Mit der beschleunigten Automatisierung von Stromversorgungsausrüstungen sind verschiedene mittelspannungsfähige Schaltanlagen auf den Markt gekommen. Nach Isoliermedien klassifiziert, werden sie hauptsächlich in luftisoliert, SF₆-Gas-isoliert und feststoffisoliert unterteilt, wobei jede Variante ihre eigenen Vor- und Nachteile hat: Feststoffisolierung bietet eine gute Leistung, ist aber umweltfreundlicher weniger geeignet, SF₆ weist eine ausgezeichnete Fähigkeit zur Bogenlöschung auf, ist jedoch ein Treibhausgas, und Luftisolierung hat ein hohes Preis-Leistungs-Verhältnis, verfügt aber über einen größeren Volumenbedarf. Unternehmen benötigen eine umfassende Auswahl, um die Anwendungseffizienz zu steigern.
Entwicklungsmerkmale
Nach einem Jahrhundert der Entwicklung verfügen mittelspannungsfähige Schaltanlagen über ein solides technisches Normensystem. Die Nutzeranforderungen haben sich von grundlegenden Funktionen/Parametern hin zu hoher Zuverlässigkeit und niedrigen Betriebskosten verschoben; die Normensetzung konzentriert sich zunehmend auf Betriebskontinuität und Sicherheit; primäre/sekundäre Ausrüstung zeigt eine klare Arbeitsteilung mit diversifizierten Produktstrukturen; digitale und online-Detektionstechnologien fördern die Intelligenz und senken die Betriebskosten.
Aktueller Entwicklungsstand
Luftisolierte Schaltanlagen
Die Verwendung von Luft als Isoliermedium umfasst Ringmain-Schaltanlagen und metallbeschichtete ausziehbare Schaltanlagen, die sicher und umweltfreundlich sind. Metallbeschichtete Ausrüstung mit großer Kapazität eignet sich für Hochleistungsszenarien, während Ringmain-Schaltanlagen kompakt, kostengünstig und einfach zu installieren sind und hauptsächlich in Mittelspannungsendpunkten eingesetzt werden. Mit integrierten Schutzgeräten und Transformern können sie ein vollständiges Verteilungsautomatisierungssystem bilden.
SF₆-Gasisolierte Schaltanlagen
SF₆-Gas zeichnet sich durch hervorragende Bogenlösch- und Isolierungseigenschaften aus und ist für mittel- und hochspannungsfähige Anwendungen geeignet, wird jedoch aufgrund seines Treibhauseffekts geregelt. Vakuumschaltgeräte (VCBs) sind aufgrund von Isolationsbeschränkungen auf ≤35kV begrenzt, so dass SF₆-Ausrüstung für höhere Spannungen unerlässlich bleibt. Lösungen beinhalten die Verwendung von Gasgemischen, um den SF₆-Verbrauch zu reduzieren, und die Verbesserung von Leckagepräventions- und -recyclingtechnologien.
Feststoffisolierte Schaltanlagen
Durch vollständig versiegeltes Epoxyharzgegossenes Material ist es schadstoffresistent und unabhängig von der Höhe, anwendbar in Systemen ≤35kV. Allerdings behindern hohe Kosten, Wärmeableitungsprobleme und schwierige Epoxydegradierung eine breite Akzeptanz. Designoptimierungen sind erforderlich, um Versiegelung und Wärmeableitung auszugleichen.
Wichtige technische Fortschritte
Unterbrechungstechnologie
VCBs mit CuCr-Kontakten und longitudinalen Magnetfeldstruktur erhöhen die Unterbrechungsfähigkeit. Keramikgehäuse ermöglichen Miniaturisierung und kostengünstige Massenproduktion.
Isolationstechnologie
Gasisolierte Schaltanlagen verwenden N₂/Luft anstelle von SF₆, während feststoffisolierte Schaltanlagen durch Epoxyumhüllung die Umweltbeständigkeit verbessern. Beide nutzen elektrische Feldsimulationen zur Erhöhung der Zuverlässigkeit.
Intelligente Upgrades
Integrierte Sensoren und Kommunikationsmodule ermöglichen die Online-Zustandsüberwachung. Digitale Schutzeinrichtungen und elektronische Transformatoren ersetzen traditionelle Komponenten.
Entwicklungstrends
Miniaturisierung und Intelligenz sind mainstream: miniaturisierte Ausrüstung verringert den Flächenbedarf von Umspannwerken um >30%, was die Grundstückspreise senkt; Intelligenz verbessert die Wartungseffizienz durch digitale Zwillinge und 5G-Technologien. Zukünftige Bemühungen sollten nicht notwendige SF₆-Ausrüstungen abschaffen, Vakuum-/feststoffbasierte Isolation fördern und die Entwicklung intelligenter Netze unterstützen.
Fazit
Vakuumschaltanlagen beherrschen derzeit den Markt, während SF₆- und feststoffisolierte Produkte eine geringe Durchdringung haben. Die Beschleunigung der intelligenten Vakuumschaltanwendung und die Lösung der Umweltauswirkungen der feststoffbasierten Isolation werden besser den grünen und intelligenten Anforderungen der Energiesysteme gerecht.
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