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Netzentkupplungsschutz - schnelle und einfache Prüfung mit dem CMC 310/CMC 430


Anlagen der dezentralen Energieerzeugung verwenden einen Netzentkupplungsschutz, der periodisch geprüft werden muss. Lesen Sie hier, wie Sie ihn schnell einfach und preisgünstig prüfen können.

Mit dem dreiphasigen Schutzprüfgeräten CMC 310 sind sie bei sich schnell und ständig ändernden Prüfanforderungen, wie es im Umfeld regenerativer Energieerzeuger die Regel ist, gut und mit hoher Mobilität unterwegs. Die preislich besonders attraktive Lösung für einfaches Prüfen von Schutz- und Messeinrichtungen punktet mit seiner selbsterklärenden Bedienoberfläche, die den Prüfer Schritt für Schritt durch jede einzelne Prüfung führt. Dem steht das CMC 430 in nichts nach, ermöglicht jedoch zusätzlich das Durchführen automatisierter Prüfungen.

Im Bereich von DER (Dezentrale Energieressourcen) oder Industrie sind Netzwerke in der Regel relativ einfach aufgebaut. Sie besitzen eine geringe Anzahl an Einspeisungen und Abnehmern und sind kaum vermascht bzw. aufgeteilt. Das vereinfacht die erforderliche Schutztechnik und deren Prüfung.

Allerdings hängen diese Anforderungen von den Vorgaben der Netzbetreiber (Einspeiseverordnung, Grid Code) ab, an deren Netz die jeweiligen Erzeugungsanlagen angeschlossen sind. Hier gibt es je nach Land und Norm unterschiedliche Vorgaben für den sogenannte Netzentkupplungsschutz.

Der Netzentkupplungsschutz sorgt für die Trennung dezentraler Energieerzeugungseinheiten oder kleinerer inselfähiger Teilnetze vom Verteilnetz, sobald ein Fehler auftritt. Zu diesem Konzept gehört zum Beispiel das Stützen des Netzes in den ersten Augenblicken nach Eintritt des Netzfehlers (Fault Ride Through) oder das sofortige Trennen der Einheiten vom Netz.

Zwei Faktoren steuern die Auswahl der Schutzfunktionen für dezentrale Erzeugungseinheiten: die Höhe ihrer Anschlussleistung und die Art des Netzes, mit dem sie verbunden sind. Hier wird hauptsächlich mit einer Überwachung der Über-/Unterspannung und Über-/Unterfrequenz  gearbeitet. Zusätzlich ist in der Regel ein Q-U-Schutz gefordert, wenn die Anlage über einen Netzanschlusspunkt an das Netz eines anderen Netzbetreibers angeschlossen ist. Diese Anforderungen sind von neutraler Stelle definiert und in der VDE-AR-N 4110 abgebildet.

Während der Spannungs- und Frequenzschutz auf der Maschinenseite der Erzeugungseinheiten und im Niederspannungsbereich Einsatz findet, bietet der Q-U-(Blindleistungsrichtungs-Unterspannungs) Schutz die Möglichkeit, ganze Erzeugerfelder zu überwachen und diese sowohl in ihrer Gesamtheit am Netzanschlusspunkt als auch die einzelnen Generatoren  zeitselektiv vom Netz zu trennen. Der Q-U-Schutz bietet darüber hinaus den Vorteil, dass er die Einheit im Fehlerfall nur dann vom Netz trennt, wenn sie diesem Blindleistung entzieht und somit keinen Beitrag zur Spannungshaltung mehr liefert.

Die Schutzfunktionen

  • 27/27N (Unterspannung)
  • 59/59N (Überspannung)
  • 81/O (Überfrequenz)
  • 81/U (Unterfrequenz) gehören somit zum Standardpaket beim Schutz dezentraler Erzeugereinheiten.
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Netzentkupplungsschutz prüfen – wichtiger denn je
 

Die Anlagen zur dezentralen Energieerzeugung unterliegen in Deutschland der Zertifizierungspflicht, die unter anderem eine transparente Prüfung des Anlagenschutzes erfordert. Es handelt sich hierbei um relativ einfache Prüfungen, für die OMICRON die prüfenden Unternehmen mit zwei bestens geeignete Schutzprüfgeräten unterstützt: CMC 310 und CMC 430.

 

Wie laufen diese Prüfungen ab?

Bei einem einfachen Netzentkupplungsschutz misst der Prüfer am Schutzrelais
1. die Schaltzeiten für Über- und Unterspannung ein- und dreiphasig.
2. die Schaltzeiten für die Über- und Unterfrequenz, ebenfalls ein- und dreiphasig.
3. den gleitenden 10-Minuten-Mittelwert (in Niederspannungsnetzen je Forderung des Netzbetreibers). 
4. die Gesamtauslösezeit inklusive Leistungsschalter.

Der Ablauf solcher Prüfungen mit einem CMC 310 wird in den Videos Einfache Schutzprüfung in kleinen Wasserkraftwerken und PV-Systeme: Schutzprüfung auf einfache Art dargestellt.

 

Wer prüft?

Heute übernehmen immer mehr kleine Unternehmen Auftragsarbeiten im Bereich der Schutzprüfung (z.B. erneuerbare Energien). Für viele Inbetriebnahme- und Wartungsaufgaben muss das verwendete Prüfgerät deshalb die Voraussetzungen für eine perfekte "Ad-hoc"- und schnelle, einfache und effiziente manuelle Prüfung bieten.  Das ist besonders deshalb wichtig, weil Prüfer aufgrund der wechselnden Einsatzorte mit sich ständig ändernden Prüfanforderungen und sehr unterschiedlichen Schutzfunktionen konfrontiert werden.

Eine Rolle spielt dabei auch die Mobilität hinsichtlich Gewicht und Tragekomfort, da nicht jede Anlage einfach zugänglich ist.

Die Prüfung des Q-U-Schutzes kann auf folgende Weise manuell durchgeführt werden:


1. Prüfung des korrekten Anschlusses und Messung (Leistungsrichtung)

Die Praxis zeigt, dass immer wieder Verpolungsfehler beim Anschluss des Strom- oder Spannungswandlers auftreten, daher lohnt eine kurze Überprüfung der Anschlussverdrahtung. Dabei wird in der Regel eine negative Wirk- und Blindleistung des Generators simuliert. Die Einspeisung erfolgt an den Anschlussklemmen der Wandler (sekundärseitig).

Zu beachten ist, dass die nachfolgend dargestellten Prüfgrößen dem Verbraucherzählpfeilsystem entsprechen. Die Prüfgrößen (Arbeitspunkt im 3. Quadranten) sind so gewählt, dass bei korrekter Verdrahtung keine Auslösung erfolgt.

 

2. Prüfung des Freigabestroms 

Mit dem Prüftool „Ansprechverhalten“ wird eine ansteigende Stromrampe eingespeist, beginnend bei einem Ausgangswert unterhalb der Sollwert-Toleranz. Die Schrittdauer ist dabei t > Auslösezeit, die Schrittweite ca. ¼ der Toleranz des Ansprechwerts.

3. Prüfung der Unterspannung

Ebenfalls mit dem Prüftool „Ansprechverhalten“ wird eine abfallende Spannungsrampe eingespeist. Der Startwert muss über dem Sollwert plus der Toleranz liegen. Typischerweise ist die Toleranz für das Spannungskriterium beim Q-U-Schutz 1 V (L-L).

4. Prüfung der Blindleistungskennlinie

Bei dieser Prüfung wird der Winkel zwischen Strom und Spannung im 1. Quadranten schrittweise bis zur Auslösung erhöht und im 2. Quadranten entsprechend verringert. Die Prüfung erfolgt bei Scheinleistungswerten, für die der Strom über dem Mindeststrom liegt.  Die automatische Rampe verändert den Winkel in einer Schrittweite, die ¼ der Winkeltoleranz (typischerweise 2°) entspricht.

5. Prüfung der Blindleistungsschwelle

Bei Relais mit Auslösecharakteristik gemäß Bild 3 wird an einigen Stellen auf der x-Achse (Wirkleistung z.B. bei -100 W, -40 W, 40 W und 100 W) die Blindleistung schrittweise bis zur Auslöseschwelle erhöht, beginnend mit z.B. 6 var.

6. Prüfung der Spannungslogik

Die Überprüfung der Spannungslogik wird durch Simulation eines zweipoligen Fehlers (L1-L2, L2-L3, L3-L1) durchgeführt. Es darf dabei zu keiner Auslösung kommen. Der Q-U Schutz darf prinzipiell nur bei dreipoligen Fehlern auslösen. Für diese und die folgenden Prüfungen werden stationäre Größen ausgegeben wofür sich das Prüfwerkzeug „Zeit“ eignet.

7. Prüfung der Auslösezeiten (NAP-Aus, Einzel-Aus)

Der Q-U Schutz kann zwei Verzögerungsglieder mit unterschiedlicher Einstellung. (z.B. t1 = 0,5 s und t2 = 1,5 s) haben. Mit der Ausschaltzeit t1 werden z.B. die Leistungsschalter der einzelnen Maschinen einer Windkraftanlage abgeschaltet, mit t2 der Leistungsschalter der gesamten Anlage am Netzanschlusspunkt (NAP). Beide Verzögerungszeiten werden nacheinander getrennt geprüft. Einmal ist dabei der Auskontakt für t1, einmal der Auskontakt für t2 an den Binäreingang 1 (Gaus) der Prüfeinrichtung angeschlossen.

 

Die Auswahl des passenden Schutzprüfgerätes

 

CMC 310

Das CMC 310 ist ein leichtes (13,1 kg) und kompaktes Schutzprüfgerät, konzipiert für schnelles, manuelles ein- und dreiphasiges Prüfen im Bereich von Mittelspannungsverteilnetzen, Industrieanwendungen, der Leittechnik und dem Netzentkupplungsschutz. Das CMC 310 wird über die modulare Bedieneinheit CMControl gesteuert. Alle Eingaben erfolgen dabei manuell via Touchscreen und Bedienrad. Ihre Flexibilität im Einsatz ist einzigartig: Montiert auf dem Prüfgerät, als Handgerät oder magnetisch haftend an Stahloberflächen. Darüber hinaus lässt sich das CMC 310 mittels Laptop oder Android Tablet über die CMControl P App bedienen, in der die gesamte Funktionalität der CMControl-Bedieneinheit nachgebildet ist. Vorteil von CMControl ist seine selbsterklärende Bedienoberfläche, die den Prüfer Schritt für Schritt durch jede einzelne Prüfung führt. Die CMControl Demo-App steht im Google Play Store zum kostenlosen Download bereit.

Das Prüfgerät CMC 310 lässt sich jederzeit auf ein CMC 353 aufrüsten, was ein noch breiteres Einsatzspektrum eröffnet. Dann lassen sich auch Prüfungen durchführen, die mit der PC-basierten Test Universe-Software gesteuert oder mit vordefinierten Prüfvorlagen der Protection Testing Library PTL automatisiert werden können, wie beispielsweise die Q-U-Prüfung. Selbst der Einsatz in IEC 61850-Umgebungen sowie GPS- oder IRIG-B-zeitsynchronisierte End-to-End-Prüfungen sind damit möglich.
 

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CMC 430

Bei sich permanent wiederholenden gleichartigen  Prüfungen kann das robuste CMC 430 in Kombination mit dem Zubehör VOB 3 die geeignete Wahl sein. Es ermöglicht den Einsatz sogenannter generischer Prüfabläufe, wie sie die OMICRON in ihrer Protection Testing Library (PTL) und den Schutzprüfgeräten der CMC-Serie zur Verfügung stellt. Darüber hinaus kann es bereits die hohe Funktionalität der Prüfsoftware Test Universe nutzen und besitzt damit ein breites Einsatzspektrum im Schutzprüfbereich. In puncto Mobilität (8,7 kg) steht es dem CMC 310 in nichts nach.

Bei beiden Geräten handelt es sich um preislich besonders attraktive Lösungen, die deshalb auch für Dienstleistungsunternehmen im Bereich Schutzprüfung optimal geeignet sind.
 

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