Vollständig isolierte SF₆-Schaltanlage: Vorteile Komponenten und Erweiterungslösungen

1. Merkmale vollständig isolierter SF₆-Schaltanlagen
1.1 Übersicht

Vollständig isolierte SF₆-Schaltanlagen umfassen funktionelle Einheiten wie Lastschalter, Kombinationen aus Lastschaltern und Sicherungen, Trennschalter-Auslöser, usw., die alle in Edelstahl-Gasboxen versiegelt sind, die mit niedrigdruckigem SF₆-Gas gefüllt sind. Dieses Gas dient sowohl als Bogenlösch- als auch als Isoliermedium. Die Schaltanlagen verwenden elektrische oder manuelle Federbetätigungsmechanismen. Jeder Schrank ist eine unabhängige Gasbox, was eine Erweiterung durch Busleitungsverbindungen in beide Richtungen ermöglicht. Diese Einheiten eignen sich für mittelspannungstechnische Verteilersysteme und werden in Umspannwerken und Schaltstellen weit verbreitet eingesetzt, um verschiedene Energieverteilungsaufgaben zu erfüllen.

1.2 Besondere Komponenten vollständig isolierter SF₆-Schaltanlagen

Wichtige Komponenten umfassen:

• Versiegelte Gasbox: In der versiegelten Gasbox befinden sich Schaltanlagen und Busleitungen, die mit SF₆-Gas bei einem Nennwert von 0,03 MPa gefüllt sind. Fortgeschrittene Laserschweißtechnik und gleichzeitige Vakuum-Helium-Leckprüfung gewährleisten eine hervorragende Abdichtung. Wiederbefüllung oder -ersatz ist während des Betriebs nicht erforderlich, was eine wartungsfreie Nutzung ermöglicht. Abhängig von der Erweiterbarkeit können die Gasboxen entweder gemeinsam oder eigenständig sein; nur eigenständige Boxen unterstützen Erweiterungen.

• Druckentlastungsvorrichtung: An der Unterseite der Gasbox befindet sich ein Druckentlastungskanal mit einer explosionsgeschützten Membran. Bei internen Bogenfehlern wird die Membran durch den schnellen Gaserweiterungsdruck geöffnet, wodurch der Druck abfällt und das SF₆-Gas in Gräben geleitet wird, um die Sicherheit von Bedienpersonal und anderen Geräten zu gewährleisten.

• Schrankrahmen: Der Rahmen (ohne Gasbox) dient als Montagebasis für alle Komponenten und stützt die Gasbox. Er besteht in der Regel aus drei Hauptabteilungen: Betätigungsmechanismusraum, Kabelraum und Druckentlastungskanal.

1.3 Hauptvorteile vollständig isolierter SF₆-Schaltanlagen

• Vollständig versiegelt und isoliert: Alle hochspannungselektrischen lebenden Teile sind in der Gasbox versiegelt, was die Umweltauswirkungen minimiert. Ideal für feuchte oder verschmutzte Umgebungen, besonders geeignet für Regionen wie das Perlflussdelta.

• Kompakte Konstruktion: Durch die Verwendung von Dreipositionslastschaltern wird die Komponentenzahl reduziert. Leitende Teile nutzen SF₆-Isolation, was im Vergleich zu luftisolierten SF₆-halb-isolierten Gehäusen eine kompaktere Struktur ergibt.

• Höhenunabhängig: Innere Elemente sind in druckfesten Gehäusen untergebracht, was eine konstante Leistung unabhängig von der Höhe sicherstellt.

• Erweiterbarkeit: Da jeder Schrank eine unabhängige Gasbox ist und mit reservierten Erweiterungsschnittstellen ausgestattet ist, ist eine Erweiterung mithilfe von Busleitungsverbindungen möglich. Diese Verbindungen bestehen aus drei Silikonkautschuk-Adaptern, die horizontal in den inneren Kegelisolatoren benachbarter Gehäuse installiert sind, um ihre Busleitungen ohne Beeinträchtigung der Dichtigkeit zu verbinden.

2. Analyse von Erweiterungslösungen für vollständig isolierte SF₆-Schaltanlagen

Wie neue Gehäuse zu bestehenden vollständig isolierten SF₆-Ringhauptverteiler (RMUs) hinzugefügt werden, ist in den letzten Jahren aufgrund fehlender standardisierter Schnittstellenspezifikationen verschiedener Hersteller zu einem Herausforderung geworden. Im Folgenden findet sich eine Analyse basierend auf einem spezifischen Projekt:

Fallstudie X: Ein Umspannwerk in einem Wohngebiet beherbergt derzeit drei erweiterbare, vollständig isolierte SF₆-RMUs von HD Switchgear Company, darunter eine Eingangsleitungseinheit und zwei Ausgangsleitungseinheiten. Das Projekt erfordert die Hinzufügung einer weiteren Ausgangsleitungseinheit und die Verlängerung eines ZRC-YJV22-3×120-Kabels zu einem neuen Außenleitungsgerät, das neue Nutzer bedient. Es wurden mehrere Lösungen in Betracht gezogen:

• Vollständiger Austausch: Der Austausch aller drei vorhandenen RMUs könnte die angeschlossenen Kabel beschädigen, wenn sie nicht sorgfältig entfernt und neu installiert werden, was zu erheblichen zusätzlichen Kosten führt. Da die aktuellen Einheiten weniger als zwei Jahre in Betrieb sind, wäre diese Option verschwenderisch.

• Hinzufügen eines neuen Gehäuses: Da die Schaltanlagen vom Energieversorgungsamt geliefert werden, könnte der Kauf eines Nicht-HD-Produkts aufgrund unterschiedlicher Busleitungs-Schnittstellenspezifikationen zu Kompatibilitätsproblemen führen. Der Beschaffung über spezialisierte Ausschreibungsprozesse würde auch den Projektablauf verzögern.

• Verwendung halb-isolierter SF₆-Gehäuse: Die Einführung eines halb-isolierten Gehäuses zusammen mit einem Busleitungs-Aufsteckgehäuse, um die Lücke zwischen vollständig und halb-isolierten Einheiten zu schließen, stellt Herausforderungen dar, da es keine standardisierten Verbindungskomponenten gibt und enge Zusammenarbeit mit dem ursprünglichen Hersteller erforderlich ist.

• Installation zusätzlicher halb-isolierter Einheiten: Das Hinzufügen einer halb-isolierten Ausgangsleitungseinheit und eines Busleitungs-Aufsteckgehäuses neben der bestehenden Eingangsleitungseinheit ermöglicht die Umleitung von Kabeln über das Aufsteckgehäuse, wodurch die Kapazität ohne Störung der bestehenden Installationen erweitert wird. Diese Lösung wurde letztendlich aufgrund ihrer Praktikabilität und Effektivität gewählt.

Die vierte Methode wurde angenommen, löste erfolgreich die Erweiterungsbedürfnisse und das Projekt ist nun abgeschlossen und läuft reibungslos.

3. Fazit

Zusammenfassend bietet vollständig isolierte SF₆-Schaltanlagen klare technische Vorteile, steht aber vor Herausforderungen aufgrund fehlender einheitlicher Schnittstellenspezifikationen, die die direkte Integration von Produkten verschiedener Hersteller erschweren. Obwohl die vierte Methode das unmittelbare Problem löste, sollten zukünftige Projekte Priorität darauf legen, Produkte des ursprünglichen Herstellers zu verwenden, deren Erweiterbarkeit bestätigt ist, insbesondere sollten geteilte Box-Strukturen vermieden werden, die in der Regel nicht erweitert werden können. Dieser Ansatz gewährleistet bessere Kompatibilität und Machbarkeit für Systemupgrades.