{"id":3685,"date":"2026-04-13T05:30:45","date_gmt":"2026-04-13T05:30:45","guid":{"rendered":"https:\/\/xbrele.com\/?p=3685"},"modified":"2026-05-25T14:29:00","modified_gmt":"2026-05-25T14:29:00","slug":"relay-trip-logic-map-for-mv-panels-50-51-50n-51n-27-59-86-how-they-inter","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/xbrele.com\/de\/relay-trip-logic-map-for-mv-panels-50-51-50n-51n-27-59-86-how-they-inter\/","title":{"rendered":"Relaisausl\u00f6selogik f\u00fcr MV-Panels: 50\/51\/50N\/51N\/27\/59\/86 - Wie sie verriegeln"},"content":{"rendered":"

Ein umfassender technischer Leitfaden f\u00fcr die Koordinierung von Schutzrelais und Verriegelungsschemata<\/h2>\n
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\"Logikdiagramm
\n<\/figure>\n

Einf\u00fchrung<\/h2>\n

In elektrischen Mittelspannungsverteilungssystemen dienen Schutzrelais als kritische erste Verteidigungslinie gegen elektrische Fehler, Ger\u00e4tesch\u00e4den und Personengef\u00e4hrdung. Das Verst\u00e4ndnis, wie diese Relais verriegelt sind und \u00fcber Ausl\u00f6selogikpl\u00e4ne kommunizieren, ist grundlegend f\u00fcr die Entwicklung, Inbetriebnahme und Wartung zuverl\u00e4ssiger Stromversorgungssysteme.<\/p>\n

In meiner 18-j\u00e4hrigen Erfahrung bei der Inbetriebnahme von MS-Schaltanlagen in petrochemischen Anlagen, Rechenzentren und Umspannwerken habe ich aus erster Hand erfahren, wie schlecht koordinierte Relaispl\u00e4ne zu katastrophalen Ausf\u00e4llen f\u00fchren k\u00f6nnen. Umgekehrt haben richtig konzipierte Ausl\u00f6selogikpl\u00e4ne Millionen von Dollar an Ausr\u00fcstung gespart und - was noch wichtiger ist - Verletzungen verhindert.<\/p>\n

Dieser Artikel bietet eine eingehende Untersuchung der g\u00e4ngigsten Schutzrelaisfunktionen - dieANSI-Ger\u00e4tenummern 50, 51, 50N, 51N, 27, 59 und 86 - und erkl\u00e4rt, wie sie innerhalb von MS-Schalttafelarchitekturen zusammenwirken. Unabh\u00e4ngig davon, ob Sie ein Schutzingenieur sind, der neue Systeme entwirft, oder ein Techniker, der vor Ort Fehler in bestehenden Anlagen behebt, wird dieser Leitfaden als praktisches Nachschlagewerk zum Verst\u00e4ndnis der Koordination der Relaisausl\u00f6selogik dienen.<\/p>\n

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\"Logikdiagramm
\n<\/figure>\n

Abschnitt 1: Verst\u00e4ndnis der ANSI-Ger\u00e4tenummern und ihrer Funktionen<\/h2>\n

Bevor wir uns mit Verriegelungsschemata befassen, m\u00fcssen wir ein klares Verst\u00e4ndnis der einzelnen Relaisfunktionen entwickeln. Die Norm ANSI\/IEEE C37.2 definiert Ger\u00e4tenummern, die zur universellen Sprache der Schutztechnik geworden sind.<\/p>\n

\u00dcberstromschutz (50\/51)<\/h3>\n

Ger\u00e4t 50 (Sofortiger \u00dcberstrom)<\/strong> schaltet ohne absichtliche Zeitverz\u00f6gerung, wenn der Strom einen vorgegebenen Schwellenwert \u00fcberschreitet. Typische Ansprechwerte liegen zwischen dem 6- bis 10-fachen des Volllaststroms f\u00fcr den Transformatorenschutz und dem 1,5- bis 2-fachen f\u00fcr Motoranwendungen. Das unverz\u00f6gerte Element erm\u00f6glicht eine schnelle Fehlerbeseitigung bei Fehlern im Nahbereich, wo das Schadenspotenzial am gr\u00f6\u00dften ist.<\/p>\n

Ger\u00e4t 51 (Zeit \u00dcberstrom)<\/strong> f\u00fchrt eine inverse Zeit-Strom-Kennlinie ein, die es nachgeschalteten Ger\u00e4ten erm\u00f6glicht, Fehler zu l\u00f6schen, bevor vorgeschaltete Relais ansprechen. Diese Koordinierung wird durch genormte Kurven erreicht (IEC extrem invers, sehr invers, Standard invers oder IEEE m\u00e4\u00dfig invers, sehr invers, extrem invers).<\/p>\n

Erdschlussschutz (50N\/51N)<\/h3>\n

Ger\u00e4t 50N (Unmittelbarer Erd\u00fcberstrom)<\/strong> erkennt Erdungsfehler durch Differenzstrommessung. In fest geerdeten Systemen liegen die Einstellungen des Aufnehmers typischerweise im Bereich von 10-20% der Phasenstromwandlerleistung. Bei widerstandsgeerdeten Systemen m\u00fcssen die Einstellungen auf den maximalen Durchlassstrom des Nulleiter-Erdungswiderstands abgestimmt werden.<\/p>\n

Ger\u00e4t 51N (Zeit \u00dcberstrom Erde)<\/strong> bietet einen zeitlich koordinierten Erdschlussschutz, der in Systemen, in denen eine selektive Koordination zwischen mehreren Erdschlussger\u00e4ten erforderlich ist, unerl\u00e4sslich ist.<\/p>\n

Spannungsschutz (27\/59)<\/h3>\n

Ger\u00e4t 27 (Unterspannung)<\/strong> sch\u00fctzt vor Spannungseinbr\u00fcchen und -ausf\u00e4llen, typischerweise eingestellt zwischen 80-90% der Nennspannung mit Zeitverz\u00f6gerungen von 1-10 Sekunden je nach Anwendung. Diese Funktion ist entscheidend f\u00fcr den Motorschutz und die Verhinderung eines automatischen Neustarts unter verschlechterten Bedingungen.<\/p>\n

Ger\u00e4t 59 (\u00dcberspannung)<\/strong> sch\u00fctzt vor anhaltenden \u00dcberspannungen, die die Isolierung und die angeschlossenen Ger\u00e4te besch\u00e4digen k\u00f6nnen. Die Einstellungen reichen normalerweise von 110-120% der Nennspannung.<\/p>\n

Verriegelungsrelais (86)<\/h3>\n

Ger\u00e4t 86 (Verriegelungsrelais)<\/strong> ist eine elektrisch bet\u00e4tigte, von Hand zur\u00fccksetzbare Vorrichtung, die Leistungsschalter in ihrer Ausgel\u00f6st-Stellung h\u00e4lt, bis ein Bediener den Fehlerzustand manuell quittiert. Diese Funktion ist von grundlegender Bedeutung, um sicherzustellen, dass Fehler vor der Wiedereinschaltung untersucht werden.<\/p>\n

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\n\n\n\n\n\n\n\n\n
ANSI-Ger\u00e4t<\/th>\nRolle des Schutzes<\/th>\nTypischer Reiseweg<\/th>\nKontrolle der Inbetriebnahme<\/th>\n<\/tr>\n<\/thead>\n
50 \/ 51<\/td>\nSofortiger und zeitlicher \u00dcberstromschutz<\/td>\nRelaisausgang zur Ausl\u00f6sespule des Leistungsschalters oder zum Verriegelungsrelais 86<\/td>\nSekund\u00e4re Stromeinspeisung bei Pickup- und Time-Dial-Einstellungen<\/td>\n<\/tr>\n
50N \/ 51N<\/td>\nErdschlussschutz mit Differenz- oder Neutralstrom<\/td>\nErdschlussausl\u00f6sung auf Abzweigschalter und Alarmkreis geleitet<\/td>\n\u00dcberpr\u00fcfung der Stromwandlerpolarit\u00e4t, der Restsummierung und der NGR-Stromeinstellung<\/td>\n<\/tr>\n
27 \/ 59<\/td>\nUnterspannungs- und \u00dcberspannungs\u00fcberwachung<\/td>\nAusl\u00f6se-, Alarm- oder Lastabwurf-Logik je nach Anwendung<\/td>\nValidierung von Spannungsinjektion, Verz\u00f6gerungszeit und Blockierlogik<\/td>\n<\/tr>\n
86<\/td>\nManuell r\u00fccksetzbare Sperre nach kritischen Fehlern<\/td>\nSperrt den Schlie\u00dfkreis bis zur R\u00fcckstellung durch den Bediener<\/td>\nAusl\u00f6severriegelung, Zielanzeige, Schlie\u00dfblockkontakt und R\u00fcckstellpr\u00fcfung<\/td>\n<\/tr>\n<\/tbody>\n<\/table>\n<\/figure>\n
\"Logikdiagramm
\n<\/figure>\n

Abschnitt 2: Ausl\u00f6selogik-Architektur in MV-Tafeln<\/h2>\n

Die Ausl\u00f6selogik definiert, wie die Ausg\u00e4nge der Schutzrelais mit den Ausl\u00f6sespulen der Leistungsschalter, den Verriegelungsrelais und den Hilfssystemen verbunden sind. Moderne MS-Schalttafeln verwenden drei prim\u00e4re Ausl\u00f6searchitekturen:<\/p>\n

Direktausl\u00f6sung Konfiguration<\/h3>\n

Bei einfachen Anwendungen werden einzelne Relaisausl\u00f6sekontakte direkt mit der Ausl\u00f6sespule des Leistungsschalters verdrahtet. Dieser Ansatz ist zwar wirtschaftlich, bietet aber nicht die Vorteile einer konsolidierten Fehleranzeige und erfordert separate Hilfskontakte f\u00fcr jedes Relais, um die automatische Wiedereinschaltung zu blockieren.<\/p>\n

Verriegelungsrelais Vermittelte Ausl\u00f6sung<\/h3>\n

Anspruchsvollere Systeme leiten alle Schutzrelaisausg\u00e4nge \u00fcber ein 86er Sperrrelais. Diese Konfiguration bietet mehrere Vorteile:<\/p>\n

    \n
  • \u00dcberwachung der Spule durch einen einzigen Ausl\u00f6sepunkt<\/li>\n
  • Konsolidierte Flaggenanzeige<\/li>\n
  • Inh\u00e4rente Sperre des automatischen Wiedereinschaltens<\/li>\n
  • Bedienoberfl\u00e4che f\u00fcr Fehlerquittierung l\u00f6schen<\/li>\n<\/ul>\n

    Multifunktionsrelais Interne Logik<\/h3>\n

    Moderne numerische Relais implementieren die Ausl\u00f6selogik intern durch programmierbare Logikgatter. Die Ausgangskontakte des Relais k\u00f6nnen so konfiguriert werden, dass sie einzelne Schutzelemente oder kombinierte Ausl\u00f6sefunktionen darstellen.<\/p>\n

    \n
    \"Logikdiagramm
    \n<\/figure>\n

    Abschnitt 3: Verriegelungsmechanismen zwischen Schutzfunktionen<\/h2>\n

    Das Zusammenspiel der Schutzfunktionen folgt festgelegten Grunds\u00e4tzen, die sowohl die Zuverl\u00e4ssigkeit (Funktionieren bei Bedarf) als auch die Sicherheit (kein falsches Funktionieren) gew\u00e4hrleisten.<\/p>\n

    \u00dcberstrom- und Erdschlusskoordination<\/h3>\n

    Die Funktionen 50\/51 und 50N\/51N m\u00fcssen zeitlich und betragsm\u00e4\u00dfig koordiniert werden. Betrachten Sie eine typische Konfiguration:<\/p>\n

    F\u00fcr einen 2000A-MV-Abzweig mit 2000:5 Stromwandlern:
    \n- 51 Tonabnehmer: 1,2 \u00d7 FLA = 2400A (6A sekund\u00e4r)
    \n- 51 Zeitskala: 0,5 auf sehr inverser Kurve
    \n- 50 Tonabnehmer: 8 \u00d7 FLA = 16.000A (40A sekund\u00e4r)
    \n- 51N Tonabnehmer: 0,5 A sekund\u00e4r (200 A prim\u00e4r, 10% Stromst\u00e4rke)
    \n- 51N Zeitskala: 0,3 auf sehr inverser Kurve
    \n- 50N Tonabnehmer: 2A sekund\u00e4r (800A prim\u00e4r)<\/p>\n

    Die Erdschluss-Elemente sind empfindlicher eingestellt, da Erdschl\u00fcsse in der Regel geringere Gr\u00f6\u00dfenordnungen aufweisen als Phasenfehler, aber genauso gef\u00e4hrlich sind.<\/p>\n

    Verriegelungslogik f\u00fcr Spannung und \u00dcberstrom<\/h3>\n

    Unterspannungs- (27) und \u00dcberspannungsschutz (59) sind h\u00e4ufig mit \u00dcberstromfunktionen verriegelt, um die Sicherheit des Systems zu erh\u00f6hen:<\/p>\n

    Spannungsbegrenzung \u00dcberstrom (51V)<\/strong> senkt die Ansprechschwelle bei abnehmender Spannung und verbessert so die Empfindlichkeit gegen\u00fcber entfernten Fehlern, bei denen die Spannung stark abf\u00e4llt, der Stromanstieg aber gering ist.<\/p>\n

    Spannungsgesteuerter \u00dcberstrom<\/strong> schaltet das \u00dcberstromelement nur dann ein, wenn die Spannung unter einen Schwellenwert f\u00e4llt, und bietet so einen Reserveschutz f\u00fcr Generatoranwendungen.<\/p>\n

    Integration von Verriegelungsrelais<\/h3>\n

    Das Ger\u00e4t 86 empf\u00e4ngt Eing\u00e4nge von allen Schutzfunktionen und liefert Ausg\u00e4nge an:
    \n- Prim\u00e4re Ausl\u00f6sespule (Pfad 52a)
    \n- Ersatzausl\u00f6sespule (falls vorhanden)
    \n- Blockierkontakt bei geschlossenem Stromkreis (52Y)
    \n- SCADA\/DCS-Alarm
    \n- \u00d6rtliche Bekanntmachungen<\/p>\n

    \n

    Abschnitt 4: Zeitliche Koordinierung und Selektivit\u00e4tsprinzipien<\/h2>\n

    Um eine selektive Koordinierung zu erreichen, ist eine systematische Analyse der Zeit-Strom-Kennlinien des gesamten Schutzsystems erforderlich.<\/p>\n

    Koordinierung Zeitintervalle<\/h3>\n

    Der Mindestkoordinierungszeitabstand (CTI) zwischen vor- und nachgeschalteten Ger\u00e4ten muss ber\u00fccksichtigt werden:
    \n- Ausschaltzeit des Schalters (typischerweise 3-5 Zyklen bei MS-Schaltern)
    \n- Nachlauf des Relais (2-4 Zyklen bei elektromechanischen Relais, vernachl\u00e4ssigbar bei numerischen Relais)
    \n- Sicherheitsspanne (5-10 Zyklen)<\/p>\n

    In der Industrie ist eine CTI von 0,2-0,4 Sekunden zwischen aufeinanderfolgenden Ger\u00e4ten \u00fcblich. Die Formel lautet:<\/p>\n

    CTI = Unterbrecherzeit + Nachlauf des Relais + Sicherheitsspanne<\/strong><\/p>\n

    F\u00fcr moderne numerische Relais- und Vakuumbrecherkombinationen:
    \nCTI = 0,08s + 0,00s + 0,12s = 0,20s Minimum<\/p>\n

    Sofortige \u00dcberstrom-Koordination<\/h3>\n

    Die Funktion 50 stellt eine Herausforderung f\u00fcr die Koordinierung dar, da sie ohne absichtliche Zeitverz\u00f6gerung arbeitet. Zwei Ans\u00e4tze gew\u00e4hrleisten Selektivit\u00e4t:<\/p>\n

    Zonenselektives Stellwerk (ZSI):<\/strong> Nachgeschaltete Relais senden Sperrsignale an vorgeschaltete Ger\u00e4te, wenn sie Fehler in ihrer Zone erkennen. Das vorgelagerte Relais verz\u00f6gert den Betrieb f\u00fcr ein kurzes Intervall (typischerweise 50-100 ms), es sei denn, es empf\u00e4ngt kein Sperrsignal, was auf einen Busfehler hinweist.<\/p>\n

    Sofortige Pickup-Koordination:<\/strong> Stellen Sie das vorgelagerte 50er-Element oberhalb des maximalen Durchlassstroms des nachgelagerten Ger\u00e4ts ein, um sicherzustellen, dass nur nachgelagerte Fehler einen vorgelagerten 50er-Betrieb verursachen.<\/p>\n

    \n

    Abschnitt 5: Beispiele f\u00fcr praktische Anwendungen<\/h2>\n

    Beispiel 1: 13,8-kV-Einspeisung einer Industrieanlage<\/h3>\n

    Die 13,8-kV-Einspeisung einer Produktionsanlage versorgt einen 3000-kVA-Transformator. Das Schutzsystem umfasst:<\/p>\n

    Prim\u00e4rer Schutz:<\/strong>
    \n- 51: Tonabnehmer 125A, sehr ung\u00fcnstig, TD 3.0
    \n- 50: Stromabnehmer 4000A (2\u00d7 Trafoeinschaltstrom)
    \n- 51N: Tonabnehmer 15A, sehr ung\u00fcnstig, TD 2.0
    \n- 50N: Tonabnehmer 200A<\/p>\n

    Verzahnung:<\/strong>
    \nAlle Elemente l\u00f6sen \u00fcber 86T (Transformatorverriegelung) aus, der den 13,8-kV-Abzweigschalter ausl\u00f6st und die 480-V-Sekund\u00e4rleitung blockiert. Das Element 27 (eingestellt auf 85%, 2,0s Verz\u00f6gerung) l\u00f6st die 480V-Sekund\u00e4rleitung unabh\u00e4ngig aus, um ein Abw\u00fcrgen des Motors bei Spannungseinbr\u00fcchen zu verhindern.<\/p>\n

    Beispiel 2: Sammelschienenverbindung zwischen Umspannwerk und Versorgungsunternehmen<\/h3>\n

    Ein 34,5-kV-Sammelschienen-Trennschalter sch\u00fctzt vor Sammelschienenfehlern und dient als Reserveschutz:<\/p>\n

    Umsetzung der selektiven Zonenverriegelung:<\/strong>
    \n- Abzweigrelais senden ZSI-Sperrsignale an Sammelschienenrelais
    \n- Bus-Krawatte 51: Pickup 2000A, sehr ung\u00fcnstig, TD 5.0
    \n- Busankopplung 50: Abgriff 8000A, verz\u00f6gert 100ms ohne ZSI-Block
    \n- Busankopplung 50N: Abgriff 400A, verz\u00f6gert 100ms ohne ZSI-Block<\/p>\n

    Wenn ein Abzweigfehler auftritt, sendet das Abzweigrelais im Betrieb ein Sperrsignal, um den Fehler zu l\u00f6schen. Liegt kein Sperrsignal vor (Sammelfehler), l\u00f6st die Sammelschiene sofort aus.<\/p>\n

    \n

    Abschnitt 6: Pr\u00fcf- und Inbetriebsetzungsverfahren<\/h2>\n

    Die ordnungsgem\u00e4\u00dfe Inbetriebnahme best\u00e4tigt, dass die Ausl\u00f6selogik wie vorgesehen funktioniert.<\/p>\n

    Protokoll der Funktionspr\u00fcfung<\/h3>\n
      \n
    1. \u00dcberpr\u00fcfung der einzelnen Elemente:<\/strong> Einspeisung von Teststr\u00f6men\/Spannungen, um zu \u00fcberpr\u00fcfen, ob jedes Element mit der vorgesehenen Aufnahme und Zeit arbeitet.<\/li>\n
    2. \u00dcberpr\u00fcfung der Fahrstrecke:<\/strong> Verfolgen Sie jeden Relaisausgang durch die Logik bis zur Ausl\u00f6sespule des Unterbrechers und \u00fcberpr\u00fcfen Sie die Kontinuit\u00e4t und den korrekten Betrieb.<\/li>\n
    3. Verriegelungspr\u00fcfung:<\/strong> Simulieren Sie Fehlerbedingungen, um die ZSI-Blockierung, die Spannungsbegrenzungsfunktionen und den Betrieb des Sperrrelais zu \u00fcberpr\u00fcfen.<\/li>\n
    4. \u00dcberpr\u00fcfung der Zielr\u00fcckstellung:<\/strong> Vergewissern Sie sich, dass das Ger\u00e4t eine manuelle R\u00fcckstellung erfordert und das Einschalten des Unterbrechers ordnungsgem\u00e4\u00df blockiert.<\/li>\n<\/ol>\n

      Gemeinsame Probleme bei der Inbetriebnahme<\/h3>\n

      Die Erfahrung aus der Praxis zeigt, dass zu den h\u00e4ufigsten Problemen folgende geh\u00f6ren:<\/p>\n

        \n
      • CT-Polarit\u00e4tsfehler:<\/strong> Erdschlusselemente funktionieren m\u00f6glicherweise nicht richtig, wenn bei der Fehlerstromberechnung die falsche Polarit\u00e4t verwendet wird.<\/li>\n
      • Fehler in der Verkabelung:<\/strong> Die \u00dcberwachung der Ausl\u00f6sekreise kann offene Stromkreise in den Ausl\u00f6sepfaden verdecken<\/li>\n
      • Fehler einstellen:<\/strong> Pickup-Werte in falschen Einheiten eingegeben (prim\u00e4r vs. sekund\u00e4r)<\/li>\n
      • Logik-Fehler:<\/strong> Programmierbare Logikgatter, die falsch konfiguriert sind und falsche Ausl\u00f6sungen verursachen oder nicht ausl\u00f6sen<\/li>\n<\/ul>\n
        \n

        Abschnitt 7: Moderne numerische Integration von Relais<\/h2>\n

        Moderne Schutzsysteme nutzen die F\u00e4higkeiten numerischer Relais f\u00fcr eine verbesserte Funktionalit\u00e4t.<\/p>\n

        Interne logische Programmierung<\/h3>\n

        Moderne Relais erm\u00f6glichen die Erstellung von benutzerdefinierten Logikgleichungen:<\/p>\n

        AUSL\u00d6SUNG = (50 ODER 51 ODER 50N ODER 51N ODER 27 ODER 59) UND NICHT BLOCKIEREN\n<\/code><\/pre>\n
        Dabei kann BLOCK ein Wartungsmodus-Eingang oder ein externer zul\u00e4ssiger Eingang sein.<\/p>\n
        Auf Kommunikation basierende Schemata<\/h3>\n
        IEC 61850 GOOSE-Messaging erm\u00f6glicht Hochgeschwindigkeitsverriegelungen ohne festverdrahtete Verbindungen. Typische Anwendungen sind:<\/p>\n