Differentialschutz in Elektroenergiesystemen

Differentialschutz Schutzkriterium Stromdifferenz - Grundgedanke: Jedes Betriebsmittel überträgt den Strom vom Eingang nach definiert eigener Funktion zum Ausgang --> Differenzbildung beider Ströme liefert Aussage, ob Übertragung funktionsgemäß er- folgt oder das Stromgleichgewicht gestört ist I1 I2 I1‘ ΔI ‘ I2‘ I>

Differentialschutz Schutzkriterium Stromdifferenz - Schutzbereich durch Einbauort der Wandler festge- legt, nur Fehler dazwischen bewirken hinreichend große Stromdifferenz --> strenge Fehlerortselektivität - Wertebereich des Schutzes - Stufenschalter und Leerlaufstrom bei Trafos, Lade- und Ableitströme von Leitungen, Übertragungsfehler der Wandler bewirken Diff.-strom auch im fehlerfreien Betrieb --> Stabilisierungsmaßnahmen Fehlerbereich Ian ΔI ‘ Betriebsbereich I2‘ I1‘

Differentialschutz Schutzkriterium Stromdifferenz - Kriterium wirksam, wenn der Falschstrom ΔI`Bmax kleiner Minimalfehlerstrom ΔI`Fmin im Differenzzweig --> Anwendungsgrenze stromschwache Fehlerströme, keine Erfassung von Überlastzuständen - Schwierigkeiten: räumlich ausgedehntes Schutzobjekt, z.B. im Leitungsschutz, hohe Bebürdung der Wandler durch lange Meßleitung und Unsymmetrie durch Lage der Schutzeinrichtung schnelle Schutzeinrichtung erfordert Anpassung der Wandlerzeitkonstanten im Sekundärkreis

Differentialschutz Meßgröße Stromdifferenz - Prinzip der elektrischen Waage : zwei entgegengeschaltete Doppelgleichrichter mit polarisiertem Relais im Brücken- zweig IH IA Ansprechbedingung: DZ

Differentialschutz Meßgröße Stromdifferenz - Ansprechkennlinie IA Einfluß auf Verlauf: ohm. Widerstand in Reihe mit Erregerwicklung des Relais hebt IAan Änderung des Anstiegswinkels im stabilisierten Bereich durch Variation von k2 AB Ian k1 SB UB IH1 IH

Differentialschutz Varianten Transformatordifferentialschutz Leitungsdifferentialschutz Generatordifferentialschutz Sammelschienendifferentialschutz

Differentialschutz Transformatordifferentialschutz Notwendige Anpassungen an: - verschieden große Ströme auf beiden Seiten des zu schützenden Objektes - Phasendrehung durch Transformatorschaltgruppe - Schaltvorgänge im Netz - Einschaltstoßstrom bei Zuschalten des leerlaufenden Transformators bzw. beim Parallelschalten - innere Überspannungen

Differentialschutz Transformatordifferentialschutz Falschstromkennlinie Falschstrom IA Wandlerfehler Stufenschaltwerk Leerlaufstrom IH

Differentialschutz Transformatordifferentialschutz HW HW ZW

Differentialschutz Transformatordifferentialschutz PQ 721 Digitaler Differentialschutz für Transformatoren Standard-Schutzfunktionen Amplituden- und Schaltgruppenanpassung Zweifach geknickte Auslösekennlinie Einschaltstabilisierung mit zweiter Harmonischer, wahlweise mit oder ohne meßsystemübergreifen- der Wirkung sowie wahlweise abschaltbar Verarbeitung von zwei Buchholz-Signalen als Durchreichefunktion Verarbeitung von vier weiteren binären Eingangssignalen

Differentialschutz Transformatordifferentialschutz PQ 731 Digitaler Differentialschutz für Transformatoren Standard-Schutzfunktionen Amplituden- und Schaltgruppenanpassung Zweifach geknickte Auslösekennlinie Einschaltstabilisierung mit zweiter Harmonischer, wahlweise mit oder ohne meßsystemübergreifen- der Wirkung sowie wahlweise abschaltbar Thermischer Überlastschutz Überstrommeldung Verarbeitung von zwei Buchholz-Signalen

Differentialschutz Leitungsdifferentialschutz Dreiphasiger Leitungsdifferentialschutz LS1 LS2 HW1 HW2 H1 A1 A2 H2

Differentialschutz Leitungsdifferentialschutz, Beispiele SIEMENS 7SD502 Leistungsschaltermitnahme und Fernauslösung der Gegenstation Überlastschutz mit thermischer Kennlinie Zweistufiger UMZ/AMZ-Reserveschutz mit Mischstrom IM1 Schutz von Dreibeinleitungen mit zwei Geräten an jedem Leitungsende möglich etc. Die Verbindung zwischen zwei Geräten der Reihe 7SD502 erfolgt über ein symmetriertes Hilfsadernpaar, d. h. vorhandene Hilfsadernver- bindungen können weiterhin genutzt werden.

Differentialschutz Leitungsdifferentialschutz, Beispiele SIEMENS 7SD503 Leistungsschaltermitnahme und Fernauslösung der Gegenstation Überlastschutz mit thermischer Kennlinie Zweistufiger UMZ/AMZ-Reserveschutz mit Mischstrom IM1 Schutz von Dreibeinleitungen mit zwei Geräten an jedem Leitungsende möglich etc. Die Verbindung zwischen zwei Geräten der Reihe 7SD503 erfolgt über drei Hilfsadern, d. h. vorhandene Hilfsadernverbindungen können weiterhin genutzt werden.

Differentialschutz Generatordifferentialschutz G: Pn<10 MW BT BT ΔI 3~ ΔI G 3~ G ΔI G: Pn<10 MW G: 10 MW <= Pn<200 MW

Differentialschutz Sammelschienendifferentialschutz für Einfachsammelschienen I1 I2 ΔI I3 In I1+I2-I3+ ... +In=ΔI

Differentialschutz Bsp.: Berechnung der Ausgleichswandler für den TDS eines Dreiwicklungstransformators Geg.: Dreiwicklungs-Dreiphasentransformator 110kV/30kV/6kV in Yyy0 40MVA/40MVA/40MVA HW1 HW2 HW3 ΔI

Differentialschutz Primärströme der Hauptwandler 1. 2. Stromübersetzungsverhältnisse

Differentialschutz 3. Nennstromübersetzungsverhältnisse 4. Auswahl der Ausgleichswandler

Differentialschutz 5. Korrigierte Stromübersetzungsverhältnisse 6. Prinzipschaltung mit AW HW1 HW2 AW12 AW13 HW3 ΔI