Forschung zur Anwendung von 10kV-Lastschaltgeräten in Verteilernetzen

Als Frontarbeiter in der Betriebs- und Instandhaltung von Stromnetzen arbeite ich täglich mit Lastschaltern – sie sind die „Wächter“ von Mittelspannungsverteilungssystemen und stellen einen stabilen Stromversorgung für die Nutzer sicher. Mit der rasanten wirtschaftlichen Entwicklung steigt die Nachfrage nach Sicherheit und Zuverlässigkeit des Stromsystems. Mittelspannungsverteilungssysteme sind entscheidend für die Netzstabilität, und Lastschalter (als Schlüsselausrüstung an der Leitung) spielen eine zentrale Rolle. Ihre Hauptfunktionen umfassen: ① Schließen von Lastströmen auf Haupt- und Nebenleitungen während Wartungsarbeiten oder Lastübertragungen; ② Erstellen sichtbarer Trennpunkte zur Sicherheit des Personals bei Leitungswartungen; ③ Unterstützung bei der Erdung für Wartungsarbeiten. Neben ihren Funktionen müssen sie auch einfach zu installieren sein, betriebssicher, wartungsarm und kostengünstig.

Lastschalter sind Schaltgeräte mit einfachen Bögenlöscheinrichtungen. Strukturell müssen sie folgende Anforderungen erfüllen: sichtbare Lücken in der geöffneten Position (was zusätzliche Reihenschalter überflüssig macht); hohe Standfestigkeit bei Schaltvorgängen ohne häufige Wartung der Kontakte/Bögenkammer; und die Fähigkeit, Kurzschlussströme zu schließen (die dynamischen/thermischen Stabilitätsanforderungen erfüllen, auch wenn sie Kurzschlussströme nicht öffnen können).

1. Klassifikation und Vergleich von Lastschaltern
1.1 Klassifikation nach dem Bögenlöschemedium

Lastschalter werden basierend auf den Bögenlöschemedien in fünf Typen unterteilt: Mineralöl, Druckluft, organische gasbildende Materialien, SF₆-Gas und Vakuumlastschalter. Funktional gesehen gibt es allgemeine, spezielle und spezialisierte Anwendungstypen (z.B. motorbetriebene, kondensatorbankgekoppelte, häufig genutzte und Rückwärts-Rückwärts-Schalter).

1.2 Technologische Entwicklung und Vorteile von Vakuumlastschaltern

Mit technologischen Fortschritten werden traditionelle Lastschalter (Mineralöl, Druckluft, gasbildend) zunehmend durch SF₆- und Vakuumlastschalter ersetzt – insbesondere Letztere, die jetzt weit verbreitet sind. Tests zeigen, dass Vakuumschalter in vielen Aspekten überlegen sind:

• Schnelles Bögenlöschen: Vakuumbögen löschen sich beim Stromnullpunkt (durch Metallverdampfung), mit schnellerer Isolationswiederherstellung als in Luft oder SF₆. Ideal für das Schalten leerer Transformator, Kabel und Freileitungen.

• Sicher und sauber: Bögen spritzen nicht, was die Verunreinigung/Schädigung der Gehäusekomponenten verhindert.

• Lange Lebensdauer: Geringere Bögendistanz, niedrigere Bögenspannung und weniger Kontaktverschleiß bedeuten mehr Schaltzyklen und minimale Wartung.

• Effizienter Betrieb: Niedrige Energie zum Schließen für den Betriebsmechanismus, einfache Struktur und einfache Miniaturisierung.

• Stabile Kontaktwiderstände: Keine Oxidation im Vakuum, was langfristig niedrige Kontaktwiderstände gewährleistet.

2. Ein neuer kombinierter Isolationslastschalter
2.1 Grenzen traditioneller Konfigurationen

Konventionelle Lastschalter haben Bögenlöscheinrichtungen, die in Reihe mit dem Hauptschaltkreis geschaltet sind. Ihre dynamische/thermische Stabilität wird durch die Bauweise/Materialien der Bögenkammer begrenzt, was sie für große Kapazitätssysteme ungeeignet macht. Die Kombination mit Abschalteinrichtungen erhöht die Komplexität: umständliche Wartung, langsames Wiederherstellungsvermögen, häufige Wartung und hohe Anschaffungskosten.

2.2 Einführung des Fla15/97 kombinierten Isolationslastschalters

Der Fla15/97 Outdoor-Kombinationsisolationslastschalter löst diese Probleme und wird in europäischen Netzen weit verbreitet eingesetzt.

2.2.1 Hauptfunktionen

Er integriert die Funktionen eines Vakuumlastschalters, einer Abschalteinrichtung und eines Erdungsschalters – ein optimiertes, multifunktionales Gerät, das technisches Leistungspotenzial und Wirtschaftlichkeit ausbalanciert.

2.2.2 Produktmerkmale

• Komplett und fortschrittlich: Die Vakuumbögenkammer handhabt nur das Schalten des Schaltkreises (keine Last- oder Kurzschlussströme in der geschlossenen Position). Schnelle Isolationswiederherstellung, geringer Kontaktverschleiß, lange Lebensdauer, niedriger Kontaktwiderstand und keine Bogenbeschädigung der Hauptschaltkontakte. Kurzer Betriebsweg, kompatibel mit kleinen Aktuatoren.

• Einfache Installation und Wartung: Verriegeltes Zusammenspiel zwischen Vakuumschalter und Abschalteinrichtung ermöglicht einstufiges Öffnen/Schließen und verhindert Fehlschaltungen.

• Geringe Wartung: Einfache Struktur mit einer Lebensdauer der Vakuumbögenkammer von 5.000 Betriebszyklen und anderen Komponenten von 30.000 Betriebszyklen. Der eingebaute Aktuator verwendet patentierte Technologie von Drees aus Deutschland.

2.2.3 Technische Highlights

• Innovativer Schaltkonzept: Seriell-parallel geschaltete Vakuumbögenkammern (Hilfs-Bögenlöscheinrichtung) gewährleisten, dass die Hauptschaltkontakte nicht von Bögen beeinträchtigt werden.

• Eingebauter isolierter Aktuator: Klare Trennung zwischen Hauptschaltkontakten und Hilfsschaltkontakten, mit schnellerer Isolationswiederherstellung nach dem Öffnen.

• Zuverlässige Isolation: Kupfer-Zugbänder halten Isolationsabstände ein.

• Kompakter Betrieb: Kurzer Betriebsweg, kompatibel mit kleinen Aktuatoren.

• Lange elektrische Lebensdauer: Geringer Verschleiß der Hauptschaltkontakte.

3. Fazit

Da die Energiewirtschaft wächst, um dem rasanten wirtschaftlichen Wachstum gerecht zu werden, benötigen Verteilernetze einfache, zuverlässige, sichere und kostengünstige Lösungen. Traditionelle „Leistungsschalter + Abschalteinrichtung“- oder „Falloutsicherung“-Konfigurationen erfüllen diese Anforderungen nur teilweise. Outdoor-Isolationslastschalter (wie der Fla15/97) bieten eine bessere Balance zwischen Funktionalität und Wirtschaftlichkeit.

Daten zeigen, dass Lastschalter in Europa und Amerika zehnmal häufiger als Leistungsschalter in Verteilerleitungen eingesetzt werden. Durch die Integration mit anderen Technologien finden sie auch weite Anwendung in städtischen Verteilernetzen (z.B. Ringhauptverteiler, Kabelzweigleitungen und Kundendienstleitungen).

Für Frontarbeiter wie mich bedeutet die Förderung solcher fortschrittlichen Ausrüstungen nicht nur technische Verbesserungen, sondern auch die Gewährleistung der Netzstabilität, die Reduzierung der Wartungsbelastung und die Bereitstellung zuverlässiger Stromversorgung für die Nutzer. Während Verteilernetze weiterentwickelt werden, werden diese intelligenten, effizienten Lastschalter noch unentbehrlicher.