So platzieren Sie Isolatoren für Trennschalter und Umspannwerke

Beim Versuch, die Auswahl und Dimensionierung von Isolatoren für Umspannwerksanwendungen zu optimieren, müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Dazu gehören mechanische, elektrische, ökologische, funktionale und wirtschaftliche Überlegungen.

In diesem bearbeiteten früheren Beitrag zum INMR von Marco Nosilati und Davide Momesso von GE Grid Solutions in Italien wurden in Zusammenarbeit mit dem unabhängigen Experten Alberto Pigini verschiedene technische Parameter für eine optimierte Auswahl von Stützisolatoren analysiert, mit Schwerpunkt auf EHV- und UHV-Trennschaltern.

Ein Isolator ist definiert als:"ein Gerät zur elektrischen Isolierung und mechanischen Befestigung von Geräten oder Leitern, die elektrischen Potenzialunterschieden ausgesetzt sind". Hierbei handelt es sich um eine stark verallgemeinerte Definition, da in Umspannwerken und Stromrichterstationen je nach Anwendung viele Arten von Stützisolatoren verwendet werden, z. B. Sammelschienenstützen zur Glättung von Reaktorstützen, Schaltanlagen, Sammelschienen usw. Ein Trennschalter ist dies"ein mechanisches Schaltgerät, das in der Offenstellung eine Trennstrecke entsprechend den festgelegten Anforderungen bereitstellt". Die Anforderungen, die an Trennvorrichtungen für Freiluftanwendungen einzuhalten sind, sind vielfältig, lassen sich jedoch in drei Hauptklassen einteilen:

• Funktionale und elektrische Anforderungen

Die Hauptfunktion des Trennschalters besteht darin, die Sicherheit zu gewährleisten. Im geöffneten Zustand muss er daher einen sichtbaren und zuverlässig offenen Spalt gewährleisten; Im geschlossenen Zustand muss es Normal- und Fehlerstrom ohne Unterbrechung oder ungewöhnliche unsichere Situationen standhalten. Ein Trennschalter muss außerdem so ausgelegt sein, dass Entladungen über die Freiluftstrecke und zur Erde vermieden werden.

• Mechanische Anforderungen

Aus mechanischer Sicht muss der Trennschalter neben seinen eigenen Betriebslasten (Gewicht, Betriebsanforderungen) auch äußere Lasten tragen. Bei UHV-Geräten ist das Erdbeben das schwerwiegendste Problem. Bei seismischen Anforderungen muss daher auf eine hochpräzise Auslegung geachtet werden. Weitere zu berücksichtigende Belastungen sind Kurzschluss, starker Wind und Endlasten.

• Umweltanforderungen

Da sie der Luft ausgesetzt sind, müssen Trennschalter allen möglichen Umwelteinflüssen standhalten, einschließlich starkem Eis (wichtig, da dies die Leistung von Isolatoren völlig beeinträchtigen kann) und starkem Regen (der das Entladungsrisiko erhöht). Vor allem die Einwirkung von Schadstoffen ist ein entscheidender Faktor bei der Dimensionierung von Isolatoren und kann zur Entladung in die Erde führen.

Da alle diese Anforderungen eng mit der Isolatorleistung verknüpft sind, sind Stützisolatoren eine der wichtigsten Komponenten eines Trennschalters. Gleichzeitig hängen zusätzliche Anforderungen mit der Verschiebung unter Last im Betrieb zusammen, was bedeutet, dass Trennschalter im Vergleich zu anderen Geräten mit einem kritischeren Problem zu kämpfen haben, nämlich der Bewegung der mechanischen Teile, die zum Öffnen und Schließen erforderlich sind. Daher ist für die ordnungsgemäße Funktion dieses Geräts ein gewisses Maß an Steifigkeit erforderlich.

In der Stromversorgungsbranche besteht das allgemeine Ziel, kompakte, kostengünstige Freiluft-Umspannwerke zu schaffen. Die Stationsisolatorentechnologie kann zu diesem Ziel beitragen, indem sie die erforderlichen Lichtbogenabstände für Sammelschienen, Trennschalter und andere Geräte begrenzt. Dies kann erreicht werden, indem die Konstruktion des Stützisolators durch die Auswahl der am besten geeigneten Materialien, die Verbesserung der mechanischen Festigkeit und Steifigkeit, die Reduzierung der Anzahl von Stapeln und Zwischenflanschen sowie die Optimierung des Schirmprofils und des Kriechfaktors optimiert wird. Im Hinblick auf UHV-Anwendungen besteht die größte Herausforderung für Stützisolatoren in der Höhe, insbesondere da die verschmutzte Umgebung häufig lange Kriechstrecken erfordert. Mechanische Anforderungen durch Biege- und Torsionsbelastungen machen diese Herausforderung nur noch komplexer und können auch die Herstellung solcher Einheiten erheblich erschweren.

PS: Artikel von inmr zur Auswahl von Stützisolatoren für Trennschalter.