Korrekte Auslegung der Stromwandler für Schutzzwecke
Stromwandler für Schutzzwecke werden grundsätzlich auf den erforderlichen Betriebsstrom des jeweiligen Abgangs und den Leistungsbedarf der angeschlossenen Geräte ausgelegt, sprich für den stationären Betrieb. Allerdings müssen Stromwandler aber auch unter transienten Bedingungen (Kurzschlüsse, Schaltvorgänge) ein ausreichend genaues Übertragungsverhalten aufweisen, so dass eine korrekte Auswertung der Ströme über die angeschlossenen Netzschutzgeräte erfolgen kann.
Moderne Netzschutzgeräte verfügen hierzu über schnelle Auswerteeinheiten. Die Entscheidung „Auslösung“ oder „Nichtauslösung“ wird innerhalb weniger Millisekunden durch die Elektronik getroffen. Für diesen kurzen Zeitraum müssen die Wandler den primären Strom sättigungsfrei, also unverfälscht, übertragen. Anschließend darf der Wandler in Sättigung gehen. Die Kenntnis der genauen Herstelleranforderungen ist daher von sehr großer Bedeutung.
Zur Erläuterung der Problematik sind in der Abbildung auf der rechten Seite die Verhältnisse am Beispiel eines Kabeldifferentialschutzes dargestellt. Es tritt ein Kurzschluss außerhalb des Schutzbereiches auf und wir nehmen an, beide Wandler seien hier korrekt dimensioniert und vom gleichen Typ. Der primärseitige Strom (Input) wird dann in beiden Wandlern bis zu einem Zeitraum von ca. 6 ms sättigungsfrei übertragen. Erst dann gehen die Wandler in Sättigung und der Strom auf der Sekundärseite (Output) wird nicht mehr korrekt übertragen. Für hochwertige Netzschutzgeräte ist eine sättigungsfreie Zeit von 5 ms ausreichend. Die Auswertung würde hier also korrekt erfolgen. Das heißt die Geräte erkennen, dass der Fehler außerhalb des Schutzbereiches liegt und schicken keinen Auslösebefehl an den Leistungsschalter. In diesem Fall kann dann der nachgelagerte Schutz selektiv agieren (nicht mehr dargestellt).
Einhaltung der normativen und
herstellerspezifischen Anforderungen
In der Abbildung auf der linken Seite sind die Verhältnisse dargestellt, wenn die Schutzwandler nicht korrekt dimensioniert sind. Die Fehlerstelle für den Kurzschlusseintritt wird wiederum hinter dem eigentlichen Schutzbereich im nachgelagerten Netz angenommen. Die Sättigung tritt bereits nach weniger als 5 ms ein. Da die Sättigung im betrachteten Fall für jeden Wandler unterschiedlich stark ausfällt, wird ein Differentialstrom detektiert. Die Netzschutzgeräte würden dann unselektiv auslösen, obwohl kein Fehler im Schutzbereich vorliegt.
An diesem Beispiel wird auch klar, dass die Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung steigt, wenn die Wandler am Anfang und am Ende des zu schützenden Objektes nicht vom gleichen Typ sind. Man spricht hier von fehlender Wandleranpassung.
In die Stromwandlerdimensionierung gehen also die normativen und herstellerspezifischen Anforderungen, sowie die individuellen, netztechnischen Randbedingungen mit ein.
Professionelle Hilfe zur Aufklärung von Netzstörungen
Schutzunter- und Schutzüberfunktionen sind nicht selten auf eine fehlerhafte Stromwandlerdimensionierung zurückzuführen. Bei hohen Anforderungen an das transiente Übertragungsverhalten sollten generell Wandler vom Typ PR, TPY, TPZ mit geringer Remanenz verwendet werden.
Aber auch die Auswahl von Spannungswandlern sollte sorgfältig erfolgen. So ist zum Beispiel die Festlegung der Bebürdung bei Verwendung in Kombination mit einem Distanzschutz von hoher Wichtigkeit.
Bei der Analyse von Fehlauslösungen können Messungen an den Strom- und Spannungswandlern oder auch spezielle Netzsimulationen wichtige Erkenntnisse liefern.
