Ausschaltvermögen von Mittelspannungs-Lasttrennschaltern bei Verwendung atmosphärischer Lösch- und Isoliergase
Marvin Bendig
Mittelspannungs-Lasttrennschalter stellen zentrale Komponenten in der Energieversorgung dar. Als Bestandteil von Mittelspannungs-Schaltanlagen der sekundären Verteilung ist ihre Aufgabe die sichere Unterbrechung von
Lastströmen im Netz und die Herstellung einer sicheren Trennstrecke. Im Zuge des voranschreitenden Ausbaus der Mittelspannungsnetze werden vermehrt gasisolierte Anlagen gefüllt mit Schwefelhexafluorid (SF6) verbaut,
da der Einsatz des Lösch- und Isoliergases SF6 den Aufbau kompakter und zuverlässiger Anlagen erlaubt. SF6 ist jedoch ebenfalls das stärkste bekannte Treibhausgas, mit einer Treibhauswirkung von 23.500 CO2-Äquivalenten. Eine Substitution von SF6 unter Beibehaltung der Baugröße und Zuverlässigkeit ist daher erstrebenswert. Der Lasttrennschalter stellt dabei die kritische Komponente dar, da das Füllgas im Schalter sowohl die Lichtbogenlöschung als auch die Spannungsisolation übernimmt. Mögliche Alternativgase weisen geringere elektrische Festigkeiten und Lichtbogenlöschvermögen als SF6 auf,
daher ist eine grundlegende Anpassung der Auslegung des Lasttrennschalters erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist die Identifikation und Quantifikation der wesentlichen Einflussparameter auf das Ausschaltvermögen eines Mittelspannungs-
Lasttrennschalters unter Verwendung alternativer Lösch- und Isoliergase.
In einer Parameterstudie wird das thermische Ausschaltvermögen und die dielektrische Wiederverfestigung für verschiedene Auslegungsgrößen an einem Modell-Lasttrennschalter bestimmt. Essentiell für ein ausreichendes Ausschaltvermögen ist eine ausreichende Lichtbogenkühlung, die sowohl durch konvektive Kühlung durch eine axiale Beblasung als auch durch
den Hartgaseffekt, d.h. den Abbrand von Polymeren in Lichtbogennähe, sichergestellt werden kann. Beide Mechanismen können durch verschiedene Parameter der Schalterauslegung beeinflusst werden. Aus den gewonnenen Ergebnissen wird ein Designkriterienkatalog abgeleitet, der zur Auslegung eines Technologiedemonstrators eines umweltfreundlichen Mittelspannungs-Lasttrennschalters dient. Am Ende der Arbeit wird dieser erfolgreich einer normgerechten Prüfung des Ausschaltvermögens unterzogen.
