Vakuumschaltgerät-Auswahlleitfaden: Parameter und Anwendungen

I. Auswahl von Vakuumschaltgeräten

Vakuumschaltgeräte sollten basierend auf dem Nennstrom und dem Kurzschlussstrom unter Berücksichtigung der tatsächlichen Kapazität des Stromnetzes ausgewählt werden. Es sollte vermieden werden, zu hohe Sicherheitsfaktoren anzuwenden. Eine übermäßig konservative Auswahl führt nicht nur zu wirtschaftlich unrentablen "Überdimensionierungen" (großes Schaltgerät für kleine Last), sondern beeinträchtigt auch die Leistungsfähigkeit des Schaltgeräts bei der Unterbrechung kleiner induktiver oder kapazitiver Ströme, was zu Spannungsspitzen durch Strömungsunterbrechungen führen kann.

Laut einschlägiger Literatur haben etwa 93,1 % der 10-kV-Speisefelder in den betriebsbereiten Stromnetzen Chinas einen Nennstrom von 2000 A oder weniger. Daher sollte die Auswahl des Nennbetriebsstroms hauptsächlich auf Werte von 2000 A und darunter fokussiert werden. Die Auswahl des maximalen Kurzschlussstroms sollte den Anforderungen der "Richtlinien für die Stadtwerkplanung und -rekonstruktion" folgen, um ein blindes Streben nach übermäßig hohen Sicherheitsmargen zu vermeiden.

Im chinesischen Markt sind derzeit häufig verwendete importierte Markenschaltgeräte Schneider's HVX, ABB's VD4 und Siemens' 3AE-Reihe. Inländische Marken sind Changshu Switchgear's CV1, Shanglian's RMVS1 und Baoguang's ZN172-Reihe. Der Qualitätsunterschied zwischen inländischen und importierten Marken ist mittlerweile vernachlässigbar.

II. Vakuumschaltgeräte und ihre Eigenschaften

Ein Schaltgerät ist eine Schaltvorrichtung, die mit einer speziellen Bogenlöschkammer ausgestattet ist. Es kann unter normalen Netzbedingungen Ströme schließen, leiten und unterbrechen, und kann innerhalb bestimmter Zeitperioden Ströme unter abnormen Netzbedingungen (z.B. Kurzschlüsse) schließen, leiten und unterbrechen. Es ist für Stromnetze mit einer Frequenz von 50 Hz und Spannungen von 3,6 kV und darüber geeignet, um Lastströme (in der Regel nicht mehr als 4000 A), Überlastströme und Nennkurzschlussströme (in der Regel nicht mehr als 63 kA) zu schalten.

Es kann auch in speziellen Anwendungen verwendet werden, um entlastete lange Fernleitungen, entlastete Transformatoranlagen, Kondensatoren usw. zu schalten, und kurzzeitig (1 s, 3 s, 4 s) Kurzschlussströme (in der Regel nicht mehr als 63 kA) zu leiten, sowie auf Kurzschlussströme (in der Regel nicht mehr als 160 kA) zu schließen. Die mechanische Lebensdauer von Schaltgeräten beträgt in der Regel 10.000 Betriebsvorgänge, wobei spezielle Modelle 30.000 oder 60.000 Betriebsvorgänge erreichen können. Bei Ausstattung mit einem Permanentmagnettreibwerk kann sie bis zu 100.000 Betriebsvorgänge erreichen. Laut CB1984-2014 beträgt die elektrische Lebensdauer eines Schaltgeräts 274 Betriebsvorgänge.

Schaltgeräte verfügen in der Regel über eine automatische Wiederzuschaltung, die eine schnelle Wiederherstellung der Stromversorgung nach Störungsbeseitigung ermöglicht, und werden typischerweise in kritischen Anwendungen eingesetzt. Allerdings sind Schaltgeräte relativ teuer (erfordern entsprechende Relais- oder Mikroprozessor-basierte Schutzsysteme) und ihre Störungsunterbrechungszeit liegt innerhalb von 80 ms (abhängig von der Reaktionszeit des Schutzrelais, der Auslösezeit des Schaltgeräts und der Bogendauer). Ihre Geschwindigkeit beim Unterbrechen von Fehlerströmen ist langsamer als die von Schaltanlagen, wodurch das geschützte Gerät eine ausreichende Kurzzeitbelastbarkeit haben muss.

III. Haupteinsatzgebiete von Schaltgeräten

Schaltgeräte werden hauptsächlich in Industrie- und Bergbauunternehmen, Kraftwerken und Umspannanlagen zur Empfang, Steuerung und Schutz von Stromsystemen eingesetzt. Eine typische Konfiguration (mit 12 kV als Beispiel) besteht aus zwei Eingangsschaltgeräten und einem oder mehreren Ausgangsschaltgeräten (siehe Diagramm). Der Eingangsstrom der Eingangsschaltgeräte beträgt in der Regel nicht mehr als 4000 A, wobei der Kurzschlussunterbrechungsstrom in der Regel nicht mehr als 50 kA beträgt. Der Nennstrom der Ausgangsschaltgeräte beträgt in der Regel nicht mehr als 1600 A, wobei der Kurzschlussunterbrechungsstrom in der Regel nicht mehr als 40 kA beträgt.

IV. Auswahlkriterien für Schaltgeräte

• Verwenden Sie ein Schaltgerät, wenn Lastströme von mehr als 630 A gesteuert werden.

• Verwenden Sie ein Schaltgerät, wenn an der Versorgerseite Transformatoranlagen mit einer Leistung von mehr als 1600 kVA geschützt werden.

• Verwenden Sie ein Schaltgerät, wenn Motoren mit einer Leistung von mehr als 1200 kW geschützt werden.

• Verwenden Sie ein Schaltgerät, wenn Kondensatorenbänke geschaltet werden.

• Verwenden Sie ein spezielles Generator-Schaltgerät, wenn Generatoren geschützt werden.

• Verwenden Sie ein Schaltgerät, wenn Stromleitungen oder kritische Geräte geschützt werden.

Anwendungsmuster für Schaltgeräte

V. Hinweise zur Bedienung von Vakuumschaltgeräten

Während des Betriebs sollte die Wartung von Vakuumschaltgeräten je nach Nutzung und Betriebsfrequenz bestimmt werden. Für Schaltgeräte mit seltenem Betrieb (jährliche Betriebsvorgänge nicht mehr als 1/5 der mechanischen Lebensdauer) reicht eine jährliche Routineprüfung innerhalb der mechanischen Lebensdauer. Für häufig betriebene Schaltgeräte sollte die Anzahl der Betriebsvorgänge zwischen den Prüfungen nicht mehr als 1/5 der mechanischen Lebensdauer betragen.

Bei extrem hoher Betriebsfrequenz oder wenn die mechanische/elektrische Lebensdauer sich dem Ende nähert, sollten die Inspektionsintervalle verkürzt werden. Prüf- und Einstellpunkte umfassen den Vakuumgrad, den Hubweg, den Kontakthubweg, die Synchronisation, die Öffnungs- und Schließgeschwindigkeit sowie Prüfungen der Hauptkomponenten des Betriebsmechanismus, der externen elektrischen Verbindungen, der Isolierung und der Hilfskontakte der Steuerspannungsquelle.

Beim Betrieb von Vakuumschaltgeräten sollten die folgenden Punkte beachtet werden:

(1) Überspannungsprobleme

Vakuumschaltgeräte erzeugen oft hohe Überspannungen, wenn kleine Ströme unterbrochen werden, insbesondere kleine induktive Ströme wie Transformator-Magnetisierungsströme, aufgrund signifikanter Strömungsunterbrechungen. Darüber hinaus ist es bei der Unterbrechung kapazitiver Ströme von Kondensatorenbänken schwierig, Wiederentzündungen zu vermeiden; sobald Wiederentzündungen auftreten, können Wiederentzündungsüberspannungen entstehen. Daher sollten hochwertige Metalloxid-Stromableiter oder RC-Schutzgeräte (Widerstand-Kondensator) installiert werden, um Schutz zu bieten.

(2) Überwachung der Vakuuminstandhaltung in der Unterbrecherkammer

Der Vakuumgrad im Vakuumschalter liegt in der Regel zwischen 10⁻⁴ und 10⁻⁶ Pa. Mit zunehmendem Alter und mehreren Schaltvorgängen oder aufgrund externer Einflüsse verschlechtert sich der Vakuumgrad allmählich. Sobald er unter einen kritischen Schwellwert sinkt, wird die Unterbrechungsfähigkeit und die elektrische Festigkeit beeinträchtigt. Daher muss der Vakuumgrad im Schalter regelmäßig während des Betriebs getestet werden.

(3) Überwachung des Kontaktabnutzung

Die Kontaktoberflächen des Vakuumschalters verschleißen nach mehreren Strömungsunterbrechungen allmählich. Mit zunehmender Kontaktverschleiß nimmt der Kontakthubweg zu, was wiederum den Arbeitshubweg der Bellowspalte erheblich reduziert. In der Regel beträgt der maximale zulässige elektrische Verschleiß etwa 3 mm. Wenn der kumulierte Verschleiß diesen Wert erreicht oder überschreitet, verschlechtert sich sowohl die Unterbrechungsleistung als auch die Leitfähigkeit des Vakuumschalters, was das Ende seiner Dienstlebensdauer anzeigt.

VI. Schlussfolgerung

Bei der Auswahl von Vakuumschaltgeräten sollte der tatsächlichen Versorgungssituation und den realen Lastcharakteristiken auf der Lastseite vollständig Rechnung getragen werden. Eine korrekte und rationale Auswahl von Schaltgeräten spielt eine wichtige Rolle bei der Verbesserung der sicheren und zuverlässigen Systembetriebsfähigkeit.