Die Sekundärtechnik beschreibt die Komponenten eines Netzes, welche nicht direkt an der Übertragung bzw. der Wandlung elektrischer Energie beteiligt sind. Sie dienen dem Betrieb, der Überwachung und der Steuerung der Primärtechnik.
Im Einzelnen sind die Funktionen der Sekundärtechnik:
– Lokale Steuerung der Schaltelemente
– Spannungsregelung der Transformatoren
– Netzschutz
– Zählung
– Fernmessung
– Fernwirktechnik
– Rundsteuerung
Feldleittechnik
Die lokale Steuerung der Schaltelemente erfolgt in den meisten Fällen über Feldleitgeräte. Die Geräte vereinen viele Funktionen wie z.B. Befehlsausgabe, Stellungsmeldung, Verriegelung, Überwachung und ggf. Schutzfunktionen.
Spannungsregelung
Der Spannungsregler passt über den Stufenschalter am Transformator, welcher zwischen mehreren Windungsverhältnissen schalten kann, die Netzspannung an die aktuelle Lastsituation automatisiert an.
Fernmessung
Die Fernmessung dient der Fernübertragung von Messwerten zu einer Netzleitstelle.
Fernwirktechnik
Unter Fernwirktechnik wird die Steuerung und Überwachung durch eine entfernte Netzleitstelle definiert. Hierbei werden Informationen wie Schaltbefehle, Schalterstellungsmeldungen, Warnmeldungen, Messwerte und Zählwerte übertragen.
Anforderungen an die Fernwirktechnik sind:
– geringe Ausfallwahrscheinlichkeit
– geringe Bitfehlerhäufigkeit
– schnelle Datenübertragung
– besondere Maßnahmen für Sicherheit und Datenschutz
Folgende Kommunikationsprotokolle werden eingesetzt:
– IEC 60870-5-101
– IEC 60870-5-104
– IEC 61850
Folgende Telekommunikationsnetze werden genutzt:
– Standleitungen (Kupferadern und Glasfaser)
– Wechselstromtelegrafie
– Private Funknetze
– Analoges Telefonnetz über Modem
– Digitales ISDN-Netz
– Mobilfunk-Netz (GSM, 900 MHz und 1800 MHz, in Deutschland D-Netz und E-Netz, vor allem GPRS)
– Satellitenkommunikation
Rundsteuertechnik
Die Rundsteuertechnik sendet über das vorhandene Stromversorgungsnetz Steuersignale, um mit Hilfe von zentralen Rundsteuersendern dezentrale Rundsteuerempfänger fernzusteuern. Beispielsweise werden durch Energieversorgungsunternehmen (EVU) Informationen zur Umschaltung zwischen Niedertarif- und Hochtarifstrom an Stromverbraucher gesendet. Diese Informationen können auch zum automatischen Zuschalten (in Schwachlastphasen) bzw. Abschalten/Regeln (in Hochlastphasen) leistungsstarker Verbraucher wie z.B. Warmwasserspeicher, Wärmepumpen und Nachtspeicherheizungen genutzt werden. Auch das ferngesteuerte Abschalten von Kundenanlagen, zu Inkassozwecken (ausbleibende Zahlungen) kann durch ein mit einem Schütz gekoppelten Rundsteuerempfänger durchgeführt werden. Weiterhin wird die Technik beim Einspeisemanagement genutzt, indem Daten an dezentrale Erzeuger übermittelt werden, sich am Netzmanagement zu beteiligen. Die Rundsteuertechnik wird als einfache Form der PLC (Power Line Communication, Trägerfrequenzanlage) gesehen, über welche ein unidirektionaler Datenfluss mit sehr niedriger Datenrate als Broadcast stattfindet. Sie dient dem Aufbau eines intelligenten Stromnetzes (Smart Grid).
Die Steuerbefehle werden durch Impulsfolgen im Frequenzbereich von 110 Hz bis ca. 2000 Hz mit einer Amplitude von ca. 1 % bis 4 % (Zulässig bis zu 9%) der Nennspannung der Netzspannung überlagert. Die Impulsraster sind abhängig vom eingesetzten Code unterschiedlich aufgebaut, wobei ihre Laufzeiten von wenigen Sekunden bis mehrere Minuten variieren können.
Die Impulstelegramme können prinzipiell auf allen Spannungsebenen des Energieversorgungsunternehmens (EVU) eingespeist werden. Die Leistungen der zentralen Rundsteuersendeanlagen liegen für Mittelspannungsankopplung bei ca. 80 kVA bis 200 kVA und für Hochspannungsankopplung bei bis zu 2400 kVA.
Eine Alternative zur Tonfrequenz-Rundsteuertechnik bietet die Funkrundsteuertechnik.
In der Vergangenheit wurde die Rundsteuertechnik mit der Zuhilfenahme von tragbaren Rundsteuerempfängern zur Alarmierung bei Bereitschaftsdiensten eingesetzt. Hierbei musste das mobile Rundsteuerempfangsgerät im Netzbereich des Versorgungsunternehmens an die Netzspannung angeschlossen sein.
Netzschutztechnik
Der Netzschutz soll das Stromnetz vor Auswirkungen durch Fehler wie Kurzschlüsse und Erdschlüsse schützen. Durch Messungen der Ströme und/oder Spannungen können die Netzschutzgeräte den Fehlerfall vom Normalbetrieb unterscheiden. Im Fehlerfall können unterschiedliche Maßnahmen wie Auslösung (Trennung des fehlerbehafteten Teiles vom restlichen Netz) und/oder Meldung des Fehlers durchgeführt werden.
Schmelzsicherung
Schmelzsicherungen sind einfache Schutzkomponenten, welche jedoch in ihrer Abschaltleistung und Wiederverwendbarkeit nach Fehlerklärung stark eingeschränkt sind.
Unabhängiger Maximalstromzeitschutz (UMZ)
Der Überstromzeitschutz detektiert über angeschlossene Stromwandler Fehler durch Überschreiten eines zuvor eingestellten Strombetrags. Mit Hilfe von Spannungswandlern kann außerdem die Richtung des Fehlerstroms detektiert werden.
Abhängiger Maximalstromzeitschutz (AMZ)
Der abhängige Überstromzeitschutz unterscheidet sich vom unabhängigen Überstromzeitschutz dahingehend, dass die Auslösezeit abhängig vom tatsächlich fließenden Fehlerstrom ist.
Distanzschutz
Der Distanzschutz benötigt zur Fehlerdetektion Strom und Spannung. Hierbei werden unterschiedliche Kriterien (Überstrom, spannungsabhängiger Überstrom, winkel- und spannungsabhängiger Überstrom oder Impedanz) zur Unterscheidung eines Fehlerfalls zum Normalbetrieb herangezogen. Weiterhin wird durch die Auswertung der Fehlerimpedanz die Entfernung des Fehlerortes ermittelt.
Differentialschutz
Der Differentialschutz nutzt die Stromsumme nach dem Kirchhoffschen Knotenpunktsatz um den Fehlerfall vom Normalbetrieb zu unterscheiden. Für dieses Prinzip werden alle in das Schutzobjekt ein- und ausfließenden Ströme gemessen und der Differentialstrom ermittelt.
Frequenzschutz
Beim Frequenzschutz wird durch die Messung und Auswertung der Netzfrequenz der Fehlerfall vom Normalbetrieb unterschieden.
Spannungsschutz
Beim Spannungsschutz wird durch die Messung und Auswertung der Netzspannung der Fehlerfall vom Normalbetrieb unterschieden.
Mess-, Steuerung- und Regelungstechnik
Die Mess-, Steuerungs- und Regelungstechnik ist ein Bereich der Automatisierungstechnik und fällt größtenteils in den Bereich der Elektrotechnik.
Innerhalb dieses Fachgebiets werden die Bereiche der Messtechnik, Steuerungstechnik und Regelungstechnik in ihrer Zusammenarbeit betrachtet. Diese Verbindung wird oft auch als MSR- oder EMSR-Technik für Elektrisches Messen, Steuern und Regeln bezeichnet, da sich diese drei Gebiete oft überschneiden.
Messtechnik
Die Messtechnik hat zum Ziel, eine Information über ein reales Mess-Objekt (wie einen gemessenen Prozess oder eine Messstrecke) zu gewinnen. Dazu beschäftigt sich die Messtechnik mit Geräten und Methoden zur Messung von elektrischen und nicht-elektrischen Größen wie elektrischem Strom oder Spannung, Länge, Masse, Kraft, Druck, pH-Wert, Temperatur oder Zeit.
Die fortlaufend gemessene Größe wird üblicherweise in ein elektrisches Signal umgewandelt und zur weiteren Signalverarbeitung weitergeleitet. Diese Signalverarbeitung umfasst in der Regel die Messwertauswertung sowie die Steuerung oder Regelung.
Steuerungstechnik
Die Steuerungstechnik ist verantwortlich für die Erzwingung bestimmter Abläufe in einem gesteuerten Prozess. Dabei nutzt sie vorrangig binäre Messsignale, die durch logische Verknüpfung innerhalb eines Steuerprogramms in binäre Stellsignale umgewandelt werden. Diese Stellsignale beeinflussen dann binär die Prozessgrößen über Aktoren. Es gibt zwei Arten von Steuerungen: Verknüpfungssteuerungen und Ablaufsteuerungen. Bei Verknüpfungssteuerungen werden die binären Stellsignale ohne Rückmeldung von der Steuerstrecke an die Steuereinrichtung erzeugt. Sie haben einen offenen Signalfluss und werden daher auch als offene Steuerungen bezeichnet. Bei Ablaufsteuerungen beeinflussen die binären Stellsignale analoge Steuergrößen der Steuerstrecke über Aktoren. Es gibt eine Rückmeldung von der Steuerstrecke zur Steuereinrichtung, wodurch der Signalfluss geschlossen ist. Ablaufsteuerungen sind die häufigere Art von Steuerungen in Anwendungen.
Regelungstechnik
Die Regelungstechnik unterscheidet sich damit von der Steuerungstechnik, bei der keine Rückkopplung vorliegt und die Abläufe lediglich aufgrund vordefinierter Schritte gesteuert werden.
Um eine effektive Regelung zu erreichen, wird eine Regelstrecke durch einen Regelkreis geschlossen. Der Regelkreis besteht aus der Regelstrecke, dem Regler und einem Sensor zur Messung der Regelgröße. Der Regler vergleicht den Soll-Wert mit dem Ist-Wert und generiert eine Stellgröße, die auf die Regelstrecke einwirkt, um die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert zu minimieren.
Es gibt verschiedene Arten von Regelungen, wie beispielsweise die proportionale, integrale und differentielle Regelung (PID-Regelung), die häufig in der Regelungstechnik eingesetzt werden. Die PID-Regelung ist eine weit verbreitete Regelungsart, die die Proportionalität, die Integration und die Differentiation von Messsignalen berücksichtigt und damit eine hohe Stabilität und Genauigkeit in vielen Anwendungen gewährleistet.
In der Regelungstechnik spielen auch Konzepte wie Regelgüte, Regelkreisstabilität und Robustheit eine wichtige Rolle. Eine Regelung mit hoher Regelgüte minimiert die Abweichung zwischen Soll- und Ist-Wert, während Regelkreisstabilität sicherstellt, dass der Regelkreis nicht schwingt oder instabil wird. Die Robustheit der Regelung bedeutet, dass sie auch bei Änderungen der Regelstrecke oder der Störgrößen zuverlässig bleibt.