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Hersteller von Schutzrelais für Versorgungs- und Mittelspannungsschaltanlagen müssen nachweisliche Fachkenntnisse in den Bereichen Fehlererkennung, Kommunikationsprotokolle und Netzintegration vorweisen. Dieser Leitfaden bewertet führende Hersteller und bietet eine strukturierte Auswahl-Checkliste für Beschaffungsteams, die Relais im Bereich von 3,3 kV bis 36 kV spezifizieren.
Ein Schutzrelais ist das Herzstück einer jeden MS-Schaltanlage. Wenn in einem 15-kV-Verteiler ein Phase-Erde-Fehler auftritt, muss das Relais einen abnormalen Strom erkennen, eine Zeit-Strom-Koordinationslogik anwenden und einen Auslösebefehl erteilen - alles innerhalb von 20-40 Millisekunden. Diese Sequenz ist abgeschlossen, bevor die meisten Bediener das Flackern der Lichter bemerken.
Die Ausgangskontakte des Relais erregen die Auslösespule des Vakuum-Leistungsschalters und setzen die im Antriebsmechanismus gespeicherte Energie frei. Die kombinierte Relaisbetriebszeit (typischerweise 15-30 ms für unverzögerte Elemente) plus die mechanische Öffnungszeit des VCB (25-60 ms) bestimmt die Gesamtdauer der Fehlerbeseitigung. Jede Millisekunde zählt: Die Lichtbogenenergie steigt mit dem Quadrat des Fehlerstroms multipliziert mit der Zeit.
Moderne numerische Relais haben die elektromechanischen Vorgänger in 90% neuen Anlagen verdrängt. Diese mikroprozessorbasierten Geräte integrieren mehrere Schutzfunktionen, Kommunikationsschnittstellen und Störungsaufzeichnung in einer einzigen Plattform. Der derzeitige Marktübergang konzentriert sich auf die Einführung von IEC 61850 - Hersteller, die früh investiert haben, bieten jetzt ausgereifte Implementierungen an, während andere das Protokoll mit unterschiedlichem Erfolg auf ältere Hardware nachrüsten.
Gemäß IEC 60255-151 müssen Schutzrelais eine Zeitgenauigkeit von ±2,5% oder ±10 ms (je nachdem, welcher Wert größer ist) einhalten, um eine vorhersehbare Koordination zwischen vor- und nachgeschalteten Geräten zu gewährleisten. Diese Norm bildet die Grundlage, anhand derer die Produkte aller Hersteller bewertet werden sollten.
Die Wahl des falschen Herstellers birgt Risiken, die über die Nichteinhaltung der Spezifikationen hinausgehen: blinde Flecken beim Schutz durch unzureichende Algorithmusimplementierungen, Fehlauslösungen durch schlechte Störfestigkeit, Integrationsfehler, die eine SCADA-Anbindung verhindern, und Unterbrechungen des Lebenszyklus, wenn keine Ersatzteile mehr verfügbar sind. Das Relais macht 3-8% der Gesamtkosten der Schaltanlage aus, beeinflusst aber 100% der Zuverlässigkeit des Schutzsystems.
[Experteneinblick: Beobachtungen aus der Praxis]
Der Markt für Schutzrelais unterteilt sich in globale Erstausrüster mit umfassenden Portfolios und regionale Spezialisten, die bestimmte Anwendungen oder Regionen bedienen.
Tier 1 - Globale OEMs
Siemens (SIPROTEC 5) bietet eine modulare Architektur, die Konfigurationen von einfachen Überstrom- bis hin zu komplexen Sammelschienen-Differenzialsystemen unterstützt. Native IEC 61850 Edition 2.1-Unterstützung mit GOOSE-Latenzen unter 4 ms eignet sich für Prozessbusanwendungen. Die Praxiserfahrung bestätigt die robuste Leistung in rauen Industrieumgebungen, obwohl der anfängliche Entwicklungsaufwand für komplexe Konfigurationen einige Wettbewerber übersteigt.
ABB (Relion 615/620/630) deckt Abzweig-, Transformator- und Motorschutz ab und bietet eine einheitliche Mensch-Maschine-Schnittstelle. Das Platform Engineering Tool rationalisiert die IEC 61850-Konfiguration, und die installierte Basis von ABB in Versorgungsanwendungen bietet umfangreiche Referenzprojekte. Der REF615 ist in vielen Spezifikationen von Versorgungsunternehmen zu einem De-facto-Standard geworden.
Schneider Electric (Easergy P3/P5) zielt auf den 1-52-kV-Bereich mit kompakten Abmessungen, die sich für Nachrüstungsanwendungen eignen. Die Integration in die EcoStruxure-Plattform ist für Betreiber interessant, die eine einheitliche SCADA-/Schutzarchitektur wünschen. Die Cybersicherheitsfunktionen entsprechen den Anforderungen der IEC 62351.
GE Grid Solutions (Multilin 8 Serie) unterhält eine starke Präsenz bei nordamerikanischen Versorgungsunternehmen. Die Universalrelais-Plattform bietet außergewöhnliche Flexibilität für komplexe Schutzsysteme, und durch die Integration von Synchrophasormessungen sind diese Relais für weiträumige Schutzanwendungen geeignet.
SEL (Schweitzer Engineering Laboratorien) dominiert den nordamerikanischen Versorgungs- und Industriemarkt mit Relais, die für extreme Zuverlässigkeit ausgelegt sind. Der konservative Ansatz von SEL bei neuen Protokollen bedeutet, dass die IEC 61850-Implementierungen später als bei den Wettbewerbern, aber mit einer gründlichen Validierung eintreffen. Das SEL-751 Einspeisungsrelais und das SEL-487E Transformator-Differentialrelais demonstrieren die Konzentration auf Schutzsicherheit und Zuverlässigkeit.
Stufe 2 - Regionale Fachkräfte
Basler Elektrisch bedient industrielle und kleine Versorgungsanwendungen mit einfacher Konfiguration und wettbewerbsfähigen Preisen. Das Überstromrelais BE1-851 bietet wesentliche Funktionen ohne zusätzlichen Aufwand.
Beckwith Elektrisch ist auf den Schutz von Generatoren und Transformatoren spezialisiert. Das Transformatorrelais M-3425A bietet einen umfassenden Differenzial-, Überstrom- und Wärmeschutz, der besonders bei der Zusammenschaltung von dezentralen Erzeugungsanlagen zum Tragen kommt.
Ashida Electronics (Indien) liefert numerische Relais in Asien und Afrika zu Preisen, die 30-50% unter denen der Tier-1-Hersteller liegen. Die Qualität hat sich seit 2018 deutlich verbessert, auch wenn die Tiefe des globalen Servicenetzes weiterhin begrenzt ist.
NR Electric (China) hat sich mit wettbewerbsfähigen Angeboten über die chinesischen Märkte hinaus ausgedehnt, insbesondere bei HGÜ und FACTS-Schutz. Die Übernahme durch Versorgungsunternehmen außerhalb Asiens erfordert eine Bewertung der langfristigen Unterstützungszusagen.
| Hersteller | IEC 61850 Ausgabe | GOOSE Latenzzeit | Prozess-Bus | Cybersecurity | Preis Position |
|---|---|---|---|---|---|
| Siemens SIPROTEC 5 | Ed. 2.1 | < 4 ms | Vollständig | Hoch | Prämie |
| ABB Relion | Ed. 2 | < 4 ms | Vollständig | Hoch | Prämie |
| SEL | Ed. 2 | < 5 ms | Begrenzt | Sehr hoch | Mittelhoch |
| Schneider Easergy | Ed. 2 | < 5 ms | Baureihe P5 | Hoch | Mittelhoch |
| GE Multilin 8 | Ed. 2 | < 4 ms | Vollständig | Hoch | Prämie |
| Basler BE1 | Ed. 1 | < 8 ms | Nein | Mäßig | Mitte |
| Ashida-Aegis | Ed. 2 | < 6 ms | Nein | Mäßig | Haushalt |
Die Tiefe des Kommunikationsprotokolls ist von Hersteller zu Hersteller sehr unterschiedlich. Anlagen, die IEC 61850-konforme Relais einsetzen, zeigen messbare Verbesserungen bei der Geschwindigkeit der Fehlerisolierung, wobei die Peer-to-Peer-GOOSE-Kommunikation die Zeit für die Zonenverriegelung im Vergleich zu festverdrahteten Systemen von 100-150 ms auf unter 4 ms reduziert.
Bei Installationen, die noch DNP3 oder Modbus verwenden, überprüfen Sie, ob die erforderlichen Protokollvarianten (DNP3 Secure Authentication, Modbus TCP) ohne zusätzliche Hardwaremodule unterstützt werden.
Bei der Spezifikation von Schutzrelais für Vakuum-Leistungsschalter muss die Kompatibilität der Auslösespulen überprüft werden. VCB-Auslösespulen benötigen typischerweise 2-5 A bei 24-220 V DC, die für 50-100 ms aufrechterhalten werden. Die Ausgangskontakte der Relais müssen diese Anforderungen mit einer angemessenen Marge übertreffen. Ausführliche Anleitungen zu VCB-Spezifikationen finden Sie in der Arbeitsweise von Vakuum-Leistungsschaltern die die Auswahl der Schutzrelais ergänzen.
[Experteneinblick: Realitäten der Auftragsvergabe]
Schutzrelais, die in Schaltanlagen im Freien oder in industriellen Umgebungen installiert werden, sind weitaus raueren Bedingungen ausgesetzt als klimatisierte Relaisräume.
Standardrelais für den gewerblichen Einsatz sind für den Betrieb bei -20°C bis +55°C ausgelegt. Varianten für raue Umgebungen reichen von -40°C bis +70°C, erfordern aber 15-25% höhere Preise. Die Luftfeuchtigkeitstoleranz von 95% RH (nicht kondensierend) ist für die meisten Installationen geeignet, obwohl tropische Umgebungen eine Schutzbeschichtung der internen Leiterplatten erfordern können.
Die Schwingungswerte nach IEC 60255-21-1 sind in Klassen eingeteilt: Klasse 2 (0,5g, 10-150 Hz) eignet sich für die meisten Schaltgeräteanwendungen, während für erdbebengefährdete Gebiete eine Zertifizierung der Klasse 3 erforderlich ist. Die EMV-Störfestigkeit gemäß IEC 60255-26 Stufe 4 stellt das Minimum für MS-Näherungsschalter dar - niedrigere Werte laden zu Störungen durch Schalttransienten ein.
Die Schnittstelle zwischen Relais und Leistungsschalter bestimmt die Wirksamkeit des Schutzsystems. Moderne Relais bieten eine direkte Überwachung der Auslösespulen, um offene oder kurzgeschlossene Spulen zu erkennen, bevor ein Fehler den Betrieb erfordert. Enge Überwachungsfunktionen überprüfen den Status der Schalterbereitschaft, die Synchronitätsprüfung für parallele Quellen und eine Anti-Pumping-Logik, die externe Zwischenrelais ausschließt.
Durch die Koordinierung der Lichtbogenerkennung werden bei richtiger Implementierung Auslösezeiten unter einem Zyklus erreicht. Lichtempfindliche Sensoren reagieren in weniger als 2,5 ms; in Kombination mit der Relaisbetriebszeit und der VCB-Öffnungszeit bleibt die Gesamtlichtbogendauer bei ordnungsgemäß koordinierten Systemen unter 100 ms. Überprüfen Sie die Kompatibilität der Relais mit den Herstellern der Lichtbogensensoren während der Spezifikation.
Verstehen Hersteller von Vakuum-Leistungsschaltern Angebote helfen bei der Festlegung von Zeitspannen für Relais, die für bestimmte VCB-Betriebsmechanismen geeignet sind.
Die meisten Versorgungsunternehmen verfolgen einen hybriden Ansatz, bei dem die Vorteile der Standardisierung gegen die Dynamik des Wettbewerbs abgewogen werden.
Einheitliche Konfigurationsumgebungen reduzieren den technischen Aufwand. Eine standardisierte Relaisplattform bedeutet ein Schulungsprogramm, einen Ersatzteilbestand und ein Firmware-Management-System. Die Zuständigkeit für den Support bleibt eindeutig, wenn Probleme auftreten.
Wettbewerbliche Ausschreibungen sorgen für Preisdisziplin. Spezialisierte Anbieter wie Beckwith für den Schutz von Transformatoren oder SEL für Generatoranwendungen bieten eine Tiefe, die Generalisten in ihren Portfolios möglicherweise fehlt. Die Ausfallsicherheit der Lieferkette verbessert sich, wenn mehrere qualifizierte Quellen vorhanden sind.
Standardisierung von Anwendungen mit hohem Volumen - der Abzweigschutz macht 60-70% der Relaismenge in typischen Umspannwerken aus. Erlauben Sie spezialisierte Anbieter für komplexe Anwendungen, bei denen einzigartiges Fachwissen die Komplexität der Integration rechtfertigt. Legen Sie beim Mischen von Plattformen klare Schnittstellenspezifikationen fest.
Industrieanlagen mit begrenztem Personal für Schutztechnik profitieren am meisten von der Standardisierung aus einer Hand. Der technische Aufwand für die Aufrechterhaltung der Kompetenz für mehrere Relais-Konfigurationswerkzeuge übersteigt oft die Einsparungen bei der Beschaffung durch wettbewerbsfähige Angebote.
Für eine umfassende Spezifikation von Schaltanlagen, einschließlich Schutzeinrichtungen und Primärgeräten, ist die Hersteller von Schaltanlagenkomponenten Der Leitfaden bietet einen relevanten Kontext für die Beschaffung.
XBRELE VCB-Baugruppen eignen sich für die wichtigsten Schutzrelaisplattformen wie Siemens SIPROTEC, ABB Relion, SEL und Schneider Easergy. Vorgefertigte Montagevorrichtungen unterstützen standardmäßige 19-Zoll-Rack- und Panel-Konfigurationen ohne Modifikationen vor Ort.
Die Zeitsteuerung der Schutzrelais ist mit den XBRELE VCB-Betriebsmechanismen bei der Werksverifizierung abgestimmt. Die Gesamtfehlerkorrekturzeit - Relaisbetriebszeit plus VCB-Öffnungszeit - liegt bei Standardkonfigurationen unter 100 ms. Für Anwendungen, die einen Schutz unterhalb der Zykluszeit erfordern, ist die Integration einer Störlichtbogenerkennung möglich.
Setzen Sie sich mit dem technischen Team von XBRELE in Verbindung, um die Anforderungen an die Integration von Schutzrelais für die Spezifikationen Ihrer Vakuum-Leistungsschalter zu besprechen.
Externe Referenz: IEC 62271-106 - IEC 62271-106 Norm für AC-Schütze
A: Numerische Relais erreichen in der Regel eine Betriebsdauer von 20-25 Jahren, wobei die Hersteller die Verfügbarkeit von Ersatzteilen für mindestens 15 Jahre garantieren; die tatsächliche Lebensdauer hängt von den Umgebungsbedingungen und der Fortführung der Firmware-Unterstützung ab.
A: IEC 61850 ermöglicht die Interoperabilität zwischen verschiedenen Anbietern durch standardisierte GOOSE-Nachrichten, obwohl Interoperabilitätstests während der Inbetriebnahme weiterhin unerlässlich sind, da es Implementierungsunterschiede zwischen Herstellern und Produktgenerationen gibt.
A: Die Industriepraxis empfiehlt eine jährliche Überprüfung des Selbstprüfungsprotokolls und eine visuelle Inspektion mit umfassenden Injektionstests alle 4-6 Jahre, je nach Kritikalität und Umwelteinwirkung.
A: Der Standard-MV-Abzweigschutz erfordert 50/51 (Phasenüberstrom), 50N/51N (Erdschluss) und oft 67/67N (gerichteter Überstrom); bei Transformatorabzweigen kommen in der Regel 87 (Differenzial) und 49 (thermische) Funktionen hinzu.
A: GOOSE bietet eine Ethernet-basierte Peer-to-Peer-Signalisierung mit Latenzzeiten von unter 4-5 ms, während festverdrahtete Schaltungen einen physischen Kontaktschluss verwenden; kritische Anwendungen setzen häufig beide Methoden zur Redundanz ein.
A: Die Versorgungsunternehmen müssen die Einhaltung der Authentifizierungsstandards IEEE 1686 und IEC 62351, die Implementierung einer rollenbasierten Zugriffskontrolle, verschlüsselte Kommunikationsoptionen und Funktionen zur Protokollierung von Sicherheitsereignissen vor der Genehmigung der Beschaffung überprüfen.
A: Installationen im Freien erfordern in der Regel einen erweiterten Temperaturbereich (-40°C bis +70°C), eine Vibrationsfestigkeit nach IEC 60255-21-1 Klasse 2 oder höher und eine Schutzbeschichtung zum Schutz vor Feuchtigkeit in tropischen Klimazonen.
