11-kV- oder 33-kV-Blitzableiter: Was ist tatsächlich anders und wie wählt man den richtigen aus?

Wenn Sie einen Blitzableiter für ein Mittelspannungsnetz spezifizieren, ist die erste Frage, die normalerweise auftaucht, ganz einfach: Brauche ich ein 11-kV-Gerät oder ein 33-kV-Gerät? Die Antwort klingt offensichtlich, aber der Auswahlprozess ist viel weniger einfach, als nur das Ableiteretikett an die Spannung Ihres Systems anzupassen. Wenn Sie etwas falsch machen, haben Sie es mit einem Gerät zu tun, das entweder keinen Schutz bietet oder, schlimmer noch, sich verhält, obwohl es nicht funktionieren sollte.

Dieser Leitfaden erläutert die tatsächlichen Unterschiede zwischen 11-kV- und 33-kV-Ableitern und behandelt die Spannungswerte, Erdungsanforderungen, die Ableiterklasse und die Spezifikationen, die bei Ihrer Kaufentscheidung tatsächlich wichtig sind.

Blitzableiter

Kurzreferenztabelle

Was die meisten Menschen falsch machen: Es geht um die Erdung, nicht nur um die Spannung

Hier ist etwas, was viele Ingenieure stutzig macht: Die Nennspannung eines Blitzableiters stimmt nicht mit der Systemspannung überein. Welche Zahl Sie wählen, hängt stark davon ab, wie Ihr Netzwerk geerdet ist, und hier verhalten sich 11-kV- und 33-kV-Systeme in der Regel sehr unterschiedlich.

Die meisten 11-kV-Netze sind fest geerdet. Der Sternpunkt des Transformators ist direkt mit der Erde verbunden, was bedeutet, dass während eines einphasigen Fehlers die Spannung auf den anderen beiden Phasen relativ stabil bleibt und auf nicht mehr als etwa 80 % der Leitungsspannung ansteigt. Aus diesem Grund dimensionieren Ingenieure den Ableiter normalerweise auf das 0,8-fache der Systemspannung. Bei einem 11-kV-Netz entspricht das einer Nennspannung von etwa 9 kV. Es ist eine unkomplizierte Berechnung und das resultierende Gerät ist kompakt, kostengünstig und gut für den Schutz auf Verteilungsebene geeignet.Der 11-kV-Blitzableitervon Victory Electric beispielsweise basiert genau auf dieser Verteilungsklassenspezifikation und verfügt über ein Polymergehäuse und einen Zinkoxid-Varistorstapel, die für diese Betriebsumgebung optimiert sind.

Bei 33-kV-Systemen ist die Situation völlig anders. Ein großer Teil der 33-kV-Netze, insbesondere in Asien, Afrika und Teilen Europas, verwenden Transformatorwicklungen in Dreiecksschaltung. Dreieckwicklungen haben keinen Neutralpunkt, daher gibt es keinen direkten Weg zur Erde. Wenn auf einer Phase ein Fehler auftritt, kann die Spannung auf den fehlerfreien Phasen bis zur vollen Netzspannung ansteigen, manchmal sogar etwas höher. Das bedeutet, dass der Ableiter dafür ausgelegt sein muss, dies dauerhaft zu bewältigen, und der Multiplikator von 0,8 nicht mehr gilt. Stattdessen wird die Nennspannung auf 100 % der Systemspannung oder mehr eingestellt, weshalb 33-kV-Ableiter typischerweise Nennwerte von 36 kV bis 42 kV haben, abhängig von der bevorzugten Sicherheitsmarge des Energieversorgers.

Anwenden der 11-kV-Auswahllogik auf a33KV-Blitzableiterist einer der häufigsten und teuersten Fehler bei der Spezifikation. Ein unter-bewerteter Ableiter beginnt bei einem Erdschluss zu leiten, baut Wärme auf, die er nicht ableiten kann, und fällt schließlich aus.

VICTORY 33KV Blitzableiter

MCOV: Die Spezifikation, die zu oft übersprungen wird

MCOV steht für Maximum Continuous Operating Voltage. In IEC-Normen wird es auch als Uc geschrieben. Dies ist die höchste Spannung, die der Ableiter unter normalen Betriebsbedingungen kontinuierlich aushalten kann, ohne dass sich seine Leistungsfähigkeit mit der Zeit verschlechtert.

Dies ist wichtig, da der Ableiter immer zwischen Phase und Erde angeschlossen ist. Auch wenn keine Überspannung auftritt, liegt ständig die normale Phase-zu-Spannung an. Bei einem Fehler in einer anderen Phase steigt diese Spannung vorübergehend an. Der Ableiter muss den Strom abhalten, ohne zu leiten und ohne dabei selbst zu kochen.

Die Zahlen teilen sich ungefähr so ​​auf:

• Ein für 9 kV ausgelegter Ableiter für ein 11 kV-System hat einen MCOV von etwa 7,65 kV
• Ein für 36 kV ausgelegter Ableiter für ein 33-kV-System liegt normalerweise bei etwa 29 kV
• Ein für 42 kV ausgelegter Ableiter, der etwas mehr Spielraum bietet, erreicht etwa 34 kV

Achten Sie bei der Durchsicht eines Datenblattes nicht nur auf die Nennspannung. Vergleichen Sie den MCOV mit der tatsächlichen maximalen Leiter-zu-Spannung Ihres Systems, einschließlich der normalen Betriebstoleranz, die normalerweise plus oder minus 10 % des Nennwerts beträgt. Anhand dieser Zahl erfahren Sie wirklich, ob sich der Ableiter in Ihrem Netzwerk wohlfühlt.

Verteilungsklasse vs. Stationsklasse

11-kV-Ableiter gehören fast immer zur Verteilungsklasse. Sie sind für Freileitungen, Masttransformatoren, Ringleitungen und ähnliche Anwendungen konzipiert. Sie sind leichter, kleiner und preisgünstiger für den Masseneinsatz in Vertriebsnetzen.

Eine völlig andere Ebene bilden 33-kV-Ableiter in Umspannwerken. Sie sind in der Regel Stationsklasse, was eine höhere Energieabsorptionskapazität, bessere Kurzschlussfestigkeitswerte (einige Standards testen diese bis zu 63.000 A), längere Kriechstrecken für Küsten- oder Industrieumgebungen und eine robustere interne Fehlereindämmung bedeutet. Diese sind nicht mit Einheiten der Verteilerklasse austauschbar, und der Kostenunterschied spiegelt echte technische Unterschiede wider, nicht nur eine Spannungserhöhung.

In einem typischen 33/11-kV-Umspannwerk benötigt die 33-kV-Eingangsseite einen Schutz der Stationsklasse, während die 11-kV-Abgänge Hardware der Verteilerklasse verwenden können. Wenn Sie beide Seiten eines solchen Umspannwerks beschaffen möchten, umfasst die 33-kV-Produktpalette von Victory Electric Ableiter der Stationsklasse und zugehöriges Mittelspannungsschutzzubehör, das die höhere Spannungsseite dieser Anlage abdeckt.

Restspannung und Schutzmarge

Wenn Sie tatsächlich zwei Ableiter direkt miteinander vergleichen, ist die Restspannung, manchmal auch Entladespannung oder Blitzschutzpegel genannt, die nützlichste Zahl. Er wird bei 10 kA mit einer Wellenform von 8/20 μs gemessen und gibt an, wie viel Spannung der Ableiter während einer Überspannung durchlässt.

Je niedriger die Restspannung ist, desto besser ist der Schutz. Es muss aber auch deutlich unter dem Basic Impulse Insulation Level (BIL) Ihrer Ausrüstung bleiben. Eine komfortable Schutzmarge liegt typischerweise bei etwa 20 bis 30 %.

Bei einem 11-kV-System mit einer BIL von 75 kV sollte die Restspannung des Ableiters idealerweise unter etwa 53 kV liegen. Bei einem 33-kV-System, bei dem die BIL typischerweise 170 kV beträgt, sollte die Restspannung unter etwa 120 kV bleiben. Wenn Sie Geräte verschiedener Anbieter vergleichen, verwenden Sie die 10-kA-Spalte im Datenblatt als Vergleichspunkt und wählen Sie die niedrigere Zahl.

Ein paar Fehler, die es zu vermeiden gilt

Angenommen, Ihr 33-kV-Netzwerk ist ohne Überprüfung fest geerdet. Viele ältere 33-kV-Infrastrukturen werden mit Dreieck- oder Impedanz-{3}geerdeten Konfigurationen betrieben. Lassen Sie sich immer vom Netzbetreiber beraten, bevor Sie die Spezifikation verfassen.

Unter Berücksichtigung der Kriechstrecke in schmutzigen Umgebungen. Küstenumspannwerke und Standorte in der Nähe von Industrieemissionen benötigen eine erweiterte Kriechstrecke, typischerweise 25 mm/kV oder mehr. Bei 33-kV-Geräten führt dies zu einem erheblichen physikalischen Unterschied in der Isolatorlänge.

Anpassung der Nennspannung ohne Überprüfung des MCOV. Zwei Ableiter mit demselben Ur können unterschiedliche MCOVs haben. Der mit dem niedrigeren MCOV könnte auf dem Papier in Ordnung sein, aber unter Ihren tatsächlichen Netzwerkbedingungen Probleme haben.

Anbringen von Hardware der Verteilerklasse an einer 33-kV-Sammelschiene. Die Energieniveaus und die Fehleranfälligkeit an den Sammelschienen von Umspannwerken liegen außerhalb der Grenzen, für die Ableiter der Verteilungsklasse ausgelegt sind. Die Stationsklasse ist in diesem Zusammenhang nicht optional.

Die Kurzversion

Der grundlegende Unterschied zwischen einem 11-kV- und einem 33-kV-Ableiter besteht nicht nur in der Spannung auf dem Etikett. Es kommt darauf an, wie das Netzwerk geerdet ist, was die Berechnung der Nennspannung, die MCOV-Anforderung und die Ableiterklasse bestimmt. Ein 11-kV-Ableiter in einem fest geerdeten Netzwerk kann konservativ dimensioniert und einfach gehalten werden. Der 33-KV-Blitzableiter, der in einem typischerweise ungeerdeten oder Delta-Netzwerk eingesetzt wird, muss höher bewertet sein, als Sie vielleicht erwarten, in der Stationsklasse spezifiziert und sorgfältig anhand realer Fehlerbedingungen überprüft werden.

Gehen Sie im Zweifelsfall von IEC 60099-4 aus, bestätigen Sie Ihre Erdungsanordnung und betrachten Sie die Auswahl des Ableiters nicht als eine Übung zum Ankreuzen von Kästchen.