Hochspannungsschaltgeräte

Das Stromsystem befasst sich mit Spannungen über 36 kV, was als Hochspannungsschaltanlage bezeichnet wird. Da die Spannungsebene hoch ist, ist auch der während des Schaltvorgangs erzeugte Bogen sehr stark. Daher müssen bei der Konstruktion von Hochspannungsschaltanlagen besondere Vorsichtsmaßnahmen getroffen werden. Der Hochspannungs-Stromkreisbrecher ist das Hauptelement der Hochspannungsschaltanlage, daher sollte der Hochspannungs-Stromkreisbrecher (SBB) spezielle Merkmale für eine sichere und zuverlässige Funktion aufweisen. Fehlfunktionen und Schaltvorgänge an Hochspannungsschaltkreisen sind sehr selten. In den meisten Fällen bleiben diese Schaltkreise in ON-Position und können nach langer Zeit wieder betrieben werden. Daher müssen die SBBs ausreichend zuverlässig sein, um eine sichere Betriebsweise zu gewährleisten, wenn dies erforderlich ist. Die Technologie der Hochspannungs-Stromkreisbrecher hat sich in den letzten 15 Jahren radikal verändert. Minimalöl-Stromkreisbrecher (MOSB), Luftstrahl-Stromkreisbrecher und SF6-Stromkreisbrecher werden hauptsächlich für Hochspannungsschaltanlagen verwendet.

Vakuumschalter werden für diesen Zweck selten verwendet, da die Vakuumtechnik bis heute nicht ausreicht, um sehr hohe Kurzschlussströme in Hochspannungssystemen zu unterbrechen. Es gibt zwei Arten von SF6-Stromkreisbrechern, dem Ein-Druck-SF6-Stromkreisbrecher und dem Zwei-Druck-SF6-Stromkreisbrecher. Das Ein-Druck-System ist der Stand der Technik für Hochspannungsschaltanlagensysteme zurzeit. Heutzutage wird SF6-Gas als Bogenlöschmedium am häufigsten in Hoch- und Extra-Hochspannungs-elektrischen Energieversorgungssystemen eingesetzt. Obwohl SF6-Gas zum Treibhauseffekt beiträgt, hat es einen 23-mal stärkeren Einfluss auf den Treibhauseffekt als CO2. Daher muss das Auslaufen von SF6-Gas während des Lebensdauer des Schalters verhindert werden. Um die Emission von SF6-Gas zu minimieren, könnten in Zukunft N2 – SF6- und CF4 – SF6-Gasgemische in Schaltern als Ersatz für reines SF6 verwendet werden. Es muss immer darauf geachtet werden, dass kein SF6-Gas in die Atmosphäre gelangt, während der Wartung des SBB.

Andererseits hat der SF6-Stromkreisbrecher den großen Vorteil einer geringen Wartungsbedarf.
Hochspannungsschaltanlagen werden wie folgt kategorisiert,

1. Gasgefüllte Innenanlagen (GIS),

2. Luftgefüllte Außenanlagen.

Wiederum werden luftgefüllte Außenanlagen wie folgt klassifiziert,

1. Totbecken-Schalter

2. Lebendbecken-Schalter

Bei einem Totbecken-Schalter befindet sich das Schaltgerät (Versammlung der Unterbrecher) mit geeigneten Isolatoren innerhalb eines metallischen Behälters (oder mehrerer Behälter) mit Erdpotential, gefüllt mit Isoliermedium. Bei einem Lebendbecken-Schalter befindet sich das Schaltgerät (Versammlung der Unterbrecher) auf isolierten Büschlingen, im Systempotential. Lebendbecken-Schalter sind günstiger und benötigen weniger Montageplatz.

Es gibt hauptsächlich drei Arten von Stromkreisbrechern, wie wir bereits erwähnt haben, die in Hochspannungsschaltanlagensystemen verwendet werden, nämlich Luftstrahl-Stromkreisbrecher, SF6-Stromkreisbrecher, Öl-Stromkreisbrecher und Vakuumschalter, wobei letztere selten verwendet werden.

Luftstrahl-Stromkreisbrecher

In diesem Design wird ein Stoß von hochdruckigem komprimiertem Luft verwendet, um den Bogen zwischen zwei trennenden Kontakten zu löschen, wenn die Ionisation des Bogensäulen am geringsten ist, wenn der Strom Null ist.

Öl-Stromkreisbrecher

Dies wird weiter unterteilt in Großöl-Stromkreisbrecher (GÖSB) und Minimalöl-Stromkreisbrecher (MÖSB). Beim GÖSB befindet sich die Unterbrechereinheit innerhalb eines Öltanks mit Erdpotential. Hier wird Öl sowohl als Isolier- als auch als Unterbrechungsmedium verwendet. Beim MÖSB hingegen kann der Bedarf an Isolieröl durch die Platzierung der Unterbrechereinheiten in einem Isolierbehälter mit lebendem Potential auf einem Isolatorpfosten minimiert werden.

SF6 Stromkreisbrecher

SF6-Gas wird heute weit verbreitet als Bogenschutzmittel in Hochspannungsanwendungen verwendet. Schwefelhexafluoridgas ist ein hoch elektronegatives Gas mit ausgezeichneten dielektrischen und Bogenschutz-Eigenschaften. Die hohen Dielektrizitäts- und Isolationseigenschaften von SF6 ermöglichen es, Hochspannungs-Stromkreisbrecher mit kleineren Gesamtmaßen und kürzeren Kontaktabständen zu konstruieren. Die ausgezeichnete Isolationseigenschaft hilft, Innenanlagen in Hochspannungssystemen zu entwerfen und zu bauen.

Vakuumschalter

Im Vakuum findet keine weitere Ionisation zwischen zwei getrennten stromführenden Kontakten statt, nachdem der Strom Null ist. Der anfängliche Bogen, der durch ihn verursacht wird, stirbt sobald der nächste Nullpunkt erreicht wird, aber da es keine Möglichkeit für weitere Ionisation gibt, sobald der Strom seinen ersten Nullpunkt überschritten hat, ist die Bogenschutz abgeschlossen. Obwohl die Bogenschutzmethode in einem Vakuumschalter (VSB) sehr schnell ist, ist es bislang keine geeignete Lösung für Hochspannungsschaltanlagen, da ein VSB für sehr hohe Spannungspegel überhaupt nicht wirtschaftlich ist.

Wesentliche Merkmale des Hochspannungs-Stromkreisbrechers

Die wesentlichen Merkmale, die in Hochspannungs-Stromkreisbrechern bereitgestellt werden müssen, um eine sichere und zuverlässige Betriebsweise zu gewährleisten, müssen die in Hochspannungsschaltanlagen verwendeten Schalter fähig sein, sicher für die folgenden Fälle zu arbeiten,

1. Endfehler.

2. Kurzschlussfehler in kurzen Leitungen.

3. Transformator oder Drosselspulen-Magnetisierungsstrom.

4. Energisierung langer Übertragungsleitungen.

5. Aufladung Kondensatorbank.

6. Schalten von Phasenverschiebung.

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