2. Typische Einsatzbeispiele von Hochspannungsgeräten
2. Typische Einsatzbeispiele von Hochspannungsgeräten
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<strong>2.</strong> <strong>Typische</strong> <strong>Einsatzbeispiele</strong> <strong>von</strong> Hochspannungsgeräten<br />
Nun ein kurzer Überblick über die in einer Schaltanlage eingesetzten Hochspannungsgeräte.<br />
Konventionelle Technik<br />
In konventioneller Technik, in Freilufttechnik also, werden zwei Varianten Trennschalter als<br />
SS-Trennschalter eingesetzt. Die erste Variante ist der Einsäulentrennschalter mit senkrecht<br />
angeordneter Trennstrecke. Das eigentliche Schaltelement wird <strong>von</strong> einer Schere gebildet, die<br />
als Einfach- oder Doppelschere ausgeführt werden kann. Der weitere konstruktive Aufbau<br />
geht aus Bild <strong>2.</strong>1 hervor (Gegenkontakt, Schere, Scherenkasten mit Umlenkgetriebe,<br />
Stützisolator, Drehsäule, Stahlstiel, Antrieb). Die <strong>2.</strong> Variante ist der sog. Drehtrennschalter<br />
mit einer waagerecht angeordneten Trennstrecke. Das Schaltelement besteht aus zwei<br />
Schaltarmen, die in einer Drehbewegung ein- und ausgeschaltet werden können. Die weiteren<br />
Elemente sind aus Bild <strong>2.</strong>2 zu entnehmen (Grundrahmen, Drehschemel, Stützisolatoren,<br />
Schaltarme mit Kontaktsystem, Antrieb, Antriebsgestänge).<br />
Schere<br />
Gegenkontakt<br />
Drehisolator<br />
Stützisolator<br />
Stahlstiel<br />
Antrieb<br />
Bild <strong>2.</strong>1:<br />
Einsäulentrennschalter als<br />
SS-Trennschalter<br />
Strombahn<br />
Stützisolator<br />
Stützisolator<br />
Antriebsgestänge<br />
Drehaggregat<br />
Drehaggregat<br />
Grundrahmen<br />
Antrieb<br />
Bild <strong>2.</strong>2: Drehtrennschalter als SS-Trennschalter<br />
Beim Leistungsschalter, oft auch als Herzstück eines Schaltfeldes oder einer Schaltanlage bezeichnet,<br />
hat sich in den letzten zwei Jahrzehnten ein deutlicher Wandel in der Technologie<br />
vollzogen, und zwar vom ölarmen Leistungsschalter oder Druckluft-Leistungsschalter zum<br />
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SF 6 -Leistungsschalter. Dieser Wandel zeigt sich auch äußerlich. So bestand ein Druckluft-<br />
Leistungsschalter mit 245-kV-Nennspannung und 40-kA-Nenn-Kurzschlußausschaltstrom<br />
(Bild <strong>2.</strong>3) aus einer Reihenschaltung <strong>von</strong> vier Schaltkammern und zwei Trennkammern.<br />
Bild <strong>2.</strong>3:<br />
245-kV-Druckluft-Leistungsschalter,<br />
I k = 40 kA<br />
Ein moderner SF 6 -Schalter kann heute mit zwei in Reihe geschalteten Schaltkammern Nennspannungen<br />
bis 420 kV und Nenn-Kurzschlussausschaltströme bis 63 kA abdecken. Die<br />
wesentlichen Konstruktionselemente sind in Bild <strong>2.</strong>4 dargestellt (Schalterrahmen, Antrieb,<br />
Polsäule mit innenliegender Antriebsstange, Schaltkammern, Umlenkgetriebe zur<br />
Umwandlung der Schaltbewegung <strong>von</strong> Vertikal- in Horizontalrichtung, Steuerkondensatoren).<br />
Als Antrieb stehen heute hydraulische Antriebssysteme, Federspeicher und vereinzelt auch<br />
noch Druckluftantriebssysteme zur Verfügung.<br />
Im Schaltfeld folgen im Anschluss an den Leistungsschalter die Messwandler. Da wir diese<br />
Steuerkondensator<br />
Schaltkammer<br />
Schaltstange<br />
Erdisolator<br />
Antrieb<br />
Bild <strong>2.</strong>4:<br />
420-kV-SF 6 -Leistungsschalter,<br />
I k = 63 kA<br />
Betriebsmittel im weiteren Verlauf nicht mehr eingehender betrachten werden, wollen wir die<br />
Messwandler gleich etwas ausführlicher erörtern. Zunächst jedoch zu den weiteren Geräten<br />
und hier zuerst zum Leitungstrennschalter.<br />
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Leitungstrennschalter sind in zwei Varianten im Einsatz. Zunächst können die bereits bekannten<br />
Drehtrennschalter auch als Leitungstrennschalter verwendet werden (Bild <strong>2.</strong>5). Ihr Aufbau<br />
ist mit dem bereits gezeigten identisch. Daneben kommen auch Hebeltrennschalter zum Einsatz.<br />
Das eigentliche Schaltelement wird <strong>von</strong> einem Hebel gebildet, dessen Bewegungsebene<br />
vertikal liegt. Die wesentlichen Konstruktionselemente sind aus Bild <strong>2.</strong>6 entnehmen<br />
(Grundrahmen, Isolatoren, Hebelarm, Antrieb mit Antriebsgestänge, Zugisolator, Kontaktsystem).<br />
a) b)<br />
Bild <strong>2.</strong>5:<br />
Drehtrennschalter als Leitungstrennschalter<br />
a) 123 kV b) 420 kV<br />
Hebelarm<br />
Kontaktsystem<br />
Drehisol<br />
Grundrahmen<br />
Stützisol..<br />
Antrieb<br />
Bild <strong>2.</strong>6:<br />
420-kV-Hebeltrennschalter als<br />
Leitungstrennschalter<br />
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Erdungsschalter können als Einzelgeräte oder in Kombination mit Trennschaltern als sog. Anbau-Erdungsschalter<br />
eingesetzt werden. Das Schaltelement besteht aus einem Schaltrohr, welches<br />
in einer Drehbewegung in ein auf Hochspannung befindliches Festkontaktsystem eingeführt<br />
wird. Bild <strong>2.</strong>7 zeigt die wesentlichen Konstruktionselemente (Schaltrohr, Lagerbock,<br />
flexible, stromtragfähige Verbindung zum Erdpotential, hochspannungsseitiges Kontaktsystem;<br />
Antrieb mit Antriebsgestänge).<br />
Kontakt<br />
a) b)<br />
Schaltrohr<br />
Bild <strong>2.</strong>7:<br />
Erdungsschalter<br />
a) Einzelgerät b) Anbau-Erdungsschalter<br />
Soweit die Schaltgeräte in einem Hochspannungsschaltfeld und nun zu den Messwandlern.<br />
Vorwiegend werden induktive Wandler, d. h. induktive Stromwandler und induktive Spannungswandler,<br />
verwendet. Einsatzfälle, bei denen keine besonderen Anforderungen an die<br />
Abbildungsgenauigkeit des Spannungssignals gestellt werden, können auch mit kapazitiven<br />
Spannungswandlern abgedeckt werden. Induktive und kapazitive Wandler wurden bisher<br />
weitgehend in Ölpapierisolierung ausgeführt. Bild <strong>2.</strong>8 zeigt einen Kombiwandler (induktiver<br />
Strom- und Spannungswandler in einem Gehäuse) in ölisolierter Technik. Solche<br />
Kombiwandler werden bis 245-kV-Nennspannung eingesetzt. Der grundsätzliche Aufbau ist<br />
wie folgt: Stromwandlerteil mit Kopfgehäuse, Spannungswandlerteil mit Topfgehäuse,<br />
Absteuerungen, Porzellan, Ölausdehnung.<br />
Kapazitive<br />
Absteuerung<br />
Stromwandler<br />
Spgswandler<br />
19<br />
Bild <strong>2.</strong>8:<br />
123-kV-Kombiwandler, ölisoliert
Als Alternative zur ölisolierten Technik kommen inzwischen Wandler in SF 6 -isolierter<br />
Technik zur Anwendung. Als Beispiel ein SF 6 -isolierter Kombiwandler für 420-kV-Nennspannung.<br />
Der grundsätzliche Aufbau ist in Bild <strong>2.</strong>9 dargestellt (Kopfgehäuse mit Stromwandlerteil<br />
als Einleiter-Durchführungswandler, darüber Spannungswandler mit Kern auf<br />
Hochspannungspotential angeordnet). Sekundärausleitungen im Standrohr, Klemmenkasten,<br />
Durchführungsanordnung, Isolator meist als Verbundisolator.<br />
Spgs-Wandler<br />
Stromwandler<br />
Verbundisolator<br />
Kapazitive<br />
Absteuerung<br />
Klemmenkasten<br />
Bild <strong>2.</strong>9:<br />
420-kV-Kombiwandler,SF 6 -isoliert<br />
Der Aufbau eines kapazitiven Spannungswandlers ist wie folgt (Bild <strong>2.</strong>10):<br />
Wandlerkopf mit Hochspannungsanschluss (1), Porzellanüberwurf (2), Oberkondensator C 1<br />
(3 a), Unterkondensator C 2 (3 b), Induktivität (4) mit C 2 als 50-Hz-Schwingkreis ausgebildet,<br />
Übertrager mit Sekundärklemmen (5). Auf grund des 50-Hz-Schwingkreises ist bei transienten<br />
Vorgängen keine Abbildungsgenauigkeit gegeben. Die Neigung zu Kippschwingungen<br />
bei derartigen Vorgängen muss durch Bedämpfungseinrichtungen beseitigt werden.<br />
U<br />
1<br />
u 1<br />
C 1<br />
L<br />
m : 1<br />
C 2<br />
u 2<br />
i 2<br />
2<br />
3b<br />
•<br />
3a<br />
Schaltbild eines kapazitiven<br />
Spannungswandlers<br />
5<br />
4<br />
• X x<br />
• u<br />
Grundsätzlicher Aufbau<br />
Bild <strong>2.</strong>10:<br />
Kapazitiver Spannungswandler<br />
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Gasisolierte Technik<br />
In der gasisolierten Technik gibt es zwei Varianten Trennschalter. Der sog. Linientrennschalter<br />
(Bild <strong>2.</strong>11) besitzt eine Trenn- und Schaltstrecke im Leitungszug. Das eigentliche Schaltelement<br />
ist ein Schaltstift, der <strong>von</strong> einer Isolierwelle über ein entsprechendes Getriebe<br />
(Zahnstange, Spindelrad o. ä.) angetrieben wird. Der Antrieb befindet sich außerhalb des metallischen<br />
Gehäuses, so dass die Antriebsbewegung über eine gasdichte Durchführung ins Innere<br />
übertragen werden.<br />
Die zweite Variante ist ein sog. Winkeltrennschalter. Die Trenn- und Schaltstrecke ist in<br />
einem Winkelgehäuse untergebracht, um eine Platz sparende Bauweise zu ermöglichen.<br />
Schaltelement und Antrieb sind mit dem des Linientrennschalters vergleichbar.<br />
Erdungsschalter kommen in der gasisolierten Technik in Form <strong>von</strong> Kombinationsbausteinen<br />
zum Einsatz (Bild <strong>2.</strong>13). Sie können in Linien-, in Winkel- und in Kreuzgehäusen eingebaut<br />
werden. Je nach Einsatz sind Erdungsschalter mit und ohne Einschaltvermögen zu unterscheiden.<br />
Erdungsschalter mit Einschaltvermögen auf Kurzschluss müssen einen schnellschaltenden<br />
Antrieb und ein abbrandfestes Material besitzen. Erdungsschalter ohne Einschaltvermögen,<br />
Arbeitserdungsschalter also, können sich langsam bewegen. Sie müssen nur eine ausa)<br />
b)<br />
Bild <strong>2.</strong>11: Trennschalter<br />
a) Linien-Trennschalter b) Winkel-Trennschalter<br />
Der Leistungsschalter (Bild <strong>2.</strong>12) entspricht in seinen wesentlichen Elementen, Schaltkammer<br />
und Antrieb, denen eines Freiluft-Leistungsschalters. Der Erdisolator und die Schaltstange<br />
sind jedoch wesentlich kürzer. Wegen der in der Nähe befindlichen metallischen Kapselung<br />
sind z. T. zusätzliche Steuerelektroden erforderlich. Außerdem müssen Steuerkondensatoren<br />
mit größerer Kapazität verwendet werden, um die größere Erdkapazität auszugleichen.<br />
Unterbrechereinheit<br />
Bild <strong>2.</strong>12:<br />
Leistungsschalter<br />
Steuerkondensator<br />
Antrieb<br />
Werkbild: Siemens<br />
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eichende Kurzschlussfestigkeit besitzen. Der Antrieb ist daher mit dem eines Trennschalters<br />
vergleichbar.<br />
Motorantrieb für<br />
Arbeitserd.-Schalt.<br />
Federspeicherantrieb<br />
für Schnellerd.-Schalt.<br />
Bild <strong>2.</strong>13: Erdungsschalter<br />
Stromwandler in einphasig gekapselten SF 6 -Anlagen werden im Zuge des Rohrleiters eingebaut.<br />
Werden die Stromwandlerkerne außerhalb des Gasraumes angeordnet, so kann das Mantelrohr<br />
als Kernschale benutzt werden (Bild <strong>2.</strong>14). Sollen die Kerne mit in den Gasraum<br />
einbezogen werden, so kommt ein Wandlergehäuse mit einem entsprechend größeren<br />
Außendurchmesser zum Einsatz. Die Kerne befinden sich dann auf einer innenliegenden<br />
Kernschale, die etwa den Durchmesser des Kapselungsrohres besitzt.<br />
In jedem Fall ist auf eine Unterbrechung der Kernschale bzw. des Mantelrohres zu achten, um<br />
eine Verfälschung des Messstromes durch Kapselungsströme zu vermeiden. Die Isolierung<br />
der Unterbrechungsstelle ist so auszulegen, dass auch bei schnellen Ausgleichsvorgängen eine<br />
ausreichende Spannungsfestigkeit gewährleistet ist.<br />
Das Aktivteil des Spannungswandlers ist in einem metallischen Kessel untergebracht, der an<br />
die Anlage angeflanscht wird (Bild <strong>2.</strong>15). Der hochspannungsseitige Anschluss wird über<br />
eine Leiterverbindung an den Innenleiter der Anlage angeschlossen. Die SF 6 -Gasdichte<br />
entspricht meist der Isoliergasdichte der Anlage. Zum Schutz vor unzulässiger Druckerhöhung<br />
im Falle eines inneren Lichtbogens wird das Gehäuse mit einer Bersteinrichtung ausgerüstet.<br />
Unterbrechung<br />
Bild <strong>2.</strong>14:<br />
Stromwandler<br />
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Das Aktivteil ist wie folgt aufgebaut. Auf den Kern, der an den Kesselwandungen befestigt<br />
ist, wird auf einem Trägerrohr die Niederspannungswicklung aufgebracht. Darüber folgt dann<br />
die Hochspannungswicklung. In den höheren Spannungsebenen wird diese Wicklung mit<br />
einer zusätzlichen kapazitiven Steuerung ausgeführt. Der dargestellte Wandler ist 3fach<br />
gestuft.<br />
Bild <strong>2.</strong>15:<br />
Spannungswandler<br />
Mittelspannungstechnik<br />
In der Mittelspannungstechnik kommen heute als Leistungsschalter vorwiegend Vakuumschalter<br />
zum Einsatz. Bild <strong>2.</strong>16 zeigt den grundsätzlichen Aufbau der verwendeten Vakuumschalter.<br />
Im Bild rechts ist ein Leistungsschalter in Einschubtechnik dargestellt. Die Vakuumröhre<br />
ist in die Polsäule eingegossen.<br />
Antrieb<br />
Schaltröhre<br />
Antrieb<br />
Antrieb<br />
Schaltröhre<br />
in Polsäule<br />
Bild <strong>2.</strong>16:<br />
Vakuum-Leistungsschalter für Mittelspannung<br />
Die Trennschalter sind meistens als Schubtrennschalter oder Hebeltrennschalter aufgebaut.<br />
Eine Besonderheit stellt der in der gasisolierten Technik verwendete Dreistellungsschalter dar<br />
(Bild <strong>2.</strong>17). Er ist eine Kombination <strong>von</strong> Trennschalter und Erdungsschalter und besitzt drei<br />
Schaltstellungen:<br />
Trennschalter EIN, Trennschalter AUS, Erdungsschalter EIN.<br />
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Bild <strong>2.</strong>17:<br />
Dreistellungsschalter<br />
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