Isolationskoordi- nations- Studien

Isolationskoordinations- Studien
Auswahl der Isolationsfestigkeit für
Betriebsmittel
Überblick
Isolationskoordination umfasst die
Auswahl der elektrischen Isolationsfestigkeit von Betriebsmitteln zur Vermeidung von durch Überspannung
verursachten Schäden. Überspannungen können durch Blitzeinschläge,
Schalthandlungen oder durch zeitweilige Überspannungen (z.B. Erdfehler)
hervorgerufen werden.
Siemens Power Technologies International (Siemens PTI) unterstützt Sie mit:
· Beratung in allen Isolationskoordinationsthemen über Entwicklung,
Ausschreibungen, Angebote zu Auslegung und Anlagenbetrieb.
· Berechnung von möglichen maximalen Überspannungen in geplanten Anlagen und Messung von
Überspannungen in existierenden
Anlagen mit speziellem Equipment.
· Entwicklung von Überspannungsschutzkonzepten (z.B. Typ und Einbauort der Überspannungsableiter)
unter Berücksichtigung der speziellen Systemkonfiguration und auch
wirtschaftlicher Aspekte.
Die Herausforderung
Ein typisches Mittel- bzw. Hochspannungsnetz besteht aus vielen Betriebsmitteln, wie Kabeln, Transformatoren
und Schaltanlagen. Die Anschaffungskosten dieser Betriebsmittel sind be-
trächtlich und übersteigen oftmals die
Aufwendungen einer Isolationskoordinationsstudie um einige Größenordnungen. Allerdings kann das Fehlen
solch einer Studie große Auswirkungen
haben, da den Betriebsmitteln in kürzester Zeit Schaden zugefügt werden
kann. Neben den Reparaturkosten
können auch zusätzliche wirtschaftliche Verluste wie Strafzahlungen (Lieferausfälle) entstehen.
Deshalb sollte die Isolationskoordination eines Netzes in der Planungsphase
angemessen berücksichtigt bzw. in einigen Fällen auch ausführlich simuliert
werden. Zu späten Zeitpunkten in einem Projekt kann es zu einer verringerten Anzahl an Lösungsmöglichkeiten
kommen (weil z.B. die Installation von
Ableitern wegen Platzmangels nicht
möglich ist).
Unsere Lösung
In der Isolationskoordination gibt es
einige typische Aufgabenstellungen,
die in der Planungsphase besondere
Beachtung erfordern. Hierzu zählen:
· Platzierung und Dimensionierung
der Überspannungsableiter in HSSchaltanlagen sowie Bereitstellung
von ausreichenden Schutzpegeln
der Betriebsmittel gegen Blitzüberspannungen.
· Untersuchung von Schaltüberspannungen nach Schalthandlungen
welche durch Fehler oder Zuschaltungen von langen Kabeln, Freileitungen und Transformatoren hervorgerufen werden.
· Festlegung von Überspannungsschutz für MS-Schalt-anlagen, vor
allem für Spezialanwendungen wie
Lichtbogenofenschalter oder Kompensationsdrosseln.
Beratung auf Basis von Erfahrung
Obwohl Überspannungen meist durch
komplexe physikalische Vorgänge hervorgerufen werden, sind ausführliche
Studien nicht immer notwendig, da
einige typische Szenarien definiert
werden können. In diesem Fall bietet
Siemens PTI Unterstützung in Basisfragen zu Überspannungsschutz und Isolationskoordination, wodurch Zeit und
Geld gespart wird.
Ausführliche Studien
Falls ausführliche Studien notwendig
sind werden passende Simulationsmodelle entsprechend dem zu untersuchenden Frequenzbereich entwickelt.
Dies wird meist mit dem Simulationsprogramm PSS ®NETOMAC durchgeführt.
Je nach Netztopologie wird eine bestimmte Anzahl an Simulationsfällen
festgelegt. Diese beinhalten u.a. Ausfälle von Betriebsmitteln, Arbeitspunkte von Generatoren (unter- und übererregt), Remanenzflüsse bei Transformatorschaltungen sowie Überspannungsanregungen (z.B. verschiedene
Arten von Blitzeinschlägen sowie orten).
siemens.com/power-technologies
Die größten Leiter-Erde und LeiterLeiter Überspannungen welche aus
den Simulationen resultieren dienen
als Basis für die Isolationskoordination.
Isolationskoordination
Je nach verwendetem Standard (z.B.
IEC 60071 oder IEEE 1313) werden die
entsprechenden Isolationskoordinationsabläufe zur Bestimmung des notwendigen Isolationspegels der Betriebsmittel angewendet. Daraus resultiert mindestens eine der folgen-de
Isolationspegel:
· Isolationspegel bei Blitzüberspannungen (z.B. BemessungsBlitzstoßspannung (Basic InsulationLevel BIL nach IEEE Standards,
Lightning Impulse Withstand
Voltage LIWV nach IEC Standards).
· Isolationspegel bei Schaltüberspannungen (z.B. BemessungsSchaltstoßspannung (Switching Impulse Level SIL nach IEEE Standards,
Switching Impulse Withstand
Voltage SIWV nach IEC Standards).
· Isolationspegel bei zeitweiligen
Überspannungen (z.B. BemessungsKurzzeit-Wechselspannung (Power
Frequency Withstand Voltage
ACWV) nach IEC 60071)
Auf Grund von langen Liefervorlaufzeiten ist der Isolationspegel der Betriebsmittel oft schon festgelegt. In
diesem Falle werden die vorbestimmten Isolationspegel mit den minimalen geforderten Isolationspegeln verglichen. Diese werden aus den Simulationen und anschließenden Umwandlungen errechnet. Im Falle von Abwei-
chungen werden entsprechende Maßnahmen vorgeschlagen und getestet.
60071 berechnet und mit den vordefinierten Isolationspegeln verglichen.
Dimensionierung und / oder Verifizierung der Überspannungsableiter
Überspannungsableiter werden so
ausgelegt, dass vordefinierte Isolationspegel nicht überschritten werden.
Falls die Isolationspegel durch die Studie festgelegt werden, darf die dielektrische Isolationsfestigkeit auf Grund
wirtschaftlicher Anforderungen nicht
zu hoch sein. Überdies darf es zu keiner Beeinträchtigung des Ableiters unter normalen Bedingungen kommen
(Überlastung des Ableiters im Erdfehlerfall).
Die Ergebnisse zeigen, dass die vordefinierten Isolationspegel im Falle eines
Masteinschlags mit rückwärtigem
Überschlag nicht ausreichend sind.
Deshalb wurde die Installation von
Überspannungsableitern an der Oberspannungsseite der Transformatoren
vorgeschlagen. Nach deren Dimensionierung wurde diese in die Simulationen eingefügt und die Simulationen
wiederholt. Dadurch wurde gezeigt,
dass die vordefinierten Isolationspegel
nun ausreichend gegen Blitzüberspannungen ausgelegt waren, siehe Abbildung.
Anwendungsbeispiel
Nachfolgend werden die Ergebnisse
einer Blitzüberspannungsstudie erläutert. Eine GIS wird über zwei Transformatoren sowie über zwei Kabel, welche nach 1.5 km an Freileitungen angebunden sind, gespeist.
Drei verschiedene Typen von Blitzeinschlägen werden berücksichtigt:
· Direkter Leitereinschlag im Bereich
der vier letzten Masten.
· Direkter Einschlag in die vier letzten
Masten, eventuell gefolgt von einem rückwärtigen Überschlag des
Kettenisolators.
· Entfernter Leitereinschlag, weiter
als vier Masten entfernt.
Basierend auf den maximalen Spannungen wurde der notwendige LIWV
oder BIL des Betriebsmittels nach IEC
Maximale GIS Überspannungen ohne (obere
Grafik) und mit (untere Grafik) zusätzlichen
Überspannungsableitern.
Messungen
Für die Messung von MittelspannungsÜberspannungen und Transienten verfügen wir über spezielle Messgeräte
und die entsprechende langjährige Erfahrung in der Messung von Spannungen und Strömen bis in den MHzBereich. Die Messung transienter Vorgänge im Netz kann gerade bei der
Klärung von Geräteausfällen Hinweise
auf mögliche Ursachen geben bzw.
Schwachstellen aufdecken.
Herausgeber
Siemens AG 2016
Energy Management Division
Freyeslebenstraße 1
91058 Erlangen, Deutschland
Kontaktieren Sie uns:
[email protected]
Änderungen und Irrtümer vorbehalten.
Die Informationen in diesem Dokument
enthalten lediglich allgemeine Beschreibungen bzw. Leistungsmerkmale, welche
im konkreten Anwendungsfall nicht immer
in der beschriebenen Form zutreffen bzw.
welche sich durch Weiterentwicklung der
Produkte ändern können. Die gewünschten Leistungsmerkmale sind nur dann verbindlich, wenn sie bei Vertragsabschluss
ausdrücklich vereinbart werden.

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