Sammelschienenkonfiguration der 10-kV-Schaltanlagen
Bild 8: Unterbrechungshäufigkeit (Quelle: ABB)
Bild 9: Umschaltautomatik (Quelle: ABB)
10-kV-Schaltanlagen sind auf der Seite der Industrieprozesse mit Umschaltautomatik (NS-Verteiler) ausgestattet. Ihre Sammelschiene kann doppelt (DSS) oder einfach (ESS) ausgeführt sein. Die Modelle der Netztopologie sind im Neplan nachgebildet worden und in Bild 6 und Bild 7 vereinfacht dargestellt.
Bei der Bewertung der Versorgungsqualität wurde angenommen, dass die Umschaltautomatik unmittelbar (innerhalb 1 s) nach Ausfall eines Versorgungsstrangs auf die Reserveeinspeisung umschalten kann, während für die Schaltmaßnahmen in der HS- und MS-Schaltanlage mit einem Durchschnittswert von 5 min gerechnet werden kann. Zusätzlich wird jede Aktivierung der Umschaltautomatik als sogenannte „Kurzunterbrechung“ gewertet und trägt entsprechend zur Gesamtanzahl der Unterbrechungen bei. Bild 8 zeigt die Häufigkeit der Versorgungsunterbrechungen der Industrieanlagen.
Für den Großteil der Unterbrechungen sind, sowohl bei der DSS- als auch bei der ESS-Variante, die Schaltelemente verantwortlich. Der Vorteil der DSS-Variante liegt in der Möglichkeit, die Abgangsfelder günstiger aufzuteilen und damit voneinander zu entkoppeln. Damit liegen weniger Felder auf der gleichen Sammelschiene, was sich auf die Reduktion der fehlerbehafteten Elemente im Auslösebereich auswirkt.
Der Beitrag als pdf
Im gleichen Verhältnis stellen sich auch die Resultate für die Nichtverfügbarkeit in Bild 9 dar. Die Wiederversorgungszeiten (Umschaltzeiten, Reparaturdauern) nach Komponentenfehlern variieren zwischen den beiden untersuchten Varianten nicht. Dementsprechend spiegelt sich das Verhältnis aus Bild 8 auch in den Prozessunterbrechungsdauern pro Jahr, der Nichtverfügbarkeit, wider.
Wie bereits erwähnt, ist der Unterschied der beiden Varianten im Wesentlichen auf die unterschiedliche Anzahl von Komponenten in einem Auslösebereich zurückzuführen. Hier bietet die DSS-Variante eine höhere Flexibilität als die ESS, zumindest für den Prozess mit Umschaltautomatik auf der NS-Seite.
Die Untersuchung ergab jedoch, dass der Einsatz von ESS- im Vergleich zur DSS-Anlagen zu keinen nennenswerten Einbußen bei der Versorgungszuverlässigkeit führt. Diesbezüglich spricht also nichts gegen den Einsatz einer Einfachsammelschiene.
Sternpunktbehandlung
In Bezug auf ihren Einfluss auf die Versorgungszuverlässigkeit der Anlagen wurden die niederohmige sowie die kompensierte Sternpunktbehandlung, die typisch für diese Spannungsebene ist, untersucht. Die Unterbrechungshäufigkeit wird durch Fehlerarten berücksichtigt, die in Abhängigkeit der Sternpunktbehandlung, zur Schutzauslösungen führen. Dabei ist der einpolige Fehler in Netzen mit niederohmiger sowie der zwei- und dreipolige Fehler in Netzen mit kompensierter Sternpunktbehandlung dominant. Die Anzahl der Fehler hängt zusätzlich von der Netzlänge ab. Da in Deutschland aber nahezu 90 % der 110-kV-Netze eine niederohmige Sternpunktbehandlung aufweisen, lässt sich resümieren, dass die Anzahl der Fehler, die zur Schutzauslösung führen, in Netzen mit niederohmiger Sternpunktbehandlung viel höher liegt als in Netzen mit Erdschlusskompensation.
Bei den hier durchgeführten Berechnungen wurden die Häufigkeit der Versorgungsunterbrechungen sowie die Nichtverfügbarkeit der MS-Anlagen untersucht. Das Ergebnis zeigt, dass in Netzen mit niederohmiger Sternpunktbehandlung die Häufigkeit der Versorgungsunterbrechungen nahezu drei Mal höher liegt als in Netzen mit Erdschlusskompensation. Die Nicht-Verfügbarkeit, die ein Produkt aus Unterbrechungshäufigkeit und mittlerer Dauer der Versorgungsunterbrechung ist, zeigt aufgrund gleichbleibender Dauer der Schaltmaßnahmen bei der Wiederversorgung die gleiche Tendenz.
Fazit
Die Untersuchungen zeigen, dass die optimale technische sowie wirtschaftliche Lösung für die interne Versorgung der erforderlichen Prozessanlagen in einem Clean-Coal-Kraftwerk ein Netz mit Spannungsebenen von 110 kV, 10 kV, 690 V und 400 V ist. Zuverlässigkeitsuntersuchungen haben gezeigt, dass der Einsatz von Mittelspannungsschaltanlagen in den Prozessanlagen als Einfachsammelschiene nicht zu nennenswerten Einbußen bei der Versorgungszuverlässigkeit führt. Des Weitern wurde anhand von Zuverlässigkeitsberechnungen bestätigt, dass Hochspannungsnetze im industriellen Umfeld als Netze mit Erdschlusskompensation auszuführen sind.