Erfahren Sie mehr über die wichtigsten Merkmale der 800-kV-EHV-Totkast-SF6-Leistungsschalter, einschließlich der Doppelunterbrecher-Technologie, der Isolationskoordination, der Spannungsverteilung, der SF6-Abdichtung, der seismischen Leistung und der Unterschiede zw
800-kV-EHV-Totkast-SF6-Leistungsschalter: Hauptmerkmale und Unterschiede zu Standard-Totkast-Leistungsschaltern
In Höchstspannungs-(EHV-)Übertragungssystemen spielt der EHV-Totkast-SF6-Leistungsschalter eine entscheidende Rolle beim Schalten, Schutz und der Fehlerisolierung in Umspannwerken und Übertragungsnetzen.
Im Vergleich zu herkömmlichen Totkast-SF6-Leistungsschaltern mit Nennspannungen von 252 kV, 363 kV, 420 kV oder 550 kV ist ein 800-kV-EHV-Totkast-SF6-Leistungsschalter nicht einfach nur eine größere Version eines herkömmlichen Leistungsschalters.
Mit steigender Spannungsebene werden die Anforderungen an die Isolationskoordination, Lichtbogenlöschung, transiente Wiederkehrspannung, elektrische Feldsteuerung, Spannungsverteilung, mechanische Festigkeit, SF6-Abdichtung, seismische Leistung und Langzeit-Zuverlässigkeit allesamt deutlich anspruchsvoller.
Beispielsweise kann das 800-kV-Modell gemäß öffentlich verfügbaren Informationen für die ROCKWILL RHD-800-Serie mit einem Nennstrom von bis zu 5000 A und Kurzschlussausschaltvermögen von 50 kA oder 63 kA konfiguriert werden. Das 800-kV-Design verwendet zwei Schaltstrecken pro Pol.
Ein 800-kV-EHV-Totkast-SF6-Leistungsschalter ist ein Hochspannungsschaltgerät, das für 800-kV-Höchstspannungsübertragungs- und Umspannwerksysteme entwickelt wurde.
Der Begriff „Totkast“ bedeutet nicht, dass der Leistungsschalter inaktiv ist. Er bezieht sich auf die Tatsache, dass:
Der Metallbehälter, der die Löschkammer enthält, wird auf Erdpotential gehalten, während die Hochspannungs-Schaltkomponenten in dem geerdeten Metallgehäuse eingeschlossen sind.
Dies unterscheidet sich von einem Live-Tank-Leistungsschalter, bei dem sich die Löschkammer selbst auf Hochpotential befindet und durch eine isolierende Stützstruktur elektrisch von der Erde isoliert ist.
Bei einem Totkast-Design sind die Löschkammer, die Kontakte und andere wichtige Schaltkomponenten in einem geerdeten Metalltank eingeschlossen. Hochspannungsverbindungen werden über Hochspannungsdurchführungen in den Tank hinein und aus ihm herausgeführt.
Diese Konfiguration ermöglicht es auch, Stromwandler (CTs) um die Durchführungsbaugruppe herum zu integrieren.
800 kV ist eine sehr hohe Übertragungsspannungsebene und wird hauptsächlich mit groß angelegten Hochleistungs-Stromübertragungssystemen in Verbindung gebracht.
Typische Anwendungen umfassen:
Bei einem 800-kV-Leistungsschalter besteht die Herausforderung nicht nur darin, den normalen Laststrom zu führen, sondern auch hohe Kurzschlussströme bei Fehlern schnell und zuverlässig zu unterbrechen.
Einfach ausgedrückt muss ein 800-kV-Leistungsschalter:
Zuverlässig unterbrechen, der Wiederkehrspannung standhalten und die mechanische und Isolationsleistung langfristig aufrechterhalten.
Einer der bedeutendsten Unterschiede zwischen einem 800-kV-Leistungsschalter und einem herkömmlichen Hochspannungs-Totkast-Leistungsschalter ist das Isolationssystem.
Mit steigender Systemspannung nehmen auch die Anforderungen an:
deutlich zu.
Beispielsweise geben öffentlich verfügbare technische Informationen zum RHD-800 eine Blitzstoßspannungsfestigkeit von ungefähr:
Die spezifizierte Schaltstoßspannungsfestigkeit beträgt ungefähr:
Diese Werte zeigen, dass das Isolationssystem eines 800-kV-Leistungsschalters eine hochspezialisierte Isolationskoordination und elektrische Feldsteuerung erfordert.
Ein weiteres wichtiges Merkmal eines 800-kV-Totkastenschalters ist seine Mehrfach-Unterbrecher-Konfiguration.
Bei niedrigeren Spannungsebenen kann ein einzelner Unterbrecher ausreichend sein. Bei 800 kV können jedoch die Spannungsbelastung und die transiente Wiederkehrspannung über einem einzelnen Löschspalt extrem hoch werden.
Daher verwenden 800-kV-Leistungsschalter üblicherweise eine Zweifach-Unterbrecher-Konfiguration pro Pol.
Konzeptionell:
Einfach-Unterbrecher-Design:
—— [Unterbrecher] ——
800-kV-Zweifach-Unterbrecher-Design:
—— [Unterbrecher 1] —— [Unterbrecher 2] ——
Die beiden Unterbrecher teilen sich die elektrische Belastung während des Abschaltvorgangs.
Dies reduziert die Spannungsbelastung an jedem einzelnen Unterbrecher und hilft, die erforderliche Isolations- und Abschaltleistung auf der 800-kV-Ebene zu erreichen.
SF6-Gas erfüllt zwei wichtige Funktionen in einem herkömmlichen SF6-Leistungsschalter.
Wenn der Leistungsschalter öffnet, bildet sich zwischen den Kontakten ein elektrischer Lichtbogen.
Der Lichtbogen muss schnell gelöscht werden, um den Fehlerstrom erfolgreich zu unterbrechen.
SF6 verfügt über hervorragende dielektrische und lichtbogenlöschende Eigenschaften und wird daher häufig in Hoch- und Höchstspannungsleistungsschaltern eingesetzt.
Nach dem Öffnen der Kontakte muss sich die Isolationsfestigkeit über dem offenen Unterbrecher schnell erholen.
Andernfalls könnte die folgende Sequenz auftreten:
Durchschlag → Lichtbogenwiederzündung → Erfolglose Unterbrechung
Bei einem 800-kV-Leistungsschalter müssen sowohl die Lichtbogenlöschfähigkeit als auch die dielektrische Erholungsfähigkeit sorgfältig aufeinander abgestimmt werden.
| Parameter | Konventioneller SF6-Leistungsschalter in Tankbauweise | 800-kV-SF6-Leistungsschalter in Tankbauweise für Höchstspannung |
|---|---|---|
| Bemessungsspannung | Typischerweise 245/252 kV, 363 kV, 420 kV, 550 kV usw. | 800 kV |
| Einsatzbereich | Hochspannungsschaltanlagen und Übertragungsleitungen | Höchstspannungs-/Ultrahochspannungs-Übertragungssysteme |
| Anzahl der Unterbrechungsstellen | Abhängig von der Spannungsebene | Typischerweise zwei Unterbrechungsstellen pro Pol |
| Isolationsanforderungen | Hoch | Extrem hoch |
| Elektrische Feldsteuerung | Wichtig | Kritisch |
| Spannungsaufteilung | Erforderlich | Äußerst anspruchsvoll |
| Kurzschlussausschaltstrom | Typischerweise Konfigurationen mit 40–63 kA | Konfigurationen mit 50 kA / 63 kA |
| Bemessungsstrom | Anwendungsabhängig | Bis zu 5000 A bei bestimmten Ausführungen |
| Mechanische Anforderungen | Hoch | Sehr hoch |
| SF6-Abdichtung | Wichtig | Entscheidend für die Langzeitzuverlässigkeit |
| Durchführungssystem | Hochspannungsdurchführung | Höchstspannungs-Durchführungssystem aus Verbundwerkstoff oder Porzellan |
| Integration von Stromwandlern | Möglich | Üblicherweise um die Durchführung herum integriert |
| Einsatzumgebung | Konventionelle Schaltanlagen | Große Höchstspannungs-/Ultrahochspannungs-Übertragungsprojekte |
| Auslegungskomplexität | Lichtbogenlöschung + Isolierung | Lichtbogenlöschung + Isolierung + Spannungsaufteilung + elektrisches Feld + mechanische Auslegung |
Die Spannungsverteilung ist eine der zentralen technischen Herausforderungen bei einem Höchstspannungs-Leistungsschalter.
Wenn mehrere Löschkammern in Reihe geschaltet sind, besteht die ideale Situation darin, dass sich jede Löschkammer die Spannung gleichmäßig teilt.
In der Praxis kann die Spannungsverteilung jedoch beeinflusst werden durch:
Infolgedessen teilen sich zwei Unterbrecher die Spannung nicht notwendigerweise gleichmäßig.
Daher können Verteilkondensatoren, Kapazitätsringe und optimierte elektrische Feldstrukturen erforderlich sein, um eine gleichmäßigere Spannungsverteilung zu erreichen.
Dies ist bei 800 kV von besonderer Bedeutung.
Die zentrale technische Frage lautet daher nicht einfach:
„Kann der Leistungsschalter den Strom unterbrechen?“
Sie lautet auch:
„Kann die Spannung sowohl im Normalbetrieb als auch unter transienten Bedingungen gleichmäßig auf die Unterbrecher verteilt werden?“
800-kV-Leistungsschalter sind große und schwere Freiluft-Elektroanlagen.
Bei Erdbeben, starkem Wind und Kurzschlussereignissen kann die Ausrüstung erheblichen mechanischen Kräften ausgesetzt sein.
Daher müssen bei Höchstspannungs-Tankschaltern Folgendes berücksichtigt werden:
Aus diesem Grund legen Konstruktionen von Höchstspannungs-Tankschaltern oft großen Wert auf mechanische Stabilität und Erdbebensicherheit.
Das Hauptmerkmal der Konstruktion eines Tankschalters besteht darin, dass:
Das Metallgehäuse geerdet ist.
Dies bietet mehrere praktische Vorteile.
Das äußere Metallgehäuse bleibt auf Erdpotential, während die Hochspannungs-Schaltkomponenten im Tank eingeschlossen sind.
Die Löschkammer und andere kritische Komponenten sind in den geerdeten Metalltank eingeschlossen, was sie vor direkter Einwirkung durch Folgendes schützt:
Die Tankschalter-Konfiguration ermöglicht es, Stromwandler um die Hochspannungsdurchführungen herum zu integrieren.
Dies ermöglicht die Kombination von:
Leistungsschalter + Stromwandler + Durchführung
in einer kompakten, integrierten Anordnung.
Bei einem SF6-Leistungsschalter ist die Gasabdichtung weit mehr als ein herkömmliches Problem der mechanischen Abdichtung.
Wenn SF6-Gas übermäßig entweicht:
SF6-Dichte nimmt ab → Dielektrische Festigkeit nimmt ab → Lichtbogenlöschleistung kann nachlassen → Gesamtzuverlässigkeit nimmt ab
Daher erfordert ein 800-kV-Leistungsschalter eine sorgfältige Kontrolle von:
Öffentlich verfügbare Informationen zur RHD-Serie geben einen SF6-Nenndruck von ca. 0,6MPa bei 20°C und eine jährliche Leckagerate von ≤0,5% für die betreffende Serie an. Die tatsächlichen Projektwerte sollten stets anhand der endgültigen technischen Spezifikation und der Typprüfunterlagen bestätigt werden.
Dies ist eines der wichtigsten Konzepte bei der Bewertung von Höchstspannungs-Tankleistungsschaltern.
Die Entwicklung von:
252kV → 363kV → 550kV → 800kV
bedeutet nicht einfach nur eine Vergrößerung des physischen Isolationsabstands.
Mit steigender Spannungsebene müssen Ingenieure das gesamte System neu überdenken, einschließlich:
Elektrisches Feld → Isolierung → Lichtbogenlöschung → Transiente Wiederkehrspannung → Spannungsverteilung → Mechanische Struktur → Durchführung → Abdichtung → Erdbebensicherheit → Prüfung
Daher erfordert ein 800kV-Leistungsschalter eine spezielle Konstruktion, technische Verifizierung und Prüfung für seine Spannungsklasse.
Unter Verwendung der öffentlich verfügbaren RHD-800-Informationen als Beispiel umfassen die typischen Parameter:
| Parameter | Typischer Wert |
|---|---|
| Bemessungsspannung | 800kV |
| Bemessungsstrom | 5000A |
| Bemessungsfrequenz | 50/60Hz |
| Kurzschlussausschaltstrom | 50kA / 63kA |
| Kurzzeitstrom | 50kA/3s, 63kA/2s |
| Stoßstrom | 135kA / 171kA |
| Kurzschlusseinschaltstrom | 135kA / 171kA |
| Anzahl der Schaltstrecken | 2 |
| Blitzstoßspannungsfestigkeit, Phase gegen Erde | 2100kV Scheitelwert |
| Blitzstoßspannungsfestigkeit, über offene Schaltstrecke | 2750kV Scheitelwert |
| Schaltstoßspannungsfestigkeit, Phase gegen Erde | 1550kV Scheitelwert |
| Schaltstoßspannungsfestigkeit, über offene Schaltstrecke | 1950kV Scheitelwert |
Diese Werte sollten als typische oder modellspezifische Werte aus öffentlich zugänglichen Produktinformationen betrachtet werden und nicht als universelle Spezifikationen für jeden 800-kV-Tankschalter.
Verschiedene Hersteller, Netzcodes, Projektspezifikationen und geltende Normen können unterschiedliche Werte erfordern.
Bei einem herkömmlichen SF6-Tankschalter konzentrieren sich Käufer in der Regel auf:
Bemessungsspannung + Bemessungsstrom + Kurzschlussausschaltstrom + Antrieb + SF6-Leckagerate
Bei einem 800-kV-Extra-Hochspannungs-Tankschalter sollte die Bewertung viel weiter gehen.
Prüfen Sie, ob der Hersteller über entsprechende Typprüf- und Verifizierungsdokumentationen für die erforderliche 800-kV-Spannungsklasse verfügt.
Bewerten Sie das Produkt nicht nur anhand des Wertes „63 kA“.
Die vollständigen Prüfbedingungen und geltenden Normen sollten ebenfalls überprüft werden.
Zu den wichtigsten Prüfungen gehören:
Wichtige Fragen umfassen:
Wie wird die Spannung auf die beiden Löschkammern verteilt?
Wie sind die Verteilungskondensatoren oder anderen Spannungsteilerkomponenten konfiguriert?
Wie wird das elektrische Feld um die Löschkammern und Anschlüsse gesteuert?
Bei 800 kV ist die Durchführung selbst ein kritisches Hochspannungsisolationsbauteil.
Wichtige Faktoren umfassen:
Wichtige Parameter umfassen:
Die Zuverlässigkeit des Antriebs ist für einen 800-kV-Leistungsschalter äußerst wichtig.
Ein Versagen beim Öffnen während eines Fehlers kann schwerwiegende Folgen für ein großflächiges Übertragungsnetz haben.
Der grundlegende Unterschied lässt sich wie folgt zusammenfassen:
Ein herkömmlicher Tankschalter ist in erster Linie dafür ausgelegt, zuverlässiges Hochspannungsschalten und Fehlerausschaltung zu gewährleisten. Ein 800-kV-Extra-Hochspannungs-Tankschalter muss gleichzeitig eine zuverlässige Fehlerausschaltung, schnelle dielektrische Erholung, kontrollierte Spannungsverteilung sowie langfristige mechanische und Isolationszuverlässigkeit unter extrem hoher elektrischer Belastung erreichen.
Daher geht der technische Schwerpunkt eines 800-kV-Extra-Hochspannungs-Tankschalters über die Lichtbogenlöschtechnologie hinaus.
Er wird zu einem umfassenden Ingenieursystem, das Folgendes umfasst:
Elektrische Feldsteuerung + Isolationskoordination + Lichtbogenlöschung + mechanische Konstruktion + Gasisolierung + Erdbebensicherheit
Der Hauptzweck eines 800-kV-Übertragungssystems besteht darin, große Mengen elektrischer Energie über weite Strecken mit hoher Übertragungseffizienz zu transportieren.
In einem großen Stromnetz muss der Leistungsschalter in der Lage sein:
Normalbetrieb → Zuverlässiges Führen des Laststroms
Fehlerzustand → Schnelles Unterbrechen des Fehlerstroms
Nach der Ausschaltung → Schnelle Wiederherstellung der Isolationsfestigkeit
Langzeitbetrieb → Aufrechterhaltung der Gasdichtheit, mechanischen Integrität und Isolationsleistung
Daher ist der 800-kV-SF6-Totleistungsschalter eines der kritischen Primärgeräte in einem Höchstspannungs-Übertragungsnetz.
Für große Kraftwerke, Höchstspannungsumspannwerke und Fernübertragungsprojekte trägt seine Zuverlässigkeit direkt zur Gesamtstabilität und Verfügbarkeit des Übertragungsnetzes bei.
Der größte Unterschied zwischen einem 800-kV-Höchstspannungs-SF6-Totleistungsschalter und einem herkömmlichen SF6-Totleistungsschalter liegt nicht einfach in der höheren Bemessungsspannung.
Vielmehr wird die gesamte technische Herausforderung deutlich anspruchsvoller.
Ein 800-kV-Leistungsschalter muss folgende Aspekte berücksichtigen:
Aus diesen Gründen sollte ein 800-kV-Höchstspannungs-SF6-Totleistungsschalter eher als spezialisiertes Höchst-/Ultrahöchstspannungs-Übertragungsgerät betrachtet werden und nicht einfach als ein hochskalierter herkömmlicher Totleistungsschalter.
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Bearbeitet von: Dyson
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