Worin besteht der Unterschied zwischen einem Hochspannungs-Leistungsschalter und einem Trennschalter?

Der Hochspannungsschalter (oder Hochspannungsschalter) ist die wichtigste Leistungssteuerungseinrichtung des Umspannwerks und verfügt über Lichtbogenlöscheigenschaften. Im Normalbetrieb des Systems kann er den Stromfluss durch die Leitung und verschiedene elektrische Geräte sowohl im Leerlauf als auch unter Last unterbrechen. Tritt ein Fehler im System auf, kann er zusammen mit einem Relaisschutz den Fehlerstrom schnell unterbrechen, um eine Ausweitung des Unfallbereichs zu verhindern.

Der Trennschalter verfügt über keine Lichtbogenlöscheinrichtung. Obwohl die Vorschriften seinen Betrieb bei Lastströmen unter 5 A zulassen, wird er üblicherweise nicht unter Last betrieben. Der Trennschalter ist jedoch einfach aufgebaut, und sein Betriebszustand ist auf den ersten Blick erkennbar. Bei Wartungsarbeiten ist der Trennpunkt deutlich sichtbar.

Der im Einsatz befindliche Leistungsschalter wird als „Schalter“ bezeichnet, der im Einsatz befindliche Trennschalter als „Messerbremse“. Beide werden häufig in Kombination verwendet. Die Unterschiede zwischen dem Hochspannungs-Leistungsschalter und dem Trennschalter sind folgende:

1) Der Hochspannungslastschalter kann unter Last unterbrochen werden und verfügt über eine selbstverlöschende Lichtbogenfunktion, jedoch ist sein Abschaltvermögen sehr gering und begrenzt.

2) Hochspannungstrennschalter sind im Allgemeinen nicht lastunterbrechend und verfügen über keine Lichtbogenschutzstruktur. Es gibt auch Hochspannungstrennschalter, die die Last unterbrechen können, aber der Aufbau unterscheidet sich vom Lastschalter und ist relativ einfach.

3) Hochspannungs-Lastschalter und Hochspannungs-Trennschalter können eine offensichtliche Unterbrechungsstelle bilden. Die meisten Hochspannungs-Leistungsschalter verfügen nicht über eine Trennfunktion, nur wenige hingegen schon.

4) Der Hochspannungstrennschalter verfügt über keine Schutzfunktion; der Schutz des Hochspannungslastschalters besteht im Allgemeinen aus einem Sicherungsschutz, der nur schnelles Abschalten und Überstrom abdeckt.

5) Das Abschaltvermögen von Hochspannungs-Leistungsschaltern kann im Herstellungsprozess sehr hoch sein. Der Schutz basiert hauptsächlich auf einem Stromwandler mit sekundärer Schutzeinrichtung. Sie können Kurzschluss-, Überlast- und Leckstromschutz sowie weitere Funktionen bieten.

Klassifizierung von Schaltmechanismen

1. Klassifizierung des Schaltmechanismus

Wir begegnen heute Schaltern, die im Allgemeinen in verschiedene Typen unterteilt werden: ölreichere (ältere Modelle, heute kaum noch anzutreffen), ölärmere (in einigen Anwenderstationen noch), SF6-, Vakuum-, GIS- (Kombigeräte-) und andere. Diese Unterscheidungen beziehen sich alle auf das Zündmedium des Schalters. Für uns ist der Schaltmechanismus des Schalters zweitrangig, aber eng damit verbunden.

Der Betätigungsmechanismus kann unterteilt werden in: elektromagnetische Betätigungsmechanismen (relativ alt, im Allgemeinen in Öl- oder ölarmen Leistungsschaltern verbaut); Federbetätigungsmechanismen (derzeit am gebräuchlichsten, SF6-, Vakuum- und GIS-Leistungsschalter sind in der Regel mit diesem Mechanismus ausgestattet); ABB hat vor kurzem einen neuen Typ von Permanentmagnetbetätigung eingeführt (wie z. B. den Vakuumleistungsschalter VM1).

2. Elektromagnetischer Betätigungsmechanismus

Der elektromagnetische Betätigungsmechanismus beruht vollständig auf der elektromagnetischen Saugkraft, die durch den durch die Schließspule fließenden Schließstrom erzeugt wird, um die Auslösefeder zu schließen und zu betätigen. Die Auslösung selbst wird hauptsächlich durch die Auslösefeder mit Energie versorgt.

Daher ist bei diesem Betätigungsmechanismus der Auslösestrom gering, der Schließstrom jedoch sehr groß; er kann kurzzeitig mehr als 100 Ampere erreichen.

Deshalb muss das Gleichstromsystem des Umspannwerks die Sammelschiene öffnen und schließen, um sie zu steuern. Die Schließmutter liefert die Schließleistung, und die Steuermutter versorgt den Regelkreis mit Strom.

Der Schließstromkreis ist direkt an den Akku angeschlossen. Die Schließspannung entspricht der Akkuspannung (üblicherweise ca. 240 V). Durch die Nutzung des Entladeeffekts des Akkus wird beim Schließen ein hoher Strom erzeugt, wodurch die Spannung beim Schließen sehr sprunghaft ansteigt. Der Steuerstromkreis ist über einen Silizium-Abwärtswandler mit dem Hauptstromkreis verbunden (üblicherweise mit 220 V gesteuert). Das Schließen beeinträchtigt die Stabilität der Steuerstromkreisspannung nicht. Da der Schließstrom des elektromagnetischen Betätigungsmechanismus sehr hoch ist, ist der Schutzschaltkreis nicht direkt mit der Schließspule, sondern mit dem Schließschütz verbunden. Der Auslöseschaltkreis ist direkt mit der Auslösespule verbunden.

Die Spule des Schließschützes ist üblicherweise spannungsgesteuert und weist einen hohen Widerstand (einige kΩ) auf. Bei der Abstimmung des Schutzschaltkreises mit diesem Schaltkreis ist darauf zu achten, dass beim Schließen der Schütz ein normaler Start gewährleistet ist. Dies stellt jedoch kein Problem dar, da die Auslösung den normalen Start des TBJ sicherstellt, sodass die Sprungverhinderung weiterhin gegeben ist. Dieser Mechanismus zeichnet sich durch eine lange Schließzeit (120–200 ms) und eine kurze Öffnungszeit (60–80 ms) aus.

3. Federbetätigungsmechanismus

Dieser Mechanismus ist derzeit der am häufigsten verwendete. Sein Öffnen und Schließen erfolgt durch die Feder, die die nötige Energie liefert. Die Schließspule liefert lediglich die Energie, um den Federpositionierstift herauszuziehen, weshalb der Schließstrom im Allgemeinen gering ist. Die Federenergie wird durch den Energiespeichermotor komprimiert.

Sekundärschleife des Betreibers des Spring-Energiespeichers

Beim elastischen Betriebsmechanismus versorgt der Schließbus hauptsächlich den Energiespeichermotor mit Strom, wobei der Strom gering ist und daher kein großer Unterschied zwischen Schließbus und Steuerbus besteht. Der Schutz erfolgt in Abstimmung mit diesem, sodass im Allgemeinen keine besonderen Vorkehrungen getroffen werden müssen.

4. Permanentmagnet-Antrieb

Der Permanentmagnet-Antrieb ist ein Mechanismus, der von ABB für den heimischen Markt entwickelt wurde und erstmals beim VM1 10kV-Vakuumleistungsschalter zum Einsatz kam.

Das Prinzip ist im Wesentlichen dem des elektromagnetischen Typs ähnlich; die Antriebswelle besteht aus Permanentmagnetmaterial, und um die elektromagnetische Spule befindet sich ein Permanentmagnet.

Unter normalen Umständen ist die elektromagnetische Spule nicht geladen. Beim Öffnen oder Schließen des Schalters wird die Polarität der Spule durch Änderung nach dem Prinzip der magnetischen Anziehung oder Abstoßung verändert.

Obwohl dieser Strom nicht klein ist, wird der Schalter durch einen Kondensator mit hoher Kapazität „gespeichert“, der sich während des Betriebs entlädt, um einen hohen Strom bereitzustellen.

Die Vorteile dieses Mechanismus liegen in seiner geringen Größe und der geringeren Anzahl an mechanischen Übertragungsteilen, wodurch die Zuverlässigkeit im Vergleich zum elastischen Betätigungsmechanismus besser ist.

In Verbindung mit unserer Schutzvorrichtung steuert unsere Auslöseschleife ein hochohmiges Halbleiterrelais an, das tatsächlich einen Schaltimpuls von uns benötigt.

Daher kann der Schalter, der die Schleife aufrechterhält, sicherlich nicht gestartet werden, der Schutz des Sprungs wird nicht aktiviert (der Mechanismus selbst mit Sprung).

Es ist jedoch zu beachten, dass aufgrund der hohen Betriebsspannung des Halbleiterrelais der negative Anschluss TW bei herkömmlicher Auslegung mit dem Schließkreis verbunden ist. Dies führt zwar nicht zum Ansprechen des Halbleiterrelais, kann aber dazu führen, dass das Positionsrelais aufgrund einer zu hohen Teilspannung nicht startet.

1. Oberer Isolierzylinder (mit Vakuum-Lichtbogenlöschkammer)

2. Den Isolierzylinder absenken.

3. Manueller Öffnungsgriff

4. Chassis (mit eingebautem Permanentmagnet-Betätigungsmechanismus)

Spannungswandler

6. Unter dem Draht

7. Stromwandler

8. Online

Diese in der Praxis auftretende Situation sowie der spezifische Analyse- und Verarbeitungsprozess werden im Abschnitt „Debugging Case“ dieses Artikels detailliert beschrieben.

Auch in China gibt es Produkte mit Permanentmagnet-Antriebsmechanismen, deren Qualität jedoch bisher nicht den Standards entsprach. In den letzten Jahren hat sich die Qualität schrittweise verbessert. Aus Kostengründen verzichten die inländischen Permanentmagnetmechanismen in der Regel auf Kapazität, und der Strom wird direkt über die Schließschiene bereitgestellt.

Unser Betätigungsmechanismus wird durch einen Ein-/Ausschalter (in der Regel ein selektierter Stromtyp) gesteuert; Halte- und Sprungschutz sind in der Regel möglich.

5.FS-Typ „Switch“ und andere

Bei den oben genannten Bauteilen handelt es sich um Leistungsschalter (allgemein bekannt als Schalter), aber im Kraftwerksbau können Anwender auch auf sogenannte FS-Schalter stoßen. FS-Schalter ist die Abkürzung für Lastschalter + schnelle Sicherung.

Da der Schalter teurer ist, wird diese FS-Schaltung verwendet, um Kosten zu sparen. Der Normalstrom wird durch den Lastschalter abgeschaltet, und der Fehlerstrom wird durch die Schnellsicherung abgeschaltet.

Diese Art von Schaltung ist in 6-kV-Kraftwerksanlagen üblich. Um ein Auslösen zu verhindern oder bei einem Fehlerstrom, der den zulässigen Abschaltstrom des Lastschalters überschreitet, ein schnelles Abschalten der Sicherung durch Verzögerung zu ermöglichen, ist in Verbindung mit einer solchen Schaltung oft ein Schutz erforderlich. Einige Kraftwerksbetreiber verzichten möglicherweise auf den Schutz einer Halteschleife.

Aufgrund der mangelhaften Qualität des Schalters kann es vorkommen, dass der Hilfskontakt nicht richtig schließt. Sobald der Haltestromkreis eingeschaltet ist, muss er sich darauf verlassen können, dass der Hilfskontakt des Leistungsschalters öffnet, bevor er zurückkehrt. Andernfalls wird der Sprungschlussstrom der Sprungschlussspule hinzugefügt, bis die Spule durchbrennt.

Die Schließspule ist für kurzzeitige Bestromung ausgelegt. Bei längerem Stromfluss besteht Durchbrenngefahr. Daher ist eine Halteschleife unbedingt erforderlich, da sonst die Schutzkontakte leicht durchbrennen können.

Selbstverständlich kann die Halteschleife auf Wunsch des Anwenders auch entfernt werden. Im Allgemeinen besteht die einfachste Methode darin, die Leitung auf der Leiterplatte zu durchtrennen, die den normalerweise offenen Kontakt des Relais mit der positiven Steuerbuchse verbindet.

Beim Testen ist darauf zu achten, dass die Positionsanzeige aus ist, wenn der Schalter ein- und ausgeschaltet wird (außer wenn die Feder keine Energie gespeichert hat; in diesem Fall zeigt das Bedienfeld eine entsprechende Warnung an). Die Steuerstromversorgung muss sofort abgeschaltet werden, um ein Durchbrennen der Schaltspule zu verhindern. Dies ist ein grundlegendes Prinzip, das vor Ort unbedingt beachtet werden muss.