{"id":7568,"date":"2026-01-05T09:16:14","date_gmt":"2026-01-05T09:16:14","guid":{"rendered":"https:\/\/daelimtransformer.com\/?p=7568"},"modified":"2026-10-25T00:52:35","modified_gmt":"2026-10-24T16:52:35","slug":"differential-protection-of-uhv-transformer","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.daelimtransformer.com\/de\/differential-protection-of-uhv-transformer.html","title":{"rendered":"Differentialschutz von UHV-Transformatoren"},"content":{"rendered":"
\"Differentialschutz<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der Differentialschutz von UHV-Transformatoren, auch als Ultrahochspannungstransformatoren bezeichnet, ist ein prim\u00e4res Hochgeschwindigkeits-Schutzkonzept f\u00fcr Ihren elektrischen Transformator. Dieses Konzept dient dazu, interne Fehler in Ihrem elektrischen Transformator zu erkennen, beispielsweise Kurzschl\u00fcsse oder Wicklungssch\u00e4den.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Dieses Differentialschutzsystem vergleicht kontinuierlich den in Ihren Transformator einstr\u00f6menden Strom mit dem aus Ihrem Transformator ausstr\u00f6menden Strom. Dies geschieht mithilfe eines Stromwandlers, der dazu beitr\u00e4gt, das Ger\u00e4t abzuschalten, sobald ein Fehler erkannt wird.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Das System st\u00fctzt sich zudem auf spezielle Relais, die eigens f\u00fcr diese Anwendung konzipiert und entwickelt wurden, um ein ungewolltes Ausl\u00f6sen des elektrischen Transformators zu verhindern. Ein solches ungewolltes Ausl\u00f6sen kann durch den Magnetisierungs-Einschaltstrom verursacht werden. Dieses System gew\u00e4hrleistet die Integrit\u00e4t des gesamten Differentialschutzsystems des UHV-Transformators.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Damit stellt sich die Frage, warum dieser UHV-Transformator ein spezielles Differentialschutzsystem ben\u00f6tigt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

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Preis anfragen<\/a><\/div>\r\n<\/div>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Warum UHV-Transformatoren einen speziellen Schutz ben\u00f6tigen<\/span><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der von Ihnen verwendete UHV-Transformator hat in der Regel einen Spannungsbereich von 1000 kV oder sogar noch h\u00f6her. Dieser Hochspannungsbetrieb bedingt eine \u00e4u\u00dferst komplexe interne Struktur des elektrischen Transformators, zu der die Spannungsregelungswicklung, die Kompensationswicklung und die umfangreiche Phasenverschiebungsanordnung des elektrischen Transformators geh\u00f6ren.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Aufgrund all dieser \u00e4u\u00dferst komplexen und sensiblen Merkmale ist das herk\u00f6mmliche Einzonen-Differentialschutzschema nicht in der Lage, die f\u00fcr die Fehlererkennung bei Ultrahochspannungstransformatoren erforderlichen pr\u00e4zisen Vorg\u00e4nge auszuf\u00fchren. Der einzige Ansatz, der f\u00fcr die Fehlererkennung bei Ultrahochspannungstransformatoren tats\u00e4chlich zur Verf\u00fcgung steht, ist das Differentialschutzsystem des Ultrahochspannungstransformators.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Grundlegende Betriebsprinzipien f\u00fcr den Differentialschutz von UHV-Transformatoren<\/span><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Obwohl der Differentialschutz von Ultrahochspannungstransformatoren ein relativ modernes Schutzsystem ist, basiert er auf denselben grundlegenden elektrischen Prinzipien und Gesetzen, die auch bei den meisten anderen elektrischen Schutzsystemen zum Tragen kommen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Grundlegende<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Arbeiten zum Kirchhoffschen Stromgesetz<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Demnach ist unter normalen Betriebsbedingungen eines elektrischen Transformators der in den Transformator eintretende Strom gleich dem aus dem Transformator austretenden Strom. Die Stromwandler auf der Hoch- und Niederspannungsseite des elektrischen Transformators sind so kalibriert, dass sich ihre Sekund\u00e4rstr\u00f6me gegenseitig aufheben; dadurch ergibt sich am Ausgang ein Netto-Differenzstrom von Null.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Wenn ein interner Fehler im elektrischen Transformator auftritt \u2013 das hei\u00dft, wenn ein Kurzschluss vorliegt oder eine Besch\u00e4digung der Wicklungen im Transformator vorliegt \u2013, f\u00fchrt dieser Fehler zu einer Unausgeglichenheit oder einer St\u00f6rung des Strombalanzzustands des elektrischen Transformators. Der daraus resultierende unsymmetrische Strom flie\u00dft durch das Relais, das speziell daf\u00fcr ausgelegt ist, umgehend ein Ausl\u00f6sesignal zu erzeugen, um den Transformator vom nationalen Stromnetz zu trennen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Um ein ungewolltes Ausl\u00f6sen des elektrischen Transformators und dessen Trennung vom nationalen Netz zu vermeiden, verf\u00fcgt das Relais, das den Fehler zun\u00e4chst erkennt, \u00fcber eine Funktion, bei der sich die D\u00e4mpfungsspulen entsprechend der St\u00e4rke des Durchgangsstroms anpassen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Differentialschutzschema<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Betriebseigenschaften und mathematische Formulierung<\/span><\/h2>\r\n\r\n\r\n\r\n

Das Differentialschutzsystem eines UHV-Transformators wird nicht ausschlie\u00dflich durch das Vorliegen eines Differenzstroms ausgel\u00f6st. Die modernsten numerischen Relais, die in diesen Systemen zum Einsatz kommen, nutzen eine prozentuale Differentialcharakteristik, um Fehler und andere transiente Betriebszust\u00e4nde zu erkennen.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Grundlegendes Funktionsprinzip<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Im Differentialschutzsystem des UHV-Transformators misst das Relais kontinuierlich den in den gesch\u00fctzten Transformatorbereich ein- und ausflie\u00dfenden Strom. Dies geschieht mithilfe des Stromwandlers. Unter normalen Betriebsbedingungen oder bei Auftreten externer Fehler sind diese Str\u00f6me nach dem Verh\u00e4ltnis- und Phasenkompensationsvorgang nahezu gleich gro\u00df. Dies f\u00fchrt zu einem sehr geringen oder gar keinem Differenzstrom.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Bei jeder Art von internem Fehler, wie beispielsweise einem Kurzschluss in der Wicklung oder einem Ausfall des Transformatorisolierung<\/a>, wird das Strombilanzgleichgewicht des Transformators gest\u00f6rt. Sobald das Strombilanzgleichgewicht des Transformators gest\u00f6rt ist und die Differenz den Ansprechschwellenwert des Relais \u00fcberschreitet, l\u00f6st das Differenzstromschutzsystem des Transformators den zugeh\u00f6rigen Leistungsschalter aus. Dadurch wird der Fehlerbereich bzw. der Transformator vollst\u00e4ndig vom gesamten Stromverteilungsnetz getrennt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Mathematische Formulierung<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Differenzstrom (Betriebsstrom)<\/strong><\/p>\r\n\r\n

Idiff<\/sub> = | I1<\/sub> \u2212 I2<\/sub> |<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I1 ist der Strom, der auf einer Seite des Transformators gemessen wird<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

I2 ist der Strom, der nach Kompensation des \u00dcbersetzungsverh\u00e4ltnisses und des Phasenwinkels auf der gegen\u00fcberliegenden Seite gemessen wird.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die Stromdifferenz stellt hier die Gr\u00f6\u00dfe des Stromsymmetriefehlers innerhalb des Schutzbereichs dar.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Begrenzungsstrom<\/strong><\/p>\r\n\r\n

IRest<\/sub> = ( | I1<\/sub> | + | I2<\/sub> | ) \/ 2<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der oben angegebene Begrenzungsstrom spiegelt den Belastungszustand des Transformators und den im Transformator vorhandenen Durchgangsstrom wider.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Prozentuale Differenz-Betriebskennlinie<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Das im Differentialschutzsystem des Transformators verwendete Relais l\u00f6st erst aus, wenn die Stromdifferenz den Ausl\u00f6sepunkt des Relais \u00fcberschreitet.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Hier<\/strong><\/p>\r\n\r\n

Idiff<\/sub> > K \u00d7 IRest<\/sub> + IAbholung<\/sub><\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

K steht f\u00fcr die prozentuale Abweichung (Steigung der R\u00fcckhaltekurve)<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der Messwert stellt den Differenzmessstrom dar.<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Die oben dargestellte Gleichung erm\u00f6glicht es, dass sich die Ansprechschwelle des Transformatorrelais automatisch erh\u00f6ht, wenn der Begrenzungsstrom ansteigt. Dadurch wird das Relais bei externen Fehlern mit hohem Strom stabiler, bleibt aber gleichzeitig \u00e4u\u00dferst empfindlich gegen\u00fcber echten internen Transformatorfehlern.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Prozentuale R\u00fcckhaltecharakteristik bei zwei Steigungen<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

Der gro\u00dfe UHV-Transformator f\u00fcr ihr Differentialschutzsystem verwendet in der Regel eine prozentuale Begrenzungscharakteristik mit zwei Steigungen anstelle einer einzigen festen Steigung. Aus diesem Grund verwendet das Relais des Differentialschutzsystems im Niedrigstrombereich eine relativ geringe Begrenzungssteigung, um eine hohe Empfindlichkeit zu gew\u00e4hrleisten. Dies dient der Erkennung von Wicklungsfehlern, Windungsfehlern und Isolationsfehlern mit geringem Ausma\u00df.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

Mit steigendem Transformator-Halte-Strom schaltet das Relais automatisch auf eine steilere Ansprechkurve um. Diese h\u00f6here Haltekraft verbessert die Stabilit\u00e4t des Transformators bei schweren externen Kurzschl\u00fcssen, bei S\u00e4ttigungszust\u00e4nden des Stromwandlers sowie bei anderen transienten Ereignissen. All diese Ereignisse k\u00f6nnten andernfalls einen falschen Differenzstrom erzeugen, der das Schutzsystem ausl\u00f6st und den Transformator abschaltet.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Prozentuale<\/figure>\r\n\r\n

Typische Einstellungen, die bei elektrischen Transformatoren mit numerischen Relais in Netzqualit\u00e4t verwendet werden, sind<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n\r\n
Parameter<\/th>\r\nTypischer Bereich<\/th>\r\n<\/tr>\r\n<\/thead>\r\n
Abgreifstrom<\/td>\r\n0,2\u20130,4 pu<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Piste 1<\/td>\r\n20\u201330%<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Piste 2<\/td>\r\n40\u201370%<\/td>\r\n<\/tr>\r\n
Breakpoint-Strom<\/td>\r\n2\u20134 Punkte<\/td>\r\n<\/tr>\r\n<\/tbody>\r\n<\/table>\r\n<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

<\/span>Kennlinie f\u00fcr die prozentuale R\u00fcckhaltung<\/span><\/h3>\r\n\r\n\r\n\r\n

In Differentialschutzsystemen f\u00fcr Ultrahochspannungstransformatoren lassen sich die Ausl\u00f6secharakteristiken durch eine Kurve darstellen, n\u00e4mlich die prozentuale R\u00fcckhalte-Vorspannungskurve. Dabei stellt die horizontale Achse den R\u00fcckhaltestrom dar, w\u00e4hrend die vertikale Achse des Diagramms den Differenzstrom angibt.<\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n

\"Prozentuale<\/figure>\r\n\r\n\r\n\r\n

In der obigen Grafik<\/strong><\/p>\r\n\r\n\r\n\r\n