Wichtige Punkte in ingenieurwissenschaftlichen Studien zu Hochspannungs-Gasgefüllten Schaltanlagen (GIS)
Wichtige Punkte in ingenieurwissenschaftlichen Studien zu Hochspannungsgasgefüllten Schaltanlagen (GIS)
Ingenieurwissenschaftliche Studien zu Gasgefüllten Schaltanlagen (GIS)
Sobald der Elektroingenieur die vorläufige Konfiguration der GIS definiert und die Daten des Hauptgeräts festgelegt und spezifiziert hat, müssen zusätzliche Studien zu den ingenieurwissenschaftlichen Aspekten sowie zur Logistik der Lieferung und Installation durchgeführt werden.
Die wichtigsten ingenieurwissenschaftlichen Studien sind wie folgt zusammengefasst:
1. Transiente Wiederherstellungsspannungsbedingungen (TRV)
Der Elektroingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller eine TRV-Studie durchführt. Diese Studie soll die schlimmstmögliche Steigerungsrate der Wiederherstellungsspannung (RRRV) und die maximale Spannungsspitze über den Schaltgeräten bewerten, wobei die transiente Reaktion des elektrischen Netzes um die GIS berücksichtigt wird. Die berechneten TRV-Werte müssen mit den in den Prüfberichten der Schaltgeräte garantierten TRV-Werten und den in Industrienormen verfügbaren Standard-TRV-Umhüllungen verglichen werden.
Die TRV, die ein Schaltgerät erfährt, ist die Spannung an seinen Anschlüssen nach dem Stromunterbrechung. Die Form der TRV-Welle wird durch die Eigenschaften des elektrischen Netzes um das Schaltgerät bestimmt. Im Allgemeinen hängt der TRV-Druck auf einem Schaltgerät von der Fehlerposition, der Größe des Fehlerstroms und der Schaltkonfiguration der Schaltanlage ab.
Weil die TRV ein entscheidender Parameter für eine erfolgreiche Stromunterbrechung ist, werden Schaltgeräte in der Regel in einem Labor auf eine standardisierte TRV getestet. Diese standardisierte TRV wird durch einen vierparameterigen Umschlag definiert (zwei Parameter für Schaltgeräte bis 100 kV). Der erste Zeitraum weist eine hohe Steigerungsrate auf, gefolgt von einem späteren Zeitraum mit einer geringeren Steigerungsrate. Die Steigung des ersten Zeitraums des TRV-Umschlags wird als die Steigerungsrate der Wiederherstellungsspannung (RRRV) definiert. In Fällen, in denen die Amplitude des Kurzschlussunterbrechungsstroms extrem niedrig ist, müssen zweiparameterige Umschläge berücksichtigt werden, um den TRV-Druck auf ein Schaltgerät zu bewerten.
Abbildung 1: TRV-Kurve in Hochspannungsschaltgerät
Das Ziel dieser Studie ist es, die schlimmstmögliche RRRV und die maximale Spannungsspitze über den Schaltgeräten innerhalb der GIS basierend auf der transienten Reaktion des elektrischen Netzes um die Schaltanlage zu bewerten.
Für weitere Details zu TRV können Sie diesen Artikel konsultieren.
2. Sehr schnelle Transienten (VFT) Bedingungen
Der Elektroingenieur muss vorschreiben, dass der Hersteller eine VFT-Studie durchführt. In Gasgefüllten Schaltanlagen (GIS) können während der Betätigung von Trennschaltern sehr schnelle Transienten (VFT) mit Oszillationsfrequenzen im MHz-Bereich auftreten. Dies ist aufgrund des raschen Spannungskollapses innerhalb weniger Nanosekunden und der Länge und Koaxialauslegung der GIS bedingt.
In der Nähe des betätigten Trennschalters können Frequenzen über 100 MHz erzeugt werden. An Positionen weiter innen in der GIS können Frequenzen im Bereich von mehreren MHz erwartet werden.
Die Frequenzen und Amplituden der VFT werden durch die Länge und Auslegung der GIS bestimmt. Aufgrund der Wellennatur dieses Phänomens variieren die Spannungen und Frequenzen an verschiedenen Positionen innerhalb der GIS.
Höhe Amplituden treten wahrscheinlich auf, wenn lange Segmente gasgefüllter Busse geschaltet werden und wenn es an der Quelle des Hauptschienenschnittes angezapfte Busse gibt. Wenn die natürlichen Frequenzen der Quelle und des geschalteten Endes des Busses ähnlich sind und die Spannungsdifferenz über dem Trennschalter groß ist, wird während des Öffnens des Trennschalters eine signifikante Spannungsdifferenz vorhanden sein. Im Allgemeinen finden sich die höchsten Amplituden der VFT in offenen GIS-Abschnitten.
Abbildung 2: Beispiel einer VFTO-Welle in einer 750-kV-GIS
Das Ziel dieser Studie ist es, die VFT-Überspannungen innerhalb der GIS zu simulieren, die beim Einschalten von Schaltanlagenabschnitten mit Trennschaltern erzeugt werden. Darüber hinaus sollten VFT-Überspannungen, die durch Schaltvorgänge von Schaltgeräten entstehen, berechnet werden.
3. Isolierkoordinierungsstudien
Der Elektroingenieur muss vorschreiben, dass der Hersteller Isolierkoordinierungsstudien durchführt. Eine solche Studie ist notwendig, um die Lage und Menge der GIS-Metallgehäuse-Spannungswächter zu bestätigen, die für den Schutz der GIS-Ausrüstung, aller verbundenen unterirdischen Kabelkreise und anderer luftisolerter Ausrüstung entscheidend sind.
Die Isolierkoordinierungsstudie untersucht die Überspannungsspannungen, die an der gasgefüllten Schaltanlage, ihren Feldern und Kabeln vorhanden sind. Diese Spannungen werden durch Blitzstöße, die sich der Umspannanlage und den angeschlossenen Leitungen nähern, verursacht. Daher sollten für mehrere spezifizierte Umspannanlagenkonfigurationen, einschließlich der normalen Betriebskonfiguration, die maximalen Spannungsspannungen innerhalb der GIS und an den Feldern, die durch typische Blitzeinschläge (wie ferne Einschläge, direkte Einschläge in Leiter und Einschläge in die letzten Masten von Freileitungen) verursacht werden, simuliert werden.
Das geeignete Isolierkoordinierungsniveau sollte durch einen Vergleich der Isolierpegel der einzelnen Geräte mit den maximalen erwarteten Überspannungsspannungen validiert werden. Dieser Vergleich sollte die maximalen Korrektur- und Sicherheitsfaktoren gemäß Industrienormen berücksichtigen.
4. Thermische Lastberechnungen
Der Elektroingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller thermische Lastberechnungen für alle Geräte und Bauteile in den Hauptstrompfaden anbietet. Diese thermischen Lastberechnungen müssen gemäß der Anlagenlastmethodik des Nutzers und der Regionalen Systembetreibsbehörde durchgeführt werden.
5. Auswirkungen von Ferrorresonanz
Der Elektroingenieur muss vorschreiben, dass eine Studie durchgeführt wird, um festzustellen, ob bei der Ein- und Ausschaltung von Spannungswandlern in der GIS die Möglichkeit einer Ferrorresonanz besteht. Die Studie sollte nicht nur die Schwere des Zustands angeben, sondern auch Maßnahmen zur Minderung, wie z.B. den Einsatz abgestimmter Spulen, empfehlen.
6. GIS-Widerstand und -Kapazität
Der Elektroingenieur sollte verlangen, dass der Hersteller die berechneten und gemessenen Kapazitäts- und Widerstandsdaten für jedes Bauteil in der GIS bereitstellt. Dies beinhaltet, aber nicht beschränkt sich darauf, Dornen, Busleitungen, Schalter und Schaltgeräte.
7. Erdbebenberechnungen
Der Elektroingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller sämtliche Dokumentationen bezüglich der Erdbebendesignprüfungen (wie vom Hersteller in der GIS-Dokumentation spezifiziert) bereitstellt.
8. Elektromagnetische Verträglichkeit
Der Elektroingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller Studien zur Abschirmung und Minderung von Störungen an Steuer-, Schutz-, Diagnose- und Überwachungseinrichtungen durchführt.
9. Bauingenieurwesen
Der Ingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller Dokumentationen für spezielle bauliche Entwürfe bereitstellt, die aufgrund spezifischer Standortbedingungen für die Aufnahme der GIS erforderlich sind.
10. Erdung und Verbindung
Der Elektroingenieur sollte vorschreiben, dass der Hersteller Erdungsstudien gemäß der aktuellen Version des IEEE-Standard 80 durchführt. Der Hersteller muss sicherstellen, dass die Erdung der GIS-Ausrüstung den Nationalen Elektrischen Sicherheitscode C2 und dem IEEE-Standard 80 entspricht.
Alle Studien sollten in formellen Berichten präsentiert und innerhalb des vereinbarten Zeitrahmens nach Vertragserteilung an den Nutzer übermittelt werden. Alle relevanten Dokumente, einschließlich, aber nicht beschränkt auf Berechnungen, Kurven, Annahmen, Diagramme und Computerergebnisse, sollten zur Unterstützung der gezogenen Schlussfolgerungen bereitgestellt werden.
11. Logistikstudien
Abbildung 2 zeigt ein Beispiel für eine VFTO-Kurve in einer 750-kV-GIS (siehe dazu diesen Beitrag).
Abbildung 1 zeigt eine transiente Spannungsrecoveriekurve nach der endgültigen Stromunterbrechung in einem Hochspannungsschaltgerät.
