Schutzrelais

Was ist ein Schutzrelais?

Schutzrelais sind Geräte, die plötzliche Strom- und Spannungsschwankungen in Geräten des Stromnetzes sofort erkennen und Steuersignale an Leistungsschalter senden, um den fehlerhaften Punkt zu isolieren.

Durch die schnelle Abschaltung fehlerhafter Stellen bei einem Unfall in einem Stromnetz verhindern Schutzrelais nicht nur die Ausbreitung von Schäden durch Überströme, sondern minimieren auch die Dauer von Stromausfällen und gewährleisten eine stabile Stromversorgung.

Zu diesem Zweck sind im gesamten Stromversorgungssystem Betriebsmittel-Fehlerbeseitigungsrelais zur Isolierung fehlerhafter Betriebsmittel und Unfallverhütungsrelais zur Verhinderung der Ausbreitung der Auswirkungen von Unfällen verteilt. Wiedereinschaltvorrichtungen zur schnellen Behebung von Unfällen werden ebenfalls als eine Art von Schutzrelais behandelt.

Anwendungen von Schutzrelais

Schutzrelais sind Vorrichtungen, die verhindern, dass sich die Auswirkungen von Unfällen, wie z. B. Blitzeinschlägen, im Stromnetz ausbreiten, und die eine stabile Stromversorgung gewährleisten. Schutzrelais werden in allen Einrichtungen des Stromnetzes installiert, wie z. B. in Kraftwerken, Umspannwerken und Übertragungs- und Verteilungsleitungen, die von Energieversorgungsunternehmen betrieben werden.

Private Stromerzeugungsanlagen, die an das Stromnetz eines Energieversorgungsunternehmens angeschlossen sind, müssen ebenfalls Schutzrelais an den Abnahmestellen installieren.  Dies geschieht, um das Stromnetz bei einem Ausfall der privaten Stromerzeugungsanlagen zu schützen und die privaten Stromerzeugungsanlagen bei einem Unfall im Stromnetz zu schützen.

Neben Stromerzeugungsanlagen werden Schutzrelais auch zum Schutz von Stromempfangs- und Stromumwandlungsanlagen in Gebäuden, Fabriken, Krankenhäusern, Eisenbahnen und anderen Stromverbrauchseinrichtungen eingesetzt.

Funktionsweise von Schutzrelais

Die Funktionsweise von Schutzrelais hängt von der Art des Schutzrelais ab. Die wichtigsten Methoden und Funktionsweisen von Schutzrelais sind folgende:

• Überstromschutzrelais (OCR: over current relais): Das OCR wird ausgelöst, wenn der Stromwert an dem Punkt, an dem das Schutzrelais installiert ist, den eingestellten Wert überschreitet. Es gibt zwei Arten von Elementen, in denen das Überstromschutzrelais arbeitet: Dimensionselemente und unverzögerte Elemente. Das Dimensionselement arbeitet, indem es einen länger andauernden Überstrom aufgrund einer Überlast erkennt; je höher der Stromwert, desto früher wird das normale System geschützt. Das unverzögerte Element erkennt den sofortigen Fluss eines großen Stroms, der den Nennstrom aufgrund eines Kurzschlusses weit übersteigt, und schützt das normale System.
• Überspannungsrelais (OVR: over voltage relais): Das OVR wird aktiviert, wenn die Spannung an dem Ort, an dem das Schutzrelais installiert ist, den eingestellten Wert überschreitet. Es erkennt Überspannungen auf der Seite des Stromnetzes aufgrund von Fehlern in Generatoren und schützt das System und die Geräte auf der Lastseite.
• Unterspannungsrelais (UVR: under voltage relais): Das UVR schaltet sich ein, wenn die Spannung an der Stelle, an der das Schutzrelais installiert ist, unter einen bestimmten Wert fällt. Es erkennt einen Leistungsabfall aufgrund eines Stromausfalls oder Kurzschlusses und schützt das System und die Geräte auf der Lastseite.
• Schutzrelais für Erdschlüsse (GR: ground relais): Es arbeitet durch die Erkennung von Erdschlüssen, die durch den Kontakt von Kabeln usw. mit der Erde verursacht werden. Die Schutzrelais verwenden einen Nullphasengenerator (ZCT), um im Falle eines Erdschlusses unsymmetrische Ströme aufgrund eines Ungleichgewichts im Dreiphasenstromkreis zu erkennen. Da ein Erdschluss zu diesem Zeitpunkt nur anhand der Stromstärke erkannt wird, ist es nicht möglich, zwischen Störströmen im Netz und Störströmen auf der eigenen Netzseite zu unterscheiden, was zu einer Fehlerkennung führen kann.
• Erdschlusswächter (DGR: directional ground relay): Es arbeitet mit der Erkennung eines Erdschlusses anhand des Nullphasenstroms und der Nullphasenspannung zwischen der Leitung und der Erde. Es können nur Fehlerströme in der eigenen Leitung in der Richtung der Phasendifferenz zwischen Strom und Spannung erkannt werden.
• Differenzialschutzrelais (DFR: differential relais): Es schaltet, wenn der Differenzstrom, der proportional zur vektoriellen Differenz (Stromwert und Phase) zwischen dem Eingangs- und Ausgangsstrom im geschützten Abschnitt ist, einen bestimmten Wert überschreitet. Nur wenn ein Kurzschluss im Schutzabschnitt auftritt, bewirkt eine Differenz im Sekundärstrom des Generators (Stromwandler), dass ein Differenzstrom in der Erregerspule fließt. Bei dieser Methode erreicht der Differenzstrom während des normalen Betriebs aufgrund des charakteristischen Unterschieds des Stromwandlers nicht den Wert Null und kann zu Fehlfunktionen führen.
• Verhältnis-Differenzialrelais (RDFR: ratio differential relais): Um Fehlfunktionen des Schutzrelais zu verhindern, verfügt ein Differenzialschutzrelais über eine Struktur mit einer zusätzlichen Unterdrückungsspule, die eine Unterdrückungskraft erzeugt, wenn ein Strom durch sie fließt. Wenn ein großer Strom aufgrund eines externen Unfalls durchfließt, wird eine große Unterdrückungskraft aufgebracht, um eine Fehlfunktion zu verhindern.

Andere Arten von Schutzrelais sind Leistungsschutzrelais, Überfrequenzschutzrelais, Unterfrequenzschutzrelais, Kurzschlussschutzrelais und Kurzschlussrichtungsschutzrelais.