Netzentkupplungsrelais

Für Stromerzeugungsanlagen Photovoltaik und BHKW

(PresseBox) (Schwäbisch Hall, ) Der Anteil regenerativ und dezentral erzeugter Energie erfährt in den letzten Jahren große Steigerungsraten. Lag der Anteil dieses durch Photovoltaik und Blockheizkraftwerke erzeugten Stroms vor wenigen Jahren noch im niedrigen einstelligen Prozentbereich, so stammt in einigen Gegenden inzwischen ein nennenswerter Anteil des Stroms aus netzparallelen Eigenerzeugungsanlagen.

Vor diesem Hintergrund müssen die Energieversorgungsunternehmen (EVUs) sicherstellen, dass dadurch einerseits die Netzqualität nicht beeinträchtigt wird. Andererseits müssen sie ihre Netze im Fehlerfall schnell abschalten können und die kleinen Erzeuger in Sekundenbruchteilen vom Netz trennen.

Für diesen Zweck wird ein Entkupplungsschutz eingesetzt.

Bei Photovoltaikanlagen mit Leistungen >30 kW (peak) fordern die EVUs eine Überwachung von Frequenz und Spannung, unabhängig von der bereits in den Wechselrichtern integrierten Überwachung.

Das Spannungs- und Frequenzrelais UFR 1000 wurde speziell für diesen Einsatzfall konzipiert. Die Grenzwerte für Überspannung (10-Minuten-Mittelwert und Schnellabschaltung) und Unterspannung und Über- und Unterfrequenz sind auf die üblicherweise von den EVUs geforderten Werte voreingestellt. Sie entsprechen den Vorgaben des Forums Netztechnik und Netzbetrieb im VDE.

Steigt im Fehlerfall der 10-Minuten-Mittelwert der Spannung am Einspeisepunkt über den eingestellten Grenzwert, z.B. weil bei starkem Sonnenschein viel Strom eingespeist wird aber nur wenige Verbraucher Strom abnehmen, so schaltet das UFR 1000 den Kuppelschalter ab. Bei einem schnellen Spannungsanstieg erfolgt eine Schellabschaltung am (höheren) oberen Grenzwert für die Schnellabschaltung, bevor der nur langsam folgende 10-Minuten-Mittelwert seinen Grenzwert erreicht. Dadurch werden an das Stromnetz angeschlossene Verbraucher wirksam vor Schäden durch Überspannung geschützt.

Der untere Grenzwert ist mit 80% der Nennspannung sehr niedrig festgelegt, sodass bei einer hohen Belastung des Netzes der Strom von der Photovoltaikanlage weiter eingespeist und das Netz unterstützt wird. Auch der untere Grenzwert für die Frequenz ist aus diesem Grund mit 48.00 Hz sehr niedrig. Sinkt aber ein Wert unter den Grenzwert, z.B. weil das EVU die Spannung wegen eines Kurzschlusses oder einer anderen Störung abschaltet, dann trennt das UFR 1000 die Photovoltaikanlage schnell vom Netz. Damit wird sichergestellt, dass die Anlage nicht mehr einspeist und das EVU das Netz abschalten und nach Beseitigung der Störung kontrolliert wieder hochfahren kann.

Wenn die Spannung in den zulässigen Bereich zurückkehrt, dann empfiehlt es sich, nicht sofort wieder zuzuschalten. Eine Rückschaltverzögerungszeit stellt sicher, dass der Netzbetreiber das Netz hochfahren kann und dass die Photovoltaikanlage erst wieder zugeschaltet wird, wenn netzseitige Schaltvorgänge abgeschlossen sind.

Beim UFR 1000 ist diese Rückschaltverzögerungszeit nullspannungssicher ausgeführt. Das heißt, die Zeit läuft auch dann ab, wenn die Steuerspannung des Gerätes abgeschaltet wurde. Der Ablauf der Zeit wird im Display herunter gezählt. Das vereinfacht die Inbetriebnahme vor allem bei langen Zeiten. Man erkennt sofort den Betriebszustand und weiß, wie lange man noch warten muss.

Auch bei Blockheizkraftwerken mit Synchrongeneratoren muss die Anlage im Fehlerfall schnell vom Netz getrennt werden, damit keine ungewollte Inselnetzbildung stattfindet und das EVU das Netz abschalten kann. Bei dieser Anwendung hat das UFR 1000 aber zusätzlich die Aufgabe, den Generator zu schützen. Dazu wird der Vektorsprung (Verschiebung der Nulldurchgänge der Spannung) überwacht.

Vektorsprünge treten auf bei Schalthandlungen im Netz, z.B. beim Zu- und Abschalten von Kraftwerken oder beim Schalten großer Verbraucher wie Aufzugsmotoren. Diese liegen in der Regel unter 5° und sind für den einspeisenden Generator kein Problem. Wenn das Netz wegen einer Störung abgeschaltet wird, z.B. weil ein Baum auf eine Leitung gefallen ist oder ein großer Vogel einen Kurzschluss verursacht hat, so treten große Vektorsprünge auf, die in der Regel über 8-10° liegen. Diese können Schäden am Generator oder an Antriebsaggregat/Kupplung verursachen, weil die Trägheit der Schwungmassen den dabei auftretenden hohen Beschleunigungskräften entgegen wirkt. Außerdem versuchen Kurzunterbrechungseinrichtungen bei kurzzeitigen Störungen das Netz innerhalb von 150-500 Millisekunden wieder einzuschalten. Der Synchrongenerator läuft während dieser Zeit frei und bei Netzwiederkehr stimmen die Phasenlagen des Netzes und des Generators nicht mehr überein. Das UFR 1000 nimmt den Generator schnell vom Netz, sodass er bei Netzwiederkehr getrennt ist und mögliche Schäden durch Zuschalten bei falscher Phasenlage verhindert werden.

Ein großer Vektorsprung dauert so lange, dass er in allen 3 Phasen feststellbar ist. Deshalb würde es im Prinzip ausreichen, nur eine Phase zu überwachen. Die beim UFR 1000 wahlweise vorgesehene 3phasige Überwachung bietet aber einen besseren Schutz vor Fehlauslösungen bei ganz kurzen Vektorsprüngen, die nur in einer Phase auftreten.

Der einzustellende Grenzwert oder ein zulässiger Bereich wird in der Regel durch den Netzbetreiber vorgegeben. In der Praxis kann es vorkommen, dass das Gerät so eingestellt werden muss, dass durch Verbraucher in der Nähe verursachte Vektorsprünge nicht zu Fehlauslösungen führen. Auch eine empfindlichere Einstellung am unteren Ende des vom Netzbetreiber vorgegebenen Bereichs kann sinnvoll sein, um den Generator optimal zu schützen. Dazu kann am Gerät der Wert des höchsten Vektorsprungs abgelesen und so die optimale Einstellung besser ermittelt werden.

Das UFR 1000 wurde seit der Markteinführung Ende 2008 bereits mehrfach weiterentwickelt. So wurde u.a. die Rückschaltverzögerungszeit nullspannungssicher ausgeführt, der Ablauf der Zeit angezeigt und die Werkseinstellungen angepasst. Außerdem wurde die Überwachung des 10-Minuten-Mitelwerts auf Überspannung eingeführt, sodass bei Bedarf auch ein Spannungstrend überwacht werden kann. Die Betriebsanleitung hat zwei extra Seiten erhalten für eine Schnellinstallation. Dadurch wurde das Gerät optimal an die Kundenwünsche angepasst und kann beim Einsatz an Photovoltaikanlagen praktisch Plug & Play in Betrieb genommen werden. Der Betreiber braucht lediglich die Rückschaltverzögerungszeit (die ab Werk eingestellten 20 Sekunden sind relativ kurz) auf die Vorgaben des Netzbetreibers einstellen und bei Messung ohne N ein anderes Programm auswählen.

Das UFR 1000 kann an Steuerspannung AC/DC 24-240 V betrieben werden. Das 4 TE (70 mm) breite Gehäuse ist für den Einbau in Stromverteiler und Schaltschränke geeignet.

Die Testfunktion ermöglicht die geräteinterne Simulation von Messwerten und damit eine einfache Demonstration der Funktion am eingebauten Gerät sowie die Überprüfung der Einstellungen und der Anschlüsse.

Die schnelle Ansprechzeit (ab 50 ms) und umfangreiche Einstellmöglichkeiten ermöglichen den Einsatz des UFR 1000 auch in vielen anderen Anwendungen in Industrie und Gebäudetechnik.

- Netzentkopplung
- Spannungsüberwachung (mit und ohne Nullleiter)
- Frequenzüberwachung
- Vektorsprungüberwachung (1- und 3-phasig)
- An Photovoltaikanlagen > 30 kVA wird der Einsatz derartiger Geräte gefordert
- Überwachung von Synchrongeneratoren
- Schnelle Ansprechzeit ab 50 ms
- Rückschaltverzögerungszeit bis 1000 s (auch nach Spannungsausfall)
- Entspricht den Vorgaben der Energieversorger
- Grenzwerte voreingestellt = Plug and Play
- Übersichtliche Anzeigen für Alarme und Schaltzustand der Relais
- Testfunktion
- Codeschutz gegen Manipulation der Einstellwerte
- Allspannungsnetzteil AC/DC 24-240 V
- Verteilereinbaugehäuse 70 mm breit

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