Die Hauptbestandteile einer luftgedämpften Primär-Mittelspannungs-Schaltanlage und ihre Anwendung

Mittelspannungsschaltanlagen spielen eine entscheidende Rolle im Energieverteilungsprozess in Wechselstromsystemen (AC), indem sie den Stromfluss vom Erzeuger über die Übertragung bis hin zu den Endverbrauchern ermöglichen. Diese wesentliche Ausrüstung wird durch spezifische Standards geregelt, die ihre Spezifikationen, Terminologie, Kennwerte, Entwurfskriterien, Bauweisen und Prüfprotokolle definieren. Für die europäische Region sind diese Richtlinien in den folgenden International Electrotechnical Commission (IEC) Normen detailliert beschrieben:

• IEC 62271-1: Festlegt gemeinsame Spezifikationen für Hochspannungsschaltanlagen und -steuergeräte.

• IEC 62271-200: Fokussiert sich auf metallumhüllte AC-Schaltanlagen und -steuergeräte, die für Nennspannungen von mehr als 1 kV bis einschließlich 52 kV ausgelegt sind.

• IEC 62271-300: Bezieht sich auf gasisolierte, metallumhüllte Schaltanlagen, die für Nennspannungen über 52 kV bestimmt sind.

Während IEC-Normen weltweit anerkannt sind, können Länder wie die Vereinigten Staaten, China und Russland ihren eigenen nationalen Normen folgen. Gemäß Abschnitt 3.5 von IEC 62271-1 werden alle Komponenten der Schaltanlagen und Steuergeräte spezifiziert, was die Montage umfassender Schaltanlagensysteme mit Funktionen ermöglicht, die für Mittelspannungsnetze angepasst sind. Zu diesen Funktionen gehören:

• Effiziente Verteilung von Energie von höherwertigen Übertragungssystemen bis hin zu Verbrauchspunkten.

• Förderung des Schaltens elektrischer Ströme.

• Durchführung von Messungen, die für Schutzmechanismen, Betriebsindikatoren und Abrechnungsprozesse entscheidend sind.

• Sicherung von Lasten und Geräten vor Fehlern.

• Implementierung von Steuer-, Sperr- und Verriegelungsfunktionen gemäß den Bedürfnissen des Netzwerkbetriebs.

• Ermöglichen der Kommunikation zwischen Schaltanlagen und SCADA- oder DCS-Systemen zur verbesserten Überwachung und Steuerung.

• Sicherstellung der Sicherheit von Personal, das in Umspannanlagen arbeitet.

Es gibt eine Vielzahl von Designvarianten, die den IEC-Normen entsprechen, hergestellt von zahlreichen Herstellern. Die IEC-Norm unterscheidet zwischen luftisolierten und gasisolierten Technologien, wobei die Komplexität des Designs je nach Position im Verteilungsnetz und der erforderlichen Ausstattung für Schutz- und Steuerungsschemata variiert. Höher bewertete Schaltanlagen erfordern in der Regel komplexere Schutz- und Steuerungsmaßnahmen.

Die typische Architektur primär luftisolerter Mittelspannungsschaltanlagen (AIS) ist in vier grundlegende Abteilungen organisiert, was einen strukturierten Ansatz zur Erreichung eines effizienten, sicheren und zuverlässigen Betriebs in Mittelspannungsanwendungen widerspiegelt. Diese Konfiguration gewährleistet optimale Leistung und hält strenge Sicherheits- und Betriebsstandards ein.

Grundstruktur der Abteilungen in Mittelspannungsschaltanlagen

Die primäre Struktur, bezeichnet als Abschnitt B in den Abbildungen 1, 2 und 3, besteht aus Metallplatten, die Form, Abmessungen, Steifigkeit und Stabilität der Schaltanlage verleihen. Diese Struktur enthält auch Kupferkomponenten, die für die Energieübertragung und die Verbindung aller Abteilungen und Geräte innerhalb der Schaltanlage unerlässlich sind.

Diese Konstruktion bietet mehrere wichtige Vorteile:

• Metallobased Segregation: Die Struktur sorgt für die Trennung der Abteilungen gemäß den IEC 62271-200-Normen, die verschiedene Zugänglichkeitsgrade definieren. Diese Trennung erhöht die Sicherheit und die Betriebseffizienz.

• Bogenfestigkeit: Neben der metallobasierten Trennung enthält das Design bogenfeste Türen, die zusätzlichen Schutz gegen interne Bogenereignisse bieten und sicherstellen, dass die Schaltanlage Bögen ohne Beeinträchtigung der Sicherheit oder Funktionalität standhält.

Zusammengefasst gibt die primäre Struktur nicht nur der Schaltanlage ihre physische Form und Stärke, sondern integriert auch wesentliche Kupferbauteile für die elektrische Verbindung. Darüber hinaus bietet sie kritische Abteilungsbildung und Bogenbeständigkeit, die strengen Sicherheitsstandards entsprechen und die Gesamtsystemzuverlässigkeit erhöhen. Dieses sorgfältige Design stellt sicher, dass jede Komponente innerhalb der Schaltanlage sicher und effizient arbeitet und zu einem sichereren und zuverlässigeren elektrischen Verteilungsnetz beiträgt.

Schaltanlagenabschnitt für Mittelspannungssicherungen

Der Schaltanlagenabschnitt für Mittelspannungssicherungen, als Abschnitt C in den Abbildungen 1, 2 und 3 gekennzeichnet, beherbergt Mittelspannungsschaltgeräte. Dieser Abschnitt kann mit verschiedenen Arten von Schaltgeräten ausgestattet sein, darunter Lastunterschalter, Kontaktoren, Schaltgeräte und andere. Die grundlegende Rolle dieser Schaltgeräte besteht darin, Standströme und -spannungen sowie Fehlerströme und -spannungen zuverlässig und sicher zu öffnen und zu schließen. In den meisten primären luftisolierten Mittelspannungspaneelen sind Schaltgeräte die bevorzugte Wahl. Heute dominiert die Vakuumschalttechnologie in Mittelspannungsanwendungen aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Effizienz.

Kabelabschnitt der Mittelspannungsschaltanlage

Der Kabelabschnitt, als Abschnitt D in den Abbildungen 1, 2 und 3 gekennzeichnet, beherbergt nicht nur Kabelenden, sondern auch Sensoreinrichtungen. Diese Geräte werden hauptsächlich zum Messen von Phasenströmen, Phasenspannungen, Reststrom und Restspannung verwendet. Die vorherrschende Technologie für Messzwecke ist der Instrumententransformator (IT), der auf dem etablierten induktiven Prinzip für Strom- und Spannungsmessungen basiert. Diese Einrichtung gewährleistet genaue und verlässliche Überwachung innerhalb des Schaltanlagensystems und trägt zur verbesserten Betriebssicherheit und -leistung bei.

Durch diesen strukturierten Ansatz spielt jede Komponente innerhalb der Mittelspannungsschaltanlage eine entscheidende Rolle bei der sicheren, effizienten und zuverlässigen Verteilung von elektrischer Energie.