Der Begriff klingt zunächst sehr speziell. Vereinfacht gesagt sorgt die Schutztechnik dafür, dass Fehler in elektrischen Anlagen erkannt und ihre Auswirkungen möglichst begrenzt werden. Sie ist damit ein wesentlicher Bestandteil einer sicheren und zuverlässigen Stromversorgung.
Schutztechnik gibt es grundsätzlich auch in Niederspannungsanlagen und im privaten Bereich, etwa durch Sicherungen, Leitungsschutzschalter oder Fehlerstrom-Schutzeinrichtungen. Dieser Beitrag bezieht sich jedoch vor allem auf Schutzsysteme in industriellen Anlagen sowie in Mittel- und Hochspannungsnetzen.

Elektrische Anlagen brauchen ein Sicherheitssystem

In elektrischen Anlagen werden teilweise sehr große Leistungen übertragen. Das gilt beispielsweise für Industrieanlagen, Umspannwerke, Übergabestationen sowie Wind- und Solarparks. Im normalen Betrieb geschieht das weitgehend unbemerkt. Kommt es jedoch zu einem technischen Defekt, einem Kurzschluss oder einem anderen unzulässigen Zustand, muss schnell reagiert werden. Andernfalls können Betriebsmittel beschädigt werden, größere Anlagenteile ausfallen oder Menschen gefährdet werden.

Die Schutztechnik übernimmt dabei eine ähnliche Aufgabe wie ein Sicherheitssystem. Sie überwacht den Zustand der Anlage und sorgt dafür, dass bei einem Fehler die vorgesehenen Maßnahmen eingeleitet werden.

Nicht jeder Fehler darf die gesamte Anlage abschalten

Eine wichtige Aufgabe der Schutztechnik besteht darin, Fehler möglichst gezielt zu beherrschen. Tritt beispielsweise in einem einzelnen Bereich einer Industrieanlage ein Fehler auf, soll nach Möglichkeit nicht der gesamte Betrieb ohne Strom sein. Stattdessen soll nur der betroffene Anlagenteil abgeschaltet werden, während die übrigen Bereiche weiterbetrieben werden können.

Damit das funktioniert, müssen die verschiedenen Schutzeinrichtungen einer Anlage aufeinander abgestimmt sein. Es geht also nicht nur darum, einen Fehler überhaupt zu erkennen. Entscheidend ist auch, welches Schutzsystem reagiert und in welcher Zeit die Abschaltung erfolgt. Eine zu langsame Reaktion kann Schäden vergrößern. Eine unnötig schnelle oder falsch zugeordnete Abschaltung kann dagegen Bereiche außer Betrieb setzen, die vom eigentlichen Fehler gar nicht betroffen sind.

Wenn eine Sekunde zur Ewigkeit wird

Im Alltag erscheint eine Sekunde sehr kurz. In der Schutztechnik kann sie jedoch eine Ewigkeit sein. Bei einem Kurzschluss können innerhalb kürzester Zeit sehr hohe Ströme fließen. Diese belasten Kabel, Schaltanlagen, Transformatoren und andere Betriebsmittel erheblich. Je länger der Fehler bestehen bleibt, desto größer können die thermischen und mechanischen Auswirkungen werden.

Deshalb werden viele Vorgänge in der Schutztechnik nicht nur in Sekunden, sondern in Millisekunden betrachtet. Zwischen einer Abschaltung nach 100 Millisekunden und einer Abschaltung nach einer Sekunde liegt technisch ein erheblicher Unterschied.

Das bedeutet allerdings nicht, dass immer das schnellste Schutzgerät auslösen soll. Auch hier kommt es auf die richtige Abstimmung an. Das Schutzsystem, das dem Fehler am nächsten liegt, soll zuerst reagieren. Übergeordnete Schutzgeräte greifen erst dann ein, wenn die vorgesehene Abschaltung ausbleibt. Schutztechnik muss deshalb so schnell wie nötig und gleichzeitig so gezielt wie möglich reagieren.

Wo wird Schutztechnik eingesetzt?

Schutztechnik kommt überall dort zum Einsatz, wo elektrische Energie erzeugt, verteilt oder in größerem Umfang genutzt wird. Typische Einsatzbereiche sind:

• Umspannwerke und Schaltanlagen
• Übergabestationen von Industrie- und Gewerbebetrieben
• Transformatorenstationen
• Mittel- und Hochspannungsnetze
• Windenergie- und Photovoltaikanlagen
• größere Produktions- und Infrastrukturanlagen

Je nach Anlage unterscheiden sich die Anforderungen deutlich. Ein Transformator muss anders geschützt werden als ein Kabel, ein Generator oder der Netzanschluss eines Solarparks. Deshalb gibt es nicht die eine Schutzlösung, die für jede Anlage gleichermaßen geeignet ist. Schutztechnik muss immer zur jeweiligen Anlage, zum Netzaufbau und zu den eingesetzten Betriebsmitteln passen.

Schutztechnik ist mehr als ein Schutzrelais

Ein Schutzrelais ist ein wichtiger Bestandteil der Schutztechnik, arbeitet jedoch nicht allein. Zur Schutztechnik gehören auch die Messwerterfassung, die Energieversorgung der Schutzgeräte, die Verdrahtung, die Kommunikation zwischen den Geräten und der eigentliche Schalter, der einen Anlagenteil vom Netz trennt.

Hinzu kommen die technischen Unterlagen und Einstellungen, die festlegen, wie das Schutzsystem reagieren soll. Ein einzelnes funktionierendes Gerät reicht daher nicht aus. Entscheidend ist, dass die gesamte Schutzkette richtig aufgebaut, eingestellt und geprüft ist.

Was macht man beruflich in der Schutztechnik?

Die Arbeit in der Schutztechnik beginnt häufig lange vor der eigentlichen Prüfung vor Ort. Zunächst muss verstanden werden, wie die Anlage aufgebaut ist. Dazu werden beispielsweise Schaltpläne, Schutzkonzepte, Einstellwerte und Vorgaben des Netzbetreibers als Informationsquelle genutzt. Anschließend wird geprüft, ob die vorhandenen Schutzfunktionen zur Anlage passen und richtig eingestellt sind.

Bei einer Schutzprüfung werden definierte Fehler- und Betriebszustände gezielt nachgebildet. So lässt sich feststellen, ob das Schutzsystem korrekt reagiert und der vorgesehene Abschaltweg funktioniert. Dabei geht es unter anderem um folgende Fragen:

• Erkennt das Schutzsystem den vorgesehenen Fehler?
• Reagiert es beim richtigen Wert?
• Wird die festgelegte Auslösezeit eingehalten?
• Wird der richtige Leistungsschalter angesteuert?
• Funktionieren Meldungen, Verriegelungen und weitere Signale?
• Ist die Schutzfunktion mit den übrigen Schutzgeräten abgestimmt?

Die Aufgabe besteht also nicht einfach darin, ein Messgerät anzuschließen. Man muss die Anlage, ihre Schaltung und das vorgesehene Schutzkonzept verstehen.

Warum muss Schutztechnik geprüft werden?

Schutzsysteme sind im normalen Betrieb häufig über Jahre hinweg kaum sichtbar. Im Fehlerfall müssen sie jedoch innerhalb kürzester Zeit zuverlässig funktionieren. Probleme können beispielsweise durch falsche Einstellungen, Änderungen an der Anlage, beschädigte Verdrahtungen, ausgefallene Hilfsspannungen oder technische Defekte entstehen. Viele dieser Fehler fallen im normalen Anlagenbetrieb nicht unmittelbar auf.
Deshalb müssen Schutzsysteme nicht nur korrekt geplant und eingerichtet, sondern auch regelmäßig geprüft werden.

Technik, die möglichst nie auffallen soll

Gut funktionierende Schutztechnik bleibt für die meisten Menschen unsichtbar. Im besten Fall greift sie nur selten ein. Wenn jedoch ein Fehler auftritt, entscheidet sie darüber, wie schnell dieser erkannt wird, welcher Bereich abgeschaltet wird und wie groß die Auswirkungen auf die übrige Anlage sind.

Schutztechnik sorgt nicht dafür, dass Fehler grundsätzlich verhindert werden. Sie sorgt aber dafür, dass ein Fehler möglichst nicht zu einem größeren Schaden oder einem unnötig umfangreichen Ausfall führt.