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Schutztechnik und digitale Schutzeinrichtungen: Grundlagen

Typische Schutzprinzipien in Elektroenergiesystemen und deren Umsetzung in digitalen Schutzeinrichtungen

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Schutztechnik und digitale Schutzeinrichtungen: Grundlagen

Zum Thema

Schutz der Primärkomponenten des Elektroenergiesystems (Schutztechnik) ist eine wichtige Aufgabe zur Gewährleistung der Versorgungszuverlässigkeit im Netz. Versorgungsunterbrechungen in der Energieversorgung müssen auf jeden Fall vermieden werden und die Spannungsqualität muss stimmen. In der Schutztechnik kommen unterschiedliche Schutzprinzipien, wie Überstrom, Impedanz, Stromdifferenz, Leistungsrichtung und viele andere mehr zum Einsatz. Dabei ist es wichtig die Grundidee der Prinzipien zu verstehen und typische Einsatzmöglichkeiten zu kennen. An ausgewählten Beispielen werden die Grundlagen der Schutzsysteme vermittelt und auf unterschiedliche Anwendungsfälle eingegangen. Zuvor erfolgt eine Auffrischung des elektrotechnischen Grundwissens in der Energieversorgung.

Die Gerätehersteller liefern heute multifunktionale digitale Schutzeinrichtungen, die für die Anwender eine Blackbox sind. Was verbirgt sich hinter den Geräten, wie sind sie aufgebaut und wie funktionieren sie? Auf diese Fragestellung gibt der Kurs eine Antwort. Es werden typische Hardwarekomponenten und die prinzipielle digitale Messtechnik zur Umsetzung von Schutzprinzipien vorgestellt. 

Moderne digitale Schutzeinrichtungen (Schutztechnik) kommunizieren mit Leitsystemen über serielle Schnittstellen. Dabei ist die Kommunikation über Ethernet die führende Technologie. Es werden typische Protokolle hinsichtlich der Grundidee vorgestellt. Es wird im Ausblick auf neue Entwicklungen, wie z.B. dem Prozessbus in Verbindung mit nichtkonventionellen Wandler eingegangen. Die Versorgungszuverlässigkeit hat einen hohen Stellenwert. In der Verfügbarkeitsstatistik (Störungsstatistik) werden die jährlichen Werte dokumentiert. Die Spannungsqualität im Netz muss stimmen und die VDE-, bzw. fnn-Bestimmungen müssen eingehalten werden. Versorgungsunterbrechnungen und Spannungseinbrüche sind unbedingt zu vermeiden. Netzbetreiber sind für die Versorgungsqualität und die Versorgungszuverlässigkeit verantwortlich. 

 

Programm

1. Tag, 09:00 - 13:00 Uhr

Grundlagen der Energieversorgung (Definitionen, Beschreibung von Drehstromgrößen, Zählpfeilsysteme, Kurzschlussstromabschätzung, symmetrische Komponenten, Sternpunktbehandlung, Spannungsqualität, Versorgungsunterbrechnung, VDE Normen, Versorgungsqualität, Spannungseinbrüche, Netzrückwirkungen, Wandler …)

Aufgaben der Schutztechnik

  • (Selektivität, Schnelligkeit, Sicherheit)

 

Prinzipien zur Erfassung von Fehlern und deren Anwendung

  • Überstrom, 
  • Unter- und Überspannung
  • Stromrichtung (Leistungsrichtung)

         

2. Tag, 09:00 - 13:00 Uhr

Weitere Schutztechnik-Prinzipien zur Erfassung von Fehlern

  • Erdschlussrichtung
  • Impedanz
  • Stromdifferenz

 

Anwendung der Schutzprinzipien nach VDE

  • Leitungsschutz
  • Transformatorschutz
  • Sammelschienenschutz

        

 

3. Tag, 09:00 - 13:00 Uhr

Digitale Schutzeinrichtungen (Schutztechnik)

  • Grundsätzlicher Aufbau
  • Wesentliche funktionale Komponenten
  • Digitale Signalverarbeitung (Digitalisierung, Abtastung)

 

Numerische Umsetzung von Schutzprinzipien

  • Überstrom 
  • Impedanz
  • Stromdifferenz

 

Kommunikation mit einer Leittechnik und nichtkonventionellen Wandlern

  • Kommunikationsinfrastruktur
  • Ausgewählter Leittechnikprotokolle (IEC 61850, PROFINET) 
  • Prozessbus (Idee und Beispiele)

 

Zielsetzung

Beginnend mit einer Wiederholung von ausgewählten Grundlagen der Energietechnik (Energieversorgung) werden in dem Grundlagenkurs typische Schutzsysteme und Schutzprinzipien (Schutztechnik) wie Überstrom, Richtung, Impedanz, Stromdifferenz, u. a. zur Erfassung von Fehlern in Komponenten des elektrischen Energiesystems (z. B. Transformator, Leitung, Kabel) besprochen und deren Anwendung an ausgewählten Beispielen diskutiert. 

Die Umsetzung erfolgt in digitalen Schutzeinrichtungen. Sie lernen den grundsätzlichen Aufbau der Geräte sowie typischer Funktionen (Selbstüberwachung, Messung, Schutz, Recorder) kennen. Ferner erhalten Sie eine Einführung in die Signaltheorie (Abtastung auf das Messverhalten). An Beispielen wird die numerische Umsetzung von Schutzprinzipien erläutert. Auf die Spannungs-, und Versorgungsqualität wird eingegangen. 

Die digitalen Schutzgeräte speichern zahlreiche Meldungen zum Verhalten der Schutzfunktionen und zeichnen im Fehlerfall Messgrößen auf. All diese Daten sind in einem Leitsystem von Interesse. Sie lernen die Kommunikationsinfrastruktur kennen, erhalten einen Überblick über typische ethernetbasierte Protokolle (IEC 61850, PROFINET) sowie die durchgängige digitale Kommunikation mittels Prozessbus.  

 

Teilnehmerkreis

Hochschulabsolventen, Ingenieure, Techniker, Meister sowie Facharbeiter aus der Energieversorgung, die sich in die Grundlagen der Schutztechnik einarbeiten und Details der digitalen Gerätetechnik kennen lernen wollen. Der Kurs sich auch an die Teilnehmer, die ihr Wissen auf dem Gebiet der Schutztechnik vertiefen möchten.

 

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Referenten

Dr.-Ing. habil. Hans-Joachim Herrmann

ehemals Siemens AG, Energy Management Division, Digital Grid, Protection Department

Hans-Joachim Herrmann, Studium Elektrotechnik, Informationstechnik, TU Dresden, 14 Jahre wissenschaftlicher Oberassistent in der Fachrichtung Schutztechnik, TH Zittau (jetzt FH Zittau), Promotion und Habilitation auf dem Gebiet der digitalen Schutztechnik, Fachbuchautor „Digitale Schutztechnik“ vde Verlag, 8 Jahre deutscher Vertreter in B5 (Protection and Automation) der CIGRE, 27 Jahre Tätigkeit auf dem Gebiet der Schutztechnik, Firma Siemens(verantwortliche Mitwirkung an allen SIPROTEC-Schutzgerätefamilien der Firma Siemens), Principal Key Expert Protection der Firma Siemens, weltweit anerkannter Fachexperte auf dem Gebiet der Schutztechnik, mehr als 100 Veröffentlichungen auf Konferenzen und in Zeitschriften, seit 35 Jahren Durchführung von Schulungen auf dem Gebiet der Schutztechnik

 

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