Untersuchung der Auswirkungen der Integration von dezentralen Erzeugungsanlagen in den verschiedenen Spannungsebenen auf den koordinierten Geräte- und Anlagenschutz

Aktuelle Situation der Energieversorgung und deren Perspektive

Der stetig wachsende Anteil erneuerbarer Energieanlagen (EEA) an der Energieversorgung verändert nicht nur die Lastflussrichtung des Energieversorgungsnetzes, sondern auch die Netzstruktur. Bei einer Erzeugungsstruktur mit zentralen Großkraftwerken verläuft der Lastfluss von der Höchst- bzw. Hochspannung über die Mittelspannung zu den Verbrauchern auf der Niederspannung. Das Höchstspannungsnetz bildet das Übertragungsnetz und die Hoch-, Mittel- sowie Niederspannung verteilen die Energie zu den angeschlossenen Verbrauchern, siehe Bild links. Durch zahlreiche einspeisende EEA auf allen Spannungsebenen kehrt sich der Lastfluss teilweise dauerhaft um. Der Zubau von leistungsstarken Wind- und PV-Parks ist mit einem wirtschaftlich zumutbaren Netzausbau verbunden, woraus sich neue Netzstrukturen ergeben, siehe Bild rechts. Das (n-1)-Kriterium verdeutlicht, dass die Versorgungssicherheit einen hohen Stellenwert bei der Auslegung von Energieversorgungsnetzen hat. Daher muss die Schutztechnik mögliche Fehler schnell, sicher und selektiv abschalten, um neben dem Schutz von Sachwerten und Personen die Versorgungssicherheit zu gewährleisten.

Netzebenen
Bild: Neue Problemstellungen durch eine dezentrale Erzeugungsstruktur

Schon heute erfordert die Umkehr der Lastflussrichtung eine angepasste Schutztechnik zur selektiven Fehlererkennung. Zusätzlich müssen Problemstellungen gelöst werden, die sich abhängig von der zunehmenden dezentralen Erzeugung verschärfen und alle Einfluss auf die Dimensionierung der Schutztechnik haben:

  • sinkender Kurzschlussstrom,
  • wetterabhängiger Kurzschlussstrom,
  • kontrollierter Inselnetzbetrieb,
  • veränderte Netzimpedanz.

Die zuvor beschriebenen Problemstellungen erfordern neuartige Lösungsansätze zur sicheren und selektiven Abschaltung von Netzfehlern. Es müssen neue Detektionsmethoden entwickelt werden, die unter allen zuvor beschriebenen Randbedingungen sicher zwischen Betriebs- und Fehlerströmen unterscheiden können. Die Schutztechnik muss sich an die sich ändernden Bedingungen anpassen. Dafür kann eine schrittweise Adaption der Schutztechnik erforderlich sein, im günstigsten Fall kann man den gesamten Parameterraum durch mehrstufige Schutzsysteme berücksichtigen.

Ansprechpartner:

Prof. Dr.-Ing. habil. Detlef Schulz (Projektleiter)
Fakultät für Elektrotechnik
Elektrische Energiesysteme

Projektpartner:

DEHN SE + Co KG

HSU

Letzte Änderung: 27. Mai 2021