Kernfunktionen des Erdungsschalters und warum er in Hochspannungskreisen zwingend erforderlich ist

Zunächst ein grundlegender Orientierungspunkt: Je nach Anwendung werden Erdungsschalter in zwei Kategorien unterteilt – den Wartungserdungsschalter und den schnellwirkenden Erdungsschalter (FES). Ersterer übernimmt die routinemäßige Wartungserdung.

Neben der Wartungserdung kann er Kurzschlussströme aufnehmen und einschalten, und auf Höchstspannungs-/Ultra-Höchstspannungsleitungen (EHV/UHV) übernimmt er auch die Aufgabe, den Sekundärlichtbogenstrom zu beseitigen. Von den fünf nachfolgend beschriebenen Funktionen teilen sich beide Typen die ersten drei, während die letzten beiden vom schnellwirkenden Erdungsschalter ausgeführt werden.

Hochzuverlässiger Innenraum-Hochspannungs-Erdungsschalter

1. Kernfunktionen des Erdungsschalters

Diese Funktionen werden im Folgenden detailliert erläutert.

1. Sichere Erdung für Wartungsarbeiten: Wenn Geräte oder eine Leitung für Wartungsarbeiten spannungsfrei geschaltet werden, verbindet der Erdungsschalter das isolierte Gerät oder den Stromkreis zuverlässig mit der Erde und schafft so einen sichtbaren mechanischen Erdungspunkt. Dies verhindert nicht nur wirksam ein plötzliches Wiederzuschalten durch Fehlbedienung, sondern stellt auch einen festen Kurzschluss der Wartungsstelle gegen Erde her, wodurch die Gefahr induzierter Spannungen aus benachbarten spannungsführenden Leitungen beseitigt oder erheblich abgeschwächt wird – zum Schutz des Wartungspersonals.

2. Ableitung von statischen Restladungen: Nachdem Hochspannungsgeräte (z. B. Kabel und Kondensatoren) spannungsfrei geschaltet wurden, kann eine große Menge statischer Restladungen im Inneren verbleiben. Der Erdungsschalter leitet diese schnell gegen Erde ab, baut die Restspannung ab und schützt das Personal vor elektrischem Schlag beim Berühren des Geräts.

3. Schalten von induzierten Strömen: Bei parallelen Freileitungen erzeugen elektromagnetische und elektrostatische Induktion, wenn ein Stromkreis für Wartungsarbeiten spannungsfrei geschaltet wird, induzierte Spannungen und Ströme im spannungsfreien Stromkreis, was beim Anlegen oder Entfernen temporärer Erdungsleitungen zu Lichtbögen führen kann. Der Erdungsschalter kann solche induzierten Ströme unter Leerlauf- oder Schwachstrombedingungen sicher schließen und öffnen.

4. Einschalten auf Kurzschlussstrom (spezifisch für schnellwirkende Erdungsschalter): Unter abnormalen Bedingungen (z. B. einem Leitungskurzschluss) kann ein schnellwirkender Erdungsschalter mit bemessungsgemäßer Kurzschlusseinschaltfähigkeit dem Kurzschlussstrom standhalten und ihn einschalten, wodurch der Fehler in einen Erdschluss umgewandelt wird, der schnell beseitigt werden kann, und so sowohl Anlagen als auch Personal geschützt werden. Herkömmliche Wartungserdungsschalter verfügen nicht über diese Fähigkeit.

5. Beseitigung des Sekundärlichtbogenstroms (schnellwirkender Erdungsschalter, für EHV/UHV-Leitungen): Vereinfacht ausgedrückt, nachdem ein einpoliger Fehler beseitigt wurde, injizieren die benachbarten spannungsführenden Phasen weiterhin Energie über Phasenkapazitäten und elektromagnetische Kopplung in die fehlerhafte Phase, obwohl sie von der Quelle isoliert ist, was es dem Lichtbogen an der Fehlerstelle schwer macht, selbst zu verlöschen – dies ist der "Sekundärlichtbogenstrom". Der schnellwirkende Erdungsschalter schließt automatisch und schnell, leitet den Sekundärlichtbogenstrom ab und unterstützt das Verlöschen des Lichtbogens an der Fehlerstelle, wodurch die Erfolgsrate der automatischen Wiedereinschaltung erheblich gesteigert wird.

2. Warum Hochspannungskreise mit einem Erdungsschalter ausgestattet sein müssen

Es gibt vier Hauptgründe:

1. Schutz von Menschenleben (der Kern der "Fünf Sicherheitsregeln"): Hochspannung ist äußerst gefährlich. Der Erdungsschalter ist eine Kernkomponente der Verriegelungsfunktion "Fünf Sicherheitsregeln" von Hochspannungsschaltanlagen – nämlich die Verhinderung des fehlerhaften Schließens und Öffnens von Leistungsschaltern; die Verhinderung des Öffnens/Schließens von Trennschaltern unter Last; die Verhinderung der Erdung oder des Schließens von Erdungsschaltern im spannungsführenden Zustand; die Verhinderung des Einschaltens auf ein geerdetes System; und die Verhinderung des Betretens von spannungsführenden Feldern.

Durch mechanische und elektrische Verriegelung kann der Erdungsschalter erst geschlossen werden, nachdem der Leistungsschalter und der Trennschalter geöffnet wurden, wodurch fatale Fehlbedienungen wie Erden im spannungsführenden Zustand oder Zuschalten auf ein geerdetes System grundlegend verhindert werden – die letzte Sicherheitsbarriere für das Wartungspersonal.

2. Ersatz für manuelle temporäre Erdungsverbindungen: Vor spannungsfreien Wartungsarbeiten können manuell angeschlossene temporäre Erdungsleitungen ebenfalls zur Entladung und Erdung dienen, der Vorgang ist jedoch umständlich und kann nicht gegen Fehlbedienung verriegelt werden, weshalb die Sicherheit geringer ist. Ein Erdungsschalter kann eine elektrische Verriegelung für einen standardisierten, sicheren und zuverlässigen Betrieb integrieren – die Standard-Sicherheitsmaßnahme für Hochspannungssysteme.

3. Verhütung von Verletzungen durch induzierte Spannung und Restspannung: Nachdem Hochspannungsleitungen (z. B. lange Kabel und Kondensatorbänke) spannungsfrei geschaltet wurden, können kapazitive Effekte die Leiter über einen längeren Zeitraum auf einem erhöhten Potenzial halten. Ohne eine gründliche Entladung und eine feste Erdung über den Erdungsschalter kann das Wartungspersonal bei Berührung der Anlage leicht schwere Stromschläge erleiden.

4. Verbesserung der Systembetriebsstabilität: in Höchstspannungsübertragungsnetzen löst die Konfiguration von schnell schaltenden Erdungsschaltern in Verbindung mit dem Relaisschutz das Problem des Sekundärlichtbogenstroms nach Einphasen-Erdschlüssen wirksam, verhindert Wiedereinschaltfehler und gewährleistet so die Zuverlässigkeit und Stabilität des Gesamtnetzes.

3. Zusammenfassung

Insgesamt spielt der Erdungsschalter eine entscheidende Rolle als "Sicherheitswächter" in Hochspannungsstromnetzen, und jede der oben beschriebenen Funktionen erfüllt eine reale Anforderung an Hochspannungskreise. Eine sichere Wartungserdung und die Entladung statischer Ladungen bilden die letzte physische Verteidigungslinie, die das Wartungspersonal vor Stromschlägen schützt; eine zuverlässige elektrische Verriegelung ist das Kernmittel zur Umsetzung der "Fünf Sicherheitsregeln" und zur Verhinderung schwerwiegender Fehlbedienungen.

Und die Kurzschlusszuschalt- und Sekundärlichtbogenlöschfähigkeiten des schnell schaltenden Erdungsschalters bieten Unterstützung für den Fehlerschutz und den stabilen Netzbetrieb. Hochspannungskreise müssen daher mit Erdungsschaltern ausgestattet werden – eine zwingende Anforderung zum Schutz von Personal und Anlagen und eine notwendige Wahl zur Aufrechterhaltung des stabilen Betriebs des Stromnetzes.

Bearbeitet von: Garca