Wie man einen Hochspannungsschalter auswählt: Schlüsselparameter und Expertenleitfaden

Die Auswahl eines Hochspannungsschalters ist eine entscheidende Aufgabe, die direkt die Sicherheit, Stabilität und den zuverlässigen Betrieb von Stromsystemen beeinflusst. Im Folgenden finden Sie die wesentlichen technischen Spezifikationen und Überlegungen bei der Auswahl von Hochspannungsschaltern – detailliert, umfassend und professionell.

Kernauswahlprozess und wesentliche Überlegungen

I. Grundlegende Parameter, die den Systembedingungen entsprechen (die Grundlage)

Dies ist die grundlegende Anforderung – sie muss vollständig den Eigenschaften des Installationspunkts entsprechen.

• Nennspannung (Uₙ)

• Anforderung: Die Nennspannung des Schalters muss größer oder gleich der maximalen Betriebsspannung an seinem Installationsort sein.

• Beispiel: In einem 10kV-System, bei dem die maximale Betriebsspannung 12kV beträgt, sollte ein Schalter mit einer Nennspannung von 12kV ausgewählt werden.

• Nennstrom (Iₙ)

• Anforderung: Der Nennstrom des Schalters muss größer oder gleich dem maximalen kontinuierlichen Betriebsstrom des Kreises sein.

• Berechnung: Berücksichtigen Sie den normalen Laststrom, die Überlastfähigkeit, potenzielle zukünftige Erweiterungen und fügen Sie einen Sicherheitsabstand hinzu. Vermeiden Sie "zu kleine Schalter für große Lasten" oder übermäßige Investitionen.

• Nennfrequenz (fₙ)

• Muss der Frequenz des Stromsystems entsprechen – in China 50Hz.

II. Kritische Kurzschlussleistungsparameter (der Leistungstest)

Diese Parameter messen die Unterbrechungs- und Schließfähigkeiten des Schalters und müssen basierend auf Kurzschlussberechnungen des Systems ausgewählt werden.

• Nennerwartungsunterbrechungsstrom (Iₖ)

• Definition: Der maximale Effektivwert des Kurzschlussstroms, den der Schalter bei Nennspannung sicher unterbrechen kann.

• Anforderung: Dies ist der wichtigste Parameter. Der Nennerwartungsunterbrechungsstrom des Schalters muss größer oder gleich dem maximalen erwarteten Kurzschlussstrom am Installationspunkt (typischerweise der dreiphasige Kurzschlussstrom, berechnet aus Systemstudien) sein.

• Hinweis: Berücksichtigen Sie das potenzielle Wachstum der Kurzschlusskapazität des Systems während der Lebensdauer des Schalters.

• Nennerwartungsschlussstrom (Iₘᶜ)

• Definition: Der maximale Spitzenkurzschlussstrom, den der Schalter erfolgreich schließen kann.

• Anforderung: Typischerweise 2,5-mal der Effektivwert des Nennerwartungsunterbrechungsstroms (Standardwert). Er muss den maximalen erwarteten Spitzenkurzschlussstrom überschreiten, um die enormen elektrodynamischen Kräfte beim Schließen zu standhalten.

• Nennkurzzeitbelastbarer Strom (Iₖ) / Thermisch belastbarer Strom

• Definition: Der Effektivwert des Kurzschlussstroms, den der Schalter für eine bestimmte Dauer (z.B. 1s, 3s, 4s) standhalten kann.

• Anforderung: Muss größer oder gleich dem erwarteten Effektivwert des Kurzschlussstroms am Installationspunkt sein. Testet die Fähigkeit des Schalters, thermische Auswirkungen von Kurzschlussströmen zu widerstehen.

• Nennspitzenbelastbarer Strom (Iₚₖ) / Dynamisch belastbarer Strom

• Definition: Der Spitzenwert des ersten Zyklus des Kurzschlussstroms, den der Schalter aushalten kann.

• Anforderung: Muss größer oder gleich dem erwarteten Spitzenkurzschlussstrom sein. Testet die mechanische Stärke des Schalters unter elektromagnetischen Kräften während eines Kurzschlusses.

III. Isolierungs- und Umweltschutzanforderungen

• Isoliermedium-Typ (Kern-Technologie-Auswahl)

• Vorteile: Extrem hohe Unterbrechungskapazität, ausgezeichnete Leistung.

• Nachteile: SF₆ ist ein starkes Treibhausgas; erfordert hohe Dichtheit; Leckagerisiko; relativ komplexer Wartungsaufwand.

• Anwendung: Hauptsächlich in Hochspannungs-, Hochleistungssystemen (≥35kV) oder in besonderen Umgebungen (z.B. extrem kalten Regionen).

• Empfehlung: Im Bereich von 10 bis 35kV, es sei denn, es bestehen besondere Anforderungen, bevorzugen Sie Vakuumschalter wegen ihrer Reife und Umweltvorteile.

• Vorteile: Starke Bogenlöschfähigkeit, lange Lebensdauer, kompakte Größe, geringer Wartungsaufwand, kein Explosionsrisiko, umweltfreundlich. Geeignet für häufige Schaltvorgänge (z.B. Lichtbogenschmelzen, Motorschaltung).

• Anwendung: Die heutige Standard- und bevorzugte Wahl für Spannungsebenen von 10 bis 35kV.

• Vakuumschalter (z.B. VS1, ZN63):

• SF₆ (Schwefelhexafluorid)-Schalter:

• Externe Isolierung

• Kriechstrecke: Wählen Sie Isolierkörper und Isolatoren mit ausreichender Kriechstrecke basierend auf dem Verschmutzungsgrad des Standorts (I–IV), um Verschmutzungsfahrverläufe zu verhindern.

• Kondensation: Für Innenschaltgeräte in Umgebungen mit hoher Luftfeuchtigkeit oder großen Temperaturunterschieden, die zur Kondensation neigen, wählen Sie Schalter oder Schaltgeräte mit Heizelementen oder Kondensationsvorrichtungen.

IV. Mechanische Charakteristika und Betriebsmechanismus

• Betriebsmechanismustyp

• Federbetriebener Mechanismus: Am häufigsten verwendet, reifete Technologie, hohe Zuverlässigkeit, keine externe Energiequelle erforderlich. Die bevorzugte Wahl in den meisten Fällen.

• Dauermagnet-Antrieb (PMA): Weniger Teile, einfacher Aufbau, theoretisch höhere Zuverlässigkeit und schnellere Betriebsführung. Allerdings schwierig zu reparieren, wenn er defekt ist – meist muss er komplett ersetzt werden.

• Elektromagnetischer Betriebsmechanismus: In älteren Modellen verwendet; erfordert hochleistungsfähige Gleichstromversorgung und hohen Schlussstrom; wird allmählich ausgemustert.

• Mechanische und elektrische Belastbarkeit

• Mechanische Belastbarkeit: Zahl der Öffnen-Schließen-Operationen ohne Strom (typischerweise 10.000–30.000+ Zyklen).

• Elektrische Belastbarkeit: Zahl der normalen Unterbrechungen bei Nennstrom (z.B. Klasse E2: 10.000 Operationen; Klasse C2: 100 Kurzschlussunterbrechungen). Für Anwendungen, die häufiges Schalten von Kondensatorbanken, Drosseln oder Motoren erfordern, wählen Sie Schalter mit hoher elektrischer Belastbarkeit.

• Unterbrechungszeit und Schließen-Öffnen-Zeit

• Für Systeme, die eine Koordination mit Relais-Schutz oder schnelle automatische Wiederzuschaltung erfordern, achten Sie auf die Gesamtunterbrechungszeit des Schalters (von der Initiierung des Abschaltsignals bis zur Bogenlöschung).

V. Sekundäre Steuerung und Hilfsfunktionen

• Steuerspannung: Muss dem Gleichstromsystem der Umspannanlage entsprechen (üblicherweise DC 110V oder DC 220V).

• Hilfskontakte: Die Anzahl muss den Anforderungen für Messung, Signalgebung und Verriegelung entsprechen.

• Verriegelungsfunktionen: Müssen zuverlässige Pumpenkreise, Schließen-/Abschaltverriegelungen usw. enthalten, um die Sicherheit zu gewährleisten.

• Intelligente Schnittstelle: Moderne Schalter beinhalten oft intelligente Steuergeräte, die elektrische Parametervemessung, Fehleraufzeichnung, Zustandsüberwachung und Unterstützung für Kommunikationsprotokolle (z.B. IEC 61850) bieten, was die Integration in integrierte Automatisierungssysteme erleichtert.

VI. Installation, Umgebung und Marke/Wartung

• Installationsart: Fest oder ziehbar (Schubladentyp)? Muss dem Schaltgerätetyp und -aufbau entsprechen.

• Umgebungsbedingungen: Berücksichtigen Sie Höhenlage, Umgebungstemperatur, Luftfeuchtigkeit. Bei hohen Höhen müssen die Schalterdaten heruntergestuft werden.

• Marke und Nachverkaufs-Service: Wählen Sie renommierte Marken mit bewiesener Qualität und berücksichtigen Sie die Verfügbarkeit von Ersatzteilen, technischer Unterstützung und Nachverkaufs-Service.

VII. Zusammenfassung: Auswahl-Checkliste

• Bestätigen Sie die Systemparameter: Systemspannung, Frequenz, maximaler Betriebsstrom.

• Berechnen Sie den Kurzschlussstrom: Ermitteln Sie den erwarteten Effektiv- und Spitzenkurzschlussstrom am Installationspunkt (durch die Stromsystemplanung bereitgestellt).

• Passen Sie die Schalterfähigkeiten an: stellen Sie sicher, dass der Nennerwartungsunterbrechungsstrom, der Nennerwartungsschlussstrom und die dynamischen/thermischen Belastbarkeitsströme alle höher als die berechneten Werte sind.

• Wählen Sie den Typ: bevorzugen Sie Vakuumschalter für 10–35kV; bestätigen Sie den Betriebsmechanismus (Federmechanismus bevorzugt).

• Überprüfen Sie die externe Isolierung: bestätigen Sie die Kriechstrecke basierend auf dem Verschmutzungsgrad.

• Berücksichtigen Sie besondere Anforderungen: häufige Betriebsvorgänge? Intelligente Schnittstelle? Besondere Umgebungsbedingungen?

• Marke und Inbetriebnahme: wählen Sie vertrauenswürdige Marken; bei der Abnahme konzentrieren Sie sich auf die Fabrikprüfberichte (insbesondere Hauptkreiswiderstand und mechanische Charakteristika).

Indem Sie diese Schritte befolgen, können Sie einen sicheren, geeigneten und zuverlässigen Hochspannungsschalter für Ihr System auswählen. Für kritische Anwendungen wird dringend empfohlen, die Auswahl gemeinsam mit professionellen Elektroingenieuren oder Planungsinstituten zu prüfen und abzuschließen.