2. Typische Einsatzbeispiele von Hochspannungsgeräten

2. Typische Einsatzbeispiele von Hochspannungsgeräten
Nun ein kurzer Überblick über die in einer Schaltanlage eingesetzten Hochspannungsgeräte.
Konventionelle Technik
In konventioneller Technik, in Freilufttechnik also, werden zwei Varianten Trennschalter als
SS-Trennschalter eingesetzt. Die erste Variante ist der Einsäulentrennschalter mit senkrecht
angeordneter Trennstrecke. Das eigentliche Schaltelement wird von einer Schere gebildet, die
als Einfach- oder Doppelschere ausgeführt werden kann. Der weitere konstruktive Aufbau
geht aus Bild 2.1 hervor (Gegenkontakt, Schere, Scherenkasten mit Umlenkgetriebe,
Stützisolator, Drehsäule, Stahlstiel, Antrieb). Die 2. Variante ist der sog. Drehtrennschalter
mit einer waagerecht angeordneten Trennstrecke. Das Schaltelement besteht aus zwei
Schaltarmen, die in einer Drehbewegung ein- und ausgeschaltet werden können. Die weiteren
Elemente sind aus Bild 2.2 zu entnehmen (Grundrahmen, Drehschemel, Stützisolatoren,
Schaltarme mit Kontaktsystem, Antrieb, Antriebsgestänge).
Schere
Gegenkontakt
Drehisolator
Stützisolator
Stahlstiel
Antrieb
Bild 2.1:
Einsäulentrennschalter als
SS-Trennschalter
Strombahn
Stützisolator
Stützisolator
Antriebsgestänge
Drehaggregat
Drehaggregat
Grundrahmen
Antrieb
Bild 2.2: Drehtrennschalter als SS-Trennschalter
Beim Leistungsschalter, oft auch als Herzstück eines Schaltfeldes oder einer Schaltanlage bezeichnet,
hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten ein deutlicher Wandel in der Technologie
vollzogen, und zwar vom ölarmen Leistungsschalter oder Druckluft-Leistungsschalter zum
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SF 6 -Leistungsschalter. Dieser Wandel zeigt sich auch äußerlich. So bestand ein Druckluft-
Leistungsschalter mit 245-kV-Nennspannung und 40-kA-Nenn-Kurzschlußausschaltstrom
(Bild 2.3) aus einer Reihenschaltung von vier Schaltkammern und zwei Trennkammern.
Bild 2.3:
245-kV-Druckluft-Leistungsschalter,
I k = 40 kA
Ein moderner SF 6 -Schalter kann heute mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkammern Nennspannungen
bis 420 kV und Nenn-Kurzschlussausschaltströme bis 63 kA abdecken. Die
wesentlichen Konstruktionselemente sind in Bild 2.4 dargestellt (Schalterrahmen, Antrieb,
Polsäule mit innenliegender Antriebsstange, Schaltkammern, Umlenkgetriebe zur
Umwandlung der Schaltbewegung von Vertikal- in Horizontalrichtung, Steuerkondensatoren).
Als Antrieb stehen heute hydraulische Antriebssysteme, Federspeicher und vereinzelt auch
noch Druckluftantriebssysteme zur Verfügung.
Im Schaltfeld folgen im Anschluss an den Leistungsschalter die Messwandler. Da wir diese
Steuerkondensator
Schaltkammer
Schaltstange
Erdisolator
Antrieb
Bild 2.4:
420-kV-SF 6 -Leistungsschalter,
I k = 63 kA
Betriebsmittel im weiteren Verlauf nicht mehr eingehender betrachten werden, wollen wir die
Messwandler gleich etwas ausführlicher erörtern. Zunächst jedoch zu den weiteren Geräten
und hier zuerst zum Leitungstrennschalter.
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Leitungstrennschalter sind in zwei Varianten im Einsatz. Zunächst können die bereits bekannten
Drehtrennschalter auch als Leitungstrennschalter verwendet werden (Bild 2.5). Ihr Aufbau
ist mit dem bereits gezeigten identisch. Daneben kommen auch Hebeltrennschalter zum Einsatz.
Das eigentliche Schaltelement wird von einem Hebel gebildet, dessen Bewegungsebene
vertikal liegt. Die wesentlichen Konstruktionselemente sind aus Bild 2.6 entnehmen
(Grundrahmen, Isolatoren, Hebelarm, Antrieb mit Antriebsgestänge, Zugisolator, Kontaktsystem).
a) b)
Bild 2.5:
Drehtrennschalter als Leitungstrennschalter
a) 123 kV b) 420 kV
Hebelarm
Kontaktsystem
Drehisol
Grundrahmen
Stützisol..
Antrieb
Bild 2.6:
420-kV-Hebeltrennschalter als
Leitungstrennschalter
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Erdungsschalter können als Einzelgeräte oder in Kombination mit Trennschaltern als sog. Anbau-Erdungsschalter
eingesetzt werden. Das Schaltelement besteht aus einem Schaltrohr, welches
in einer Drehbewegung in ein auf Hochspannung befindliches Festkontaktsystem eingeführt
wird. Bild 2.7 zeigt die wesentlichen Konstruktionselemente (Schaltrohr, Lagerbock,
flexible, stromtragfähige Verbindung zum Erdpotential, hochspannungsseitiges Kontaktsystem;
Antrieb mit Antriebsgestänge).
Kontakt
a) b)
Schaltrohr
Bild 2.7:
Erdungsschalter
a) Einzelgerät b) Anbau-Erdungsschalter
Soweit die Schaltgeräte in einem Hochspannungsschaltfeld und nun zu den Messwandlern.
Vorwiegend werden induktive Wandler, d. h. induktive Stromwandler und induktive Spannungswandler,
verwendet. Einsatzfälle, bei denen keine besonderen Anforderungen an die
Abbildungsgenauigkeit des Spannungssignals gestellt werden, können auch mit kapazitiven
Spannungswandlern abgedeckt werden. Induktive und kapazitive Wandler wurden bisher
weitgehend in Ölpapierisolierung ausgeführt. Bild 2.8 zeigt einen Kombiwandler (induktiver
Strom- und Spannungswandler in einem Gehäuse) in ölisolierter Technik. Solche
Kombiwandler werden bis 245-kV-Nennspannung eingesetzt. Der grundsätzliche Aufbau ist
wie folgt: Stromwandlerteil mit Kopfgehäuse, Spannungswandlerteil mit Topfgehäuse,
Absteuerungen, Porzellan, Ölausdehnung.
Kapazitive
Absteuerung
Stromwandler
Spgswandler
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Bild 2.8:
123-kV-Kombiwandler, ölisoliert

Als Alternative zur ölisolierten Technik kommen inzwischen Wandler in SF 6 -isolierter
Technik zur Anwendung. Als Beispiel ein SF 6 -isolierter Kombiwandler für 420-kV-Nennspannung.
Der grundsätzliche Aufbau ist in Bild 2.9 dargestellt (Kopfgehäuse mit Stromwandlerteil
als Einleiter-Durchführungswandler, darüber Spannungswandler mit Kern auf
Hochspannungspotential angeordnet). Sekundärausleitungen im Standrohr, Klemmenkasten,
Durchführungsanordnung, Isolator meist als Verbundisolator.
Spgs-Wandler
Stromwandler
Verbundisolator
Kapazitive
Absteuerung
Klemmenkasten
Bild 2.9:
420-kV-Kombiwandler,SF 6 -isoliert
Der Aufbau eines kapazitiven Spannungswandlers ist wie folgt (Bild 2.10):
Wandlerkopf mit Hochspannungsanschluss (1), Porzellanüberwurf (2), Oberkondensator C 1
(3 a), Unterkondensator C 2 (3 b), Induktivität (4) mit C 2 als 50-Hz-Schwingkreis ausgebildet,
Übertrager mit Sekundärklemmen (5). Auf grund des 50-Hz-Schwingkreises ist bei transienten
Vorgängen keine Abbildungsgenauigkeit gegeben. Die Neigung zu Kippschwingungen
bei derartigen Vorgängen muss durch Bedämpfungseinrichtungen beseitigt werden.
U
1
u 1
C 1
L
m : 1
C 2
u 2
i 2
2
3b
•
3a
Schaltbild eines kapazitiven
Spannungswandlers
5
4
• X x
• u
Grundsätzlicher Aufbau
Bild 2.10:
Kapazitiver Spannungswandler
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Gasisolierte Technik
In der gasisolierten Technik gibt es zwei Varianten Trennschalter. Der sog. Linientrennschalter
(Bild 2.11) besitzt eine Trenn- und Schaltstrecke im Leitungszug. Das eigentliche Schaltelement
ist ein Schaltstift, der von einer Isolierwelle über ein entsprechendes Getriebe
(Zahnstange, Spindelrad o. ä.) angetrieben wird. Der Antrieb befindet sich außerhalb des metallischen
Gehäuses, so dass die Antriebsbewegung über eine gasdichte Durchführung ins Innere
übertragen werden.
Die zweite Variante ist ein sog. Winkeltrennschalter. Die Trenn- und Schaltstrecke ist in
einem Winkelgehäuse untergebracht, um eine Platz sparende Bauweise zu ermöglichen.
Schaltelement und Antrieb sind mit dem des Linientrennschalters vergleichbar.
Erdungsschalter kommen in der gasisolierten Technik in Form von Kombinationsbausteinen
zum Einsatz (Bild 2.13). Sie können in Linien-, in Winkel- und in Kreuzgehäusen eingebaut
werden. Je nach Einsatz sind Erdungsschalter mit und ohne Einschaltvermögen zu unterscheiden.
Erdungsschalter mit Einschaltvermögen auf Kurzschluss müssen einen schnellschaltenden
Antrieb und ein abbrandfestes Material besitzen. Erdungsschalter ohne Einschaltvermögen,
Arbeitserdungsschalter also, können sich langsam bewegen. Sie müssen nur eine ausa)
b)
Bild 2.11: Trennschalter
a) Linien-Trennschalter b) Winkel-Trennschalter
Der Leistungsschalter (Bild 2.12) entspricht in seinen wesentlichen Elementen, Schaltkammer
und Antrieb, denen eines Freiluft-Leistungsschalters. Der Erdisolator und die Schaltstange
sind jedoch wesentlich kürzer. Wegen der in der Nähe befindlichen metallischen Kapselung
sind z. T. zusätzliche Steuerelektroden erforderlich. Außerdem müssen Steuerkondensatoren
mit größerer Kapazität verwendet werden, um die größere Erdkapazität auszugleichen.
Unterbrechereinheit
Bild 2.12:
Leistungsschalter
Steuerkondensator
Antrieb
Werkbild: Siemens
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eichende Kurzschlussfestigkeit besitzen. Der Antrieb ist daher mit dem eines Trennschalters
vergleichbar.
Motorantrieb für
Arbeitserd.-Schalt.
Federspeicherantrieb
für Schnellerd.-Schalt.
Bild 2.13: Erdungsschalter
Stromwandler in einphasig gekapselten SF 6 -Anlagen werden im Zuge des Rohrleiters eingebaut.
Werden die Stromwandlerkerne außerhalb des Gasraumes angeordnet, so kann das Mantelrohr
als Kernschale benutzt werden (Bild 2.14). Sollen die Kerne mit in den Gasraum
einbezogen werden, so kommt ein Wandlergehäuse mit einem entsprechend größeren
Außendurchmesser zum Einsatz. Die Kerne befinden sich dann auf einer innenliegenden
Kernschale, die etwa den Durchmesser des Kapselungsrohres besitzt.
In jedem Fall ist auf eine Unterbrechung der Kernschale bzw. des Mantelrohres zu achten, um
eine Verfälschung des Messstromes durch Kapselungsströme zu vermeiden. Die Isolierung
der Unterbrechungsstelle ist so auszulegen, dass auch bei schnellen Ausgleichsvorgängen eine
ausreichende Spannungsfestigkeit gewährleistet ist.
Das Aktivteil des Spannungswandlers ist in einem metallischen Kessel untergebracht, der an
die Anlage angeflanscht wird (Bild 2.15). Der hochspannungsseitige Anschluss wird über
eine Leiterverbindung an den Innenleiter der Anlage angeschlossen. Die SF 6 -Gasdichte
entspricht meist der Isoliergasdichte der Anlage. Zum Schutz vor unzulässiger Druckerhöhung
im Falle eines inneren Lichtbogens wird das Gehäuse mit einer Bersteinrichtung ausgerüstet.
Unterbrechung
Bild 2.14:
Stromwandler
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Das Aktivteil ist wie folgt aufgebaut. Auf den Kern, der an den Kesselwandungen befestigt
ist, wird auf einem Trägerrohr die Niederspannungswicklung aufgebracht. Darüber folgt dann
die Hochspannungswicklung. In den höheren Spannungsebenen wird diese Wicklung mit
einer zusätzlichen kapazitiven Steuerung ausgeführt. Der dargestellte Wandler ist 3fach
gestuft.
Bild 2.15:
Spannungswandler
Mittelspannungstechnik
In der Mittelspannungstechnik kommen heute als Leistungsschalter vorwiegend Vakuumschalter
zum Einsatz. Bild 2.16 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der verwendeten Vakuumschalter.
Im Bild rechts ist ein Leistungsschalter in Einschubtechnik dargestellt. Die Vakuumröhre
ist in die Polsäule eingegossen.
Antrieb
Schaltröhre
Antrieb
Antrieb
Schaltröhre
in Polsäule
Bild 2.16:
Vakuum-Leistungsschalter für Mittelspannung
Die Trennschalter sind meistens als Schubtrennschalter oder Hebeltrennschalter aufgebaut.
Eine Besonderheit stellt der in der gasisolierten Technik verwendete Dreistellungsschalter dar
(Bild 2.17). Er ist eine Kombination von Trennschalter und Erdungsschalter und besitzt drei
Schaltstellungen:
Trennschalter EIN, Trennschalter AUS, Erdungsschalter EIN.
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Bild 2.17:
Dreistellungsschalter
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