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Schutzprüfung für kleine Budgets

Bild 1. Screenshot von der Bediensoftware „CMControl“ von Omicron mit ihren diversen Prüfwerkzeugen

Bild 1. Screenshot von der Bediensoftware „CMControl“ von Omicron mit ihren diversen Prüfwerkzeugen

Die Wartung und Routineprüfung in Mittelspannungs-Verteileranlagen von EVU oder werkseigenen Elektroenergieanlagen verlangt nach einer einfach bedienbaren und vor allem wirtschaftlichen Prüftechnik. Bedingt durch den technologischen Wandel in der Schutztechnik reichen simple einphasige und trafobasierende Prüfmittel nicht mehr aus. Der in Mittelspannungs- oder Industrieanlagen typischerweise anzutreffende Leitungs-, Trafo-, Motor- oder Generatorschutz ist numerisch und drei- bzw. mehrphasig. Im Vergleich zu Anlagen der Hoch- und Höchstspannungsebene ist er aber weniger komplex.

Bild 2. Prüfgrößen im 3. Quadranten

Bild 2. Prüfgrößen im 3. Quadranten

Bild 3. Konstante Blindleistungs-überwachung

Bild 3. Konstante Blindleistungs-überwachung

Bild 4. Prüfung der Ansprechgrenze des Freigabestroms

Bild 4. Prüfung der Ansprechgrenze des Freigabestroms

In Mittelspannungs- (MS) oder Industrieanlagen gibt es eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben, die jedoch nur eine relativ kleine Wiederholrate aufweisen. Verständlich ist daher der Wunsch nach einfachen und vor allem kostengünstigen Prüfmitteln ohne komplexe vollautomatische Abläufe. Mit dem CMC 310 bietet Omicron eine auf diese Ansprüche zugeschnittene Prüflösung an. Dabei steht die Hardware hinsichtlich Strom- und Spannungsamplitude, Ausgangsleistung und Genauigkeit den Standardmodellen in nichts nach. Die Bediensoftware hingegen ist einfacher und für die Prüfung von Ansprechzeiten, Auslösegrenzen und Auslösekennlinien optimiert. Die schutzspezifischen Teile der benutzergeführten „CMControl“-Prüfsoftware wurden um Prüf-Tools für die Verdrahtungs- und Polaritätsprüfung, für Energiezähler und Messumformer ergänzt.

Einschalten und loslegen
Heute fehlt oftmals die Zeit, umfangreiche und automatisierte Prüfpläne für die typischen Aufgaben in diesem Bereich zu erstellen. Was zählt, ist die schnelle Verfügbarkeit der erforderlichen Prüfsignale bei voller Flexibilität in der Anwendung. Dreiphasige, elektronisch geregelte und bürdenunabhängige Signalquellen bieten den Vorteil, die Prüfgrößen präzise auf den gewünschten Wert einstellen zu können. Daher geht der Trend in der Sekundärprüfung auch bei Industrieanlagen weg vom einfachen Regeltrafo.

Bild 5. Prüfung des Auslösewerts der Unterspannung

Bild 5. Prüfung des Auslösewerts der Unterspannung

Bild 6. Blindleistungskennlinie mit Mindeststromschwelle (Quelle: FNN Lastenheft Q-U-Schutz, 2010)

Bild 6. Blindleistungskennlinie mit Mindeststromschwelle (Quelle: FNN Lastenheft Q-U-Schutz, 2010)

Bild 7. Prüfung der Blindleistungskennlinie bei einer sekundären Scheinleistung von 40 VA

Bild 7. Prüfung der Blindleistungskennlinie bei einer sekundären Scheinleistung von 40 VA

Bild 8. Prüfung der Auslösezeiten

Bild 8. Prüfung der Auslösezeiten

Einfache Bediensoftware
Die eingesetzten Prüfmittel sind bislang entweder teure und mit Prüffunktionen gespickte High-End-Lösungen oder ganz einfache, auf Regeltrafos basierende Geräte. Letztere entsprachen in puncto Genauigkeit, Anzahl der Phasen oder Messeingänge beziehungsweise beim Bedien­komfort nicht immer den Anforderungen.
In Gesprächen mit Prüftechnikern ist oft der Wunsch nach einer Lösung „irgendwo dazwischen“ zu vernehmen. Dabei soll die Bediensoftware einerseits das gesamte Anwendungsspektrum abdecken, andererseits muss diese intuitiv und ohne externe Schulung in kurzer Zeit beherrschbar sein. Notizblock und Kugelschreiber zur ­Ergebniserfassung sind tabu, was die softwareunterstützte und automatische Erstellung eines Prüfprotokolls zur unverzichtbaren Grundfunktion macht. Protokolldateien müssen zur weiteren Verarbeitung (Drucken, Ablegen in Datenbank oder Filesystem) beispielsweise auf einen USB-Stick übertragen werden können.
Das CMC 310 ist speziell für diese Anforderungen ­konzipiert. Es lässt sich über das andockbare „CMControl“-Touchscreen-Bedienpanel oder alternativ über einen ­Laptop bzw. ein Android-Tablet bedienen (Bild 1).

Anwendungsbeispiel: Prüfen von Q-U-Schutz
In Deutschland schreiben die Netzanschlussregeln der Netzbetreiber für den Anschluss einer Energieerzeugungsanlage (EEA) ans Mittelspannungsnetz einen Blindleistungsrichtungs-Unterspannungsschutz am Netzanschlusspunkt zwingend vor. Der Schutz trennt im Kurzschlussfall die EEA, zum Beispiel eine Windenergieanlage, vom Netz, sobald bei Blindleistungsbezug ein vorgegebener Spannungswert am Einspeisepunkt unterschritten wird. Um eine Überfunktion des Q-U-Schutzes zu verhindern, wird, abhängig von der Kennlinienart, gleichzeitig eine Mindeststromschwelle von beispielsweise 10 % I nenn des Mitstromsystems als Kriterium herangezogen (Freigabestrom).
Für die Prüfung dieses Schutzes ist ein dreiphasiges Prüfgerät erforderlich. Die Prüfung ist relativ anspruchsvoll und erfordert mehrere Schritte. Mit der benutzergeführten „CMControl“-Software kann sie aber auch manuell bzw. semiautomatisch durchgeführt werden. Die Prüfung anderer Schutzfunktionen, wie Frequenz-, Spannungs- oder Überstromschutz, ist dagegen vergleichsweise einfach.
Allgemein bedarf es hier folgender Prüfschritte:
1. Prüfung des korrekten Anschlusses (Leistungsrichtung): Wie die Praxis zeigt, sind Verpolungsfehler beim Anschluss des Strom- oder Spannungswandlers nicht selten. Es lohnt sich daher, eine kurze Überprüfung der Anschlussverdrahtung durchzuführen. 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 (Bild 2).
2. Prüfung des Freigabestroms (falls Auslösekennlinie wie in Bild 3): Mit dem Prüf-Tool „Ansprechverhalten“ wird eine ansteigende Stromrampe gefahren, beginnend mit einem Ausgangswert unterhalb der Sollwert-Toleranz. Die Schrittdauer ist t > Auslösezeit, die Schrittweite ca. ¼ der Toleranz des Ansprechwerts (Bild 4).
3. Prüfung der Unterspannung: Wieder wird das Prüf-Tool „Ansprechverhalten“ verwendet, diesmal um eine abfallende Spannungsrampe zu generieren. 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) (Bild 5).
4. Prüfung der Blindleistungskennlinie (gemäß Bild 6): 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 (Bild 7).
5. Prüfung der Blindleistungsschwelle: Bei Relais mit Auslösecharakteristik gemäß Bild 3 wird an einigen Stellen auf der x-Achse (Wirkleistung zum Beispiel bei –100 W, –40 W, 40 W und 100 W) die Blindleistung schrittweise bis zur Auslöseschwelle erhöht, beginnend mit beispielsweise 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 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 (zum Beispiel t 1 = 0,5 s und t 2 = 1,5 s) haben. Mit der Ausschaltzeit t 1 werden beispielsweise die Leistungsschalter der einzelnen Maschinen einer Windenergieanlage abgeschaltet, mit t 2 der Leistungsschalter der gesamten Anlage am Netzanschlusspunkt (NAP). Beide Verzögerungszeiten werden nacheinander getrennt geprüft. Dazu ist der Aus-Kontakt für t 1 , respektive der Aus-Kontakt für t 2 an den Binäreingang 1 (Gaus) der Prüfeinrichtung angeschlossen (Bild 8).
Mit Abschluss des letzten Prüfschritts liegt auch das Protokoll (in den Formaten html oder xml) vor.

Zusammenfassung
Zur effizienten und zuverlässigen Prüfung eines Q-U-Schutzes wird eine dreiphasige, softwaregesteuerte Prüf­einrichtung benötigt. Nicht unbedingt erforderlich sind komplexe Prüfprogramme mit vollautomatischem Prüfablauf. Die Prüfung ist durchaus mit einfacheren Mitteln manuell bzw. semiautomatisch möglich.
Dies eröffnet einen Ausweg aus dem scheinbar unlösbaren Dilemma, wie mit immer kleineren Budgets den gestiegenen Anforderungen bei der Sekundärprüfung entsprochen werden kann. Das Konzept des CMC 310 basiert auf dieser Überlegung. Der Preis liegt unter dem der High-End-Modelle. Dennoch deckt die einfachere manuelle Bedienung die Anforderungen in weiten Bereichen der Mittelspannungs- und Industrienetze ab. (ih)

Reinhard Kuntner ist als Produktmanager Sekundärprüftechnik bei der Omicron Electronics GmbHin Klaus/Österreich tätig. reinhard.kuntner@omicronenergy.com

Reinhard Kuntner ist als Produktmanager Sekundärprüftechnik bei der Omicron Electronics GmbHin Klaus/Österreich tätig. reinhard.kuntner@omicronenergy.com