Autor: Nicolas Götte

In Hoch- und Höchstspannungsnetzen werden heutzutage nahezu ausschließlich Gasleistungsschalter zur Unterbrechung von Betriebs- und Kurzschlussströmen eingesetzt. Aufgrund seiner herausragenden Lösch- und Isoliereigenschaften wird dabei aktuell Schwefelhexafluorid (SF6) als Füllgas verwendet. Da SF6 das stärkste bekannte Treibhausgas ist, gibt es weltweite Bestrebungen, dieses zukünftig durch alternative, umweltfreundlichere Gase zu substituieren. Alle potenziellen Gasalternativen weisen allerdings eine geringere Leistungsfähigkeit als SF6 auf. In Mittelspannungsnetzen haben sich Vakuumleistungsschalter aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit durchgesetzt. Für Bemessungsspannungen bis Ur = 145 kV sind Vakuumleistungsschalter im Betrieb, bis Ur = 245 kV sind Lösungen Gegenstand aktueller Entwicklungen. Um auch in der Hoch- und Höchstspannungsebene umweltfreundliche Leistungsschalter zu realisieren, werden daher neuartige Konzepte untersucht. Ein möglicher Ansatz ist eine Serienschaltung aus Gas- und Vakuumleistungsschalter als Hybridschaltgerät. Das geringere Ausschaltvermögen des Gasleistungsschalters bei der Verwendung von alternativen Gasen wird dabei durch den Vakuumleistungsschalter kompensiert. Wenn der Gasleistungsschalter einen Großteil der dielektrischen Anforderungen übernimmt, können die Anforderungen an den Vakuumleistungsschalter entsprechend angepasst werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wechselwirkung zwischen Gas- und Vakuumlichtbogen im Bereich um den Stromnulldurchgang zu charakterisieren. Der Nachstrom des Vakuumleistungsschalters wird als wichtiger Parameter für die Wechselwirkung zwischen den beiden Leistungsschaltern in der Serienschaltung identifiziert. Bei hohen Strom- und Spannungsbelastungen sorgt der Vakuum-Nachstrom dafür, dass in der ersten Phase nach dem Stromnulldurchgang der Vakuumleistungsschalter einen Großteil der Wiederkehrspannung übernimmt. Danach führt eine Übergangsphase zu einer kapazitiven Spannungsaufteilung zwischen den beiden Schaltgeräten. Um die Spannungsaufteilung zwischen den Schaltgeräten zu beeinflussen, werden sowohl kapazitive als auch ohmsche Spannungssteuerungen untersucht. Dabei eignet sich insbesondere eine ohmsche Steuerung des Hybridleistungsschalters, währende eine kapazitive Steuerung neben der Spannungsaufteilung einen negativen Einfluss auf das Schaltverhalten der Serienschaltung hat.

In Hoch- und Höchstspannungsnetzen werden heutzutage nahezu ausschließlich Gasleistungsschalter zur Unterbrechung von Betriebs- und Kurzschlussströmen eingesetzt. Aufgrund seiner herausragenden Lösch- und Isoliereigenschaften wird dabei aktuell Schwefelhexafluorid (SF6) als Füllgas verwendet. Da SF6 das stärkste bekannte Treibhausgas ist, gibt es weltweite Bestrebungen, dieses zukünftig durch alternative, umweltfreundlichere Gase zu substituieren. Alle potenziellen Gasalternativen weisen allerdings eine geringere Leistungsfähigkeit als SF6 auf. In Mittelspannungsnetzen haben sich Vakuumleistungsschalter aufgrund ihrer Zuverlässigkeit und Wirtschaftlichkeit durchgesetzt. Für Bemessungsspannungen bis Ur = 145 kV sind Vakuumleistungsschalter im Betrieb, bis Ur = 245 kV sind Lösungen Gegenstand aktueller Entwicklungen. Um auch in der Hoch- und Höchstspannungsebene umweltfreundliche Leistungsschalter zu realisieren, werden daher neuartige Konzepte untersucht. Ein möglicher Ansatz ist eine Serienschaltung aus Gas- und Vakuumleistungsschalter als Hybridschaltgerät. Das geringere Ausschaltvermögen des Gasleistungsschalters bei der Verwendung von alternativen Gasen wird dabei durch den Vakuumleistungsschalter kompensiert. Wenn der Gasleistungsschalter einen Großteil der dielektrischen Anforderungen übernimmt, können die Anforderungen an den Vakuumleistungsschalter entsprechend angepasst werden. Ziel dieser Arbeit ist es, die Wechselwirkung zwischen Gas- und Vakuumlichtbogen im Bereich um den Stromnulldurchgang zu charakterisieren. Der Nachstrom des Vakuumleistungsschalters wird als wichtiger Parameter für die Wechselwirkung zwischen den beiden Leistungsschaltern in der Serienschaltung identifiziert. Bei hohen Strom- und Spannungsbelastungen sorgt der Vakuum-Nachstrom dafür, dass in der ersten Phase nach dem Stromnulldurchgang der Vakuumleistungsschalter einen Großteil der Wiederkehrspannung übernimmt. Danach führt eine Übergangsphase zu einer kapazitiven Spannungsaufteilung zwischen den beiden Schaltgeräten. Um die Spannungsaufteilung zwischen den Schaltgeräten zu beeinflussen, werden sowohl kapazitive als auch ohmsche Spannungssteuerungen untersucht. Dabei eignet sich insbesondere eine ohmsche Steuerung des Hybridleistungsschalters, währende eine kapazitive Steuerung neben der Spannungsaufteilung einen negativen Einfluss auf das Schaltverhalten der Serienschaltung hat.