Unterschied zwischen Vakuum-LeistungsschalterUndSF6-Leistungsschalterin Schaltschränken
1. Einleitung
Vakuum-Leistungsschalter und SF6-Leistungsschalter sind die Hauptkomponenten in Schaltschränken. In Europa und den meisten Ländern des Nahen Ostens werden SF6-Leistungsschalter bevorzugt; in China, Japan und den Vereinigten Staaten werden Vakuum-Leistungsschalter bevorzugt; in anderen Regionen sind die beiden Technologien fast gleich beliebt. Ölreiche und ölarme Technologien werden in China, Osteuropa, Indien und Lateinamerika noch in geringen Mengen verwendet, aber der Trend ist sehr deutlich und wird bald durch SF6-Leistungsschalter und Vakuumtechnologien ersetzt. Relevante Daten zeigen, dass multinationale Unternehmen der Elektroindustrie, darunter ABB, sich bei der Entwicklung der beiden Technologien ergänzen. In den letzten Jahren ist die neueste und wichtigste Entwicklung der beiden Technologien im In- und Ausland die Verwendung von permanentmagnetischen Aktuatoren und die Integration relevanter Sensorelemente in den Schaltschrank.
2 Lichtbogenunterbrechungseigenschaften
2.1 SF6-Leistungsschalter
SF6-Leistungsschalter verwenden derzeit selbstblasende Systeme. Der automatisch blasende Leistungsschalter hat eine relativ geringe Betriebsenergie, weist jedoch eine gute Leistung auf, z. B. eine geringe Lichtbogenenergie beim Abschalten des Kurzschlussstroms und eine lange elektrische Lebensdauer. Beim Abschalten kleiner induktiver Ströme beträgt sein Überspannungsvielfaches weniger als das 2,5-fache. 2.2 Vakuum-Leistungsschalter
Die Kontakte von Vakuum-Leistungsschaltern müssen beim Öffnen und Schließen eine hohe Beständigkeit gegen Lichtbogenkorrosion aufweisen; beim Unterbrechen kleiner Ströme sollten sie eine niedrige Lichtbogenstromleistung aufweisen. Materialforschungen haben ergeben, dass Kupfer-Chrom-Verbundwerkstoffe die besten und zufriedenstellendsten Kontaktmaterialien sind und Kupfer-Chrom-Verbundwerkstoffe mit einem Chromgehalt von 20 % bis 60 % heute als Standardmaterialien für Kontakte verwendet werden. Ursprünglich wurden spezielle Kontakte verwendet, um das radiale Magnetfeld auf der Lichtbogenkontaktoberfläche zu verhindern, wodurch die Lichtbogenwurzel gezwungen wurde, kontinuierlich entlang der Kontaktoberfläche zu rotieren, wodurch lokale Überhitzung und ungleichmäßiger Verschleiß verhindert wurden. Eine weitere Verbesserung der Kontaktform ist die Entwicklung eines axialen Magnetfelds, das die Lichtbogenwurzel gleichmäßig über die gesamte Kontaktoberfläche verteilen kann.
3. Entwicklungstrend vonSF6-Kreislaufit-Leistungsschalter und Vakuum-Leistungsschalter
3.1 Permanentmagnetischer Aktuator
Oberflächlich betrachtet realisiert der Betätigungsmechanismus des Leistungsschalters nur eine einfache „Öffnen-Schließen“- oder „Schließen-Öffnen“-Funktion. Wenn die gewünschte Position erreicht ist, muss sichergestellt werden, dass der Kontakt in dieser Position bleibt, bis ein Befehl zum Ändern der Position empfangen wird. Daher ist der Aktuator ein typischer bistabiler Aktuator und seine Leistung muss äußerst zuverlässig sein. In der Vergangenheit wurden lange Zeit mechanische Federn und Nockenmechanismen verwendet.
Der permanentmagnetische Aktuator umfasst einen festen Blechkern, Permanentmagnete, Schließ- und Öffnungsspulen sowie spezielle elektronische Geräte, die alle elektronischen Zusatzfunktionen wie Verriegelung, Öffnen, Schließen usw. bereitstellen können und auch über Selbstdiagnosefunktionen verfügen. Elektrolytkondensatoren liefern die für die Öffnungs- und Schließspulen erforderliche Schlagkraft. Das mechanische System des permanentmagnetischen Aktuators ist stark vereinfacht, und die starke Reduzierung seiner Komponenten verringert die Ausfallwahrscheinlichkeit entsprechend, wodurch der Wartungsaufwand des Aktuators reduziert wird[2]. Die neuen Vakuum- und SF6-Magnetaktuator-Leistungsschalter sind wie das vorherige Design vollständig untereinander austauschbar. Diese Austauschbarkeit ermöglicht es, den vorhandenen Schaltschrank mit minimalem Aufwand neu auszurüsten.
3.2 Integration von Sensorelementen und elektronischen Geräten
Mithilfe geeigneter Software und der erforderlichen Strom- und Spannungssensorelemente wird die Schutzfunktion in das Steuerungssystem des Leistungsschalters integriert, wodurch der Leistungsschalter zu einem vollständigen intelligenten Automatisierungsgerät mit Schutz- und Schaltfunktionen wird und das höchste Zuverlässigkeitsziel sowie die geringste Komponentenschnittstelle erreicht werden, um die Anwendung im sekundären Mittelspannungsverteilungssystem zu erleichtern. Dies ist auch der aktuelle Entwicklungsstatus des Niederspannungsverteilungssystems.
4.Technische Leistung
4.1 Elektrische und mechanische Lebensdauer
Die Nutzungserfahrung zeigt, dass sowohl Vakuum-Leistungsschalter als auch SF6-Leistungsschalter wartungsfrei sein können. Hochwertige SF6-Leistungsschalter und Vakuum-Leistungsschalter erfüllen die Standardanforderungen für Leistungsschalter der Klasse B in IEC60056 vollständig. Das heißt, Leistungsschalter der Klasse B erfordern innerhalb der erwarteten Lebensdauer keine Wartung der Unterbrechungskomponenten, sondern nur die Wartung anderer Komponenten. Die IEC legt die Anzahl der Vorgänge fest, die der Leistungsschalter ausführen können muss, basierend auf den Nutzungsbedingungen, wie z. B. dem an den Leistungsschalter angeschlossenen Abgasleitungsnetz und ob der Wiedereinschaltschalter verwendet wird.
4.2 Betriebsüberspannung
SF6-Leistungsschalter verfügen ohne externe Geräte über eine niedrige Betriebsüberspannungsstufe.
Vakuum-Leistungsschalter mit modernen Kontaktmaterialien weisen ebenfalls niedrige Unterbrechungsströme auf. Bei speziellen Anwendungen kann jedoch eine detaillierte Systemparameterstudie erforderlich sein, um festzustellen, ob ein spezielles Überspannungsbegrenzungsgerät erforderlich ist, was hauptsächlich von den Eigenschaften der Industrieanlage abhängt.
5. Anwendungsbeispiele
(1) Abgasleitungen und -kabel: Beim Einsatz zur Abschaltung und zum Schutz des Abgasleitungs-Verteilungsnetzes erfüllen sowohl Vakuum- als auch SF6-Leistungsschalter die Anforderungen.
(2) Transformatoren: Moderne Vakuum-Leistungsschalter und SF6-Leistungsschalter eignen sich zum Abschalten des Erregerstroms von unbelasteten Transformatoren mit einem Überspannungsvielfachen von weniger als 3,0.
In einigen Sonderfällen, beispielsweise beim Einsatz von Vakuum-Leistungsschaltern zum Abschalten von Trockentransformatoren in Industrieanlagen, werden Blitzableiter empfohlen.
(3) Motoren: Wenn Leistungsschalter zum Abschalten von Motoren verwendet werden, muss der Umgang mit Überspannungen besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden. Die Zielgrenze der Überspannung liegt bei weniger als dem 2,5-fachen, was von beiden Leistungsschaltern erreicht werden kann. Wenn Vakuum-Leistungsschalter zum Abschalten kleiner Motoren (Anlaufstrom unter 600 A) verwendet werden, können Maßnahmen zur Begrenzung der Überspannung erforderlich sein, da es zu mehreren Wiederzündungen des Lichtbogens kommt, was ein Phänomen mit sehr geringer Wahrscheinlichkeit ist.
(4) Kondensatorbänke: Beide Technologien sind für das Schalten von Kondensatorbänken ohne Rückzündung anwendbar. Beim Schalten in Gruppen müssen möglicherweise Drosseln installiert werden, um den Stoßstrom zu begrenzen. Die synchrone Steuerungstechnologie von Leistungsschaltern ist eine wirksame Lösung für dieses Problem. SF6-Leistungsschalter werden insbesondere für Anwendungen mit Nennspannungen über 27 kV empfohlen.
(5) Lichtbogenöfen: Das Schalten von Lichtbogenöfen ist durch häufiges Schalten, hohe Ströme und kurze Schaltpausen gekennzeichnet. Vakuumschalter sind für solche Anwendungen besonders geeignet.
(6) Shunt-Reaktoren: SF6-Leistungsschalter eignen sich zum Schalten von Shunt-Reaktoren, deren Überspannungsvielfache üblicherweise kleiner als 2,5 sind. Bei Verwendung von Vakuum-Leistungsschaltern können zusätzliche Maßnahmen zur Begrenzung der Überspannung erforderlich sein.
(7) Elektrifizierter Schienenverkehr: Grundsätzlich können beide Leistungsschalter verwendet werden, bei einigen Anwendungen mit niederfrequenter Stromversorgung (wie etwa 16,67 Hz) werden jedoch Vakuum-Leistungsschalter empfohlen.
6. Fazit
Aus Sicht der Verwendung sind SF6-Leistungsschalter und Vakuum-Leistungsschalter komplementäre Technologien. Wirtschaftliche Faktoren, Benutzerpräferenzen, Gewohnheiten im Land, Fertigungskapazitäten und spezielle Schaltanforderungen sind die Hauptfaktoren für Entscheidungsträger bei der Bestimmung des Leistungsschaltertyps. Spezielle Anforderungen wie die Anpassung des Leistungsschalters an die Arbeitsbedingungen und häufiges Schalten können zusätzliche Faktoren sein, die die Auswahl des Leistungsschaltertyps beeinflussen. Zu diesem Zeitpunkt kann eine umfassende Studie erforderlich sein, um die beste Wahl zu treffen.
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