Der Einfluss von Oberschwingungen auf die Betriebseigenschaften von Fehlerstromschutzgeräten ist sehr komplex. Je nach den gegebenen Umständen variieren auch die Faktoren, die den zuverlässigen Betrieb von Fehlerstromschutzgeräten unter Berücksichtigung von Oberschwingungsströmen bestimmen. Dieser Artikel befasst sich hauptsächlich mit dem Einfluss von Oberschwingungsformen auf die Zuverlässigkeit von Fehlerstromschutzgeräten. Wir vernachlässigen die Effekte der magnetischen Sättigung und der Hysterese und gehen davon aus, dass die Fehlerstromform auf der Primärseite präzise auf die Sekundärseite übertragen wird. Anschließend analysieren wir die Auswirkungen von nieder- und hochfrequenten Oberschwingungen auf Fehlerstromschutzgeräte.
Der Einfluss von Oberschwingungen auf Fehlerstromschutzgeräte
Sowohl nieder- als auch hochfrequente Oberschwingungen beeinträchtigen die zuverlässige Funktion von Fehlerstromschutzeinrichtungen, jedoch durch unterschiedliche Hauptfaktoren. Niederfrequente Oberschwingungen werden in zwei Aspekten beeinflusst: Amplitude und Phase. Änderungen von Phase und Amplitude führen zu deutlichen Verzerrungen des Fehlerstromverlaufs, verändern dessen Amplitudenfaktor und verursachen Schutzfehler oder -schwankungen. Obwohl hochfrequente Oberschwingungen sich schnell ändern, durchläuft ihr Verlauf innerhalb einer Netzfrequenzperiode 49 Perioden, und der Phasenfaktor hat nur einen geringen Einfluss auf den Ansprechwert der Fehlerstromschutzeinrichtung. Ähnlich wie bei niederfrequenten Oberschwingungen beeinflusst jedoch auch hier die Amplitude den Schutz.
Der Einfluss von Oberschwingungen auf verschiedene Arten von Fehlerstromschutzgeräten (elektronisch, elektromagnetisch) ist unterschiedlich. Elektronische Fehlerstromschutzgeräte können den Einfluss von Oberschwingungen auf die Empfindlichkeit der Fehlerstromschutzgeräte effektiv reduzieren. Dies ist auf die Filterelemente in den elektronischen Bauteilen zurückzuführen, die die Oberschwingungen auf der Sekundärseite des Fehlerstromwandlers herausfiltern und das verarbeitete Fehlerstromsignal anschließend dem Relais zuführen. Daher sind sie im Einsatz zuverlässiger als elektromagnetische Geräte.
Gegenmaßnahmen gegen die Auswirkungen von Oberschwingungen auf Fehlerstromschutzgeräte
Dieser Artikel schlägt einige praktische Maßnahmen vor, um die Auswirkungen von Oberwellenströmen im Stromnetz auf die Betriebssicherheit von Fehlerstromschutzeinrichtungen zu verringern und deren Zuverlässigkeit zu verbessern.
Die von Einphasenmotoren beim Anlauf und Betrieb erzeugten Oberschwingungen, einschließlich ihrer Amplitude und Dauer, hängen vom Anfangsphasenwinkel der Klemmenspannung der Einphasenmotoren, dem Abstand zwischen den Einphasenmotoren und den Niederspannungsverteilern sowie der Anzahl der an eine bestimmte Phase angeschlossenen Einphasenmotoren ab. Um Fehlfunktionen von Schutzeinrichtungen aufgrund von Oberschwingungen zu vermeiden oder zu reduzieren, können folgende Maßnahmen ergriffen werden:
Verteilen Sie die Last des Einphasenmotors möglichst gleichmäßig auf die drei Phasen und vermeiden Sie übermäßige Oberwellenanteile in den einzelnen Phasenkreisen. Erhöhen Sie den Bemessungsfehlerstrom des Schutzschalters entsprechend, um Fehlfunktionen aufgrund von Oberwellenstörungen beim Anlauf des Einphasenmotors deutlich zu reduzieren.
Um die Auswirkungen von Oberschwingungen, die von frequenzvariablen Geräten in ländlichen Niederspannungsnetzen erzeugt werden, auf Fehlerstromschutzgeräte zu minimieren, können der Ansprechstrom und die Ansprechzeit des Fehlerstromschutzgeräts erhöht werden. Dadurch lassen sich Störungen durch die von den frequenzvariablen Geräten erzeugten Oberschwingungen unterdrücken. Durch die Anpassung der Ansprechzeit und des Ansprechstroms des gepulsten Fehlerstromschutzgeräts sowie durch den koordinierten Schutz von Gesamt- und Endschutz kann ein Auslösen des Schutzgeräts aufgrund von Überschlägen wirksam vermieden werden.
• Zusätzlich zu den oben genannten Methoden kann durch die Reduzierung des Oberwellengehalts im Netzstrom mittels Oberwellenmanagement auch der Einfluss von Oberwellen im Stromnetz auf Fehlerstromschutzgeräte verringert werden.
Bei elektromagnetischen Fehlerstromschutzgeräten (FI-Schutzgeräten), die in ländlichen Netzen installiert sind, ist der Einfluss von Oberschwingungen auf die Schutzsicherheit relativ groß, da diese keine elektronischen Filterelemente besitzen. Daher empfiehlt es sich, am Ausgang des Schutzes Filterelemente nachzurüsten, um den in das FI-Schutzgerät fließenden Oberschwingungsstrom zu reduzieren.
In Gebieten, in denen Fehlerstromschutzgeräte in ländlichen Netzen installiert werden sollen, wird empfohlen, den Einsatz elektronischer Fehlerstromschutzgeräte zu erhöhen und deren interne Filterelemente zu nutzen, um die Auswirkungen von Oberschwingungen auf den Schutz zu reduzieren.
Veröffentlichungsdatum: 06.05.2025