Wie effizient prüfen Sie?
4. November 2024
Nur korrekt arbeitende Schutzrelais schützen Ihre primären Betriebsmittel vor Schäden und tragen zu einer hohen Versorgungssicherheit und Verfügbarkeit bei. Deshalb sollten Schutzrelais während ihrer gesamten Lebensdauer – von der Entwicklung über die Herstellung und Inbetriebnahme bis zur regelmäßigen Wartung während des Betriebs – immer wieder sorgfältig geprüft werden. Mit unseren Prüflösungen können Sie die damit verbundenen Prüfaufgaben mühelos bewältigen und so ein äußerst zuverlässiges System gewährleisten.
Die rasante Entwicklung von Schutzrelais und die zunehmende Komplexität des Stromnetzes stellen Schutzingenieur:innen vor neue Herausforderungen: neue Schutzkonzepte, neue Gerätetypen und Schutzfunktionen sowie die Umstellung auf IEC 61850. Neue virtualisierte Prüfansätze können zur Entlastung beitragen, andererseits erfordern strengere Vorschriften zu Cyber Security häufigere Firmware-Updates, was zu kürzeren Intervallen bei Schutzprüfungen führt. Mit unseren Prüflösungen können Sie diese Chancen und Herausforderungen meistern.
Der steigende Bedarf an elektrischer Energie hat bestehende Stromleitungen und Umspannwerke an ihre Grenzen gebracht. Dies bedeutet für Energieversorger zahlreiche neue Projekte, umfangreiche Investitionen und einen sprunghaften Anstieg des Prüfaufwands. Verschärft durch einen Mangel an Fachkräften rückt die Effizienz der Prüfungen oft in den Mittelpunkt. Von der Erstellung hochwertiger Prüfpläne im Offline-Modus über komfortable Feldprüfungen bis hin zur automatisierten Dokumentation der Prüfergebnisse decken unsere modernen Prüflösungen das gesamte Spektrum ab.
Schutztechniker:innen müssen heutzutage herkömmliche Schutzrelais, Relais mit Sampled Values und mit Sensoreingängen prüfen – all dies erfordert eine größere Flexibilität. Die Validierung des gesamten Schutzsystems durch einen systembasierten Ansatz, die gründliche Bewertung einzelner Geräte mittels einstellwertbasierter Prüfungen, die Prüfung mithilfe von Primäreinspeisungen sowie die Überprüfung kritischer Betriebsmittel wie Stromwandler tragen unmittelbar zu einer verbesserten Netzzuverlässigkeit bei. Unsere Lösungen sind speziell darauf ausgelegt, diese Anforderungen zu erfüllen.
Da Cyberbedrohungen im Energiesektor weiter zunehmen, sind die regulatorischen Anforderungen in den letzten Jahren deutlich strenger geworden. In kritischen Infrastrukturen müssen alle Angriffsvektoren berücksichtigt werden – dies schließt auch Schutzprüfgeräte mit ein. Unser cyber-gehärtetes CMC 500 hilft Ihnen, alle Anforderungen zu erfüllen. Wir haben das Gerät im Rahmen unseres unternehmensweiten Produktsicherheits-Risikomanagementprozesses entwickelt und gewährleisten einen transparenten, systematischen Ansatz für den kontinuierlichen Umgang mit Schwachstellen und deren Offenlegung.
Die Kombination von zwei Testansätzen – einstellwertbasiert und systembasiert – ist der effizienteste Weg, um sicherzustellen, dass Ihre Schutzsysteme zuverlässig und genau wie vorgesehen funktionieren.
Der herkömmliche, einstellwertbasierte Ansatz konzentriert sich auf die einzelnen Funktionen Ihres Schutzgerätes mit ihren Einstellwerten. Flexible Vorlagen und umfassende Automatisierungsoptionen sind entscheidend, um Arbeitsabläufe zu standardisieren und Tests äußerst effizient durchzuführen. So wird gewährleistet, dass die Schutzfunktionen mit minimalem Aufwand gründlich getestet werden.
Systembasierte Schutzprüfungen ergänzen diesen Ansatz perfekt, da sie sich darauf konzentrieren, wie die Elemente des Schutzsystems unter realistischen Bedingungen zusammenwirken. So können Sie versteckte Fehler bei Einstellungen, Logik und Design Ihres Schutzsystems aufdecken und sicherstellen, dass die definierten Anforderungen erfüllt werden.
Zum Arbeitsalltag vieler Schutzingenieur:innen gehört das Prüfen von Schutzrelais aller Generationen. Während elektromechanische und statische Schutzrelais nach wie vor im Einsatz sind, gewinnt die Konzeption volldigitaler Schaltanlagen langsam an Bedeutung. Jeder Relais-Typ stellt unterschiedliche Anforderungen an ein Schutzprüfgerät.
Daher ist ein flexibles Prüfgerät mit mehreren Strom- und Spannungsausgängen und der erforderlichen Leistung eine Grundvoraussetzung für effiziente Schutzprüfungen. Die vielfältigen Funktionen von Schutzrelais stellen eine zusätzliche Herausforderung dar. In vielen Fällen können unsere ausgeklügelten Prüflösungen zeitaufwändige Deaktivierungen von Schutzfunktionen während der Prüfung vermeiden. Wir bieten Optionen zur Prüfung ganzer Schutzsysteme, um sicherzustellen, dass das gesamte Schutzkonzept funktioniert.
Die IEC 61850 Normenreihe hat sich in Energieversorgungssystemen erfolgreich etabliert. Mithilfe standardisierter Protokolle wie GOOSE, Sampled Values und MMS können Geräte und Systeme verschiedener Hersteller direkt miteinander kommunizieren und nahtlos Daten, Befehle und Messwerte austauschen. Dadurch entfällt der Aufwand für festverdrahtete Binärsignale und das System lässt sich bei Bedarf problemlos neu konfigurieren. Die Standardisierung mit IEC 61850 vereinfacht auch die regelmäßigen Wartungsprüfungen. In vollständig digitalisierten Schaltanlagen führt kein Weg an dieser Norm vorbei.
OMICRON ist ein Pionier im Bereich IEC 61850 und bietet seit über 20 Jahren Lösungen für die Prüfung von hybriden und vollständig digitalen Schaltanlagen an.
Unsere Lösungen ermöglichen eine einfache und fehlerfreie Integration von IEC 61850 in bestehende Prüfvorlagen für konventionelle Relais. Die durch unsere Lösungen reduzierte Verdrahtung macht Ihre Prüfungen effizienter denn je.
In Mittelspannungsanlagen sind Schutz und Primärbetriebsmittel häufig in unmittelbarer Nähe zueinander angeordnet. Daher können hier digitale Schutzgeräte in Kombination mit leistungsarmen Kleinsignal-Messwandlern (LPITs) eingesetzt werden.
Dafür bieten wir das Zubehör LLX1 an, mit dem Sie Relais mit Sensoreingängen einfach prüfen können. Das LLX1 simuliert Strom- und Spannungssensoren wie Spannungsteiler, Rogowski-Spulen oder Kleinsignal-Stromwandler und liefert das Prüfsignal über seine Kleinsignalausgänge.
Mit dem steigenden Anteil erneuerbarer Energien am Energiemix stehen Energieversorger vor neuen Herausforderungen. Dezentrale Erzeugung, bidirektionale Lastflüsse und eine wachsende Zahl von Akteur:innen auf dem Energiemarkt prägen die aktuellen Rahmenbedingungen. Die zunehmende Komplexität erfordert fortschrittlichere Schutzkonzepte, die ihrerseits deutlich anspruchsvollere Anforderungen an ein Prüfgerät stellen.
Standardisierte, automatisierte Prüfverfahren erleichtern die Durchführung der erforderlichen Prüfungen für die einzelnen Schutzfunktionen. Dadurch lässt sich die gestiegene Anzahl an Prüfungen zwar besser bewältigen, doch sind zusätzliche Systemprüfungen unerlässlich, um die Stabilität und die Zuverlässigkeit des gesamten Schutzsystems sicherzustellen. Der systembasierte Ansatz ermöglicht es Ihnen, komplexe Wechselwirkungen innerhalb von Schutzsystemen zu berücksichtigen und so die Prüfqualität deutlich zu verbessern.
Eine effiziente Testautomatisierung spart Zeit, entlastet die Schutzprüfer:innen und vermeidet fehleranfällige manuelle Eingriffe. Test Universe und RelaySimTest bieten beide umfangreiche Funktionen für die Prüfautomatisierung. CMEngine bietet eine flexible Programmierschnittstelle, mit der Sie CMC-Prüfgeräte in Ihre Prüfanwendungen und automatisierten Arbeitsabläufe integrieren können, z. B. für Typen- und Stückprüfungen bei Schutzgeräteherstellern.
Die Hauptfunktion von Schutzrelais besteht darin, primärseitig auftretende Fehler schnellstmöglich zu erkennen und betroffene Betriebsmittel oder Netzteile selektiv über Leistungsschalter vom Rest des Netzes oder der Anlage zu trennen. Dadurch werden betroffene oder angrenzende Betriebsmittel und Personen geschützt und der Ausfall auf ein Minimum reduziert. Dies ist für eine hohe Verfügbarkeit und Versorgungssicherheit von großer Bedeutung. Darüber hinaus wird ein wirtschaftlicher Betrieb ermöglicht, da der Verlust von Betriebsmitteln und längere Ausfälle mit enormen Kosten verbunden sind. Um sicherzustellen, dass Schutzrelais diese Aufgabe im Ernstfall erfüllen, müssen diese regelmäßig auf Funktion geprüft werden.
Bei Zeitpunkt und Häufigkeit der Prüfungen spielen sowohl länderspezifische Richtlinien als auch die individuelle Beurteilungen der Anlagenbetreiber eine Rolle.
In der Regel lassen sich vier Phasen im Produktlebenszyklus von Schutzrelais identifizieren, in denen unterschiedliche Arten von Prüfungen sinnvoll sind.
Die Rahmenbedingungen für die Prüfungen bei der Inbetriebnahme und der regelmäßigen Wartung sind für Energieversorger in länderspezifischen Richtlinien vorgegeben, beispielsweise vom Forum Netztechnik/Netzbetrieb (FNN) in Deutschland, oder der North American Electric Reliability Corporation (NERC) in den USA.
Hersteller von Schutzrelais prüfen diese wiederum unter anderem auf Konformität, zum Beispiel mit der Norm IEC 60255, welche Regeln und Anforderungen an das Verhalten von Messrelais und Schutzeinrichtungen definiert.
Diese Frage lässt sich nur für jeden Anlagenbetreiber individuell beantworten, wird aber teilweise durch länderspezifische Richtlinien oder Vorschriften vorgegeben. Grundsätzlich empfiehlt sich eine Prüfung nach der Erstinbetriebnahmeprüfung immer dann, wenn eine Veränderung im Schutzsystem vorgenommen wurde, beispielsweise auch nach Firmware-Updates. Während der langen Betriebszeit eines Schutzrelais kann es aber auch zu unbemerkten Veränderungen kommen. Um solche Veränderungen festzustellen, werden in der Praxis Prüfzyklen und Prüfumfänge für die Instandhaltung von Schutzgeräten festgelegt.
Bei der Definition des Prüfzyklus sind zahlreiche Faktoren zu berücksichtigen, wie zum Beispiel:
Da diese Faktoren veränderlich sind, können sich auch die Prüfzyklen dynamisch ändern. Dazu ist es notwendig, eine durchgehende Prüfstrategie mit Dokumentation aufzubauen, die in ein allgemeines Qualitätsmanagement-System eingebunden ist.
Die eigene Sicherheit steht bei der Prüfung von Schutzrelais an erster Stelle. Bei der Vorbereitung der Prüfung von Schutzrelais müssen alle relevanten Sicherheits- und Schutzmaßnahmen vor Beginn der Prüfung eingehalten werden.
Aspekte der Prüfung von Schutzgeräten
1. Bewertung des Gerätezustands mittels Sichtprüfung
2. Überprüfung der Verdrahtung nach der Inbetriebnahme oder einer Umverdrahtung
3. Prüfung und Abgleich der Einstellparameter des Schutzrelais mit den vordefinierten Anforderungen
4. Verifizierung der Funktionsfähigkeit des Relais durch die Prüfung der einzelnen Schutzfunktionen
5. Kontrolle ob die Anrege- und Auslösezeiten innerhalb der definierten Grenzwerte liegen
6. Verifizierung des Relaisverhaltens aus der Systemperspektive
Ja, Testpläne lassen sich problemlos in beide Richtungen anpassen. Dazu sind lediglich die Lizenzen für die entsprechenden Test Universe-Module erforderlich.
Um Testpläne effizient an eine IEC 61850-Testumgebung anzupassen, nutzen Sie die SCL-Daten (System Configuration Language) als Ausgangspunkt. Dies beschleunigt die Konfiguration und vermeidet Fehler.
In Test Universe kann der Wechsel zwischen GOOSE und herkömmlichen binären Ein- und Ausgabesignalen einfach durch Hinzufügen bzw. Entfernen des GOOSE Configuration-Moduls erfolgen. Anschließend können Sie vorhandene Testpläne, die für herkömmliche Schutzrelais einfach wiederverwenden, indem Sie anstelle der Ein- und Ausgaben am CMC Prüfgerät die entsprechenden GOOSE-Meldungen zuordnen.
Die Anpassung eines bestehenden Testplans an Sampled Values ist ebenfalls einfach, da alle Analogausgänge an einer einzigen Stelle konfiguriert werden. In Test Universe sind möglicherweise einige Anpassungen am Prüfobjekt erforderlich, da die meisten Testpläne in Test Universe auf Sekundärwerten basieren, während Sampled Values als Primärwerte definiert sind. In typischen Anwendungen empfehlen wir, das Wandler- Übersetzungsverhältnis auf 1 zu ändern und die eingestellten Erdfaktoren und die Maximalwerte zu überprüfen.
Bei der End-to-End-Prüfung werden alle Enden einer geschützten Leitung oder eines geschützten elektrischen Installationsbereichs gleichzeitig geprüft. Die Prüfroutinen an allen Endpunkten müssen zeitlich aufeinander synchronisiert sein. Eine systemgestützte End-to-End-Prüfung kann sowohl auf die Überprüfung einzelner Schutzfunktionen als auch auf das korrekte Verhalten des Schutzsystems als Ganzes ausgerichtet sein.
Die größte Herausforderung bei End-to-End-Prüfungen ist die Koordination der Prüfungen. Schutzprüflösungen, die es erlauben, die Prüfung von einer einzigen Stelle aus zu kontrollieren und dabei Zugriff auf Ergebnisse an allen Enden bieten, reduzieren die Komplexität der Prüfungen und die Personalkosten erheblich. Durch den Einsatz systembasierter Schutzprüfungen mit RelaySimTest können Sie die Prüfung von einem einzigen Ende aus durchführen und bei Bedarf Anpassungen vornehmen.
Bis vor kurzem wurden ein Wanderwellenschutz bei der Inbetriebnahme von Relais nicht geprüft, da sich dies als sehr schwierig erwies. Aus diesem Grund hat OMICRON das Zubehör TWX1 entwickelt, die weltweit erste Lösung, mit der sich Schutzfunktionen für den Wanderwellenschutz auch mit herkömmlichen Schutzprüfgeräten auf unkomplizierte Weise testen lassen.
Der Prüfaufbau entspricht dem eines End-to-End-Tests, ergänzt um zwei TWX1-Zubehörteile. Mit RelaySimTest kann die Prüfung von einer Seite aus durchgeführt werden, und die Ergebnisse werden automatisch dokumentiert. Zu diesem Zweck werden die System- und Leitungsdaten in RelaySimTest eingegeben. Gewünschte Prüffälle werden definiert, indem verschiedene Fehlerarten an gewünschten Positionen im Netzmodell platziert werden. Die Simulation berechnet dann automatisch das transiente Signal und die Wanderwellenimpulse. Während der Ausführung liefert das CMC-Prüfgerät das transiente Signal, und das TWX1-Zubehör überlagert die dreiphasigen Spannungs- und Strom-Wanderwellenimpulse mit Nanosekundengenauigkeit. Mit dem erzeugten Signal lassen sich sowohl der Wanderwellen-Schutz als auch die Ortungsfunktion von Wanderwellen-Schutzrelais effektiv prüfen.
Die Normenreihe IEC 60255-1xx legt funktionale Anforderungen an Schutzfunktionen fest. In dieser Normenreihe steht „xx“ für die IEEE/ANSI C37.2-Schutzfunktionsnummer; so legt beispielsweise die Norm IEC 60255-151 Anforderungen an den Überstromzeitschutz (51) fest, deckt aber auch verwandte Funktionen wie Unterstromzeitschutz (37) und Schutz gegen Überstrom im Gegensystem (46) ab.
Die Normen der Reihe IEC 60255-1xx legen Anforderungen an die Genauigkeit im stationären Zustand und das dynamische Betriebsverhalten der Schutzfunktion fest. In der Regel eignet sich Test Universe gut zur Überprüfung der Genauigkeit im stationären Zustand, während RelaySimTest Prüfungen zur dynamsichen Leistungsfähigkeit abdeckt.
Viele Relaishersteller vertrauen auf unsere Lösung, um umfangreiche Typprüfungen an ihren Relais und IEDs durchzuführen und die Konformität mit diesen Normen zu überprüfen. Energieversorger können ausgewählte Teile dieser Prüfungen durchführen, um Relaistypen zu vergleichen und auszuwählen (Abnahmeprüfung).
OMICRON Engineering Services bietet Unterstützung für solche Prüfungen an.
Man kann zwischen dem einstellwertbasierten Ansatz für die Schutzprüfung (derzeit am weitesten verbreitet) und dem systembasierten Ansatz unterscheiden. Darüber hinaus lässt sich zwischen manueller und automatisierter Durchführung unterscheiden.
Mit minimalem Aufwand kann durch systembasierte Schutzprüfungen sichergestellt werden, dass sich die einzelnen Komponenten eines Schutzsystems im Fehlerfall als Gruppe korrekt verhalten. Dieser Ansatz ermöglicht die Erkennung versteckter Fehler in den Einstellungen, der Logik und dem Aufbau von Schutzsystemen, unabhängig vom Relais-Typ oder Hersteller. RelaySimTest bietet Ihnen die Werkzeuge, die Sie benötigen, um Systemtests optimal vorzubereiten und durchzuführen.
Einstellwertbasierte Schutzprüfungen konzentrieren sich auf die Funktionen und die Logik des jeweiligen Schutzgerätes mit den dazu gehörigen Einstellwerten. Moderne Schutzrelais bieten eine Fülle von Einstellmöglichkeiten, weshalb automatisierte Prüfungen einem manuellen Ansatz weit überlegen sind. Test Universe bietet ein umfangreiche Optionen zur Standardisierung und Automatisierung, einschließlich einer vollautomatischen Erstellung des Prüfberichts. So können Sie mit maximaler Effizienz testen. In Kombination mit dem immensen Funktionsumfang unserer Prüfsoftware erhalten Sie die nötige Flexibilität, um Schutzrelais und andere sekundäre Betriebsmittel detailliert zu prüfen.
Prüfansätze
Für ausführliche Überlegungen dazu hören Sie sich unseren Podcast an: Schutzprüfungen – parameterbasierte und systembasierte Ansätze
Speziell im Bereich der Schutzprüfung wird der Begriff Automatisierung oft vorschnell benutzt. In der Praxis besteht nämlich die Problematik, dass Schutztechniker:innen mit Betriebsmitteln vieler verschiedener Hersteller konfrontiert sind, was eine vollständige Automatisierung von Prüfabläufen deutlich erschwert. Teils sprechen Anbieter daher schon von Automatisierung, wenn deren Lösung lediglich einzelne Teile der Schutzprüfung automatisiert, weshalb hier Vorsicht geboten ist.
Um einen hohen Automatisierungsgrad bei der Schutzprüfung zu erreichen, sind sowohl einfach anpassbare Prüfvorlagen für Schutzrelais verschiedener Hersteller, als auch die flexible Kombination von einzelnen Prüffunktionen in Prüfplänen notwendig. Die Definition einheitlicher Standards für die Prüfung der Schutzgeräte, kann die Effizienz weiter erhöhen. Eine vollautomatisierte Dokumentation der Prüfergebnisse ist zudem eine Grundvoraussetzung, da auch dieser Teil mit erheblichem Aufwand verbunden ist. Mit unserer Protection Testing Library (PTL) und dem OMICRON Control Center (OCC) können Sie auf diese Weise individuell auf Ihre Bedürfnisse zugeschnittene Prüfabläufe umsetzen, die nahezu vollständig automatisiert ausgeführt werden können. Im Vergleich mit einer manuellen Schutzprüfung lässt sich der Prüfaufwand so um bis zu 80 Prozent reduzieren.
Wir bieten eine Reihe leistungsstarker Software für Prüfungen sowie verschiedene Zusatzmodule an, darunter
Sie können diese Optionen an Ihre Bedürfnisse anpassen oder eines der vier verfügbaren Softwarepakete wählen, um den CMC 500 und den CMC 430 zu betreiben:
Unser Konfigurationstool hilft Ihnen dabei, die beste Kombination für Ihre Anwendungen auszuwählen.
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