Multifunktionale Schutzrelais
Potenziale erschließen, Ressourcen schonen
Die neue Lösung zur Überwachung und zum Schutz von Anlagen zur Energieerzeugung aus erneuerbaren Energiequellen sind die multifunktionalen Schutzrelais Ekip UP von ABB, die sämtliche Digitalisierungsanforderungen für die Energieverteilung in den Bereichen Überwachung, Schutz und Steuerung erfüllen. Zudem bieten sie Benutzerfreundlichkeit, Flexibilität sowie modulare Plug&Play-Lösungen.
Bild 1 | Der Anschluss aktiver Verbraucher wie Solarparks an das öffentliche Energieverteilnetz ist an bestimmte gesetzliche Bestimmungen gekoppelt.
Bild 1 | Der Anschluss aktiver Verbraucher wie Solarparks an das öffentliche Energieverteilnetz ist an bestimmte gesetzliche Bestimmungen gekoppelt.Bild: ABB Stotz-Kontakt GmbH

Der Anschluss aktiver Verbraucher an das öffentliche Energieverteilnetz ist an gesetzliche Bestimmungen gekoppelt. Das Schnittstellenschutzsystem (IPS) ist ein Relais mit speziellen Schutzfunktionen, durch die sich die Vorgaben problemlos erfüllen lassen. Dies gilt insbesondere für Anlagen mit Kraft-Wärme-Kopplung und Produktionsanlagen, die eine Niederspannungsquelle aus Solarenergie, Wind- oder Wasserkraft nutzen. Wann immer die Spannungs- und Frequenzwerte des Netzes außerhalb der gesetzlich vorgeschriebenen Bereiche liegen, muss das in der Anlage des Anwenders installierte Energieerzeugungssystem vom Netz getrennt werden. Die Trennung erfolgt durch ein Schnittstellengerät (ID), das auslöst, wenn es einen Öffnungsbefehl vom IPS empfängt. In Solarparks, die mit String-Wechselrichtern und entsprechenden Sicherungen betrieben werden, sind häufig selektive Schutzrelais gegen Erdschluss (REF) in der Verbindung zur Nieder- und Mittelspannungsschaltanlage verbaut. Im Fall eines nicht durch den Niederspannungsleistungsschalter abschaltbaren Fehlerstroms erhält der vorgeschaltete Mittelspannungsleistungsschalter einen Befehl zur Trennung der Schaltanlage. Dies ist die effektivste und zugleich wettbewerbsfähigste Lösung, um die Betriebssicherheit der Anlage zu gewährleisten. Eine weitere Anforderung besteht darin, die Wirkleistungseinspeisung in das Netz des Versorgungsunternehmens zeitweilig unterbrechen zu können. Hierfür muss die in der Anlage erzeugte Energie entsprechend dem geringeren lokalen Verbrauch reduziert werden. Andererseits muss der Verbrauch vor Ort optimiert werden, um die grüne Energieerzeugung zu maximieren. Diese Anwendungen erfordern zunehmend mehr Energieüberwachung, die grundlegend für die Wettbewerbsfähigkeit von Energieerzeugungsanlagen aus erneuerbaren Energiequellen ist. Zu den häufigsten Anforderungen, die es zu erfüllen gilt, zählen bidirektionale Messung, Kommunikation mit lokalen Überwachungssystemen sowie Anbindung an Energiemanagementsysteme.

Bild 2 | Die Digitaleinheit Ekip UP von ABB erfüllt Anforderungen wie bidirektionale Messung, Kommunikation mit lokalen Überwachungssystemen sowie Anbindung an Energiemanagementsysteme in einem einzigen, vielseitig einsetzbaren Gerät.
Bild 2 | Die Digitaleinheit Ekip UP von ABB erfüllt Anforderungen wie bidirektionale Messung, Kommunikation mit lokalen Überwachungssystemen sowie Anbindung an Energiemanagementsysteme in einem einzigen, vielseitig einsetzbaren Gerät.Bild: ABB Stotz-Kontakt GmbH

Lösungen

In den Versionen Protect+ und Control+ erfüllt die neue Digitaleinheit Ekip UP von ABB alle Anforderungen in einem einzigen, vielseitig einsetzbaren Gerät. In aktiven Anlagen, die an das Mittelspannungs-Verteilnetz angeschlossen sind, übernimmt das Ekip UP auch IPS-Relais-Funktionen. Diese erweiterte Funktion wird ermöglicht, da es die Norm CEI 0-16 erfüllt. Diese wiederum orientiert sich an den europäischen Normen EU 2016/631, EU 2016/1388 und EU 2016/1447. Zu den insgesamt 35 Schutzfunktionen des Ekip UP zählt auch der Erdschlussschutz REF (ANSI 87) durch Summenstrom-Ringkernwandler, die im Sternpunkt der Mittelspannungs-/Niederspannungsschaltanlage installiert sind. REF kann Schalter sowohl durch ein drahtgebundenes Signal als auch über moderne, umfassende Kommunikationsprotokolle wie IEC 61850 steuern. In Hybridsystemen oder Niederspannungsanlagen, in denen es Erzeuger und Verbraucher gibt, kann das Ekip UP die Solarstrings mittels Richtungsschutz RP (ANSI 32R) am Einspeisepunkt ins Stromnetz abschalten, um sie wieder zyklisch aufzuschalten, sobald die Auslösebedingungen nicht mehr bestehen. Dies wird durch die integrierte Lastabwurflogik ermöglicht. Von lokalen Überwachungssystemen kann das Ekip UP das zu importierende Leistungsbegrenzungssignal vom Energieversorger empfangen. Damit kann es die Leistung mit den eigenen Regelalgorithmen (Power Controller) so steuern, dass die Lasten in der Anlage vor allem aus den verteilten Energieressourcen vor dem Stromverteilungsnetz versorgt werden. Diese Logiken können auch in den Demand-Response-Programmen mit dem Netzbetreiber oder Lastaggregatoren verwendet werden. Dank seiner Vielseitigkeit kann das Ekip UP die Schwellenwerte für den Anlagenschutz (Adaptive Protections) auf Basis der Netztopologie anpassen und Logiken für die Koordination und Auswahl von Ressourcen in der Anlage erstellen. Das Ekip UP kann über neun Kommunikationsprotokolle sowie ein integriertes Gateway kommunizieren, das die Übertragung von über 3.000 gemessenen Energiedatenpunkten an die Plattform ABB AbilityTM EDCS erlaubt. Durch bidirektionale Messungen der wichtigsten elektrischen Parameter – wie Strom, Spannung, Leistung, Energie, Leistungsfaktor – und den integrierten Netzanalysator zur Ermittlung der elektrischen Qualität bis zur 50. Oberwelle werden zusätzliche Geräte wie Multimeter und externe Gateways überflüssig. Die digitale Einheit verfügt über Datenlogger mit zwei Datenspeichern zur Fehlerdiagnose.

Bild 3 | Das Ekip UP kann über neun Kommunikationsprotokolle sowie ein integriertes Gateway kommunizieren und erlaubt die Übertragung von über 3.000 gemessenen Energiedatenpunkten 
an die Plattform ABB Ability EDCS.
Bild 3 | Das Ekip UP kann über neun Kommunikationsprotokolle sowie ein integriertes Gateway kommunizieren und erlaubt die Übertragung von über 3.000 gemessenen Energiedatenpunkten an die Plattform ABB Ability EDCS.Bild: ABB Stotz-Kontakt GmbH

Einsatz als Schnittstellenschutzsystem

Bei Unterbrechungen auf der Ebene des Verteilnetzes erkennt das Ekip UP, dass die Spannungs- und Frequenzwerte außerhalb des vorgeschriebenen Bereichs liegen. Laut Referenzstandards muss das lokale Erzeugungssystem durch eine Schnittstelle von der Anlage trennbar sein. Der Einsatz des Ekip UP als Schnittstellenschutzsystem (IPS) bietet mehrere Vorteile: Ekip UP führt Schnittstellenschutzfunktionen mit jedem Niederspannungsschaltgerät (offene und geschlossene Schalter oder Leistungsschalter sowie Schütze) durch und schaltet automatisch ein, sobald die Netzbedingungen wiederhergestellt sind. Das Relais erfüllt eine Doppelfunktion als Schnittstellenschutzsystem und Generatorschutz (SPDG). Dies kommt besonders bei rotierenden Maschinen wie Kraft-Wärme-Kopplungsanlagen oder Kleinwasserkraftwerken zum Tragen. Im Schutzsystem der Schaltanlage werden hierdurch weniger Komponenten benötigt. Die Software Ekip Connect 3 erlaubt die sofortige, intuitive Inbetriebnahme und macht das Ekip UP besonders benutzerfreundlich. Das Produkt ist mit Einstellungen gemäß Norm CEI 0-16 sowie den auf dem Schaltplan dargestellten Logiken zum Wiederherstellen der Verbindungen vorkonfiguriert.

Schnittstelleneinheit

Es folgt ein Beispiel der Komponenten zum Aufbau einer Schnittstelleneinheit nach CEI 0-16 (Standard IEC), wobei das Ekip UP als IPS in einem Dreiphasensystem mit einer Nennspannung von Ue = 400 V fungiert. Hierzu folgende Anmerkungen: Empfohlenes Schranksystem: ABB System Pro E Power oder gleichwertig. Für den Fall, dass das Schnittstellengerät nicht abgeschaltet werden kann, muss bei aktiven Systemen mit über 400kW Leistung Redundanz vorgehalten werden. Dies kann ein Schütz in entsprechender Größe sein. Empfohlene Familie: ABB AF oder gleichwertig. Als 24/48V DC-Netzteil wird ABB CP-D 24 1.3 oder gleichwertig empfohlen. Weitere ABB Netzteile sind in der CP-Reihe (zum Beispiel CP-E/CP-C.1- und CP-B-Puffermodule) verfügbar. Die Verantwortung für den Widerstand zur Bedämpfung der Ferroresonanz bei homopolarer Mittelspannung liegt beim Konstrukteur. Er wird empfohlen, wenn ein Spannungswandler Mittelspannung/Niederspannung verwendet wird. Bei einem ABB Transformator TJC ist dies ein Widerstand Tesla TR 318 22R/J. Weiteres optionales Zubehör wie Niederspannungs-/Niederspannungs-Spannungswandler-Schutzsicherungen liegt in der Verantwortung des Konstrukteurs, zudem hängt sein Einsatz von den verwendeten Transformatoren ab. Empfohlene Familie: ABB HR C. Der Öffner sorgt für optionale Redundanz und wird entsprechend der verwendeten Schnittstelle ausgewählt. Auf Wunsch des Netzbetreibers muss ein GSM-Modem zur Fernbedienung eingebaut werden. Empfohlenes Modell: ABB ATT oder gleichwertig.

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