Optimierung des Schutzes des Verteilungsnetzes: Koordination zwischen kompakten modularen Reclosern und Transformatoren

Zusammenfassung

Verteiltransformatoren und Compact Modular Recloser (CMRs) bilden eine koordinierte Schutz- und Automatisierungslösung für Mittelspannungs-Freileitungsnetze. Transformatoren reduzieren die Spannung für den Endverbrauch, während CMRs Fehler im Vorfeld erkennen und unterbrechen – sie unterscheiden den Einschaltstrom des Transformators, koordinieren die Transformatorschutzrelais und stellen den Betrieb automatisch wieder her. Gemeinsam minimieren sie Ausfälle, schützen den Gerätezustand und unterstützen Smart-Grid-Funktionen wie FLISR und zustandsbasierte Wartung.

Transformator-Grundlagen

Funktion und Konstruktion

Verteilungstransformatoren wandeln Mittelspannung (typischerweise 11–38 kV) in Niederspannung (400 V–690 V) zur Nutzung durch den Kunden um. Sie bestehen aus:

• Kern und Wicklungen: Laminierter Stahlkern mit Primär-/Sekundärwicklungen aus Kupfer oder Aluminium.

• Tank und Isolierung: Ölgefülltes oder trockenes Epoxidharz zum Kühlen und Isolieren.

• Schutzelemente: Buchholzrelais, Druckentlastungs- und Differentialschutzrelais (87T) für interne Fehler.

Operative Herausforderungen

• Magnetisierender Einschaltstrom: Beim Einschalten können Einschaltströme bis zum 10-fachen des Nennwerts fälschlicherweise Überstromgeräte auslösen.

• Alterung und Überlastung: Temperaturschwankungen und Überlastung beschleunigen die Alterung der Isolierung und bergen das Risiko eines Ausfalls.

Übersicht über den kompakten modularen Recloser (CMR).

Hauptmerkmale

• Integrierter Vakuumunterbrecher und Relais: Einphasige, mit Epoxidharz isolierte Einheit mit einer Nennspannung von bis zu 38 kV, 630 A Dauerstrom, 12,5 kA Fehler.

• Selbstversorgend: Nutzt Netzspannung, keine externe Batterie erforderlich.

• Einschaltstrom-Unterscheidung: Die Blockierung der zweiten Harmonischen und die Wellenformanalyse verhindern Fehlauslösungen beim Einschalten des Transformators.

• Kommunikation: Verschlüsselte drahtlose und SCADA-Schnittstellen für die Fernsteuerung und den Abruf von Ereignisdaten.

Koordination zwischen Transformator und CMR

Umgang mit Einschaltströmen

CMR-Relais erkennen hohe Anteile der zweiten Harmonischen, die für den Einschaltstrom von Transformatoren typisch sind, und blockieren die Auslösung bis zu 20 ms lang, sodass der Einschaltstrom ohne unnötige Betriebsunterbrechungen abklingen kann.

Einstellungen der Schutzkurve

Vorteile einer integrierten Lösung

Zuverlässigkeitsverbesserungen

Automatische Fehlerunterbrechung und Wiedereinschaltung reduzieren in Pilotstudien SAIFI um bis zu 50 % und SAIDI um bis zu 40 %.

Verlängerung der Transformatorlebensdauer

Durch die Vermeidung unnötiger Auslösungen und die Begrenzung der Fehlerenergie reduzieren CMRs die mechanische und thermische Belastung der Transformatorwicklungen und verlängern so die Lebensdauer der Isolierung.

Smart-Grid-Aktivierung

CMRs stellen Fehleraufzeichnungen mit GPS-Zeitstempel bereit, die Analyseplattformen für vorausschauende Wartung und FLISR-Implementierungen speisen.

Installation und Wartung

• Montage: Mastaufsatz oder Traverse, < 50 lb; kein Kran erforderlich.

• Wartung: 25 Jahre Lebensdauer mit nur regelmäßigem, kostengünstigem Batteriewechsel; Keine Ölpflege.

Abschluss

Durch die Kombination von Verteiltransformatoren mit kompakten modularen Reclosern entsteht ein robustes, wartungsarmes Schutzschema, das den Einschaltstrom des Transformators erkennt, mit internen Transformatorrelais koordiniert und eine erweiterte Automatisierung unterstützt. Dieser integrierte Ansatz erhöht die Netzwerkzuverlässigkeit, verlängert die Lebensdauer der Transformatoren und legt den Grundstein für Smart-Grid-Funktionen.