Wie verbessert ein Mittelspannungs-Vakuumschalter die elektrische Sicherheit

Der Mittelspannungs-Vakuumschalter (VCB) ist eine entscheidende Komponente für die Sicherheit und den Schutz der Energieverteilung in mittelspannungstechnischen Anlagen (10 kV – 35 kV). Er ist effektiver als ältere öl- und gasbetriebene Löschschalter, da der VCB eine Vakuumkammer verwendet, um Fehlerströme zu unterbrechen und den fehlerhaften Teil des Netzes sehr schnell zu isolieren. Sie sind äußerst zuverlässig unter anspruchsvollen Bedingungen wie in städtischen Stromnetzen, Industrieanlagen und gewerblichen Komplexen. GPSwitchgear ist führend bei der Optimierung des Mittelspannungs-VCB-Designs zur Verbesserung der Sicherheit und deren praktischen Anwendungen. Nachfolgend einige Möglichkeiten, wie der Mittelspannungs-Vakuumschalter die elektrische Sicherheit erhöht.

Mittelspannungs-Vakuumschalter konzentriert sich auf schnelle, effektive und sichere Verhinderung von Lichtbogenrisiken

In Mittelspannungsanlagen stehen elektrische Lichtbögen an erster Stelle der gefährlichen Risiken. Um die Gefahr einzuordnen: Sie erzeugen eine extrem hohe Temperatur von 20.000 Grad Celsius, können Metalle schmelzen, Isolierungen beschädigen und sogar Brände sowie Explosionen verursachen. Der Mittelspannungs-Vakuumschalter (VCB) vereint das Beste aus beiden Welten, indem er die hervorragenden lichtbogenlöschenden Eigenschaften eines Vakuums nutzt. Bei einer Störung, beispielsweise einem Kurzschluss, trennt der Mittelspannungs-VCB seine Kontakte schnell in einer Vakuumkammer. Aufgrund des Vakuummilieus wird die Bildung ionisierter Gase – welche die Lichtbogenbildung in anderen Schaltern aufrechterhält – verhindert, wodurch der Lichtbogen innerhalb von 1 bis 2 Schaltzyklen (bei einem 50-Hz-System bis zu 0,04 Sekunden) gelöscht wird. Dies ist deutlich schneller als bei öl- oder luftisolierten Leistungsschaltern und reduziert die Einwirkdauer des Lichtbogens erheblich, wodurch das Brand- und Beschädigungsrisiko minimiert wird. Beispielsweise unterbricht in einem 10-kV-Industriestromverteilungssystem ein Mittelspannungs-VCB bei einem Kabelkurzschluss den Strom nahezu augenblicklich und löscht den Lichtbogen, wodurch verhindert wird, dass dieser auf benachbarte Schaltanlagen übergreift.

Der Mittelspannungs-VCB von GPSwitchgear verwendet hochwertige Vakuumkammern mit einem Vakuumgrad von 10⁻⁶ Pa oder höher, wodurch die Sicherheit durch eine stabile Lichtbogenlöschleistung über 20 Jahre hinaus weiter verbessert wird.

Hervorragende Isolierleistung des Mittelspannungs-VCB zur Vermeidung von Leckage-Risiken  

Ein Isolationsversagen in Mittelspannungsanlagen kann zu Stromlecks, Geräteausfällen und elektrischen Schocks für Mitarbeiter führen. Der Mittelspannungs-Vakuumschalter (VCB) verlässt sich auf Isolation aufgrund zweier wesentlicher Konstruktionen: Erstens die Vakuumkammerkonstruktion: Da sie eine Vakuumkammer enthält, fungiert diese als Isolationskammer. Das Vakuum verhindert Stromleckage zwischen den Kontakten bei jeder Nennspannung, da es eine wesentlich höhere Isolationsfestigkeit als Luft oder Öl besitzt. Die zweite Eigenschaft, die der Mittelspannungs-VCB aufweist, ist die Verwendung von Epoxidharz oder keramischen Materialien für das Gehäuse der Vakuumkammer, die widerstandsfähig gegen Feuchtigkeit, Staub und chemische Korrosion sind. Isolationsausfälle durch Feuchtigkeit werden somit vermieden. Mittelspannungs-VCBs enthalten kein Öl oder Gas, das austreten könnte, wodurch sie sowohl für den Innen- als auch für den Außeneinsatz sicher sind (im Gegensatz zu Ölschaltgeräten, die lecken können und bei denen es zu Isolationsausfällen durch Öl kommen kann). Beispielsweise eignen sich sichere Küstenregionen in stark industrialisierten Gebieten perfekt für VCBs, da die Luftfeuchtigkeit und Salzsprühnebel die Isolationshülle und die Vakuumkammer des VCB nicht verstopfen oder beschädigen können. Der VCB kann weiterhin ordnungsgemäß funktionieren und Spannungs-Isolationsleckagen verhindern. Alle gekauften Mittelspannungs-VCBs müssen Isolationsprüfungen mit Wechselspannungsfestigkeit und Teilentladung bestehen, um den Isolations- und internationalen Sicherheitsnormen zu entsprechen.

Mittelspannungs-Vakuumschaltgeräte gewährleisten den Anlagenschutz durch genaue Stromunterbrechung

Störungen in Mittelspannungsanlagen umfassen Kurzschluss-, Überlast- und Erdfehlerströme und können Transformatoren sowie andere teure Geräte gefährden. Mit teuren Fehlerstromwandlern können Mittelspannungs-VCBs Fehlerströme genau erkennen und unterbrechen, da sie mit fortschrittlichen integrierten Schutzsystemen ausgestattet sind und mit dynamischen Schutzrelais zusammenarbeiten können. Diese Relais analysieren das elektrische System effektiv in Echtzeit und kommunizieren mit dem Mittelspannungs-VCB, sobald ein Fehler erkannt wird, woraufhin der VCB sofort die Fehlerstromunterbrechungseinrichtung aktiviert. Allerdings unterbrechen VCBs keinen Strom, der die maximale Belastbarkeit der Mittelspannungsgeräte übersteigt. Beispielsweise können Mittelspannungs-VCBs für 20-kV-Stromnetze Fehlerströme bis zu 20 kA unterbrechen und verhindern, dass überschüssiger Strom durch Transformatoren und Kabel fließt. Dadurch wird die Anlage vor Isolations- und mechanischen Schäden bei Überlast geschützt. Beispielsweise löst eine fehlerhafte Überlastbedingung durch gleichzeitigen Betrieb von Systemen in einem 20-kV-Netz einer Gewerbeanlage die Schutzrelais aus, um den Überlastschutz am Haupttransformator aufrechtzuerhalten.

GPSwitchgear bietet Mittelspannungs-Vakuumschalter, die entweder über einen elektromagnetischen Mechanismus oder einen federbetätigten Mechanismus verfügen, um eine schnelle Kontakttrennung sicherzustellen und zu gewährleisten, dass der Fehlerstrom innerhalb der vorgesehenen sicheren Zeit unterbrochen wird.

Wartungsrisiken bei Mittelspannungs-Vakuumschaltern sind gering, da nur geringer Wartungsaufwand erforderlich ist

Mittelspannungs-VKAs verursachen weniger Arbeitsaufwand, da sie geringe Wartungsanforderungen haben. Andere Schalter wie Ölschaltgeräte erfordern wiederholte Wartungsarbeiten wie Ölwechsel, Kontaktreinigung, Gasdruckeinstellungen und viele weitere. Diese Tätigkeiten erhöhen die Betriebskosten und setzen Wartungspersonal dem Risiko einer möglichen elektrischen Beanspruchung aus. VKAs funktionieren nach dem Prinzip der Teileschonung. Ihre Vakuumkammer und die Kontakte weisen lange Betriebszyklen – über 10.000 hinaus – auf, bevor die erste routinemäßige Wartung erforderlich ist. Die Wartung der Betätigungseinrichtungen und die Schmierung der Hilfsmittel (Steuerkreise) können durchgeführt werden, ohne die Hochspannungskammer demontieren zu müssen, wodurch wartungsbedingte Hochspannungsrisiken entfallen. Dadurch wird die Belastung des Personals durch Hochspannung reduziert und Arbeiten wie die Wartung an verschmorten Kontakten entfallen. Solche Wartungsintervalle gelten für die Wartung mittelspannungsseitiger VKAs an abgelegenen Standorten. Im Vergleich zur vierteljährlichen Wartung von Ölschaltgeräten betragen die Wartungsintervalle bei mittelspannungsseitigen VKAs an abgelegenen Standorten 3 bis 5 Jahre. Dies reduziert die Wartungsarbeiten am Schalter erheblich. Solche Risiken werden bei GPSwitchgear-Mittelspannungs-VKAs mit modularem Aufbau minimiert. Dieses Design ermöglicht die Wartung der Hilfseinrichtungen, ohne die Vakuumkammer zu beeinträchtigen. Dadurch wird das Risiko mangelhafter Wartung und die Belastung der Mitarbeiter reduziert.

Mittelspannungs-Vakuumschaltgerät mit Verriegelungsfunktionen zur Vermeidung von Bedienfehlern

Mittelspannungsanlagen haben ein hohes Risiko für gefährliche und tödliche Vorfälle aufgrund von Bedienfehlern, beispielsweise das Schließen des Schalters an einer fehlerhaften Leitung oder das unbefugte Öffnen des Schalters während einer normalen Last. Der Vakuumleistungsschalter (VCB) verfügt über integrierte Verriegelungsmechanismen, um das Risiko von Fehlbedienungen zu verringern. Zunächst besitzt der VCB eine mechanische Verriegelung mit dem Trennschalter. Der VCB kann nur geschlossen werden, wenn der Trennschalter in Position ist, wodurch ein Schließen bei offener Schaltung verhindert wird. Der VCB verfügt außerdem über eine elektrische Verriegelung mit dem Steuersystem. Der VCB kann nur von autorisiertem Personal mit dem richtigen Zugangscode oder einem Steuerschlüssel bedient werden, wodurch unbefugtes Öffnen und Schließen verhindert wird. Der VCB hat zudem ein Status-Verriegelungssystem. Wenn die Vakuumkammer des VCB leckt, erkennen die Drucksensoren einen Lichtbogenfehler und verriegeln den Schalter, wodurch ein Betrieb während der Stromunterbrechung verhindert wird. Ein praktisches Beispiel ist ein Mittelspannungs-Schaltanlagenraum, wo, wenn ein Bediener versucht, den defekten Leitungsschalter zum VCB zu schließen, die mechanische Verriegelung Schäden am Gerät verhindert, indem sie den Bediener am Schließen des Schalters hindert.

Der Mittelspannungs-Lasttrennschalter von GPSwitchgear erfasst alle Betriebsprotokolle, wodurch das Management Funktionen verfolgen und bewerten kann, was das Risiko von vorsätzlichen oder unbeabsichtigten Bedienfehlern verringert.