Ausschaltverhalten von Mittelspannungs-Lasttrennschaltern auf Basis von Stickstoff-Kohlenstoffdioxid-Mischungen

  • Interruption behaviour of medium voltage load break switches with nitrogen carbon dioxide mixtures

Krampert, Thomas; Moser, Albert (Thesis advisor); Schnettler, Armin (Thesis advisor)

Aachen : printproduction M. Wolff (2022)
Buch, Doktorarbeit

In: Aachener Beiträge zur Energieversorgung 214
Seite(n)/Artikel-Nr.: 1 Online-Ressource : Illustrationen

Dissertation, RWTH Aachen University, 2021

Kurzfassung

In der Mittelspannungsebene sind Lasttrennschalter die in Deutschland meist verbauten Schaltgeräte und stellen somit einen wichtigen Baustein der elektrischen Energieversorgung dar. Aufgrund der gestellten Anforderung an eine kompakte Baugröße ist ein wachsender Anteil in gasisolierten Schaltanlagen verbaut. Das dafür verwendete Schwefelhexafluorid ist mit einem Treibhauspotential von 23 500 CO2-Masseäquivalenten das stärkste bekannte Treibhausgas, weshalb eine Substitution angestrebt wird. Da die dafür in Frage kommenden Gase jedoch eine geringere Leistungsfähigkeit aufweisen, ist eine Anpassung der Schalterkonstruktion notwendig. Die ausschlaggebenden Größen für eine erfolgreiche Stromunterbrechung sind dabei die Lichtbogenkühlung durch eine axiale Beblasung und der Hartgaseffekt, d.h. der Abbrand von Polymeren im Lichtbogenbereich. In einer vorangegangenen Arbeit wurde bereits ein erster Designkriterienkatalog erarbeitet. Für die optimale Auslegung eines Mittelspannungs-Lasttrennschalters ist jedoch ein tiefergehendes Verständnis aller relevanter Einflussfaktoren notwendig. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung des Einflusses der Schalterkonstruktion sowie der Strom- und Spannungsbelastung auf das Ausschaltverhalten eines umweltfreundlicheren Mittelspannungs-Lasttrennschalters auf Basis von Stickstoff-Kohlenstoffdioxid-Mischungen. Von besonderem Interesse ist dabei die Wirkung einzelner Parameter auf das Zusammenspiel von axialer Beblasung und Hartgaseffekt. Für die Untersuchungen wird für einen Modellschalter das thermische Ausschaltvermögen, die dielektrische Wiederverfestigung sowie das Stromabrissverhalten für verschiedene Auslegungsvarianten bestimmt. Die Untersuchungen zeigen, dass Auslegungen, die zu einem höherem Polymerabbrand führen, nicht automatisch ein höheres Ausschaltvermögen besitzen. Zur Ausnutzung der durch den Polymerabbrand veränderten Gaszusammensetzung ist ein ausreichend hoher Beblasungsdruck notwendig. Aus den Untersuchungen werden Auslegungskriterien abgeleitet und zur Auslegung eines Technologie-Demonstrators genutzt. Anhand der normgerechten Prüfung des Ausschaltvermögens des Technologie-Demonstrators erfolgt der Nachweis der Gültigkeit der Auslegungskriterien.

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