8 Inhaltsverzeichnis Energieversorgungsnetze... 324 10.5.1 Turbinenverhalten bei Überlastung. 324 10.5.2 Frequenzübenvachung 325 10.5.3 Netzentlastung.. 326 10.5.4 Netzersatzanlagen... 327 Leistungselektronische Einrichtungen 328 Sonderschutz von Schaltanlagen... 330 10.7.1 Anlagen mit Metallkapselung 330 10.7.2 Anlagen mit Feststoffisolierung... 332 10.7.3 Anlagen mit Gasisolierung...... 333 10.9 10.10 10.8.3 Objektschutz... 340 10.8.4 Inbetriebsetzung 343 Kurzzeitig niederohmige Sternpunkterdung 344 Windenergieanlagen... 345 10.10.1 Betriebsverhalten... 345 10.10.2 Schutzsysteme. 346 10.10.3 EVU-Anbindung... 347 11 11.1 11.2 11.3 11.4 11.5 11.1.2 Betreiben. 350 Geeignete Personen... 352 Sicherheit der Arbeitsmittel... 352 Arbeiten unter Spannung... 355 Schalt- und Schutzwarten... 355 11.5.1 Unfaliverhütung 356 11.5.2 Erste Hilfe... 356 11.5.3 Brandschutz..... 356 12 12.1 12.1.4 Nachweis der Messqualität... 369 12.1.5 Relais-interne Messungen... 369
Inhaltsverzeichnis 13 Prüfungen 12.2.1 Prüfverfahren. 12.2.2 Relaisprüfeinrichtungen... 12.2.3 Prüftechnologien... 12.2.4 Prüffristen... 12.2.5 Besonderheiten der digitalen Schutztechnik....... 370 371 374 376 376 378 Nachweis der Prüfungen... Notwendigkeit.. Protokollführung... Verwendung von Dateien... 380 380 380.. 381 Statistik in der Schntztechnik... Fehler im Schutzsystem... 14.1.1 Schutz-Dateien... 14.1.2 Ausfalltendenzen... 14.1.3 Fehlerstatistik... 386.. 386.. 386.. 387.. 388 Fehler im Primärsystem...... 389 14.2.1 Meldepflicht...... 390 14.2.2 Ereigniszählung 14.2.3 Störfall-Erfassung... Rekonstruktion der Schutzeinrichtungen... 391 391.. 393 Tendenzen der Schutztechnik... 396 Anhang......... 397 Formelzeichen und Indizes 397 399 Das griechische Alphabet... Winkelfunktionen... Planung der Schutztechnik ANSI-Code Schutztechnik... Grafische Symbole für Schaltungsunterlagen... Hinweise zur Netzberechnung... Auswahl der Stromwandler für den Hochstromschutz.............. 400 401 405. 406. 407. 409 Bildbeilage................... 411. 425. 428... 429