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Erhöhte Anlagen- und Personensicherheit in Verteilstationen

01 Kleiner und moderner: die neue Mittelspannungs-Schaltanlage der Rheinenergie im Umspannwerk Worringen im Stadtbezirk Chorweiler umfasst 22 luftisolierte Felder in einer Kompaktstation

01 Kleiner und moderner: die neue Mittelspannungs-Schaltanlage der Rheinenergie im Umspannwerk Worringen im Stadtbezirk Chorweiler umfasst 22 luftisolierte Felder in einer Kompaktstation

02 Die alte Schaltanlage hat ausgedient: die Schaltanlage aus dem Jahr 1963 wurde durch eine Störlichtbogen-geprüfte Schaltanlage mit erhöhtem Anlagen- und Personenschutz ersetzt

02 Die alte Schaltanlage hat ausgedient: die Schaltanlage aus dem Jahr 1963 wurde durch eine Störlichtbogen-geprüfte Schaltanlage mit erhöhtem Anlagen- und Personenschutz ersetzt

03 Verantwortlich für die Schutztechnik bei der Rheinenergie: Karsten Martin spart viel Zeit mit Fame

03 Verantwortlich für die Schutztechnik bei der Rheinenergie: Karsten Martin spart viel Zeit mit Fame

04 Die neue Mittelspannungsschaltanlage der Rheinenergie wurde von Elatec geliefert, die Reihenklemmen und das Prüfstecksystem Fame stammen von Phoenix Contact

04 Die neue Mittelspannungsschaltanlage der Rheinenergie wurde von Elatec geliefert, die Reihenklemmen und das Prüfstecksystem Fame stammen von Phoenix Contact

05 Sicheres, schnelles und komfortables Prüfen:  Die Rheinenergie AG nutzt das Prüfstecksystem Fame zur Modernisierung ihrer Netze

05 Sicheres, schnelles und komfortables Prüfen: Die Rheinenergie AG nutzt das Prüfstecksystem Fame zur Modernisierung ihrer Netze

Im Kölner Stadtgebiet sowie im Umland betreibt die Rheinenergie AG das Verteilnetz Strom. Im Zuge des stetigen Netzausbaus und der Modernisierung des Netzes wurde eine wichtige Hauptverteilstation erneuert. Durch den Einsatz des Prüfstecksystems Fame wird zukünftig bei der turnusmäßigen Prüfung der Schutztechnik die Anlagen- sowie die Personensicherheit erhöht (Bild 1).

Als regionales Energieversorgungsunternehmen für Strom, Gas, Wasser und Wärme mit Sitz in Köln versorgt die Rheinenergie AG rund 2,5 Mio. Menschen, Industrie, Handel und Gewerbe mit Energie und Trinkwasser. 80 % der Anteile hält die GEW Köln, die als Holdinggesellschaft direkt und indirekt zu 100 % im Besitz der Stadt Köln ist. Die restlichen 20 % hält die RWE AG.
Zur Versorgung der Stadt Köln und des Umlands mit elektrischer Energie betreibt die Rheinenergie ein 110-kV-Netz sowie ein unterlagertes Mittelspannungsnetz. Über alle Spannungsebenen hinweg hat das Energieversorgungsnetz mit allen Freileitungen und Kabeln eine Gesamtlänge von etwa 19 000 km.
Das Umspannwerk Worringen
Die neue Schwerpunktstation zur Erhöhung der Versorgungssicherheit wurde im Stadtgebiet Chorweiler im Kölner Norden errichtet. Bislang wurden die Stadtteile Roggendorf und Themenhofen durch eine 1963 errichtete Schaltanlage versorgt. Der ehemalige 25-kV-Netzanschluss und die dazugehörigen Transformatoren sind bereits vor einigen Jahren zurückgebaut worden, sodass die Schaltanlage noch für die Energieverteilung auf der 10-kV-Spannungsebene genutzt werden konnte (Bild 2).
„Die Instandhaltung der alten Anlage war nicht mehr wirtschaftlich“, erläutert Schutztechniker Karsten Martin von der Rheinenergie AG (Bild 3). „Für die neue Schwerpunktstation haben wir auch ein erheblich kleineres Gebäude errichtet.“ Die neue Mittelspannungsschaltanlage ist über drei Einspeisungen mit dem Umspannwerk Fühlingen verbunden. Mit ihren insgesamt 22 Schaltfeldern versorgt die Anlage 28 umliegende Ortsnetzstationen über zwei Ringe. Neben dem Eigenbedarfstransformator, der die Schwerpunktstation selbst mit Energie versorgt, gibt es einen weiteren Transformator mit einer Leistung bis zu 630 kVA für die umliegenden Kunden. Zusätzlich sind in dem Gebäude noch zwei E-Spulen zur Kompensation der kapazitiven Erdströme vorhanden sowie ein Fernwirkschrank für die Anbindung an die Netzleitstelle.
Gefertigt wurden die neuen Schaltanlagen von der Elatec Power Distribution GmbH. Die Schaltanlage Elatec M13, die mit einem Kurzschlusswechselstrom von 31,5 kA nach IEC 62271-200 Störlichtbogen-geprüft ist, zeichnet sich durch ihre kompakte Bauweise aus. In jedem Schaltfeld wurde ein digitales Schutz- und Feldleitgerät zum Schutz der Anlage und des Netzes verbaut.
Eine Besonderheit dieser Anlage besteht darin, dass die Verriegelungen einiger Schutzgeräte innerhalb der Schaltanlage mit dem Kommunikationsstandard IEC 61850 realisiert wurden. Das eingesetzte Goose-Protokoll (Generic Object Oriented Substation Events) ist ein echtzeitfähiges Netzwerkprotokoll zur Steuerung von Geräten über Ethernet-Netzwerke.
Sichere Wartung durch eigene Planung
Die Fernwirktechnik stammt von der SAE IT-Systems GmbH & Co. KG. Das Kölner Unternehmen hat sich als Hersteller leistungsstarker Fernwirk- und Stationsleittechnik für die Bereiche Strom, Wasser, Gas, Fernwärme und Infrastruktur einen Namen gemacht. Die Schutzgeräte kommunizieren per IEC-60870-5-103-Protokoll mit den Fernwirksystemen FW-50 und FW-5 der SAE IT-Systems. Die Anbindung der Schwerpunktstation an die Netzleitstelle erfolgt per IEC-60870-5-104-Protokoll.
„Den Niederspannungsschaltschrank, in dem die Steuerungskomponenten sowie die Schutztechnik verbaut sind, planen wir selbst, und wir führen auch die Inbetriebnahme durch“, erläutert K. Martin. „Dadurch wird die Wartung sowie die turnusmäßige Prüfung der Anlage viel einfacher.“ Dass es jetzt so viel einfacher geht, liegt auch am Einsatz des Prüfstecksystems Fame von Phoenix Contact. Damit hat die Rheinenergie einen unternehmensweiten Quasi-Standard entwickelt, der für alle Neuanlagen bindend ist. „Auf die Prüfsteckleiste des Stecksystems führen wir die Messwerte der drei Außenleiterströme, den Strom über den Neutralleiter, die zugehörigen Spannungen sowie das Auslöse- Signal“, erläutert K. Martin. „Beim Stecken des Prüfsteckers werden automatisch zuerst die Signale getrennt, dann die Stromwandler kurz geschlossen und dann erst die Spannungs- und Stromwandler aufgetrennt.“
Der voreilende Kurzschluss der Stromwandler spielt eine wichtige Rolle. Zudem verhindert die Einhaltung der Schaltreihenfolge ungewollte Auslösungen des Leistungsschalters und damit Netzausfälle. Mit den farbigen Prüfbuchsen, die auf dem Stecker angebracht sind, können außerdem Messungen und Prüfungen am Schutzrelais durchgeführt werden. Die Sicherheitsprüfbuchsen sind versetzt angeordnet, sodass berührgeschützte Messleitungen problemlos angeschlossen werden können. Farbliche Markierungen erleichtern die Zuordnung der Signale beim Verbinden des Prüfgeräts (Bild 4).
Sicherheit und Flexibilität
Der Fame-Stecker selbst ist wie die Prüfsteckleiste codiert. Somit ist sichergestellt, dass nur der korrekte Stecker gesteckt wird. Durch den modularen Aufbau des Prüfsteckers konnten Konfigurationen erstellt werden, die speziell auf die Anforderungen der Rheinenergie zugeschnitten sind. Zusätzlich zum Prüfstecker für das Schutzrelais wurde ein zweiter Stecker entwickelt, mit dem spezielle Messungen durchgeführt werden. Mittels Brücken mit Griff kann die Konfiguration noch vor dem Einsatz vor Ort verändert werden. Der Messstecker wird konfiguriert, bevor er in die Prüfsteckleiste eingeführt wird. Damit wird die Sicherheit des Prüfvorgangs erhöht.
„Weil die Schaltfolge im Messstecker konfiguriert ist, muss im Bedarfsfall nur die Brückung des Steckers modifiziert werden“, betont K. Martin. „Wenn wir zum Beispiel ein Amperemeter einschleifen wollen, um die Wandlerströme im laufenden Betrieb zu messen, können wir die Kurzschlussbrücken entfernen.“ Dabei sorgt die voreilende Kontaktierung durch die beiden Kontaktzonen der Feder im Grundblock dafür, dass das Einschleifen ohne Unterbrechung der Wandlerkreise erfolgt. Die Auslösekreise werden vor dem Auftrennen der Signal- und Wandlerkreise getrennt. Zu diesem Zweck haben die Prüfstecker aus dem Fame-Programm drei Stiftlängen, die gemäß der jeweiligen Applikation für jeden Pol konfiguriert werden können.
Durch die verlängerten Stifte an den Kontakten der Aus-Kreise wird das ungewollte Auslösen des Leistungsschalters beim Stecken und bei der Prüfung verhindert. „Die Schaltreihenfolge wurde ja bereits im Stecker festgelegt“, so K. Martin, „Ausfallzeiten durch Fehlauslösungen dürften dann nicht mehr vorkommen.“ Auf diese Weise erhöht das Prüfstecksystem Fame die Betriebs- und Versorgungssicherheit (Bild 5).
Fazit
Für die Rheinenergie bietet Fame durch seine Flexibilität und Modularität sowie durch seine Sicherheit in der Anwendung viele Vorteile. K. Martin: „Die nach unseren Wünschen konfigurierten Lösungen aus dem Fame-Programm können wir über separate Artikelnummern beziehen – wir müssen sie nicht bei jeder Bestellung neu konfigurieren.“ Darüber hinaus fügt sich das Fame-System nahtlos in die ebenfalls verwendeten Klemmen aus dem Reihenklemmen-Programm Clipline Complete ein. So wird für beides das gleiche einheitliche Zubehör verwendet, wodurch sich Beschaffung und Lagerhaltung vereinfachen. Auch beim Anschluss des Schutzrelais ist die Verbindungstechnik von Phoenix Contact von Vorteil, auch hier ist – wie beim Prüfstecksystem selbst – der voreilende Kurzschluss bereits im Steckverbinder integriert. „Wir werden auch künftig bei unseren stetigen Modernisierungs- und Netzausbaumaßnahmen auf das Prüfstecksystem Fame von Phoenix Contact setzen“, meint K. Martin. (mh)

Fame aus der Sicht des Schaltanlagenbauers

06 Edgar Fuhs ist Geschäftsführer der Elatec Power Distribution GmbH

06 Edgar Fuhs ist Geschäftsführer der Elatec Power Distribution GmbH

Gefertigt wurde die Schaltanlage für die Rheinenergie von der Elatec Power Distribution GmbH, die ihren Sitz in Konz bei Trier hat. Erfahrungen mit Fame hatte das Unternehmen bereits bei Mittelspannungs-Projekten mit der Rheinenergie und den Stadtwerken München sammeln können. Für den Geschäftsführer Edgar Fuhs (Bild 6) liegen die Vorteile des Prüfsystems Fame auf der Hand: „Wir schätzen die Zeitersparnis durch die bequeme Verdrahtung und den schnellen Prüfaufbau – daran hat auch die Push-in-Anschlusstechnik einen hohen Anteil. Der Prüfstecker wird nur einmal verkabelt – danach wird er im Feld bei der Inbetriebnahme und bei Wiederholungsprüfungen nur noch aufgesteckt. Das Produkt reiht sich durch seine hohe Qualität und Funktionalität nahtlos in die innovative Produktkette bei Phoenix Contact ein.“

*Autor:* Ruben Winter, B.Eng M.Sc, ist im Produkt- Marketing Clipline Energy für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig.  rwinter@phoenixcontact.com

Autor: Ruben Winter, B.Eng M.Sc, ist im Produkt- Marketing Clipline Energy für die Phoenix Contact GmbH & Co. KG in Blomberg tätig. rwinter@phoenixcontact.com