Hochspannungsschaltanlagen im Fokus
Prüfkonzepte für LPIT-basierte Schaltanlagen
Schaltanlagen müssen über ihren gesamten Lebenszyklus sicher, effizient und ressourcenschonend arbeiten. Der Einsatz von Low Power Instrument Transformers verändert jedoch die Anforderungen an Signalübertragung, EMV‑Robustheit und Schutzprüfungen und erfordert neue, standardisierte Prüfkonzepte.
Die Netzlandschaft befindet sich im Wandel: Durch die verstärkte Einbindung von Leistungselektronik ins Netz erweitert sich das Frequenzspektrum, das bei der Netzzustandsbewertung betrachtet werden muss. Konventionelle Wandler stoßen dabei aufgrund nichtlinearer Eigenschaften und Sättigungseffekten zunehmend an ihre technologischen Grenzen.
In diesem Kontext gewinnen Kleinsignal-Messwandler bzw. Low Power Instrument Transformers (LPIT) als alternative Messwandler-Technologie zunehmend an Bedeutung. Ihre kompakte Bauform ermöglicht neue, platzsparende Schaltanlagenkonzepte und unterstützt insbesondere den Einsatz in modernen Mittel- und Hochspannungsanlagen. Gleichzeitig verändern LPIT die Mess- und Schutzarchitektur, weil anstelle leistungsführender Sekundärkreise Sensorsignale mit geringen Pegeln bereitgestellt werden.
Diese veränderten Randbedingungen stellen vor allem Betreiber von Mittelspannungsanlagen, aber auch von Hochspannungs-GIS-Anlagen vor neue Herausforderungen. Wiederkehrende Schutzprüfungen sind ein wesentlicher Bestandteil des sicheren Anlagenbetriebs. Sie lassen sich bei LPIT-basierten Schaltanlagen jedoch mit klassischen Prüfmethoden nur eingeschränkt umsetzen. Manuelle Verdrahtungen, serielle Umschaltungen und Eingriffe in bestehende Messkreise sind zeitaufwändig, fehleranfällig und wirken sich negativ auf Arbeitssicherheit, Anlagenverfügbarkeit und Betriebsabläufe aus. Für nachhaltige, zukunftsfähige Schaltanlagen sind daher Prüfkonzepte erforderlich, die diesen spezifischen Anforderungen Rechnung tragen.
Neue Prüfanforderungen in LPIT-basierten Schaltanlagen
Mit dem Einsatz von LPIT verändern sich die Anforderungen an Schutzprüfungen in Mittel- und Hochspannungsanlagen. Für Betreiber stehen dabei weniger grundsätzliche Fragen der Schutzfunktion im Vordergrund, sondern vielmehr die praktische Umsetzung wiederkehrender Prüfungen. Zwei Aspekte sind dabei entscheidend: die robuste Übertragung der Sensorsignale mit kleinen Pegeln sowie die Frage: Wie lassen sich Schutzprüfungen nach Abschaltung der Anlage durchführen, ohne in die bestehende Verdrahtung einzugreifen?
Robuste Übertragung von LPIT-Kleinsignalen – Abschirmung als Schlüssel
Die zuverlässige Übertragung der LPIT-Signale stellt eine zentrale Voraussetzung für einen sicheren und zuverlässigen Anlagenbetrieb dar. Im Vergleich zu konventionellen Wandlersekundärkreisen reagieren LPIT-Signale deutlich sensibler auf elektromagnetische Störeinflüsse, Kontaktübergänge und unsauber ausgeführte Schirmkonzepte. Eine robuste, durchgängige Abschirmung ist daher kein optionales Detail, sondern eine grundlegende Systemanforderung.
Fame LPIT von Phoenix Contact setzt hier konsequent auf ein ganzheitliches Abschirmkonzept, das bereits bei der Signalführung beginnt. Die Verwendung doppelt geschirmter Kabel bildet dabei die Grundlage für eine störsichere Übertragung der Strom- und Spannungssignale. Durch die Kombination aus Kabelschirm und zusätzlicher Geräteschirmung wird die Einkopplung externer Störfelder wirksam reduziert und eine stabile Signalqualität auch in EMV-kritischen Umgebungen von Mittel- und Hochspannungsanlagen sichergestellt.
Ein wesentlicher Aspekt ist dabei die definierte Schirmauflage. Fame LPIT folgt der bewährten Empfehlung, die Schirmung einseitig aufzulegen, um unerwünschte Ausgleichsströme und Erdschleifen zu vermeiden. Diese klare Trennung der Bezugspotenziale trägt maßgeblich zur Signalintegrität bei und erhöht die Reproduzierbarkeit der Mess- und Prüfergebnisse – insbesondere bei wiederkehrenden Schutzprüfungen über den Lebenszyklus der Anlage hinweg.
Neben der Signalführung spielt auch das Prüfinterface selbst eine entscheidende Rolle. Fame LPIT verfügt über ein vollständig geschirmtes Metallgehäuse mit definierter Erdungsanbindung. Im Anlagenbetrieb ist das Prüfinterface EMV-sicher verschlossen, so dass die Schirmwirkung auch außerhalb von Prüfphasen vollständig erhalten bleibt. Das verhindert, dass das Prüfinterface selbst zur Störquelle oder zur Eintrittsstelle für elektromagnetische Beeinflussungen wird.
Für den Betreiber ergibt sich daraus ein wesentlicher Vorteil: Die LPIT-Signale sind dauerhaft über eine robuste, geschirmte Schnittstelle zugänglich, ohne zusätzliche Maßnahmen oder temporäre Abschirmungen. Gleichzeitig bleibt die bestehende Verdrahtung unverändert, was die Signalqualität schützt und das Risiko von Kontakt- oder Verdrahtungsfehlern minimiert.
Schutzprüfung ohne Eingriff in die Verdrahtung
Wiederkehrende Schutzprüfungen sind fester Bestandteil des sicheren Anlagenbetriebs in Mittel- und Hochspannungsanlagen. Betreiber möchten diese Prüfungen ohne Eingriffe in die bestehende Verdrahtung und ohne Öffnung der Schaltanlage durchführen können, um Arbeitssicherheit, Anlagenverfügbarkeit und Prozesssicherheit gleichermaßen sicherzustellen.
Fame LPIT stellt hierfür eine definierte Prüfschnittstelle zur Verfügung, über die alle relevanten LPIT-Signale zugänglich sind, ohne Sensor- oder Gerätesteckverbindungen zu lösen oder Messkreise umzubauen. Testspezifische Verdrahtungen oder serielle Umschaltungen entfallen vollständig, was potenzielle Fehlerquellen und den manuellen Aufwand deutlich reduziert.
Ein weiterer wesentlicher Vorteil ist, dass Schutzprüfungen bei geschlossenen Schranktüren durchgeführt werden können. Das Prüfinterface ist so ausgeführt, dass im regulären Anlagenbetrieb keine offenen Kontaktstellen vorhanden sind und die Schirm- und Schutzwirkung vollständig erhalten bleibt. Das erhöht die Arbeitssicherheit erheblich und ermöglicht gleichzeitig reproduzierbare Prüfabläufe, insbesondere bei regelmäßig wiederkehrenden Prüfungen.
Die beschriebenen Anforderungen an eine robuste Signalübertragung sowie an eine verdrahtungsfreie Schutzprüfung bei geschlossener Anlage zeigen, dass klassische Prüfmethoden für LPIT-basierte Schaltanlagen nur eingeschränkt geeignet sind. Um Arbeitssicherheit, Anlagenverfügbarkeit und reproduzierbare Prüfergebnisse gleichermaßen sicherzustellen, sind standardisierte Prüfschnittstellen erforderlich, die von Beginn an auf die spezifischen Eigenschaften von LPIT ausgelegt sind.
Vor diesem Hintergrund wird im Folgenden ein Prüfkonzept vorgestellt, das diese Anforderungen systematisch berücksichtigt und eine sichere Schutzprüfung ohne Eingriffe in die Anlagenverdrahtung ermöglicht.
Standardisiertes Prüfkonzept für LPIT-basierte Schaltanlagen mit Fame 2 und Fame LPIT
Als standardisiertes Prüfkonzept für LPIT-basierte Schaltanlagen wird die Kombination aus Fame 2 beziehungsweise Fame 3 und Fame LPIT zugrunde gelegt. Ziel dieses Ansatzes ist es, die klassischen Schutz- und Steuersignale sowie die Sensorsignale mit kleinen Pegeln der LPIT über klar getrennte, definierte Prüfschnittstellen zugänglich zu machen, ohne Eingriffe in die bestehende Anlagenverdrahtung vornehmen zu müssen. Der 7-polige Fame 2 bzw. Fame 3 dient dabei als bewährtes Standard-Interface für die Schutztechnik. Über diese Prüfschnittstelle werden die üblichen Schutzsignale, wie Auslösung und Anregung, sowie die Versorgungsleitungen (+/–) gezielt unterbrochen und zur Prüfung ausgeführt. Damit lassen sich Funktions- und Auslöseprüfungen der Schutzgeräte nach etablierten Verfahren durchführen, ohne Änderungen an der Anschluss- oder Signalführung der Anlage vorzunehmen.
Ergänzend hierzu wird für jede Phase ein Fame LPIT eingesetzt, um den phasenbezogenen Zugriff auf die LPIT-Sensorsignale sicherzustellen. In Mittelspannungsanwendungen kommt hierfür das Fame LPIT Interface RJWE-SMV/8 zum Einsatz, in Hochspannungsanwendungen das Fame LPIT Interface PTWE-SHV/8. Der Zugriff in der Prüfphase erfolgt über den zugehörigen Fame LPIT Prüfstecker TP-S/8, der den temporären Anschluss von Prüf- und Messgeräten an die definierte Schnittstelle ermöglicht. Über die phasenweise eingesetzten Fame-LPIT-Interfaces steht der vollständige Zugriff auf alle acht Potenziale der LPIT-Sensorik zur Verfügung. Dadurch können nicht nur Strom- und Spannungssignale, sondern auch zusätzliche Sensordaten in die Schutzprüfung einbezogen werden. Insbesondere ermöglicht dieser umfassende Signalzugriff die Berücksichtigung von Temperaturinformationen der Sensorik, so dass temperaturabhängige Effekte gezielt in Prüfkonzepte integriert und entsprechende Kompensationen berücksichtigt werden können.
Die funktionale Trennung zwischen den klassischen Schutz- und Steuersignalen über Fame 2/3 und den LPIT-Sensorsignalen über Fame LPIT mit den Interfaces RJWE-SMV/8 beziehungsweise PTWE-SHV/8 und dem Prüfstecker TP-S/8 schafft ein übersichtliches und standardisiertes Prüfkonzept. Für Betreiber ergibt sich daraus ein klar strukturierter Ansatz, der sowohl konventionelle Schutzprüfungen als auch erweiterte, sensorbasierte Prüfungen unterstützt. Gleichzeitig erfüllt er die Anforderungen an Arbeitssicherheit, Reproduzierbarkeit und Anlagenverfügbarkeit.
Fazit: LPIT erfordern neue Prüfarchitekturen
Es zeigt sich, dass LPIT-basierte Schaltanlagen ein Umdenken bei Schutz- und Prüfkonzepten erfordern. Die Kombination aus Sensorik mit kleinen Ausgangspegeln, erweiterten Messanforderungen und hohen Ansprüchen an Arbeitssicherheit und Anlagenverfügbarkeit lässt sich mit klassischen Prüfmethoden nur eingeschränkt abbilden. Mit Fame LPIT steht ein Prüfstecksystem zur Verfügung, das gezielt auf diese Rahmenbedingungen ausgelegt ist und eine standardisierte, verdrahtungsfreie Schutzprüfung bei geschlossener Anlage ermöglicht. In Verbindung mit etablierten Prüfschnittstellen für die Schutztechnik entsteht so ein durchgängiges Prüfkonzept, das sowohl die Anforderungen moderner Hoch- und Mittelspannungsanlagen als auch die praktischen Bedürfnisse von Betreibern über den gesamten Lebenszyklus hinweg berücksichtigt.