Schaltgeräte zum Einsatz in klimaneutralen Schaltanlagen mit Bemessungsspannung ≥ 420 kV und Clean Air als Isolationsmedium

Abstract:
Leistungsschalter sind wichtige Betriebselemente mit intrinsischer Schutzfunktion in elektrischen Stromnetzen auf der ganzen Welt. Aufgrund der Diskussion über ein Ende der Nutzung von Schwefelhexafluorid (SF6) als Isolier- und Löschgas in Hochspannungsschaltanlagen für Neuinstallationen in den nächsten Jahren, steht die Untersuchung verschiedener SF6-Alternativen noch stärker im Fokus aktueller Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten von Wissenschaft und In-dustrie. In diesem Zusammenhang stellt die Vakuumschalttechnik in Kombination mit einer Clean Air (80% N2 und 20% O2) Isolation eine umweltfreundliche (Global Warming Potential – GWP = 0), wartungsfreie und hochleistungsfähige F-Gasfreie Lösung für zukünftige Hochspannungsschaltanlagen dar, wie sie bereits heute für Spannungen bis Ur = 170 kV verfügbar ist. Aufgrund der nichtlinear ansteigenden Durchschlagsfestigkeit des Vakuums erscheint es jedoch unrealistisch, mit technisch und wirtschaftlich vertretbarem Aufwand einfach unterbrechende Vakuumschaltröhren für Spannungsebenen mit Ur ≥ 420 kV zu entwickeln. Daher werden Konzepte mit Serienschaltungen zweier Hochspannungs-Vakuumschaltröhren entwickelt und untersucht und im ersten Teil dieses Beitrags vorgestellt. Im Gegensatz zu bisher vorgestellten Ergebnissen wird bei diesen Untersuchungen zusätzliche Strom- und Spannungsmesstechnik eingesetzt, um die Nachströme der Vakuumschaltröhren nach Stromnull zu messen und deren Auswirkungen auf das Schaltverhalten zu analysieren. Die Ergebnisse dieses Beitrags zeigen, dass ein direkter Zusammenhang zwischen Nachstrom und Spannungsaufteilung auf die Unterbrechereinheiten besteht. Insbesondere im Grenzbereich des Kurzschlussausschaltvermögens der Vakuumschaltröhren muss dieser Effekt zur Optimierung des Ausschaltverhaltens genau untersucht werden. Im zweiten Teil dieses Beitrags demonstrieren erste experimentelle Untersuchen an gasisolierten Trennschaltern das Einsatzpotential für Clean Air als Isolationsmedium in diesen Schaltkomponenten.