Entwurf und Anwendung von Hochspannungswiederzuschaltern: Fokus auf 20kV-Systeme in Indonesien und Vietnam

1. Einführung

In der modernen Stromnetzinfrastruktur spielen Hochspannungswiederanlauter eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Zuverlässigkeit und Effizienz der Stromversorgung. Dies ist insbesondere in Regionen wie Indonesien, das ein großes und komplexes Stromverteilungsnetz über zahlreiche Inseln verfügt, und Vietnam, mit seinen sich entwickelnden Küstenstromsystemen, von großer Bedeutung. Die Spannungsebene von 20kV, die im mittleren Hochspannungsbereich liegt, wird aufgrund ihrer Vorteile in Bezug auf die Effizienz der Stromübertragung und Kosteneffektivität in städtischen Netzen, Industriestromversorgungen und bestimmten Hochspannungsoberleitungen weit verbreitet eingesetzt.

2. Funktion und Bedeutung von Hochspannungswiederanlautern

Ein Hochspannungswiederanlauter ist ein intelligenter Schaltgerät, das in der Automatisierung von Stromverteilungsnetzen verwendet wird. Es hat die „eigenständige“ Fähigkeit, Fehlerströme zu erkennen, sie innerhalb einer vorgegebenen Zeit zu unterbrechen und eine bestimmte Anzahl von Wiederanlaufversuchen durchzuführen. Wenn in der Leitung ein Kurzschlussfehler auftritt, schaltet der Wiederanlauter gemäß einer vorgegebenen Sequenz und Zeitintervalle ab und wieder an. Im Falle eines dauerhaften Fehlers, nachdem die vorbestimmte Betriebssequenz abgeschlossen und der Wiederanlauf fehlgeschlagen ist, bleibt er im offenen Zustand gesperrt, um den defekten Abschnitt zu isolieren. Nach Behebung des Fehlers ist in der Regel eine manuelle Rücksetzung erforderlich, um die Sperre aufzuheben. Bei flüchtigen Fehlern werden die nachfolgenden Öffnungs- und Schließvorgänge sobald ein Wiederanlauf erfolgreich war, beendet und nach einer bestimmten Verzögerung kehrt er in den ursprünglichen eingestellten Zustand zurück, um auf den nächsten potenziellen Fehler vorbereitet zu sein.

In Indonesien, mit seinem großflächigen Stromnetz, sind Hochspannungswiederanlauter unerlässlich, um nach Fehlern schnell die Stromversorgung wiederherzustellen, die Ausfallzeit zu reduzieren und die Gesamtzuverlässigkeit der Stromversorgung zu verbessern. Ähnlich helfen in Vietnams Küstengebieten, wo Umweltfaktoren wie Luftfeuchtigkeit und Salznebel für das Stromnetz herausfordernd sein können, Wiederanlauter, die stabile Stromversorgung aufrechtzuerhalten.

3. Entwurfsüberlegungen für 20kV-Hochspannungswiederanlauter
3.1 Elektrische Leistungsentwicklung
3.1.1 Nennspannung und -strom

Für 20kV-Wiederanlauter ist die Nennspannung so ausgelegt, dass sie 20kV beträgt, um der Netzspannungsebene zu entsprechen. Der Nennstrom muss basierend auf dem tatsächlichen Laststrom im Abschnitt des Stromnetzes bestimmt werden, in dem es installiert ist. In Industriegebieten Indonesiens oder Vietnams mit hochleistenden Geräten kann ein Wiederanlauter mit höherem Nennstrom erforderlich sein, um unter schweren Lastbedingungen einen normalen Betrieb sicherzustellen.

3.1.2 Fehlerunterbrechungskapazität

Der Wiederanlauter muss eine ausreichende Fehlerunterbrechungskapazität haben, um große Kurzschlussströme zu unterbrechen. In einem 20kV-System können Kurzschlussströme mehrere Kilokampere erreichen. Der Entwurf sollte die schlimmstmöglichen Kurzschlussfälle im lokalen Stromnetz berücksichtigen, wie z.B. Drei-Phasen-Kurzschlüsse in der Nähe der Stromquelle. So kann in einem typischen 20kV-Industrieverteilungsnetz in Indonesien der Kurzschlussstrom etwa 20-30kA betragen, weshalb der Wiederanlauter sicher und zuverlässig solche Ströme unterbrechen sollte.

3.2 Mechanischer Entwurf
3.2.1 Betriebsmechanismus

Der Betriebsmechanismus des Wiederanlauters sollte sehr zuverlässig sein und häufigen Betriebsvorgängen standhalten. Feder- oder Permanentmagnettypen von Betriebsmechanismen werden häufig verwendet. In den harten Umweltbedingungen der Küstengebiete Vietnams könnte ein gut versiegelter und korrosionsbeständiger Permanentmagnetbetriebsmechanismus bevorzugt werden. Er kann auch in Gegenwart von Salznebel und hoher Luftfeuchtigkeit stabile Betriebsweise sicherstellen und das Risiko mechanischer Ausfälle aufgrund von Korrosion reduzieren.

3.2.2 Kontaktsystem

Das Kontaktsystem des Wiederanlauters ist entscheidend für seine Leistung. Es werden hochwertige Kontaktmaterialien mit guter elektrischer Leitfähigkeit und arcbeständigen Eigenschaften ausgewählt. Für 20kV-Wiederanlauter werden oft Materialien wie Kupfer-Wolfram-Legierungen verwendet. Das Kontaktdesign sollte eine gute Kontaktdruckkraft sicherstellen, um den Kontaktwiderstand zu minimieren und Überhitzungen während des normalen Betriebs zu verhindern. Darüber hinaus sollte das Kontaktsystem in der Lage sein, die bei Fehlerunterbrechungen entstehenden hochenergetischen Bögen zu widerstehen und eine lange Lebensdauer aufweisen.

3.3 Isolationsentwurf
3.3.1 Isolationsmaterialien

Bei 20kV-Wiederanlautern werden geeignete Isolationsmaterialien basierend auf der Betriebsumgebung ausgewählt. In Indonesiens tropischem Klima mit hoher Luftfeuchtigkeit werden Materialien mit ausgezeichneten feuchterbeständigen Isolationseigenschaften, wie Epoxidharz, weit verbreitet eingesetzt. Epoxidharz-basierte Isolation kann effektiv vor elektrischen Durchschlägen durch Feuchtigkeitsaufnahme schützen. In Vietnams Küstengebieten, unter Berücksichtigung des zusätzlichen Faktors Salznebel, können spezielle salznebelbeständige Isolierbeschichtungen auf die Isolationsmaterialien aufgebracht werden, um deren Isolationsleistung weiter zu verbessern.

3.3.2 Isolationsstruktur

Die Isolationsstruktur des Wiederanlauters ist so ausgelegt, dass sie ausreichende elektrische Isolationsabstände bietet und die Nennspannung und transiente Überspannungen aushalten kann. Zum Beispiel sollte das Design der Isolation zwischen den lebenden Teilen und den geerdeten Teilen den relevanten internationalen und nationalen Standards entsprechen. In Indonesien sollte das Wiederanlauterdesign den Anforderungen des SNI 04-0225-Standards entsprechen, der die Mindestisolationsabstände und die Standfestigkeit gegen Hochspannungselektrisches Gerät vorschreibt.

4. Normenkonformität: IEC 60068-2-52 und SNI 04-0225
4.1 IEC 60068-2-52

Die IEC 60068-2-52-Norm ist für Wiederanlauter in Bezug auf Umweltprüfungen relevant. Im Kontext der Küstengebiete Vietnams müssen Wiederanlauter den Anforderungen dieser Norm bezüglich der Beständigkeit gegenüber Salznebelkorrosion entsprechen. Diese Norm legt spezifische Prüfmethoden und Annahmekriterien für Geräte fest, die Salznebel-Umgebungen ausgesetzt sind. So müssen Wiederanlauter eine bestimmte Zeitspanne lang Salznebelsprühprüfungen durchlaufen, und nach der Prüfung sollten ihre elektrischen und mechanischen Leistungen den angegebenen Anforderungen weiterhin entsprechen. Die Einhaltung dieser Norm stellt sicher, dass die Wiederanlauter in der harten Küstenumgebung Vietnams zuverlässig arbeiten können.

4.2 SNI 04-0225

In Indonesien ist der SNI 04-0225-Standard von großer Bedeutung für Hochspannungselektrisches Gerät, einschließlich Wiederanlautern. Diese Norm umfasst Aspekte wie elektrische Sicherheit, Isolationsanforderungen und mechanische Leistung. Wiederanlauter, die für den indonesischen Markt entwickelt werden, müssen den in dieser Norm vorgeschriebenen Spannungsfestigkeitsprüfungen entsprechen. So sollte die Isolation des Wiederanlauters in der Lage sein, die angegebenen Wechsel- und Gleichspannungsprüfungen ohne Durchschlag zu bestehen, um die Sicherheit von Personen und Geräten im Stromnetz zu gewährleisten.

5. Besondere Anforderungen an Wiederanlauter in Indonesien und Vietnam

5.1 Indonesien
5.1.1 Inselbasiertes Stromnetz

Das Stromnetz in Indonesien zeichnet sich durch seine weite Ausdehnung über zahlreiche Inseln aus. Wiederanlauter müssen für einfache Installation und Wartung in abgelegenen Inselgebieten konzipiert sein. Kleine, selbstständig operierende und steuerbare Wiederanlauter werden bevorzugt. Diese Wiederanlauter können leicht auf Inseln transportiert und auf Masten oder in kleinen Umspannwerken installiert werden. Zudem, aufgrund der oft begrenzten Stromversorgungskapazität auf einigen Inseln, sollten Wiederanlauter in der Lage sein, mit relativ niedrig leistungsfähigen Hilfsstromquellen effizient zu arbeiten.

5.1.2 Tropisches Klima

Das tropische Klima in Indonesien mit hohen Temperaturen und Luftfeuchtigkeit im ganzen Jahr stellt Herausforderungen an die Leistung von Wiederanlautern. Das Wiederanlauterdesign sollte wirksame Wärmeableitungsmaßnahmen beinhalten. Zum Beispiel, indem Wärmeleitende Materialien in der Gehäuse und angemessene Lüftungskanäle zum Verhindern des Überhitzens der internen Komponenten verwendet werden. Darüber hinaus sollte die Auswahl der Materialien ihre Beständigkeit gegen feuchtigkeitsbedingte Korrosion berücksichtigen, um eine lange Lebensdauer sicherzustellen.

5.2 Vietnam (Küstengebiete)
5.2.1 Salznebel und Luftfeuchtigkeit

In Vietnams Küstengebieten sind die hohe Konzentration von Salznebel in der Luft und die hohen Luftfeuchtigkeitswerte Hauptbelange. Wiederanlauter müssen hoch beständig gegen Salznebelkorrosion sein. Wie bereits erwähnt, hilft die Einhaltung von Normen wie IEC 60068-2-52 in dieser Hinsicht. Neben der Verwendung von korrosionsbeständigen Materialien sollte das Wiederanlautergehäuse einen hohen Schutzgrad, wie IP68, aufweisen. Ein IP68-geeignetes Wiederanlauter in Vietnams Küstengebieten kann den Eindringen von Salzwasser und Staub verhindern und eine zuverlässige Betriebsweise auch unter den härtesten Küstenumständen sicherstellen.

5.2.2 Starkwind und Sturmbedingungen

Die Küstengebiete Vietnams sind auch starken Wind- und Sturmbedingungen ausgesetzt. Wiederanlauter sollten so konzipiert sein, dass sie starke Winde aushalten. Ihre Installationsstrukturen müssen robust sein und das Gehäuse sollte den Einschlag fliegender Trümmer während Stürme widerstehen können. Zum Beispiel kann der Wiederanlauter auf einem stabilen Mast mit angemessenen Stützseilen montiert werden, und das Gehäuse sollte aus stoßfesten Materialien hergestellt sein.

6. Schlussfolgerung

Die Entwicklung von Hochspannungswiederanlautern für 20kV-Systeme in Indonesien und Vietnam, insbesondere in Vietnams Küstengebieten, erfordert sorgfältige Berücksichtigung verschiedener Faktoren. Von elektrischer und mechanischer Leistung bis hin zum Isolationsdesign und der Einhaltung internationaler und nationaler Normen wie IEC 60068-2-52 und SNI 04-0225. Die Erfüllung der spezifischen Umwelt- und Stromnetzanforderungen dieser Regionen, wie dem in Indonesien inselbasierten Stromnetz und dem tropischen Klima, sowie Salznebel, Luftfeuchtigkeit und starken Winden in Vietnams Küstengebieten, ist wesentlich, um eine zuverlässige Betriebsweise des Stromnetzes sicherzustellen. Gut konzipierte Wiederanlauter können die Versorgungssicherheit erheblich verbessern, die Ausfallzeiten reduzieren und die stabile Entwicklung der Energiewirtschaft in diesen Regionen unterstützen. Da die Strombedarfe in Indonesien und Vietnam weiter wachsen, wird kontinuierliche Innovation und Verbesserung im Wiederanlauterdesign entscheidend sein, um die zukünftigen Herausforderungen der Stromnetzbetriebsweise zu meistern.