Implementierungsschema für den Einbau von Blitzschutzgeräten oder Spannungswandlern in gasisolierte Ringkabelschaltanlagen

Je nach Isolierungstyp können Ringkabelverteiler (RMUs) in gasisolierte oder luftisolierte Geräte unterteilt werden. Die erstgenannten installieren die Hauptkreiselemente in einem versiegelten Metallgehäuse, das mit Druckgas (hauptsächlich SF₆ oder Gemischgase) als Isoliermedium gefüllt ist und Kabelendverbindungen für Eingangs- und Ausgangsleitungen verwendet. Aufgrund ihrer hervorragenden Isolierung, kompakten Größe und modularen Design sind sie weit verbreitet in 10kV-Außenverteilstationen und vorgefertigten Transformatorenstationen. Allerdings beschränkt ihre vollständige Isolierung und Kompaktheit ihre Anwendbarkeit in bestimmten typischen Umspannwerksanordnungen.

​1 Probleme bei gasisolierten RMUs​

Abbildung 1 zeigt ein typisches Verteilwerkdesign, bei dem der Lastschalter-Sicherungskombinationschrank einen Blitzableiter erfordert und der Spannungswandler (VT) Schrank zwei 10/0,1/0,22kV-Gussharz-VTs benötigt. Wenn Projekte gasisolierte RMUs wie Schneider's RM6 oder ABB's Safenng auswählen, können die Designanforderungen nicht vollständig erfüllt werden.

​1.1 Schwierigkeiten bei der Installation von Ableitern in Lastschalter-Sicherungsschränken​

Für Lastschalter-Eingangs-/Ausgangsschränke bieten beide Marken ausreichend Kabelraum mit Typ-C-Buchsen (IEC 60137-konform), was die Verwendung von Steckverbinder-T-Kabelzubehör und Steckverbinder-Ableitern ermöglicht. In Lastschalter-Sicherungsschränken:

• ​Safenng: Horizontal montierte Sicherungen (Abbildung 2) bewahren den Kabelraum, was die Installation von Steckverbinder-Ableitern ermöglicht.
• ​RM6: Vertikal montierte Sicherungen (Abbildung 3) belegen den Kabelraum, wobei Typ-A-Buchsen die Zubehörteile auf Ellenbogen/Gerade beschränken. Es gibt keinen Platz für Steckverbinder-Ableiter, und es sind keine marktreifen Ableiter, die mit Ellenbogen/Gerade-Zubehör kompatibel sind, verfügbar.

​1.2 Schwierigkeiten bei der Installation von VTs in VT-Schränken​

Standard-VT-Schränke erfordern drei Hochspannungssicherungseinheiten und zwei Einphasen-VTs in einer V-Verbindung (Doppelwicklung, 10/0,1kV für Messung, 10/0,22kV für Stromversorgung; ≥1000VA sekundäre Leistung). Luftisolierte RMUs (z.B. Schneider SM6) bieten ausreichend Platz (500×840×950mm). Im Gegensatz dazu haben gasisolierte RMUs kompakte Kabelräume (~400×350×700mm), was für Kabelzubehör, Verbindungskabel, offene Sicherungen, VTs oder eine Phasen-Phasen/Erde-Distanz von 125mm unzureichend ist.

Hersteller fügen in der Regel neben dem Lastschalterschrank einen leeren Schrank hinzu, um VTs und Sicherungen zu beherbergen, die über Kabel verbunden sind. Dies beeinträchtigt jedoch:

• Sicherheit bei der Wartung von VTs aufgrund fehlender mechanischer Verriegelungen.
• Kompaktheit und Ästhetik von Außenstationen.

​2 Lösungen für die Installation von Blitzableitern​

​2.1 Weglassen von Ableitern​

DL/T 620-1997 Überspannungsschutz und Isolationskoordination für Wechselstrominstallationen verlangt Blitzableiter für Kabel >50m, die an Freileitungen angeschlossen sind. Für ≤50m Kabel können Ableiter nur am einen Ende installiert werden. Der Standard verlangt jedoch nicht explizit Ableiter an Steckverbinder-Kabelköpfen von 10kV-gasisolierten RMUs.

Moderne städtische Gebäude verfügen über umfangreiche Blitzschutznetze, was das Risiko von Blitzschlägen reduziert. Verbindungen von Freileitungen zu Kabeln sind in Städten selten, was direkte Blitzimpulse auf Kabelkerne unwahrscheinlich macht. Internationale Praktiken (z.B. T-Typ-Ableiterzubehör) werden oft in städtischen Gebieten weggelassen. Gasisolierte RMUs in der Provinz Zhejiang arbeiten jahrelang ohne Ableiter zuverlässig. Daher können Ableiter für städtische gasisolierte RMU-Umspannwerke weggelassen werden.

​2.2 Auswahlkriterien für Ableiter​

Für Vorort- und ländliche Netze mit an Freileitungen angeschlossenen Kabeln >50m müssen Ableiter installiert werden. Für reine Lastschaltereinheiten genügen die meisten Produkte. Für Lastschalter-Sicherungseinheiten sollten horizontal angeordnete Sicherungen spezifiziert werden, um Platz für Ableiter zu reservieren und Nachrüstprobleme zu vermeiden.

​3 Lösungen für die Installation von Spannungswandlern​

Die Minimierung von VT-Schränken erfordert die Lösung von elektrischer Isolation und Raumbeschränkungen.

​3.1 Lösung für elektrische Isolation​

Die Verwendung von Standard-Sicherungen/VTs aus luftisolierten RMUs in gasisolierten Abteilungen verstößt gegen Abstandsstandards. Die Lösung besteht darin, isolationskonforme Komponenten wie den JSZV16-10R VT zu verwenden. Merkmale sind:

• Integrierte amerikanische Kabelzubehörteile für volle Isolation.
• Eingebaute austauschbare Sicherungen an Hochspannungsenden.
• Nennspannung: 10/0,1/0,22kV.

​Verdrahtungskonfiguration:

• Lastschalterseite: Europäische berührbare T-Zubehörteile.
• VT-Seite: Amerikanische 20kV-berührbare Ellenbogenzubehörteile (kompatibel mit VT-Sicherungen).
• Abbildung 4 zeigt den VT und die amerikanischen Zubehörteile.

Alle Komponenten sind vollständig isoliert und berührbar. Die Einschränkung ist die Größe des JSZV16-10R VT (entworfen für kompakte Außenverteilungsgeräte), die die 220V-Ausgabe auf ≤2×400VA begrenzt – ausreichend für DC-Batterieladung und Beleuchtung.

​3.2 Lösung für Raumbeschränkungen​

Validierte Layouts bestätigen, dass der Platz für VTs mit Kabelzubehör unzureichend ist. Zwei Lösungen wurden getestet:

1. ​Oben montierter VT-Box: Externe Kabel und unsichere VT-Wartung (Verletzung von Verriegelungen).
2. ​Unten montierte VT-Basis (implementiert)​:
• Erweitert den Kabelraum nach unten.
• Höhe: 400mm, kompatibel mit 700mm hohen Kabelräumen.
• Ermöglicht mechanische Verriegelungen für Wartung.

​Ergebnis: Diese Konstruktion gewährleistet eine sichere Installation und Wartung, während die Kompaktheit der gasisolierten RMUs erhalten bleibt.