Begrenzung von Erd - Fehlerströmen Intelligente Löschspule ... · Optionen nach IEC60071-1...

Begrenzung von Erd - Fehlerströmen

Intelligente Löschspule und Steuerung Kundentag 2017 – Siemens Energy Systems; Michael Schlömmer

Frei verwendbar © Siemens Schweiz AG 2017 siemens.ch/kundentag

Intern © Siemens Schweiz AG 2017

16.05.2017 Seite 2 M. Schlömmer / EM HP BIC OPS TA BD

Sternpunktbehandlung 3

Resonanzerdung 4

Resonanz- und Fehlerstromkurve 5

Vorteile der Resonanzerdung 6

100 Jahre Erdschlusslöschspule 7

Erdschlussschutzsystem EPSY 8

Löschspule (Petersen Spule) 9

Regelgeräte für Löschspulen 10

Regelverfahren 11

Erdschlussortung und Herausforderungen 12

Systemlösung für gelöschte Netze 13

Begrenzung von Erd-Fehlerströmen

Inhaltsverzeichnis

© Zurich Tourism / Martin Rütschi



Sternpunktbehandlung

Optionen nach IEC60071-1

isoliert kompensiert niederohmig

IC Ires Ilim

k = 3 k = 3 k ~ 1-1,4

Verlöschen von

Erdschlusswischern

Verlöschen von

Erdschlusswischern Stehender Lichtbogen

Aufrechterhaltung der

Energieversorgung Aufrechterhaltung der

Energieversorgung Sofortige Abschaltung

Beschränkt auf kleine Netze

mit IC < 35A

IC bis einige 100 A

Ires < 65 A / bis zu 123 kV

XL

starr

ISC

k ~ 1-1,4

Stehender Lichtbogen

Sofortige Abschaltung

Übertragungsnetze sind

immer direkt geerdet

Erdung über

Erdungswiderstand oder

Erdungsdrossel



Resonanzerdung

Funktionsprinzip

U3E U2E U1E

L1

L2

L3

U0

N

U1N

U2N

U3N

CE CE CE

IC IL

I2 I3

N

L1

L3 L2

U3E

U0 = -U1N

IL IC

I2

I3

U2E

U2N U3N

L1=E

N=E

L1

L3 L2

V1N=V1E

V2N=V2E V3N=V3E

U0 = 0

Normalbetrieb

Erdschlussbetrieb



Resonanzerdung

Resonanz- und Fehlerstromkurve

Verstimmung v

Resonanzpunkt

+ v

I_Fehler / IC

Unterkompensation Überkompensation

- v

d

Normalbetrieb Erdschlussbetrieb



Vorteile der Resonanzerdung

Hohe Empfindlichkeit auf Netzunsymmetrie und hochohmige Erdfehler-> Sicherheitsaspekt

mögliche Weiterversorgung der Kunden während eines einpoligen Erdschlusses

Das Spannungsdreieck ändert sich für die Verbraucher nicht keine Spannungseinbrüche

Selbstlöschung von Lichtbögen aufgrund der verzögerten Wiedereinsetzspannung

Reduzierter Aufwand für Erdungsanlagen verglichen mit isolierten oder niederohmig geerdeten Netzen

Personensicherheit: der kleine Erdfehlerstrom reduziert den Spannungstrichter – kleine Schritt- und Berührspannung



100 Jahre Resonanzerdung

Rückblick

Erste 40A Löschspule (Deutsches Museum München)

Kraftwerk Altwürtemberg AG / Betrieb 1917 - 1928 1917 Patenterteilung an Waldemar Petersen zur Verwendung einer

Drosselspule zwischen Sternpunkt und Erde, die im Erdschlussfall

einen Strom gleich oder ähnlich dem Erdschlussstrom aufnimmt.

In den folgenden Jahrzehnten Installation von Löschspulen in

verschieden Netzen weltweit bis zu 230 kV. Anpassung des

Spulenstroms zu Beginn über Anzapfungen (Stufenspulen)

1938 erste stufenlos regelbare Tauchkernspulen mit Tauchkernprinzip.

Abstimmung manuell zum Teil mit Hilfseinrichtungen zur Anzeige

des Kompensationsgrades

1950 erste elektromechanische Resonanzregler zur automatischen

Einstellung der Löschspule

1981 erster mikroprozessorgesteuerter Resonanzregler

Spezielektra (Trench Austria) z.T. noch heute in Betrieb



Erdschlusslöschspule (Petersenspule)

Erdschlussschutzsystem EPSY / Trench Austria GmbH

Ölausdehngefäß

Buchholz-Relais

Motoranschlusskasten

Hochspannungs-

anschluss

Tauchkern

höher / tiefer

Uo , Ipos

Tauchkernspulen seit 1972

E-Spulenregler seit 1976

Alle Spannungsebenen ( 3.6 kV – 140 kV)

Alle Leistungen ( 100 kVA – 40 MVA)

Alles aus einer Hand !



Erdschlusslöschspule (Petersenspule)

Tauchkerndesign

Wesentliche Bauteile:

- 1 Tauchkern

- 4 C-förmige

Rückschlussjoche

- 1 Gewindespindel aus

antimagnetischem Stahl

- 1 papierisolierte Wicklung,

einzelisolierte Kupfer-

oder Aluminiumleiter

(Runddraht oder

Drillleiter)

Wicklung

Tauchkern

Rückschlussjoch

Gewindespindel

Aktivteil einer (einphasigen)

Erdschlusslöschspule



Regelgeräte für Erdschlusslöschspulen

EFC50 / EFC50i / E-EFC19“

EFC50 ohne / mit 50 Hz Stromeinspeisung

E-EFC19 mit integrierter Mehrfrequenzstromeinspeisung (Sichere Abstimmung auch bei problematischen Netzen)

Aufgrund des internen Aufbaus aus einzelnen Funktionskomponenten ist

auch ein alternativer Anbau an die E-Spule mit vorverdrahteten

Verbindungen möglich.

“Intelligente Löschspule”



Regelgeräte für Erdschlusslöschspulen

Regelverfahren

EFC50

E-EFC19 i

EFC50 + ECI

Detuning v

resonance

point

3C R L Vo

Ieci

Voraussetzung : Uo Messung

Bemerkung : Jeder Regelvorgang erfordert eine

Spulenverstellung

Voraussetzung : Uo Messung / Leistungshilfswicklung

Bemerkung: Permanente 50 Hz Einstreuungen

verhindern sichere Impedanzberechnung

Voraussetzung : Uo Messung / Leistungshilfswicklung

Bemerkung : Etwas höhere Einspeiseleistung und

Messgenauigkeit erforderlich



Regelgerät für Löschspulen kombiniert mit Abzweigortung

EFD500

EFD500 mit 50 Hz Stromeinspeisung



Erdschlussortung in gelöschten Netzen

Herausforderungen an den Netzbetrieb

Rasche Eingrenzung der Fehlerstelle

Um Kurzschlüsse (z.B. in 3 Leiterkabel) zu vermeiden, muss die Fehlerstelle rasch eingegrenzt werden.

Erforderlich : Zuverlässige, eindeutige Anzeigen; Möglichkeiten für rasche, ferngesteuerte Netzumschaltungen;

Dezentrale Anzeigen im Feld; Kommunikationsmöglichkeiten für zentrales Datenangebot

Alternativ : Entlastung der Fehlerstelle

Durch Erden der fehlerhaften Phase bzw. Reststromkompensation kann die Fehlerstelle entlastet und damit Zeit

für die Fehlersuche gewonnen werden. Die Spannungserhöhung auf den gesunden Phasen bleibt bestehen !

Sicherer Weiterbetrieb :

Max. Erdfehlerstrom bei gegebenen Erdungsbedingungen darf nicht überschritten werden

Schalthandlungen während des Erdschlusses dürfen nicht zu massiven Verstimmungen führen.



Systemlösung für gelöschte Netze

Regelung und Erdschlussortung

Anwendungsreferenzen :

• Stadtwerke München

EFC50 / 61850

Stadtwerke Lübeck

EFC50 / 61850

• Wienstrom

EFC50 / 60870-103

• Industrielle Betriebe Aarau

EFC50

• Kreiswerke Main Kinzig

EFD500 / 60870-103

• Energie und Wasser Potsdam

EFD500 / 60870-101

• Eon-Edis AG

EFD500

• Stadtwerke Flensburg

EFD500 61850



Danke für ihre Aufmerksamkeit!

Michael Schlömmer

Business Development Manager

Trench Austria / Linz - Leonding / Marketing & Sales

Telefon: +43 732 6793 285

E-Mail: [email protected]

Robert Stadler

Regional Sales Manager

Trench Austria / Linz - Leonding / Marketing & Sales

Telefon: +43 732 6793 441

E-Mail: [email protected]

Paschingerstrasse 49

4060 Leonding / Österreich

siemens.ch/kundentag

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