Selectiviteit & beveiligingsinstellingen in middenspanningsstations: van kortsluitstudie tot relaiscoördinatie

Focus zoekwoord: selectiviteit middenspanning

Selectiviteit in een middenspanningsstation is geen ‘extraatje’, maar een kernvoorwaarde voor bedrijfszekerheid, veiligheid én acceptatie door netbeheerder en keuringsregimes (zoals Scope-inspecties). In de praktijk zien we dat stations technisch netjes gebouwd en geïnstalleerd zijn, maar dat de beveiligingsfilosofie onvoldoende is onderbouwd: standaardinstellingen blijven staan, de kortsluitstudie ontbreekt of er is geen aantoonbare coördinatie met laagspanning, trafo en omvormers (PV/BESS).

In dit kennisbankartikel leggen we uit wat selectiviteit in middenspanning betekent, welke data je nodig hebt om het goed te ontwerpen, welke beveiligingsfuncties en parameters typisch zijn en hoe je via een pragmatisch stappenplan van studie naar instellingen, testen en een opleverdossier komt.

1. Wat is selectiviteit in middenspanning (en waarom bepaalt het downtime)?

1.1 Definitie: alleen het “juiste” deel schakelt af

Selectiviteit betekent dat bij een fout (kortsluiting of aardfout) zo veel mogelijk alleen het beveiligingsapparaat afschakelt dat direct het foutgebied voedt. Het doel is dat:

de fout snel en veilig wordt afgeschakeld;
de rest van de installatie in bedrijf blijft;
de foutlocatie eenduidig is (storingsdiagnose wordt sneller);
nevenschade (thermisch/mechanisch) en procesonderbreking worden beperkt.

1.2 Tijdselectiviteit vs. stroomselectiviteit

In middenspanningsnetten wordt selectiviteit meestal gerealiseerd met een combinatie van:

Tijdselectiviteit: upstream-beveiliging krijgt bewust een langere uitschakeltijd dan downstream-beveiliging. Bij een downstream-fout schakelt eerst de downstream-schakelaar/relais af; upstream grijpt pas in als downstream faalt (back-up).
Stroomselectiviteit: de instelling (pickup) van upstream is hoger of zó gedefinieerd dat bij bepaalde fouten alleen downstream aanspreekt. Dit is vaak lastiger in MV vanwege variërende foutstromen (netimpedantie, kabellengtes, aardingsconcept, bijdrage van omvormers).

1.3 Waarom selectiviteit direct impact en downtime bepaalt

Zonder goede selectiviteit krijg je bij een lokale fout onnodig ‘breed’ afschakelen: een volledige ring of het hele station kan uitvallen. Dat leidt tot:

meer productie-/procesverlies (groter uitgevallen gebied);
langere hersteltijd (meer velden uit, complexere terugschakeling);
hogere faalkans bij herinschakelen als foutselectie en foutlocatie onduidelijk is;
afkeur/aanvullende eisen bij acceptatie door netbeheerder of bij keuringen als instellingen en onderbouwing ontbreken.

2. Welke input heb je nodig? (Zonder data geen selectiviteit)

Een selectiviteits- en relaiscoördinatiestudie is zo goed als de data die je erin stopt. Verzamel (en versioneer) minimaal de volgende inputs.

2.1 Kortsluitvermogen en netgegevens

Netspanning(en) en bedrijfstoestanden (bijv. 10 kV / 20 kV).
Beschikbaar kortsluitvermogen (Sk) of equivalente netimpedantie op het aansluitpunt.
Min/Max kortsluitniveau: belangrijk voor zowel aanspreekzekerheid (min) als thermische/dynamische belasting (max).
Netconfiguratie: ring/straal, normaalopen punten, parallelvoedingen, noodbedrijf.

2.2 Kabelgegevens: lengte, type en impedanties

Kabellengtes per traject (ook tussen velden onderling).
Kabeltype en doorsnede, inclusief scherm/retourpad.
Positieve en nul-sequentie impedanties (voor fase- én aardfouten).
Legging (bundeling, grondsoort) is vooral thermisch relevant, maar beïnvloedt indirect ook keuzes in beveiligingsfilosofie.

2.3 Transformatorgegevens

Vermogen (kVA/MVA), spanningsverhouding en taprange.
Impedantie (uk%) en verliezen.
Vectorgroep (bijv. Dyn…), essentieel voor aardfoutgedrag en nulstroompaden.
Inrush / inschakelstromen: belangrijk om ongewenst aanspreken te voorkomen bij inschakelen.

2.4 Aardingsconcept (vaak de grootste ‘blinde vlek’)

Het aardingsconcept bepaalt de aardfoutstroom en daarmee de aardfoutbeveiliging en selectiviteit:

Effectief geaard (laagohmig/solid): relatief hoge aardfoutstromen, aardfoutbeveiliging kan snel en eenvoudig selectief.
Weerstandsgeaard: begrensde aardfoutstroom (bijv. via NER), vaak gewenst om schade te beperken; vereist zorgvuldig ingestelde I0> en soms directionele functies.
Spoelgeaard (Petersenspoel) of geïsoleerd: lage foutstromen, detectie lastiger; vaak spanningsgebaseerde criteria (U0>) en/of directionele aardfoutdetectie.

2.5 Loadflow- en scenario’s: PV/EV/BESS verandert de spelregels

Traditioneel werd beveiliging ontworpen voor een ‘passieve’ belasting. Met PV, EV-laadpleinen en BESS (batterijopslag) krijg je variabele stromen en (in bepaalde situaties) teruglevering. Neem daarom scenario’s op zoals:

Piekbelasting (max load) en minimale belasting (min load);
Maximale opwek (PV hoog, load laag): risico op backfeed richting net/trafo;
BESS in charge/discharge (bidirectioneel);
N-1 / noodbedrijf: ring open, alternatieve voeding, aggregaat (indien aanwezig).

Let op: omvormers leveren vaak begrensde foutstromen (bijv. 1–2 p.u. gedurende korte tijd), wat de aanspreekzekerheid van overstroombeveiligingen kan ondermijnen. Dit moet expliciet worden doorgerekend en besproken in de beveiligingsfilosofie.

3. Typische beveiligingsfuncties en relaisparameters in MV (en valkuilen)

3.1 Overstroombeveiliging: I> en I>>

De basis in veel MV-velden is overstroombeveiliging:

I> (tijdvertraagde overstroom): bedoeld voor selectieve afschakeling met coördinatie in de tijd. Parameters: pickup (A), tijdkarakteristiek (bijv. IDMT), time dial/insteltijd, resetgedrag.
I>> (instantaan of kort vertraagd): bedoeld voor snelle afschakeling bij zware kortsluitingen dicht bij het relais. Parameters: pickup (A) en eventuele korte vertraging.

Valkuilen bij standaardinstellingen:

Pickup te hoog waardoor bij minimale kortsluitstroom (lange kabel, hoogohmig net) de beveiliging niet betrouwbaar aanspreekt.
Pickup te laag of verkeerde curve waardoor bij inschakelinrush of motorstarts ongewenst wordt afgeschakeld.
I>> te laag ingesteld waardoor het relais ‘instantaan’ aanspreekt bij downstream-fouten en selectiviteit verliest.
Geen aantoonbare back-up coördinatie (wat gebeurt er als downstream niet uitschakelt?).

3.2 Aardfoutbeveiliging: I0> en U0> (en waarom dit vaak misgaat)

Voor aardfouten worden vaak gebruikt:

I0> (residuele overstroom / nulstroom): meet de som van de drie fasestromen (reststroom). Parameters: pickup en tijd.
U0> (nulspanning / residuele spanning): gebruikt bij aardingsconcepten met lage aardfoutstroom, waar stroomdetectie onvoldoende is. Parameters: pickup (V) en tijd.

Valkuilen:

Geen match tussen aardingsconcept en gekozen functie (bijv. alleen I0> in een systeem waar aardfoutstromen zeer laag zijn).
Onjuiste plaatsing/ratio van stroomtransformatoren of foutieve reststroomvorming (softwarematig vs. kernbalans-CT).
Te agressieve instellingen die bij transiënten of capacitieve aardstromen ‘vals’ aanspreken.

3.3 Spanningsbeveiligingen: 27/59

Spanningsfuncties worden vaak toegepast voor netbewaking en omvormercoördinatie:

27 (onderspanning): detecteert spanningsdip of uitval; kan worden gebruikt voor load shedding, blokkades of triplogica.
59 (overspanning): detecteert overspanning; relevant bij onbalans, eilandbedrijf, foutieve regeling of teruglevering.

Valkuilen: te korte tijden of te strakke drempels kunnen leiden tot onnodige trips bij korte netdips, schakelmomenten of spanningsvariaties door PV/BESS-regeling.

3.4 Aanvullende (vaak noodzakelijke) functies

Afhankelijk van nettype en assets kunnen extra functies nodig zijn, zoals:

Directionele overstroom/aardfout (richtinggevoelig): essentieel bij ringnetten en teruglevering.
67/67N (directioneel I / directioneel I0): helpt onderscheid maken tussen upstream en downstream fouten bij bidirectionele stromen.
81 (frequentie): vaak onderdeel van anti-islanding keten.
Differentiaalbeveiliging (trafo/rail): waar hogere beschikbaarheid of snellere foutselectie nodig is.

Welke functies je toepast is onderdeel van de beveiligingsfilosofie: “wat willen we beveiligen, met welke snelheid, en hoe borgen we back-up?”

4. Coördinatie: netbeveiliging, trafo/LV en PV/BESS-omvormers

4.1 Coördinatie met netbeheerderbeveiliging

De beveiliging in jouw station staat niet op zichzelf. Upstream (in het net) zitten beveiligingen met eigen filosofie en instelling (bijv. feederbeveiliging in een schakelstation). Jouw instellingen moeten:

selectief zijn ten opzichte van jouw downstream-velden;
voldoende snel zijn om schade te beperken;
zich gedragen als een “goed netcomponent”: voorspelbaar, gedocumenteerd en testbaar.

Praktisch betekent dit: je moet weten welke uitschakeltijden en marges upstream gelden (of welke eisen de netbeheerder stelt) zodat je tijdselectiviteit kunt opbouwen.

4.2 Coördinatie met transformator- en LV-beveiligingen

De transformator is vaak de schakel tussen MV- en LV-beveiliging. Coördinatiepunten:

Trafo-inrush: MV-overstroom mag niet aanspreken op inschakelstromen; LV-beveiliging moet hier ook op afgestemd zijn.
LV-hoofdbeveiliging (ACB/MCCB/zekeringen) versus MV I>/I>>: een LV-kortsluiting moet bij voorkeur door LV worden afgeschakeld; MV is back-up met voldoende tijdmarge.
Aardfouten: afhankelijk van trafo-sterpunt en aardingsweerstand kunnen aardfouten ‘van LV naar MV’ doorwerken in meetwaarden en selectiviteit.

4.3 Coördinatie met PV/BESS-converters: anti-islanding, backfeed en foutstromen

Omvormers voegen drie uitdagingen toe:

Anti-islanding: bij netuitval moet opwek snel stoppen om eilandbedrijf te voorkomen. Dit kan via omvormerfuncties, externe relaislogica of een combinatie. De afstemming met 27/59/81 is hierbij cruciaal.
Backfeed: bij lage belasting en hoge opwek kan vermogen (en dus stroomrichting) omkeren, waardoor niet-directionele overstroombeveiliging onbedoeld selectiviteit verliest of juist niet aanspreekt.
Begrensde foutstroom: omvormers leveren vaak kort en beperkt boven nominale stroom. Daardoor kan een klassieke I> logica onvoldoende “zicht” hebben op fouten, met risico op niet-afschakelen of te trage detectie.

In de studie moeten daarom scenario’s zitten met omvormers “aan” en “uit”, inclusief hun foutstroombijdrage en eventuele ride-through instellingen, zodat je relaisinstellingen en triplogica hierop aansluiten.

5. Praktisch stappenplan: studie → instellen → testen → opleverdossier

Stap 1 — Studiemodel opbouwen (kortsluiting + loadflow + selectiviteit)

Verzamel alle inputdata (net, kabels, trafo, aarding, omvormers, bedrijfstoestanden).
Maak een eenduidig single line diagram (SLD) met veldnamen die overeenkomen met je uiteindelijke instellingstabellen.
Voer kortsluitberekeningen uit voor max en min netcondities, voor 3-fase fouten en aardfouten (afhankelijk van concept).
Voer loadflow-scenario’s uit (max load, max PV, BESS charge/discharge, N-1).
Maak tijd-stroomcurves (TCC) en selectiviteitsplots voor de relevante ketens (net → MV → trafo → LV, en richting omvormers).

Stap 2 — Beveiligingsfilosofie vastleggen

Leg vast (liefst als separaat hoofdstuk in je rapport):

welke beveiligingsfuncties per veld actief zijn (en waarom);
welke selectiviteitsstrategie geldt (tijd, stroom, directioneel, differentiaal);
welke marges je hanteert tussen niveaus (tijdmarge, pickup-marge);
hoe je omgaat met omvormers (tripcriteria, anti-islanding keten, permissies).

Stap 3 — Relaisinstellingen uitwerken (insteltabellen + logica)

Werk per beveiligingsrelais een insteltabel uit (I>, I>>, I0>, U0>, 27/59, richtingfuncties, blokkades).
Controleer CT/VT-ratio’s, polariteiten en meetprincipes (residueel via som of kernbalans).
Leg eventuele logica vast: intertrips, blokkeercondities, permissives, lockout, auto-reclose (als van toepassing).
Controleer ook de mechanische en functionele grenzen: schakelaar-uitsteltijd, relaisuitgangstijd, total clearing time.

Stap 4 — Testen: secundaire injectie en functionele ketentesten

Alleen een instellingstabel is niet genoeg: je moet aantonen dat het relais daadwerkelijk doet wat je ontworpen hebt.

Secundaire injectietest: injecteer stromen/spanningen op het relais om pickup, tijd en logica te verifiëren (I>, I>>, I0>, U0>, 27/59 etc.).
Trip-tijd metingen: meet totale aanspreektijd inclusief relais, uitgang, tripspoel en schakelaar (waar mogelijk).
Functionele ketentest: verifieer interlocks, intertrips en signalering (SCADA/PLC), inclusief ‘fail safe’ gedrag bij spanningsuitval.
Omvormercoördinatie: test (of aantoon via testcertificaten) anti-islanding gedrag en tripketens bij netverlies.

Stap 5 — Opleverdossier voor netbeheerder / Scope / beheerorganisatie

Maak een dossier dat niet alleen technisch klopt, maar ook auditeerbaar is. Denk aan:

SLD (as-built) en kabel-/trafo-overzichten;
kortsluit- en selectiviteitsrapport (inclusief aannames, scenario’s, resultaten);
insteltabellen per relais, inclusief versiebeheer en parameterlijst;
testprotocollen secundaire injectie + meetresultaten;
beschrijving beveiligingsfilosofie en coördinatie met PV/BESS (anti-islanding, backfeed);
configuratiebestanden/back-ups van relais (indien toegestaan) en wijzigingslog;
acceptatiepunten en contactmomenten met netbeheerder (afspraken, eisen, eventuele afwijkingen).

Tip: voeg een “instellingen-samenvatting” toe op 1–2 pagina’s met de kernpickups en tijden per veld. Dat helpt bij review door netbeheerder, inspecteur en de beheerder die later storingen moet analyseren.

6. Veelvoorkomende fouten (en hoe je ze voorkomt)

Standaardinstellingen zonder studie: lijkt snel, maar leidt tot ongewenste trips of juist niet-afschakelen bij min-foutstroom.
Geen min/max kortsluitcontrole: je mist óf aanspreekzekerheid óf je overschrijdt marges/selectiviteit.
Aardingsconcept niet expliciet: aardfoutbeveiliging wordt “op gevoel” ingesteld en faalt in de praktijk.
Omvormers als ‘black box’ behandelen: foutstroombijdrage, ride-through en anti-islanding vereisen expliciete afstemming.
Geen testresultaten: zonder secundaire injectie en ketentesten is een instelling niet aantoonbaar.

7. Conclusie

Selectiviteit middenspanning is de schakel tussen een “geïnstalleerd” middenspanningsstation en een station dat aantoonbaar bedrijfszeker, veilig en acceptabel is voor netbeheerder en keuring. Met de juiste input (kortsluitdata, kabelimpedanties, trafo- en aardingsgegevens, en realistische PV/EV/BESS-scenario’s), een heldere beveiligingsfilosofie, goed gekozen relaisfuncties en een testbaar opleverdossier maak je storingsimpact beheersbaar en voorkom je onnodige downtime.

Gerelateerde onderwerpen

Ontwerp en opbouw van middenspanningsstations
Inspectie en onderhoud (incl. thermografie)
Regelgeving en keuringskaders (Scope)