De belangrijkste onderdelen van een luchtgeïsoleerde primaire middenspanningskast en hun toepassing

Middenspannings schakelkasten spelen een cruciale rol in het energiedistributieproces binnen wisselstroom (AC) systemen, waardoor de stroom van generatie via transmissie naar eindgebruikers kan vloeien. Deze essentiële apparatuur wordt geregeld door specifieke normen die de specificaties, terminologie, classificaties, ontwerpcriteria, bouwpraktijken en testprotocollen definiëren. Voor de Europese regio staan deze richtlijnen gedetailleerd in de volgende International Electrotechnical Commission (IEC) normen:

• IEC 62271-1: Stelt gemeenschappelijke specificaties vast voor hoogspanningsschakel- en besturingstoestellen.

• IEC 62271-200: Richt zich op metalen ingesloten AC-schakel- en besturingstoestellen ontworpen voor genoemde spanningen boven 1 kV tot en met 52 kV.

• IEC 62271-300: Behandelt gasgeïsoleerde metalen ingesloten schakel- en besturingstoestellen bedoeld voor genoemde spanningen boven 52 kV.

Hoewel IEC-normen wereldwijd erkend zijn, kunnen landen zoals de Verenigde Staten, China en Rusland hun eigen nationale normen hanteren. Volgens artikel 3.5 van IEC 62271-1 worden alle componenten van schakel- en besturingstoestellen gespecificeerd, waardoor het mogelijk is om complete schakelsystemen samen te stellen met functionaliteiten die aangepast zijn aan middenspanningsnetwerken. Deze functies omvatten:

• Efficiënte distributie van energie van hogere niveaus van transmissiesystemen naar consumptiepunten.

• Het schakelen van elektrische stromen.

• Het uitvoeren van metingen die cruciaal zijn voor beschermingsmechanismen, operationele indicatoren en factureringsprocessen.

• Het beschermen van belastingen en apparatuur tegen fouten.

• Het implementeren van controle-, blokkering- en interlockfuncties volgens de behoeften van netwerkoperaties.

• Het mogelijk maken van communicatie tussen schakelkasten en SCADA of DCS-systemen voor verbeterd monitoren en controleren.

• Het waarborgen van de veiligheid van personeel dat werkt in onderstations.

Er zijn verschillende ontwerpen verkrijgbaar die voldoen aan IEC-normen, geproduceerd door talloze fabrikanten. De IEC-norm onderscheidt tussen luchtgeïsoleerde en gasgeïsoleerde technologieën, waarbij de complexiteit van het ontwerp varieert afhankelijk van de positie van het systeem in het distributienetwerk en de vereiste sofisticatie voor bescherming en besturing. Hoogerrate schakelkasten vereisen meestal meer complexe beschermings- en besturingsmaatregelen.

De typische architectuur van primaire luchtgeïsoleerde middenspanningsschakelkasten (AIS) is georganiseerd in vier fundamentele compartimenten, wat een gestructureerde benadering weerspiegelt om efficiënt, veilig en betrouwbaar te functioneren in middenspanningsapplicaties. Deze configuratie zorgt voor optimale prestaties terwijl strikte veiligheids- en operationele normen worden nageleefd.

Basisstructuur van Middenspanningsschakelkast Compartiment

De primaire structuur, aangeduid als sectie B in figuren 1, 2 en 3, bestaat uit metalen platen die vorm, afmetingen, stijfheid en robuustheid aan de schakelkast geven. Deze structuur bevat ook koperen componenten die cruciaal zijn voor energietransmissie en voor het verbinden van alle compartimenten en apparatuur binnen de schakelkast.

Dit ontwerp biedt verschillende belangrijke voordelen:

• Metalen Segregatie: De structuur zorgt voor scheiding tussen compartimenten volgens IEC 62271-200 normen, die verschillende niveaus van toegankelijkheid definiëren. Deze segregatie verhoogt de veiligheid en operationele efficiëntie.

• Boogbestendigheid: Naast de metalen segregatie, bevat het ontwerp boogbestendige deuren die extra bescherming bieden tegen interne booggebeurtenissen, waardoor de schakelkast in staat is om bogen te weerstaan zonder de veiligheid of functionaliteit te compromitteren.

Samenvattend geeft de primaire structuur de schakelkast niet alleen haar fysieke vorm en sterkte, maar integreert ook essentiële koperen delen voor elektrische connectiviteit. Daarnaast biedt het cruciale compartimentalisatie en boogbestendigheid, conform strenge veiligheidsnormen, en verhoogt het de algehele systeembetrouwbaarheid. Dit zorgvuldige ontwerp zorgt ervoor dat elk component binnen de schakelkast veilig en efficiënt functioneert, bijdraagt aan een veiliger en betrouwbaarder elektrisch distributienetwerk.

Middenspanningsschakelkast Circuitbreker Compartiment

Het circuitbrekercompartiment, aangeduid als sectie C in figuren 1, 2 en 3, huisvest middenspannings (MV) schakelapparatuur. Dit compartiment kan uitgerust zijn met verschillende types schakelapparatuur, waaronder laadverbrekers, contactors, circuitbrekers en andere. De fundamentele rol van deze schakelapparatuur is om standaardstromen en -spanningen, evenals foutstromen en -spanningen, betrouwbaar en veilig te openen en te sluiten. In de meeste primaire luchtgeïsoleerde MV panelen zijn circuitbrekers de voorkeur. Tegenwoordig domineert vacuümonderbrekende technologie voor middenspanningsapplicaties vanwege de betrouwbaarheid en efficiëntie.

Middenspanningsschakelkast Kabel Compartiment

Het kabelcompartiment, aangeduid als sectie D in figuren 1, 2 en 3, huisvest niet alleen kabelterminaties, maar bevat ook meetapparatuur. Deze apparatuur wordt voornamelijk gebruikt voor het meten van fasestromen, fase-spanningen, reststromen en restspanningen. De overheersende technologie die wordt gebruikt voor meetdoeleinden is de instrumenttransformator (IT), die werkt op het gevestigde inductieve principe voor zowel stroom- als spanningsmetingen. Deze setup zorgt voor nauwkeurig en betrouwbaar monitoren binnen het schakelsysteem, waardoor de operationele veiligheid en prestaties worden verhoogd.

Door deze gestructureerde aanpak speelt elk component binnen de middenspanningsschakelkast een cruciale rol in het waarborgen van de veilige, efficiënte en betrouwbare distributie van elektrische energie.