Wie Vakuumtechnologie SF6 in modernen Ringverteilern ersetzt

Ringkabelschaltanlagen (RMUs) werden in der Sekundärverteilung eingesetzt und verbinden direkt Endverbraucher wie Wohngebiete, Baustellen, Gewerbegebäude, Autobahnen usw.

In einer Wohngebiets-Unterstation führt die RMU eine mittlere Spannung von 12 kV ein, die dann über Transformator zu einer Niederspannung von 380 V heruntergestuft wird. Die Niederspannungs-Schaltanlage verteilt die elektrische Energie an verschiedene Verbrauchseinheiten. Für einen 1250 kVA-Verteiltransformator in einem Wohngebiet wird für die Mittelspannungs-Ringkabelschaltanlage in der Regel eine Konfiguration mit zwei Eingangsleitungen und einer Ausgangsleitung oder zwei Eingangsleitungen mit mehreren Ausgangsleitungen verwendet, wobei jede Ausgangsleitung an einen Transformator angeschlossen ist. Für einen 1250 kVA-Transformator beträgt der Strom auf der Seite der 12 kV-Ringkabelschaltanlage 60 A. Eine kombinierte Schutz- und Lastunterschaltungseinheit (FR-Einheit), bestehend aus einer Lastunterbrechungsschalter und einem Sicherungselement, wird verwendet. Es wird eine 100 A-Sicherung eingesetzt, wobei der Lastunterbrechungsschalter den Transformator einschaltet oder ausschaltet und die Sicherung Kurzschluss-Schutz für den Transformator bietet. Der 1250 kVA-Transformator gibt einen Niederspannungsstrom von 380 V mit 2500 A ab, der über standardisierte Niederspannungs-Schaltanlagen des State Grid verteilt wird.

SF6-Gas-isolierte Ringkabelschaltanlagen sind kompakt, und das gemeinsame Behälterdesign ist noch kleiner und kostengünstiger. Dank der ausgezeichneten Isolier- und Bogenlösch-Eigenschaften des SF6-Gases verwenden die Lastunterbrechungsschalter im Schaltgerät SF6-Gas zur Bogenlöschung und können sowohl Isolations- als auch aktive Lastströme bis zu 630 A unterbrechen.

Für umweltfreundliche gasisolierte Ringkabelschaltanlagen, da es an einem umweltfreundlichen Gas, das in Bezug auf Isolation und Bogenlöschung dem SF6 entspricht, mangelt, und da Trennschalter keinen Laststrom unterbrechen können, wird häufig eine Kombination aus Trennschalter und Vakuum-Lastunterbrechungsschalter verwendet, um die Funktion zu erfüllen, die früher nur einen Schalter benötigte.

Die obere Reihe im folgenden Bild zeigt das Primärschaltbild einer herkömmlichen SF6-Ringkabelschaltanlage, während die untere Reihe das Primärschaltbild einer umweltfreundlichen gasisolierten Ringkabelschaltanlage zeigt.

Es ist ersichtlich, dass für den F-Typ-Schrank mit Ring-in- und Ring-out-Lastunterbrechungsschaltern Isolation plus ein Vakuumschalter erforderlich ist; für den FR-Schrank des Transformatorausgangs ist Isolation plus ein Vakuumschalter plus eine Sicherung ebenfalls nötig, was die Schaltkonfiguration komplexer macht.

Die elektrischen Parameter des Lastunterbrechungsschalters der Ringkabelschaltanlage lauten wie folgt:
• Nennstrom: 630 A
• Nennkurzzeitdurchhaltestrom: 20/4 (25/4*) kA/4 s
• Nennkurzschlußschließstrom: 50 (63*) kA
• Mechanische Haltbarkeit des Lastunterbrechungsschalters: Klasse M1, 5000 Betriebszyklen
• Mechanische Haltbarkeit des Erdungsschalters: Klasse M1, 3000 Betriebszyklen
• Elektrische Haltbarkeit des Lastunterbrechungsschalters: Klasse E3, 200 Betriebszyklen

Daher hat Schneider eine parallele Vakuum-Bogenlöschmethode eingeführt, d.h. die Installation eines Vakuumschützers parallel zum Schalter. Während des Öffnungsprozesses wird die bewegliche Kontaktverbindung des Vakuumschützers synchron getrieben, so dass der Bogen in den Vakuumschützer transferiert und gelöscht wird.

Nach der Bogenlöschung kehren die Kontakte des Vakuumschützers in die geschlossene Position zurück, und während des anschließenden Schließvorgangs des Schalters wird der Vakuumschützer nicht aktiviert.

Diese Konstruktion erfordert nur ein Antriebsmechanismus, im Vergleich zu den beiden separaten Strukturen eines Trennschalters und eines Vakuumschalters, was zu einem kleineren Format und niedrigeren Kosten führt. Im Vergleich zu zwei unabhängigen Schaltern stellt jedoch der parallele Schaltmechanismus höhere Anforderungen an Design, Fertigungsprozess und Zuverlässigkeit, um eine genaue Schaltfunktion sicherzustellen.

Diese Art von parallelem Vakuumschützer-Lastunterbrechungsschalter kommt in verschiedenen Strukturfürmen vor, aber das zugrunde liegende Prinzip ist dasselbe.

Ein miniaturisierter Vakuumschützer wird mit den Hauptkontakten des Schalters integriert und dient nur dazu, kleine Ströme bis zu 630 A zu unterbrechen.

In Übereinstimmung mit den "Dual Carbon"-Zielen repräsentieren umweltfreundliche gasisolierte Schaltanlagen eine unvermeidliche Entwicklung. Ohne technologische Fortschritte führt das bloße Aufhäufen von Komponenten zu erhöhtem Material- und Ressourcenverbrauch, höheren Verlusten und behindert eine nachhaltige Entwicklung. Neben der Erforschung neuer Alternativgase und Bogenlöschmethoden ist die Suche nach Lösungen, die Mechanismen vereinfachen, den Betrieb erleichtern und die Zuverlässigkeit verbessern, ein gangbarer Weg für fortschrittliche Hersteller und Produkte. Kunden sollten auch technologisch fortschrittliche Alternative wählen, um die Dual-Carbon-Ziele schneller zu erreichen.