Typische Unterschiede zwischen SF6- und Vakuumschaltanlagen in der Hochspannung

Vergleich von Vakuumschaltern und SF6-Schaltern in Hochspannungsschaltanlagen

Was das Unterbrechen von Störstromen betrifft, insbesondere solcher, die mit einer sehr steilen Steigerungsrate der transitorischen Wiederherstellungsspannung (TRV) verbunden sind, bieten Vakuumschalter aufgrund ihrer überlegenen dielektrischen Wiederherstellungseigenschaften einen erheblichen Vorteil gegenüber SF6 (Schwefelhexafluorid)-Schaltern. Hier ist ein detaillierter Vergleich, einschließlich wichtiger Unterschiede in den Durchschlagstatistiken, dem späten Durchschlagsverhalten und der Leistung in spezifischen Anwendungen wie der Schaltung induktiver Lasten und Kondensatorenbänke.

1. Dielektrische Wiederherstellung und Transitorische Wiederherstellungsspannung (TRV)

• Vakuumschalter:

• Schnelle Dielektrische Wiederherstellung: Vakuumschalter sind bekannt für ihre extrem schnelle dielektrische Wiederherstellung, was entscheidend ist, wenn es um hohe TRV-Raten geht. Nach dem Stromunterbrechen stellt sich die Vakuumschicht schnell wieder isolierend her, was sie hoch effektiv bei steilen TRV-Bedingungen macht.

• Überlegene Leistung bei steiler TRV: Diese kurze Wiederherstellungszeit ermöglicht es Vakuumschaltern, transitorische Wiederherstellungsspannungen mit einer sehr steilen Steigerungsrate effektiver zu handhaben als SF6-Schalter. Die schnelle Wiederherstellung der Isolation minimiert das Risiko eines Wiederentzündens während der TRV-Phase.

• SF6-Schalter:

• Längere Dielektrische Wiederherstellung: SF6-Schalter, obwohl immer noch effektiv, haben eine langsamere dielektrische Wiederherstellung im Vergleich zu Vakuumschaltern. Das bedeutet, dass während eines steilen TRV-Ereignisses das Risiko eines Wiederentzündens oder Durchschlags vor vollständiger Isolationswiederherstellung höher ist.

• Weniger geeignet für steile TRV: In Anwendungen, in denen die TRV eine sehr steile Steigerungsrate hat, leisten SF6-Schalter möglicherweise nicht so gut wie Vakuumschalter, was zu einem höheren Belastung des Schalters und erhöhtem Ausfallrisiko führen kann.

2. Durchschlagstatistiken

• Vakuumschalter:

• Hochwertige Durchschlagsspannung: Im Prinzip haben Vakuumschichten eine sehr hohe Durchschlagsspannung, was sie in den meisten Betriebsbedingungen sehr zuverlässig macht.

• Geringe Wahrscheinlichkeit von Durchschlag bei moderater Spannung: Trotz der hohen Durchschlagsspannung besteht immer noch eine sehr geringe Wahrscheinlichkeit für einen Durchschlag bei relativ moderaten Spannungen. Allerdings ist diese Wahrscheinlichkeit extrem gering und stellt in praktischen Anwendungen in der Regel kein Problem dar.

• SF6-Schalter:

• Niedrigere Durchschlagsspannung: SF6-Schichten haben typischerweise eine niedrigere Durchschlagsspannung im Vergleich zu Vakuumschichten, was sie anfällig für Durchschläge unter bestimmten Bedingungen macht.

• Konsistentere Leistung: Obwohl SF6-Schalter eine niedrigere Durchschlagsspannung haben, tendieren sie zu einer vorhersagbareren und konsistenteren Leistung über einen breiten Bereich von Betriebsbedingungen.

3. Spätes Durchschlagsverhalten

• Vakuumschalter:

• Spontane späte Durchschläge: Eine einzigartige Eigenschaft von Vakuumschaltern ist, dass sie spontane späte Durchschläge erleben können, die bis zu mehreren hundert Millisekunden nach dem Stromunterbrechen auftreten können. Dieses Phänomen ist selten, kann aber aufgrund von Restionisation oder anderen Faktoren auftreten.

• Begrenzte Folgen: Die Folgen solcher späten Durchschlagereignisse sind minimal, da die Vakuumschicht unmittelbar nach dem Durchschlag ihre Isolation wiederherstellt. Diese Selbstheilungseigenschaft sorgt dafür, dass der Schalter funktionsfähig und sicher bleibt.

• SF6-Schalter:

• Keine späten Durchschläge: SF6-Schalter zeigen kein spätes Durchschlagsverhalten, da das SF6-Gas sich nach dem Stromunterbrechen schnell deionisiert und die Isolationseigenschaften der Lücke wiederherstellt.

4. Leistung beim Schalten induktiver Lasten

• Vakuumschalter:

• Höhere Wiederentzündungsrate: Beim Schalten induktiver Lasten, insbesondere beim Schalten von Parallelreaktoren, neigen Vakuumschalter dazu, eine signifikant höhere Anzahl von wiederholten Wiederentzündungen bei einer Netzfrequenzstromnullstelle zu erfahren. Dies liegt an der schnellen dielektrischen Wiederherstellung, die zu einer Wiederentzündung führen kann, wenn die TRV die Kapazität des Schalters überschreitet.

• Minderungsmaßnahmen: Um dieses Problem zu mildern, können spezielle Maßnahmen wie Vorsteckwiderstände oder Dämpfungsschaltungen eingesetzt werden, um die TRV zu begrenzen und die Wahrscheinlichkeit einer Wiederentzündung zu reduzieren.

• SF6-Schalter:

• Niedrigere Wiederentzündungsrate: SF6-Schalter haben in der Regel eine niedrigere Wiederentzündungsrate in Anwendungen zum Schalten induktiver Lasten. Dies liegt daran, dass die langsamere dielektrische Wiederherstellung von SF6 eine graduellere Aufbau der Isolation ermöglicht und das Risiko einer Wiederentzündung reduziert.

5. Schalten von Kondensatorenbänken

• Vakuumschalter:

• Bedenken bezüglich Vorstrichfunken: Beim Schalten von Kondensatorenbänken müssen Vakuumschalter sehr hohe Einlaufströme vermeiden. Der Vorstrichfunk, der vor dem vollständigen Schließen der Kontakte auftreten kann, kann die dielektrischen Eigenschaften des Kontaktsystems beeinträchtigen und zu potenziellen Ausfällen führen.

• Minderungsmaßnahmen: Um dies zu verhindern, enthalten Vakuumschaltgeräte für das Schalten von Kondensatorenbänken oft Funktionen wie Vorsteckwiderstände oder gesteuerte Schließmechanismen, um den Einlaufstrom zu begrenzen und den Schalter zu schützen.

• SF6-Schalter:

• Bessere Behandlung von Einlaufströmen: SF6-Schalter sind im Allgemeinen besser geeignet für das Schalten von Kondensatorenbänken, da sie höhere Einlaufströme ohne signifikante dielektrische Verschlechterung handhaben können. Dies macht sie zur bevorzugten Wahl für Anwendungen, in denen hohe Einlaufströme erwartet werden.

6. Kontaktsystemdesign

Die Kontaktsysteme von Vakuumschaltern und SF6-Schaltkreisen unterscheiden sich in ihrem Design, um ihren jeweiligen Arbeitsprinzipien gerecht zu werden:

• SF6-Schaltkreis (links):

• Das Kontaktsystem in einem SF6-Schaltkreis ist darauf ausgelegt, mit dem Gasmedium zu arbeiten, das exzellente Bogenlöschungseigenschaften bietet. Die Kontakte sind in der Regel größer und robuster, um die höheren Ströme und Energieabgabe, die mit SF6 verbunden sind, zu bewältigen.

• Vakuumschaltkreis (rechts):

• Das Kontaktsystem in einem Vakuumschaltkreis ist einfacher und kompakter, da die Vakuumumgebung exzellente Isolierung und Bogenlöschungseigenschaften bietet. Die Kontakte bestehen in der Regel aus Materialien wie Kupfer-Wolfram-Legierungen, die hohe Schmelzpunkte und gute Leitfähigkeit aufweisen.

Zusammenfassung

Zusammengefasst leisten Vakuumschalter in Anwendungen mit sehr steilen transitorischen Wiederherstellungsspannungen aufgrund ihrer schnellen dielektrischen Wiederherstellung hervorragende Arbeit, was sie für hohe TRV-Raten überlegen macht. Allerdings können sie beim Schalten induktiver Lasten mehr Wiederentzündungen erfahren und erfordern eine sorgfältige Verwaltung beim Schalten von Kondensatorenbänken, um Vorstrichfunken zu vermeiden. SF6-Schalter bieten hingegen eine konsistentere Leistung in Bezug auf Durchschlagstatistiken und sind besser geeignet, um hohe Einlaufströme zu bewältigen, was sie zur bevorzugten Wahl für das Schalten von Kondensatorenbänken macht. Die Wahl zwischen Vakuumschaltern und SF6-Schaltern hängt von der spezifischen Anwendung und der Art der zu schaltenden Last ab.