Die Überwachung der elektrischen Anlage

Ein Schutzrelais überwacht fortlaufend den Zustand der Anlage. Die dafür benötigten Strom- und Spannungswerte erhält es in der Regel über Strom- und Spannungswandler. Im Schutzrelais sind Grenzwerte und Zeitvorgaben hinterlegt. Das Gerät vergleicht die gemessenen Werte laufend mit diesen Einstellungen. Werden die festgelegten Grenzen überschritten oder unterschritten, erkennt das Relais einen unzulässigen Zustand.

Je nach Anlage und Schutzkonzept kann ein Schutzrelais beispielsweise auf folgende Ereignisse reagieren:

• zu hohe Ströme
• Kurzschlüsse
• Erdschlüsse
• zu hohe oder zu niedrige Spannungen
• unzulässige Frequenzabweichungen
• fehlerhafte Energieflussrichtungen

Nicht jedes Schutzrelais überwacht automatisch alle diese Größen. Welche Funktionen tatsächlich genutzt werden, hängt davon ab, welche Betriebsmittel und Anlagenteile geschützt werden sollen.

Das Schutzrelais schaltet nicht selbst ab

Auch wenn häufig von einer „Auslösung durch das Schutzrelais“ gesprochen wird, unterbricht das Relais den Strom in der Regel nicht selbst. Erkennt es einen Fehler, gibt es einen elektrischen Auslösebefehl an den zuständigen Leistungsschalter weiter. Erst der Leistungsschalter trennt den fehlerhaften Anlagenteil tatsächlich vom Netz.

Beide Geräte müssen deshalb zuverlässig zusammenarbeiten. Ein korrekt erkannter Fehler hilft wenig, wenn der Auslösebefehl den Leistungsschalter nicht erreicht oder dieser nicht öffnet.

Warum eine gezielte Abschaltung wichtig ist

Bei einem Fehler soll nicht zwangsläufig die gesamte Anlage abgeschaltet werden. Ziel ist es, möglichst nur den Bereich vom Netz zu trennen, in dem der Fehler tatsächlich aufgetreten ist. Kommt es beispielsweise in einem einzelnen Abgang zu einem Kurzschluss, soll vorrangig der zugehörige Leistungsschalter öffnen. Andere, nicht betroffene Anlagenteile können dadurch möglichst weiterbetrieben werden.

Dieses abgestimmte Verhalten wird als Selektivität bezeichnet. Die Schutzgeräte einer Anlage werden so aufeinander abgestimmt, dass der Fehler möglichst nah an seiner Entstehungsstelle abgeschaltet wird. Übergeordnete Schutzgeräte greifen erst dann ein, wenn die vorgesehene Abschaltung nicht erfolgt. Dadurch lassen sich unnötig große Ausfälle vermeiden.

Unterschiedliche Aufgaben für unterschiedliche Anlagen

Ein Schutzrelais in einem Transformatorfeld hat andere Aufgaben als ein Schutzgerät an einem Generator, einer Erzeugungsanlage oder einem normalen Mittelspannungsabgang. Bei einem Abgang steht häufig der Schutz vor Kurzschluss und Überstrom im Vordergrund. Bei Transformatoren können weitere Funktionen hinzukommen. In Erzeugungsanlagen spielen zusätzlich Spannung, Frequenz und das Verhalten der Anlage gegenüber dem öffentlichen Netz eine wichtige Rolle.

Moderne digitale Schutzrelais können deshalb mehrere Schutzfunktionen in einem Gerät vereinen. Welche davon aktiviert sind, richtet sich nach dem jeweiligen Schutzkonzept und den Anforderungen der Anlage.

Das Schutzrelais arbeitet dabei nicht allein. Es ist Teil einer vollständigen Schutzkette. Zu dieser gehören unter anderem:

• Strom- und Spannungswandler
• das Schutzrelais
• die Hilfsspannungsversorgung
• die Auslöseverdrahtung
• der Leistungsschalter

Nur wenn diese Komponenten richtig zusammenspielen, kann ein Fehler sicher erkannt und abgeschaltet werden.

Mehr als reine Fehlererkennung

Moderne Schutzrelais übernehmen häufig noch weitere Aufgaben. Sie zeigen aktuelle Messwerte an, speichern Ereignisse und zeichnen Störungen auf. Nach einer Abschaltung lässt sich dadurch nachvollziehen, welche Schutzfunktion angesprochen hat, welche Messwerte vorlagen und zu welchem Zeitpunkt der Auslösebefehl ausgegeben wurde. Diese Informationen helfen dabei, die Ursache eines Fehlers einzugrenzen.

Viele Geräte sind außerdem mit einer Stationsleittechnik verbunden. Meldungen, Messwerte und Schaltzustände können so zentral angezeigt und ausgewertet werden. Die eigentliche Hauptaufgabe bleibt jedoch immer gleich: Das Schutzrelais erkennt gefährliche oder unzulässige Betriebszustände und veranlasst die Abschaltung des betroffenen Anlagenteils.

Kurz zusammengefasst

Ein Schutzrelais ist die Überwachungs- und Entscheidungseinheit innerhalb der elektrischen Anlage. Es erfasst Strom, Spannung oder weitere elektrische Größen, bewertet diese anhand festgelegter Einstellungen und gibt bei einem Fehler den Befehl zur Abschaltung. Dadurch können Schäden an Betriebsmitteln begrenzt und unnötig große Anlagenausfälle vermieden werden.