Spannungs- und Frequenzrelais Schaltet netzparallele Stromerzeuger schnell ab

Das Netzentkupplungsrelais UFR 1000 überwacht Spannung und Frequenz in zwei- und dreiphasigen Netzen und schaltet innerhalb von 50 ms ab. Mit einem integrierten Vektorsprungrelais lässt sich der Vektorsprung in einer oder drei Phasen gleichzeitig überwachen. Einsatzgebiete sind Photovoltaik-Anlagen und Blockheizkraftwerke.

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Der Anteil regenerativ und dezentral erzeugter Energie erfährt in den letzten Jahren große Steigerungsraten. Lag der Anteil dieses durch Photovoltaik-Anlagen 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 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.

Relais für Photovoltaikanlagen

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

Das Spannungs- und Frequenzrelais UFR 1000 (Bild 1) wurde für diesen Einsatzfall konzipiert. Die Grenzwerte für Über- und Unterspannung und Über- und Unterfrequenz sind auf die üblicherweise von den Energieversorgungsunternehmen geforderten Werte voreingestellt. Auch die Ansprechzeit entspricht mit 100 ms diesen Vorgaben.

Steigt die Spannung am Einspeisepunkt im Fehlerfall über den oberen Grenzwert, z.B. weil bei starkem Sonnenschein viel Strom eingespeist wird, aber nur wenige Verbraucher Strom abnehmen, so schaltet das Relais den Kuppelschalter ab und schützt damit angeschlossene Verbraucher vor Schäden durch Überspannung.

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 Hz sehr niedrig.

Obere und untere Grenzwerte

Sinkt ein Wert unter den Grenzwert, z.B. weil das Energieversorgungsunternehmen die Spannung wegen eines Kurzschlusses oder einer anderen Störung abschaltet, trennt das Relais die Photovoltaikanlage schnell vom Netz. Damit wird sichergestellt, dass die Anlage nicht mehr einspeist und das Energieversorgungsunternehmen das Netz abschalten und nach Beseitigung der Störung kontrolliert wieder hochfahren kann.

Wenn die Spannung in den zulässigen Bereich zurückkehrt, 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 beschriebenen Netzentkupplungsrelais ist diese Rückschaltverzögerungszeit nullspannungssicher ausgeführt. Das heißt, die Zeit läuft auch dann ab, wenn die Steuerspannung des Gerätes abgeschaltet wurde. Die 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.

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