(e) a n w e n d u n g s r i c h t l i n i e

Weitere Magazine

Empfehlungen

Info

10.5 Ableiter in gekapselten MS-Schaltanlagen Oft ist es erforderlich, Ableiter in gekapselte MS-Schaltanlagen einzubauen. Verbindet ein Kabel die Schaltzelle mit einer blitzgefährdeten Leitung, dann sollte der Nennableitstrom der Ableiter am Kabelendverschluss in der Zelle 10 kA betragen. Es ist damit zu rechnen, dass die Spannung am Ableiter Up erreicht. Um Überschläge in der Zelle auszuschliessen, sollten die vom Ableiterlieferanten empfohlenen Mindestabstände zwischen den Ableitern und zwischen Ableiter und Erde eingehalten werden. Anders liegen die Verhältnisse, wenn die Ableiter nicht Blitzüberspannungen sondern Schaltüberspannungen begrenzen müssen. Letztere könnten entstehen, wenn bei Schalthandlungen induktive Ströme vor dem Erreichen ihres natürlichen Nulldurchganges unterbrochen werden. Bei solchen Schaltüberspannungen ist die Strombelastung der Ableiter sehr gering, so dass ein Nennableitstrom von 5 kA ausreichend ist. In diesem Fall liegt die maximale Spannung bei MO-Ableitern weit unterhalb U p. Daher können die Abstände zwischen den Ableitern und zwischen Ableiter und Erde kleiner sein, was den Einbau der Ableiter in den Zellen erleichtert. Die unteren Grenzen für diese Abstände sind durch die jeweiligen Ländervorschriften gegeben und für MO- Ableiter ausreichend. Die maximale Spannung bei Funkenstreckenableitern erreicht auch bei Schaltüberspannungen den Wert U p. Die Mindestabstände bei diesen Ableitern müssen daher grösser sein, damit Überschläge vermieden werden. Dies kann den Einbau der Ableiter in die Schaltzellen, besonders wenn enge Verhältnisse vorliegen, beträchtlich erschweren. 10.6 Generator, verbunden mit einer blitzgefährdeten MS-Leitung Der Überspannungsschutz erfolgt durch Ableiter zwischen Phase und Erde. Wird ein belasteter Generator plötzlich vom Netz getrennt, so steigt seine Klemmenspannung an, bis der Spannungsregler die Generatorspannung nach einigen Sekunden zurückgeregelt hat. Das Verhältnis dieser temporären Überspannung zur normalen Betriebsspannung wird Lastabwurffaktor L genannt. Dieser Faktor kann bis zu 1,5 erreichen. Die Ableiter werden also im ungünstigsten Fall mit der temporären Überspannung U TOV = L * Um belastet, was bei der Wahl von U zu berücksichtigen ist. L* Um Uc > ---------------- T c Die Zeitdauer t von U von 3 bis 10 Sekunden. TOV ist für T bestimmend. Sie liegt im Bereich Anhand eines Beispiels wird im Folgenden Uc des Ableiters der Typenreihe MWK ermittelt: U = 14 kV = 1,4 m L t = 10 s T = 1,26 (aus Bild 7) 1,4 * 14 kV Uc > ------------------ = 15,56 kV 1,26 Der gesuchte Ableiter heisst MWK 16. Sein Uc beträgt 16 kV und das Schutzniveau bei I = 10 kA ist 49,1 kV. n Wegen der hohen Anforderungen an die Betriebssicherheit von Generatoren ist es wünschenswert, Ableiter mit einem möglichst tiefen Schutzniveau einzusetzen. Deshalb wird für den Generatorschutz der Spezialableiter der Reihe POLIM-H empfohlen. Er hat nicht nur ein tieferes Schutzniveau; gleichzeitig ist T grösser. Für t = 10 s ist T = 1,31 zulässig, so dass sich ergibt U c Der Ableiter POLIM-H 15 ist ausreichend. Sein Schutzniveau bei I = 10 kA beträgt 43,5 kV. Dieser Spezialableiter garantiert also ein um 11 % tieferes Schutzniveau. Dazu kommt, dass dieser Typ dank seines wesentlich höheren Energieaufnahmevermögens (siehe Tabelle 2) auch hinsichtlich der Betriebssicherheit Vorteile bringt. Generatoren besitzen eine grosse Kapazität zwischen Phase und Erde. Ähnlich wie in Bild 13 ersichtlich, führt diese Kapazität zu einer beträchtlichen Verkürzung der Ableiterschutzdistanz. Deshalb ist es bei Generatoren besonders wichtig, die Ableiter in Generatornähe aufzustellen. Hochspannungsmotoren können nach Ausschaltungen während des Anlaufs durch multiple Wiederzündungen überbeansprucht werden. Dieses trifft dann zu, wenn der Ausschaltstrom geringer als 600 A ist. Zum Schutz dieser Motoren sind Überspannungsableiter unmittelbar an den Motorklemmen oder alternativ am Leistungsschalter zu empfehlen. Die Auslegung von U erfolgt nach den Empfehlungen in Abschnitt 8. c 1,4 * 14 kV > ----------------- = 14,96 kV 1,31 10.7 Ableiterschutz bei Motoren In besonderen Fällen, z.B. bei gealterter Wicklungsisolation ist es notwendig, das Schutzniveau des Ableiters noch weiter zu senken. Eine Möglichkeit besteht darin, Uc zu verkleinern. Dieses Vorgehen ist dann vertretbar, wenn die für Uc massgebenden Überspannungen nur sehr selten auftreten. Man nimmt dabei bewusst in Kauf, dass der Ableiter in einem solchen Fall überlastet werden kann. Die daraus erwachsenden Nachteile, Betriebsunterbruch und Ersetzen des Ableiters, sind dabei dem Vorteil eines besseren Überspannungsschutzes gegenüberzustellen. U darf aber niemals kleiner gewählt werden als U / √ 3. c Bei einem Generator ist eine solche Verkleinerung von Uc nicht zu empfehlen. Es besteht nämlich die Gefahr, dass dadurch an den Klemmen des Generators ein Zweiphasenkurzschluss ausgelöst wird. Der daraus resultierende unsymmetrische Kurzschluss- Strom in den Wicklungen führt dann zu einer extrem hohen mechanischen Belastung des Rotors. 10.8 Überspannungsschutz auf Lokomotiven Hier werden an die Ableiter hinsichtlich Betriebssicherheit höchste Anforderungen gestellt. Deshalb wird ein Ableiter der Reihe POLIM-H empfohlen. Der robuste mechanische Aufbau genügt allen Anforderungen des Bahnbetriebes. Der Direktverguss in Silikon gewährleistet höchste mechanische Sicherheit auch bei extremen Stossbelastungen. Beim überlasteten Ableiter verhindert die spezielle Konstruktion dieses Ableiters ein Bersten des Gehäuses. Dieser Ableitertyp ist bis zu einem Kurzschluss- Strom des Netzes von 65 kA geprüft und kann als explosions-und zerfallsicher eingestuft werden. Ein weiterer Vorteil dieses Ableitertyps ist das tiefe Schutzniveau und das hohe Energieaufnahmevermögen. m 21
10.9 Ableiter parallel zu einer Kondensator-Batterie Beim Ausschalten einer Kondensator-Batterie treten üblicherweise keine Überspannungen auf. Der Leistungsschalter unterbricht den Strom im natürlichen Stromnulldurchgang und die Spannung an den Kondensatoren gegen Erde erreicht höchstens 1,5 p.u.. Als Folge der sich mit Betriebsfrequenz ändernden Netzspannung ergibt sich über der Schaltstrecke des Leistungsschalters eine Spannung von 2,5 p.u.. Tritt eine Rückzündung der Schaltstrecke auf, führt das zu einem hochfrequenten Ausgleichsvorgang zwischen der Kondensatorspannung und der Betriebsspannung. Im Verlaufe dieses Vorganges wird der Kondensator auf ein höheres Potential aufgeladen [21]. Diese Überspannung am Kondensator zwischen Phase und Erde erreicht dabei nach [15] höchstens 3 p.u.. Sind die Kondensatoren im Stern geschaltet, so werden sie durch die zur Batterie parallelen Ableiter zwischen Phase und Erde entladen. Während dieser Entladung bis auf die Spannung √ 2 * Uc werden die Ableiter energiemässig belastet mit: SK E c = --------- * [3-(U c/U m) 2 ] ω S E K c : 3-phasen-Blindleistung der Kondensator-Batterie : vom Ableiter aufgenommene Entladeenergie Unter der Annahme, dass der Ableiter diesen Vorgang dreimal ohne Abkühlpause beherrschen soll, folgt mit U > U Ec 6 * SK ----- > -------------- U c ω * U m Das auf Uc bezogene Energieaufnahmevermögen E des Ableiters muss also der Blindleistung der Batterie angepasst sein. In Tabelle 9 ist die maximal zulässige Blindleistung der parallelen Batterie für verschiedene Typen von ABB-MS-Ableitern angegeben. Ist der Sternpunkt der Kondensator-Batterie isoliert, dann kann der Ableiter zwischen Phase und Erde den aufgeladenen Kondensator nicht entladen. Er wird also nicht belastet. Hier gilt es jedoch zu berücksichtigen, dass nach einer Rückzündung des Leistungsschalters der Sternpunkt der Batterie auf 2 p.u. ansteigt. Ein Spannungsüberschlag des Sternpunktes nach Erde hat zur Folge, dass nun der Ableiter den Kondensator entladen muss. Auch die Ableiter parallel zu einer Batterie mit isoliertem Sternpunkt müssen also energiemässig deren Blindleistung angepasst sein. Bleibt die Batterie nach der Abschaltung vom Netz getrennt, dann entladen die Ableiter die Spannung nicht nur auf √2 * U c, sondern bis auf Null. Unterhalb √2 * Uc ist aber der Entladestrom durch den Ableiter sehr klein, sodass die restliche Entladung sehr lange dauert. In dieser Zeit kann sich der Ableiter abkühlen. Er gibt mehr Wärme ab als ihm durch die restliche Entladung zugeführt wird. Bei der obigen Berechnung von Ec war es daher gerechtfertigt, nur die vom Ableiter aufgenommene Energie bis zur Entladung auf √2 * U zu berücksichtigen. c c m Überschreitet für einen bestimmten Ableitertyp die Blindleistung der parallelen Kondensator-Batterie den in Tabelle 9 angegebenen Grenzwert, dann muss ein energiemässig stärkerer Typ gewählt werden. Für Netze, welche nicht mit einer normierten Spannung betrieben werden, sind für SK die Grenzwerte in der Spalte mit der tieferen Normspannung massgebend. Ist die Blindleistung sehr gross, dann sind parallelgeschaltete Ableiter vorzusehen. In diesem Fall ist der Ableiterlieferant zu informieren, damit Massnahmen ergriffen werden, um eine ausreichend gute Stromaufteilung bei den parallelen Ableitern zu gewährleisten. Der Lieferant sollte auch dann angefragt werden, wenn Ableiter mit Uc < U eingesetzt werden. Hochfrequenzsperren sind Luftdrosseln, welche im Zuge von Hochspannungsleitungen geschaltet sind. Ihre Induktivität L ist im Bereich von mH. Wenn keine Massnahmen getroffen werden, dann müssen die Blitzströme im Leiterseil durch die Sperre fliessen. Bereits relativ kleine Stromsteilheiten von einigen kA/ s würden längs der Sperre Überspannungen von mehreren 1000 kV erzeugen und zu einem Überschlag führen. Um dies zu verhindern, werden parallel zur Sperre MS-Ableiter geschaltet, welche den Blitzstrom übernehmen und die Überspannung auf deren Restspannung begrenzen. Bei einem Erdschluss im Hochspannungsnetz fliesst der Kurzschluss-Strom IK im Leiterseil. Dieser netzfrequente Strom würde den Ableiter überlasten. Uc ist daher so zu wählen, dass dieser Strom durch die Sperre fliesst. Er induziert an der Sperre die für Uc massgebende temporäre Überspannung U TOV = ω * L * I K. Für eine Dauer des Kurzschluss-Stromes von t ---------- = --------------- T 1,28 I K Ableitertyp Uc > Um E/U [kJ/kV] c m U m [kV] 3.6 7.2 12 17.5 24 36 10.10 Hochfrequenzsperren (Parallelschutz) : maximaler Kurzschluss-Strom durch die Sperre L : Induktivität der Sperre c 3.6 5.5 9.0 13.3 S [MVA] K 0.67 1.35 2.26 3.29 4.52 6.78 S [MVA] K 1.03 2.07 3.45 5.03 6.90 10.36 S [MVA] K 1.69 3.39 5.65 8.24 11.30 16.95 S [MVA] K 2.50 5.01 8.35 12.18 16.70 25.05 Tabelle 9 Ableiter parallel zu Kondensator-Batterie. Maximal zulässige Blindleistung SK der Batterie für den angegebenen Ableitertyp. Es sind drei Entladungen der Batterie ohne Abkühlpause für den Ableiter zulässig. E / U : Auf U bezogenes Energieaufnahmevermögen der Ableiter. c c POLIM-D MWK MWD POLIM-I POLIM-S POLIM-H 22
Seite 1 und 2: NWENDUNGSRICHTLINIEN N W E N D U N
Seite 3 und 4: Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 8.3
Seite 5 und 6: Sind mehrere Funkenstreckenableiter
Seite 7 und 8: Der Durchmesser der MO-Widerstände
Seite 9 und 10: 4.3 Energieaufnahmevermögen und Ab
Seite 11 und 12: Bei gleicher Dauerbetriebsspannung
Seite 13 und 14: 7.2 Stückprüfungen Stückprüfung
Seite 15 und 16: 8.7 Betriebsspannung mit Oberschwin
Seite 17 und 18: Für Betriebsmittel in Freiluftscha
Seite 19 und 20: Bei unterschiedlicher Polarität vo
Seite 21: 10.3 Transformator am Ende eines Ka
Seite 25 und 26: Literaturverzeichnis [1] IEC Public
Seite 27 und 28: t s U U c U E U K U m U p U r U ref

(e) a n w e n d u n g s r i c h t l i n i e

Erfolgreiche ePaper selbst erstellen

Template löschen?

Als Template speichern?