Vereinfachte Schutzprüfungen bei Energiesystemen

Autor / Redakteur: Bernd Schairer * / Kristin Rinortner

Für das Monitoring von Stromnetzen werden digitale Netzschutzrelais eingesetzt, die defekte Leitungen oder Trafos ab- oder umschalten. Wie kann man diese Relais einfach und sicher auf ihre Funktion prüfen?

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Umspannwerk der Energienetz Mitte: Markus Hose von der Energienetz Mitte betätigt einen Fame-Steckverbinder im Umspannwerk Göttingen Weende.
Umspannwerk der Energienetz Mitte: Markus Hose von der Energienetz Mitte betätigt einen Fame-Steckverbinder im Umspannwerk Göttingen Weende.
(Bild: Phoenix Contact)

Netze werden immer exakter überwacht – dabei soll die Überwachung einfacher und sicherer werden. Mit dem Prüfstecksystem Fame erreicht die Energienetz Mitte eine hohe Flexibilität bei erhöhter Sicherheit und gesteigertem Bedienkomfort. Der besondere Pluspunkt gegenüber früheren Lösungen ist: Auch während der Prüfung bleibt die Schutzfunktion jetzt erhalten.

Seit mehr als 80 Jahren sorgt die EAM-Gruppe für die sichere und zuverlässige Energieversorgung von rund 1,4 Millionen Menschen in der Mitte Deutschlands. Die insgesamt rund 50.000 km Strom- und Erdgasnetze sowie 71 Umspannwerke werden von der Tochtergesellschaft Energienetz Mitte betrieben (Bild 1).

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Prüfvorgang ermöglicht sicheren Betrieb

Eine Voraussetzung für den sicheren und zuverlässigen Betrieb des Stromnetzes ist das schnelle Erkennen einer Störung. Dafür ist es wichtig, ständig verschiedene Messgrößen wie Strom und Spannung zu überwachen. Für das Monitoring der Messgrößen werden digitale Netzschutzrelais eingesetzt – sie übernehmen das Ab- und Umschalten defekter Leitungen oder Transformatoren. Identifiziert ein Netzschutzrelais einen Fehler auf einer Versorgungsleitung, erhält der Leistungsschalter dieser Leitung ein Auslösesignal und die Leitung wird abgeschaltet.

Die Netzschutzrelais werden regelmäßig im Rahmen einer Schutzprüfung auf ihre ordnungsgemäße Funktion geprüft. Um diese Prüfung einfach und sicher zu machen, kommt bei der EAM traditionell eine steckbare Kontaktierungsvariante zum Einsatz. Nach dem Aufbau der Verbindung werden zunächst die Messwandler über einen Drehschalter kurzgeschlossen und danach das Signal „Leistungsschalter-Aus“ unterbrochen.

Erst nach diesem Schritt kann mit der eigentlichen Funktionsprüfung begonnen werden. Da in der Mittelspannung typischerweise nur ein Schutzgerät verbaut ist, fehlen für den Zeitraum der Prüfung sämtliche Schutzfunktionen.

Tritt während der Prüfung ein Fehler im Netz auf, kann das Schutzgerät folglich nicht reagieren – mit potenziell weitreichenden Folgen. Dabei kann es zu Netzunterbrechungen oder sogar zur Zerstörung von Anlagenteilen kommen (Bild 2).

Um Schutzprüfungen einfacher und sicherer durchzuführen, hat Phoenix Contact das Steckprüfsystem Fame entwickelt. Dieses System verbindet eine große Zahl von notwendigen Kontaktierungen in einem einzigen Steckvorgang mit dem Prüfgerät. Es muss kein Schalter mehr betätigt werden – alle Schaltvorgänge erfolgen zwangsgeführt durch das Stecken des Prüfsteckers. Die Reihenfolge der Kontaktierungen, Trennungen und Kurzschlüsse der Messwandler ist durch den Stecker vorgegeben und somit immer richtig.

Vereinfachte und fehlerfreie Schutzprüfung

Im Gegensatz zum Betätigen eines Schalters ist eine 100-prozentige Kontaktüberlappung zu jedem Zeitpunkt gegeben. Durch den Einsatz von fertig konfektionierten Prüfsteckern kann die Sicherheit noch erhöht werden. Fest angeschlossene Prüfleitungen, die mit einem Systemstecker des Prüfgeräts bestückt sind, machen das einzelne Verbinden der Messleitungen überflüssig. Damit wird eine weitere Fehlerquelle eliminiert, und zusätzlich wird die Schutzprüfung schneller.

Durch eine standardisierte Prüfsteckleiste ist es möglich, verschiedene Prüfungen – wie etwa unabhängiger Maximalstromzeitschutz (UMZ) oder Distanzschutz – mit einem einzigen Stecker zu prüfen. Weiteres Zubehör wie etwa ein farbig gekennzeichneter einpoliger Service-Prüfstecker ergänzt das Prüfsystem. Mit dem einpoligen Steckverbinder können Einzelmessungen oder die Trennung des Aus-Signals zum Hochspannungsschalter vom Schutzgerät durchgeführt werden.

Schutzfunktion bleibt bei Prüfung erhalten

„Ein wesentlicher Grund, auf Fame umzustellen, ist die rapide ansteigende Komplexität der Anlagen, was zwangsläufig aufwändigere Schutzprüfungen zur Folge hat“, erklärt Markus Hose, der bei der Energienetz Mitte für die Schutzprüfungen in den Umspannwerken zuständig ist.

Die seinerzeit ausgewählten Prüfschalter sind nicht mehr zeitgemäß. Mit Kontaktierungen für nur jeweils drei Ströme und drei Spannungen sowie einem Aus-Signal erfüllen sie die heutigen technischen Anforderungen nicht mehr. „Im Gegensatz dazu kann mit einem einmal aufgebauten Fame-Stecker die gesamte Anlage oder alle Schutzsysteme geprüft werden“ – so Hose. Er beabsichtigt daher, auch alle neuen Anlagen mit Fame auszurüsten.

Ebenso kann die Prüfung mit Fame sicher und einfach auch in Anlagen erfolgen, die nicht freigeschaltet werden können. Während der Prüfung kann mit dem Prüfstecker ein Reserveschutzgerät eingeschliffen werden. Damit wird der Netzschutz auch während der Schutzprüfung aufrechterhalten. Diese besondere Funktion für eine gleichbleibende Netzsicherheit kommt auch zum Einsatz, wenn ein Schutzgerät ausfällt. Dann schleift ein Mitarbeiter ein Interimsschutzgerät über den Fame-Stecker einfach und schnell ein.

Einfacher Geräteersatz ohne Schutztechniker

Sollte ein Schutzgerät ausfallen oder Fehler verursachen, kann ein Service-Techniker, der kein ausgebildeter Schutztechniker sein muss, das Schutzgerät auch außerhalb der regulären Arbeitszeit über den Fame-Stecker ersetzen. Dadurch wird ein Fehler schnell behoben, und die Netzstörung wird minimiert. Am nächsten Tag kann dann ein Schutztechniker das defekte Gerät ohne Auswirkungen auf das Netz austauschen.

* Bernd Schairer ist Industriemanagement Energie bei der Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg.

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