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CT- und Erdungsschalter-Magnetkreis-Wiederverwendung Integrierte Lösung: Kompakte GIS-Umspannwerksbauweise ermöglichen

Hintergrund
Während der Modernisierung städtischer Stromnetze stellt die begrenzte Fläche ein zentrales Problem dar. Traditionelle GIS-Ausrüstung beansprucht aufgrund der getrennten Strukturen von Stromwandlern (CTs) und Erdungsschaltern erheblichen vertikalen Raum, was eine Flaschenhalsstelle in der Miniaturisierung von Umspannwerken darstellt.

Lösung: Modulares integriertes Design
Diese Lösung integriert die CT-Funktionalität innovativ tief in den Betriebsmechanismus des Erdungsschalters, wodurch räumliche Wiederverwendung und Leistungsfortschritte erreicht werden:

  • Raumsparende Wiederverwendung:
    • Eingebettete CT-Spule: Entfernt den traditionellen eigenständigen CT-Isolator und integriert hochpräzise Messspulen direkt in die innere Hohlstruktur des isolierten Betriebsstabs des Erdungsschalters.
    • Magnetkreisschließung der GIS-Gehäuse: Durch die bahnbrechende Nutzung des hochfesten Metallgehäuses der GIS-Ausrüstung selbst als Kernpfad mit niedrigem Widerstand für den CT-Magnetfluss wird ein vollständiger geschlossener Magnetkreis gebildet. Die Besetzung des vertikalen Raums wird erheblich reduziert.
  • Präzise Magnetkreiskompensation:
    • Doppelter C-Laminierte Siliziumstahl: Um mögliche Unregelmäßigkeiten in der Magnetfeldverteilung durch nicht-achsen-symmetrische Ausrüstungsstruktur (geschätzte Linearitätsabweichung ≤5%) zu beheben, verwendet der Kern doppelte C-förmige 0,23 mm hochempfindliche laminierte Siliziumstahlmodule.
    • Geführter Magnetfluss: Das symmetrische C-förmige Strukturentwurf kompensiert präzise die Asymmetrie des Magnetkreises und gewährleistet, dass die Abweichung der Strommesslinearität sowohl im stationären als auch im transitorischen Zustand (bis zu 40kA Spitze) stabil bei ≤0,5% bleibt, was den Genauigkeitsanforderungen der Klasse 0,2S entspricht.
  • Kontakt-Synchronisierungsüberwachung:
    • Synchronisation durch Doppel-Hall-Effekt-Sensoren: Hochsensible Hall-Effekt-Sensorarrays sind an den Schlüsselübertragungsknoten der Erdungsklinge eingebettet.
    • Zustands-Synchronisierungsausgabe: Echtzeit-Erfassung des mechanischen Positionszustands des Öffnens/Schließens der Klinge, wodurch eine hohe zeitliche Synchronisation (Zeitstempelgenauigkeit ≤1ms) mit dem Phasenstromsignal des CT erreicht wird.

Kernszenario-Wert: Städtische kompakte GIS-Umspannwerke

  • Durchbruch in der Raumkompression:​ Die vertikale Struktur der Ausrüstung wird um 1,2 Meter reduziert, was die Optimierung des gesamten Umspannwerklayouts antreibt. Der durchschnittliche Fußeindruck des Umspannwerks wird erfolgreich um 30% reduziert (z.B. 220kV GIS-Verteilungsbereich).
  • Lebensdauer-Konsistenz-Design:​ Die integrierte Struktur vereinfacht die Übertragungskette. CT und Erdungsschalter teilen sich wichtige bewegliche Teile (z.B. Betriebsstab-Lagersystem). Über 10.000 vollständige Kapazitätsöffnen/Schließen-Zyklen validiert, um synchronisierte mechanische Lebensdauerziele zu erreichen.
  • Intelligente O&M-Unterstützung:​ Die hochzuverlässige Millisekunden-Synchronisation von Hall-Positionsdaten und CT-Daten bietet bisher unvorstellbare Gerätedaten zur Analyse von Transientströmen beim Betrieb des Erdungsschalters und zur Bewertung von Risiken der Bogenwiederentzündung.

Zusammenfassung der technischen Vorteile

Dimension

Traditionelle Lösung

Diese integrierte Lösung

Wesentliche Verbesserungen

Ausrüstungsstruktur

CT und Erdungsschalter unabhängig

Eingebetteter CT im Betriebsstab, wiederverwendeter Gehäusemagnetkreis

Vertikale Höhe um 1,2m reduziert

Fußabdruck

Großer Grundflächenbedarf

Optimiertes Gesamtlayout

Sparsame Nutzung von 30% Fläche

Messleistung

Anfällig für Näheffekte

Doppelter C-Siliziumstahl kompensiert asymmetrisches Magnetfeld

Stabile/Transiente Genauigkeit ≤0,5%

Lebensdauer-Koordination

Unabhängige Teile, unsynchronisierte Lebensdauer

Geteilte Übertragungskette, optimiertes Design

Synchronisierte Betriebslebensdauer bis 10.000 Zyklen

Zustandsüberwachung

Position und Stromüberwachung getrennt

Hall-Sensoren liefern Echtzeit-Synchronisationsphase-Daten

Bietet millisekundengenaue Betriebs-Transientendaten

07/10/2025
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