Luftisolierter, mastmontierter elektronischer Abschnittsschalter: Eigenversorgungsdesign vs. externe Spannungswandler-Stromversorgung

Bei der Anwendung von luftisolierten, mastmontierten elektronischen Lasttrennschaltern stellen eigenversorgende Konstruktionen (typischerweise Stromwandler-Energieernte + Superkondensator/Lithiumbatterie) und die externe Stromversorgung über PT (Spannungswandler) zwei grundlegend unterschiedliche Stromversorgungsansätze dar.

Die Kernlogik eines elektronischen Lasttrennschalters besteht darin, "Fehlerstromereignisse zu zählen und während der Totzeit nach dem Auslösen des vorgelagerten Leistungsschalters/Wiedereinschalters eine offene Trennung durchzuführen." Da dieser Schaltertyp keine Kurzschlussströme unterbrechen muss, ist sein Betätigungsmechanismus in der Regel leichtgewichtig (z. B. permanentmagnetischer Antrieb oder leistungsschwacher Federmechanismus), was eigenversorgende Konstruktionen technisch hochgradig machbar macht.

Nachfolgend finden Sie einen umfassenden multidimensionalen Vergleich der beiden Ansätze:

1. Vergleich der Funktionsprinzipien

• Eigenversorgende Konstruktion: Nutzt einen im Schaltkörper integrierten CT (Stromwandler), um Energie aus dem Leitungslaststrom zu ernten, oder verwendet eine kapazitive Spannungsteilung zur Stromentnahme. Im Normalbetrieb lädt er interne Superkondensatoren oder Reserve-Lithiumbatterien; wenn die Leitung spannungsfrei geschaltet wird, hält die gespeicherte Energie den Betrieb des Controllers aufrecht und führt den Öffnungsbefehl aus.

• Externe PT-Stromversorgung: Beinhaltet das Aufhängen von ein oder zwei elektromagnetischen Spannungswandlern (PTs) am Mast, um die 10kV/35kV-Hochspannung auf 110V/220V Wechselspannung herunterzutransformieren, um den Controller, das Kommunikationsmodul und den Motor mit Strom zu versorgen, während gleichzeitig die Reservebatterien erhaltungsgeladen werden. Eine Alternative ist der kapazitive PT (elektronischer Spannungswandler), der nicht-elektromagnetische Prinzipien verwendet und Ferroresonanzrisiken eliminiert, allerdings zu höheren Kosten.

Rockwill RDK-Serie Drehstrom-Mastmontierter SF6-Elektronischer Lasttrennschalter

2. Multidimensionaler Tiefgehender Vergleich

Stromversorgungsstabilität und Anpassungsfähigkeit an Betriebsbedingungen

• Externer PT (Sieger): Solange die Leitung unter Spannung steht (Spannung vorhanden), kann er kontinuierlich Hunderte von Watt Leistung abgeben, völlig unbeeinflusst von der Höhe des Leitungslaststroms. Die reichliche Stromversorgung unterstützt häufige motorbetriebene Schließvorgänge, robuste FTU-Terminals und leistungsstarke 5G/4G-Echtzeitkommunikation.

• Eigenversorgung (Eingeschränkt): Leidet unter "Totzonen bei der Energieernte". Bei der CT-Ernte kann die geerntete Energie bei sehr geringer Leitungslast (z. B. Laststrom unter 5A–10A) unzureichend sein, um den Stromverbrauch des Systems aufrechtzuerhalten, was im Laufe der Zeit zur Erschöpfung der internen Batterien führen kann. Wenn eine Nullsequenz-/Phasen-Mikroenergieernte verwendet wird, beträgt die Ausgangsleistung oft nur wenige Watt. Bei längeren Ausfällen können Geräte aufgrund von Batterieentladung "offline gehen". Der Stromverbrauch variiert jedoch je nach Produkt erheblich – einige stromsparende Konstruktionen können auch bei noch niedrigeren Strömen zuverlässig betrieben werden.

Größe, Gewicht und Installation

• Eigenversorgung (Klarer Sieger): Hochgradig integriert – echte "Primär-Sekundär-Verschmelzung". Der Schaltkörper ist sauber und kompakt, ohne dass schwere PTs zusätzlich montiert werden müssen (ein einzelner ölgefüllter oder epoxidharzummantelter PT wiegt typischerweise 30–50 kg). Die Installation ist Plug-and-Play, was die Mastbelastung erheblich reduziert und Montageplatz spart.

• Externer PT (Umständlich): Erfordert separate PT- und Halterungsmontage mit Hochspannungsseitenverkabelung; die Sekundärseite erfordert Luftfahrtsteckverbinder und lange Steuerkabel zur Verbindung mit dem Controller. Dies führt zu überfüllten Mastspitzen, verdoppelter Baukomplexität und verlängerter Freileitungsarbeitszeit.

Sicherheits- und Isolationsfehlerrisiken

• Eigenversorgung (Sieger): Luftisolierte Schalter sind von Natur auf umweltfreundlich und wartungsfrei konzipiert. Der Wegfall des externen PT eliminiert eine potenzielle Stelle für Hochspannungs-Isolationsdurchschläge.

• Externer PT (Höheres Risiko): In neutral-isolierten Systemen (häufig in Verteilnetzen) neigen elektromagnetische PTs zu Ferroresonanz, was zum Durchbrennen des PT oder zum häufigen Auslösen der primärseitigen Sicherung führt. Zusätzlich kann die externe Isolierung des PT bei längerer Exposition gegenüber Sonne und Regen im Freien altern und Kriechströme aufweisen. Kapazitive PTs eliminieren Resonanzrisiken, sind jedoch teurer, und ihre elektronischen Komponenten sind im Vergleich zu elektromagnetischen Konstruktionen weniger tolerant gegenüber rauen Umgebungsbedingungen.

Beschaffungs- und Wartungskosten

• Eigenversorgung (Niedrigere Vorabkosten, später potenziell höher): Eliminiert teure Hochspannungs-PT-Ausrüstung und Installationsverbrauchsmaterialien, was zu niedrigeren anfänglichen Beschaffungs- und Baukosten führt. Allerdings können Lithiumbatterien bei extremen Temperaturschwankungen im Freien eine kürzere Lebensdauer haben (typischerweise 5–8 Jahre), was später potenziell Ersatzkosten verursacht. Dieses Problem wird zunehmend durch den Einsatz von Superkondensatoren mit einer Lebensdauer von über 10 Jahren gelöst.

• Externer PT (Höhere Vorabkosten, später niedriger): Höhere anfängliche Hardwarekosten, aber PTs selbst haben sehr lange Lebensdauern (15–20 Jahre), und die Batterien bleiben unter guten netzseitigen Erhaltungsladebedingungen, was zu einer besseren wartungsfreien Langzeitperformance der gesamten Stromversorgungsarchitektur führt.

Besondere Überlegungen zur Logik der "Abschnittsbildung"

Wie bereits erwähnt, findet die Kernaktion des Abschnittsschalters (Fehlerisolierung) während der spannungsfreien Zeit nach dem Auslösen des vorgelagerten Wiedereinschalters statt.

• Das bedeutet, dass in dem Moment, in dem er betätigt werden muss, die Leitung spannungsfrei ist—und der Spannungswandler ebenfalls keine Energie führt.

• Daher basiert der Öffnungsvorgang, unabhängig davon, ob ein externer Spannungswandler oder eine Eigenversorgung verwendet wird, letztendlich auf der Entladung interner Kondensatoren oder Batterien. Der externe Spannungswandler kann in diesem kritischen Moment keine Energie liefern—er stellt lediglich sicher, dass die Batterie im Normalbetrieb vollständig geladen bleibt.

3. Auswahlempfehlungen: Welche Variante wählen?

Fazit

Für luftisolierte elektronische Abschnittsschalter hat sich das Eigenversorgungsdesign (Stromwandler-Energiegewinnung + Superkondensator) zum Mainstream-Trend entwickelt, wobei die Vorteile der leichten Bauweise und des wartungsfreien Betriebs voll ausgeschöpft werden. An Knotenpunkten des Kernnetzes mit stark schwankenden Lasten oder hohen Kommunikationsanforderungen bleibt die externe Spannungswandler-Stromversorgung für Netzbetreiber jedoch dank ihrer Stabilität nach dem Prinzip "Strom, solange die Leitung unter Spannung steht" die zuverlässigste Rückfalloption.

Die Rockwill RDK-Serie für luftisolierte, mastmontierte elektronische Abschnittsschalter verkörpert diese Philosophie. Das Produkt koordiniert sich mit vorgeschalteten automatischen Wiedereinschaltern, zählt das Auftreten von Fehlerströmen bei Leitungsfehlern und zählt präzise während der Totzeit nach dem Auslösen des vorgeschalteten Schalters. Beim Erreichen des voreingestellten Zählwerts (1–4 Mal) öffnet er innerhalb von 180 ms, um den fehlerhaften Abschnitt zu isolieren. Es ist keine externe Stromversorgung erforderlich—der integrierte Stromwandler versorgt gleichzeitig den Controller und lädt den Superkondensator-Energiespeicher, was auch im Moment des Stromausfalls ein zuverlässiges Öffnen gewährleistet. Bei vorübergehenden Fehlern, bei denen der Zählwert den voreingestellten Wert nicht erreicht, setzt sich der RDK automatisch ohne manuellen Eingriff zurück.

An Knotenpunkten mit instabilen Lasten oder hohen Kommunikationsanforderungen bleibt der externe Spannungswandler die zuverlässige Rückfalloption. Für neue Verteilnetzprojekte und die FA-Nachrüstung wird die Rockwill RDK-Serie—mit ihrer Primär-/Sekundärintegration, Plug-and-Play-Installation und wartungsfreiem Betrieb—jedoch zunehmend zur bevorzugten Wahl für eine wachsende Zahl von Nutzern.

Bearbeitet aus：Garca