FITformer® REG - Siemens Schweiz AG

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FITformer® REG
Der anpassungsfähige Ortsnetz-Transformator
Answers for energy.
Variable Eingangsspannung,
konstante Ausgangsspannung
Moderne Netze passen
sich den Gegebenheiten an –
egal ob bei Starklast
oder hoher Einspeisung.
Die dezentrale Stromerzeugung
aus erneuerbaren Quellen ist mehr
als nur ein Trend der Zeit und
sorgt ­dafür, dass der Lastfluss
im Energieversorgungs-System
in Zukunft immer komplexer wird.
Je wirtschaftlicher Windkraftund Photovoltaikanlagen werden,
desto attraktiver werden sie gerade
in ländlichen Gebieten – und desto
größer wird die Herausforderung
für die Netzbetreiber, die Spannung
konstant zu halten.
Die Lösung ist der Umbau der
­Netzinfrastruktur zu einem System,
das effizient, leistungsfähig und
vor allem an­passungsfähig ist.
In dessen Planung spielen Kunden
und ­Lieferanten, aber auch Pro­
sumer (zugleich Stromkunden
und -erzeuger) eine wichtige Rolle,
denn ihre Lastab­nahmen, ihre
Strom-Einspeisung und ihre
­Speichermöglichkeiten fluktuieren
mitunter stark.
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FITformer® REG –
Ihr nachhaltiges Erfolgsmodell zur
Integration erneuerbarer Energien
Der regelbare Ortsnetz-Transformator FITformer REG
von Siemens kann sein Übersetzungsverhältnis unter Last
­ändern. So hilft er dem Energieversorger, im zulässigen
Spannungsband zu bleiben (ohne die Norm EN 50160 zu
verletzen). Hierzu verfügt der Transformator über einen
Unterspannungs-Lastregelbereich in drei Stufen.
Die Spannung im Netz kann durch unterschiedliche Betriebszustände stark variieren. Dabei bilden „Starklast ohne
­dezentrale Einspeisung“ und „Schwachlast mit maximaler
dezentraler Einspeisung“ die Extreme. Während bei hoher
Einspeisung die Spannungen deutlich erhöht sind, reduzieren sie sich im Starklastfall.
Die Herausforderung für den Netzbetreiber liegt in der
maximalen Spannungsdifferenz zwischen beiden Fällen,
d. h. der maximalen Differenz an einem Knoten zwischen
Starklast- und Schwachlast-Fall, z. B. mit Photovoltaik
(∆u; s. Grafik 1).
Der Ortsnetz-Transformator FITformer REG regelt in diesem
Fall die Spannung am Einspeiseknoten herauf oder herab
und reduziert damit die Spannungsdifferenz ∆u, wie die
Grafik 2 zeigt.
Grafik 1
3
Grafik 2
4
1
1
2
N
3
2
1
N
2
N
3
3
Schalten unter Last – Prinzip einer Regelung im Niederspannungsnetz
Maßgeschneidertes Design
Um die dezentrale Einspeisung von Kleinerzeugungskraftwerken zu gewährleisten, ermöglicht der FITformer REG
eine Spannungsanpassung unter Last. Die Betriebseigenschaften und Abmessungen des Ortsnetz-Transformators
bleiben dabei nahezu unverändert. Der FITformer REG
­verfügt über drei Unterspannungsanzapfungen, die im
hermetisch verschlossenen Wellwandkessel zur Regeleinheit
direkt am Transformator geführt sind.
Eine speziell entwickelte Durchführung stellt den platz­
sparenden und zuverlässigen Übergang vom Trafo zur
­Regeleinheit sicher. Alle gewohnten Anschlüsse sowie
der Oberspannungs-Anzapfungsbereich zur lastfreien
­Änderung der Übersetzung bleiben unverändert. Dank
­seines platzsparenden Designs kann der FITformer REG
problemlos in gängigen Kompaktstationen eingesetzt
­werden.
Anpassungsfähige Steuerung
Die Schaltung besteht im Wesentlichen aus Vakuum­
schützen, Thyristoren, Widerständen und einer Steuerung.
Letztere taktet das An- und Absteuern der Halbleiter­
elemente sowie das Schalten der Vakuumschütze.
Das Prinzip besteht darin, dass der Thyristor vor dem Umschalten des Vakuumschützes gezündet wird. Daraufhin
kommutiert der Strom auf das Halbleiterelement, um ein
makelloses Umschalten der mechanischen Vakuumschütze
ohne unerwünscht auftretende Spannungsspitzen auch
unter Nennlast sicherzustellen.
Nach erfolgreichem Umschaltvorgang wird der ThyristorBypass gelöscht und der Transformator befindet sich in
der Zielstellung.
Die Steuerung ist ereignisgetrieben und schließt somit
­internes Fehlverhalten wie z. B. nicht korrektes Schließen
eines Vakuumschützes aus.
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Vakuumschütz
SIPLUS S7-300
Hohe Zuverlässigkeit
Elektromechanische Schaltgeräte die sich bereits, in unterschiedlichsten Einsatzfällen vielfach bewährt haben, bilden
auch hier das Herzstück des regelbaren Ortsnetz-Transformators FITformer REG. Ab einer Leistung von 400 kVA mit
beträchtlichen Strömen werden sehr robuste und sichere
Vakuumschütze verwendet. Diese zeichnen sich durch
­besonders hohe Zuverlässigkeit, Betriebssicherheit und
kompakte Bauform aus.
Das Ein- und Ausschalten erfolgt in hermetisch gekapselten
Vakuumschaltröhren, aus denen kein Lichtbogen austreten
kann. Dadurch bleibt die Bauform trotz hohen Schaltvermögens kompakt.
Jede Schaltröhre wird, bevor sie das Werk verlässt, mit
modernsten, hochpräzisen Messverfahren geprüft. Diese
Prüfungen gewährleisten eine hohe Qualität, die den
­sicheren Betrieb auch über lange Zeiträume garantiert.
Mit bis zu zwei Millionen Schaltspielen bei Bemessungs­
betriebsstrom bieten die Siemens-Schütze, z. B. bei dem
400 kVA Transformator, eine wesentlich höhere Lebensdauer als konventionelle. An jeder Schaltröhre befindet
sich zudem eine Abbrandanzeige, die über den Zustand der
Schaltstücke informiert. Wird das Ende der Lebensdauer
angezeigt, können die Schaltröhren ausgewechselt werden.
Damit kann die hohe mechanische Lebensdauer der Schütze
(fünf Millionen Schaltspiele) voll ausgenutzt werden.
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Steuerung von Format: SIPLUS S7-300
Für den reibungslosen Ablauf im FITformer REG sorgt die
robuste SIPLUS RIC extreme S7-300 mit erweitertem Temperaturbereich von –25 °C bis zu +70 °C. Durch Conformal
Coating kann der Einsatz bei 100 % Luftfeuchtigkeit, Betauung sowie salzhaltiger, schadstoffbelasteter Atmosphäre
gewährleistet werden. Dank TIA-Einbindung ­(Siemens
­Totally Integrated Automation) können alle Anforderungen,
z. B. Fernwirken mit SIPLUS RIC und die schnelle Befehlsverarbeitung für kürzeste Umschaltzeiten mit der SIPLUS
S7-300 effizient umgesetzt werden.
Die modularen SIPLUS Controller umfassen eine Vielzahl
von standardisierten, flexiblen und skalierbaren Produkten
und Modulen für Automatisierungslösungen. Daher kann
der regelbare Ortsnetz-Transformator nach Belieben mit
einem Kommunikationsprozessor zur Fernsteuerung oder
-überwachung ausgestattet bzw. nachgerüstet werden.
Der umfangreiche Arbeitsspeicher bietet zudem noch Platz
für eine integrierte lokale Regelung.
Optional kann aus folgenden
Kommunikationsmöglichkeiten
gewählt werden:
n IEC 60870-5-101 (seriell)
IEC 60870-5-104 (TCP)
n MODBUS seriell
n MODBUS TCP
n Weitere auf Anfrage
Skalierbare Regelung
Wenn der FITformer REG mit Spannung versorgt wird, läuft
er verdrahtungsprogrammiert in Nennstellung an. Ist die
CPU gebootet, wird eine Anlaufroutine durchlaufen. Eine
Mindestwartezeit von zehn Sekunden stellt sicher, dass
sich das Netz in einem stabilen Zustand befindet ehe die
zyklische Programmbearbeitung und somit die Regelung
freigegeben wird.
Die Strangspannung wird dreiphasig erfasst, um eine
­genaue Berechnung der Durchschnittspannung und eine
Plausibilitätsprüfung der Stränge untereinander durch­
führen zu können.
Die Regelung der Spannung ist zweistufig ausgeführt. Neben
der gewünschten Nennspannung können Spannungsgrenzwerte in Form von Parametern für langsames und schnelles
Umschalten eingegeben werden. Über das Einstellen der
Verzögerungszeit wird die Regelung individuell auf die unterschiedlichen Netzverhältnisse abgestimmt. Alle Werte sind
separat für die obere und untere Grenze frei parametrierbar.
Ein Datenverlust kann ausgeschlossen werden, weil alle
Parameter auf einer Micro Memory Card (MMC) gespeichert
sind und nach einem Spannungsausfall von der CPU selbsttätig wieder geladen werden. Die Notwendigkeit einer
Pufferbatterie und der dadurch bedingte Wartungsaufwand
entfallen.
Optional kann der FITformer REG mit einer zusätzlichen
Strommessung bestückt werden. Diese ermöglicht eine
genauere Bewertung des Netzzustands hinsichtlich der
Höhe der Einspeiseleistung durch Energieerzeugungsan­
lagen und des Lastbezugs im Unterspannungsnetz. Eine
Erweiterung um diese Parameter erhöht die Genauigkeit
und Zuverlässigkeit der Regelung des Transformators.
Eine Komplettlösung zur Regelung auf Basis dezentraler
Messungen im Unterspannungsnetz ermöglichen die
­Kommunikationsprotokolle IEC 60870-5-101 (seriell),
IEC 60870-5-104 (TCP), MODBUS (seriell).
Siemens bietet mit dem SICAM-Produktportfolio die
­Möglichkeit einer übergeordneten Regeleinheit die auf
­Basis von Messwerten aus dem Prozess Sollwerte sowohl
für den regelbaren Ortsnetz-Transformator als auch für
­dezentrale Erzeuger vorgibt. Hierfür werden Smart Meter
über das Protokoll CX1 direkt eingebunden. Dabei lässt
sich die vorhandene Verteilnetzstruktur mittels Power Line
Carrier optimal für Kommunikationsaufgaben nutzen.
Alternativ kann der FITformer REG auch durch externe
­Signale angesteuert werden.
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Zahlen & Daten
Der Leistungsbereich des regelbaren Ortsnetz-­
Transformators reicht bis 630 kVA mit einer maximalen
­Betriebsmittelspannung von 36 kV und einem Unter­
spannungs-Lastregelbereich in drei Stufen.
Ausführungsbeispiel 400 kVA und 630 kVA
Transformator nach EN 60076
400 kVA
Kühlungsart
ONAN
Max. Umgebungstemperatur
40 °C
Aufstellungshöhe
max. 1.000 m
Frequenz
50 Hz
Oberspannung
Anzapfungen
21.000 V
±2,5 %; ±5 % (spannungslos schaltbar)
Isolationspegel
LI 125 AC 50
Unterspannung
Lastregelbereich
420 V
±3,57 %
Isolationspegel
Leerlaufverluste (A0)
Kurzschlussverluste (Bk)
±4,34 %
LI – AC 3
Schaltgruppe
Dyn5
430 W
600 W
3.850 W
5.400 W
Gesamtverlusttoleranz
+10 %
Kurzschlussspannung
4 % ±10 %
Länge (A) x Breite (B) x Höhe (C)
Gesamtgewicht/Ölgewicht
8
630 kVA
1.290 x 935 x 1.410 mm
1.350 x 960 x 1.535 mm
1.650 kg/295 kg
2.170 kg/370 kg
A
B
11
8
10
9
6
1
C
5
100
13
4
7
5
12
233
12
40
60
14
40
437
670
670
820
150
150
150
45
2W
2V
2U
2N
3
2
1W
1V
1U
4
30
265
265
1. Leistungsschild (umsetzbar)
2. Einstellvorrichtung für Umsteller
3. Thermometertasche
(Thermometer auf Bestellung)
4. Erdung
5. Zugöse Ø 31
6. Zurröse
7. Ölablassvorrichtung
8. Verschlussschraube
9. Einfüllrohr
10. OS-Durchführung 24-250 Typ A EN 50180
11. US-Durchführung 1 kV EN 50386
12. Rollen (auf Bestellung)
13. Zusätzliche Hebepunkte
14. Lastregelung
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Die gewünschten Leistungsmerkmale sind daher im
Einzelfall bei Vertragsschluss festzulegen.