Zentral montierte ausfahrbare 10-kV-Schaltanlagen, repräsentiert durch die KYN28A-12, sind zur gängigen Wahl in Stromverteilungssystemen geworden. In diesem Artikel werden die technische Logik und der technische Wert zentral montierter Schaltanlagen anhand von drei Dimensionen analysiert: Strukturdesign, Sicherheitsverriegelung und wichtige Auswahlpunkte.
Der grundlegende Unterschied zwischen zentral montierten Schaltanlagen und herkömmlichen ortsfesten Geräten liegt in der Metallpanzerung, dem zentral montierten Wagen und der unabhängigen Konstruktion mit vier Fächern. Am Beispiel des KYN28A-12 ist der Schrank durch Metalltrennwände streng in vier unabhängige Fächer unterteilt:
Ausgestattet mit einem Vakuum-Leistungsschalterwagen (gängige Modelle wie VS1 und VD4), der zwischen Arbeits-, Test- und Rückzugsstellung wechseln kann. Der Kernwert des Handwagen-Designs liegt in seiner Fähigkeit, den gesamten Leistungsschalterwagen herauszunehmen, wenn ein Stromkreis gewartet werden muss, ohne den normalen Betrieb anderer Schränke zu beeinträchtigen und die Stromausfallzeit erheblich zu verkürzen. Der Innenraum ist mit einem umfassenden mechanischen Verriegelungssystem ausgestattet, das die Betriebssicherheit in physikalischer Hinsicht gewährleistet.
Die Hauptsammelschiene besteht aus T2-Kupfersammelschienen, die von Isolatoren getragen werden, und verfügt über ein unabhängiges, geschlossenes Design. Die Isolierung des Sammelschienenraums ist von entscheidender Bedeutung – im Falle eines Fehlers auf der Sammelschienenseite verhindern die Metalltrennwände wirksam die Ausbreitung von Lichtbögen und Hochtemperaturgasen auf andere Räume und verhindern so Kurzschlüsse von Phase zu Phase und Fehlerausbreitung. Die hohe Leitfähigkeit der T2-Kupferschienen gewährleistet auch die Kontrolle des Temperaturanstiegs unter Hochstrombedingungen.
Wird für die Installation von Stromwandlern, Nulltransformatoren, Erdungsschaltern, Kabelklemmen, Überspannungsableitern und anderen Komponenten verwendet. Der Kabelraum bietet ausreichend Platz und erleichtert die Bauverkabelung sowie die anschließende Wartung und Anpassung. Dieses Design ist besonders praktisch für Industrieanwender und Photovoltaikkraftwerke, die häufige Änderungen an den Abgangsstromkreisen erfordern.
In diesem Raum sind Sekundärkomponenten wie mikroprozessorbasierte Schutzgeräte, Instrumente, Betriebsschalter und Klemmenblöcke untergebracht. Der Instrumentenraum ist vom Mittelspannungs-Primärbereich räumlich vollständig isoliert, wodurch die Gefahr eines Stromschlags für das auf der Sekundärseite arbeitende Wartungspersonal grundsätzlich ausgeschlossen ist. Dies ist eines der wichtigsten Konstruktionsmerkmale, das die Mittelspannungsschaltanlage sicherer macht als herkömmliche ortsfeste Anlagen.
Das Wesentliche der vier unabhängigen Kompartimente ist die Fehlerisolierung – ein Fehler in einem Kompartiment hat keine Auswirkungen auf andere Kompartimente, wodurch die Auswirkungen des Fehlers minimiert werden. Bei Szenarien mit hohen Anforderungen an die kontinuierliche Produktion, wie etwa in der Chemie-, Metallurgie- und Rechenzentrumsindustrie, steht diese Eigenschaft in direktem Zusammenhang mit der Produktionssicherheit und der Wirtschaftlichkeit.
Eine Fehlbedienung von Hochspannungsschaltanlagen kann zu Geräteschäden, Personenschäden und sogar zu großflächigen Stromausfällen führen. Daher ist die „Fünf-Verhinderungs-Verriegelung“ eine zwingende Sicherheitsanforderung, die ausdrücklich in den Standards GB/T 3906 und DL/T 404 festgelegt ist. Zu den sogenannten „Fünf Präventionen“ zählen konkret:
1. Verhinderung des Betriebs des Leistungsschalterwagens unter Last – Wenn sich der Leistungsschalter in der geschlossenen Position befindet, kann der Wagen nicht ein- oder ausfahren, um eine Lichtbogenbildung durch Ein- oder Ausstecken unter Last zu verhindern;
2. Verhinderung des unbeabsichtigten Öffnens und Schließens von Leistungsschaltern – Durch die Betriebszugangskontrolle und die mechanische Verriegelung wird verhindert, dass unbefugtes Personal den Leistungsschalter versehentlich betätigt.
3. Verhinderung des Schließens des Erdungsschalters unter Spannung – Der Erdungsschalter kann nicht betätigt werden, wenn der Leistungsschalter nicht geöffnet ist und der Wagen nicht in die Testposition zurückgebracht wurde;
4. Verhinderung der Aktivierung des Erdungsschalters bei geschlossenem Erdungsschalter – Wenn sich der Erdungsschalter in der geschlossenen Position befindet, kann der Leistungsschalterwagen nicht in die Arbeitsposition geschoben werden, um das Schließen des Leistungsschalters bei angeschlossenem Erdungskabel zu verhindern;
5. Verhinderung eines unbeabsichtigten Eindringens in unter Spannung stehende Fächer – Die Schranktür ist mit unter Spannung stehenden Teilen verriegelt und die Schranktür kann nicht geöffnet werden, wenn das Gerät unter Spannung steht.
Zentralisierte Schaltanlagen verwenden typischerweise ein Schema mit mechanischer Verriegelung als primärer Methode und elektrischer Verriegelung als sekundärer Methode. Die mechanische Verriegelung bietet eine hohe Zuverlässigkeit und ist unempfindlich gegenüber Stromausfällen. Sie dient als Grundlage für die Fünf-Proof-Funktionen. Die elektrische Verriegelung hingegen wird verwendet, um komplexere Logiksteuerungen zu erreichen, wie zum Beispiel die Verbindung zwischen Handwagen und Erdungsschalter und die Verriegelung mit übergeordneten Schutzsignalen. Die Kombination beider bildet eine vollständige Sicherheitsverteidigungslinie von der Betriebsquelle bis zum Ende der Ausführung.
Bei der Auswahl einer Mittelspannungsschaltanlage geht es nicht nur darum, Parameter zusammenzustellen, sondern erfordert auch eine Systemkonfiguration auf der Grundlage tatsächlicher Betriebsbedingungen. Folgende Punkte verdienen besondere Aufmerksamkeit:
Vakuum-Leistungsschalter sind die Kernkomponente von Mittelspannungsschaltanlagen. VS1 und VD4 sind derzeit die beiden am weitesten verbreiteten Modelle. VS1 ist das Mainstream-Modell in China und bietet eine hohe Kosteneffizienz und zahlreiche Ersatzteile. VD4 ist ein klassisches ABB-Modell mit überragender mechanischer Lebensdauer und Bruchleistung, geeignet für Anwendungen mit häufigem Betrieb und hohen Zuverlässigkeitsanforderungen. Die Auswahl sollte auf einer umfassenden Bewertung des Nennkurzschlussausschaltstroms (normalerweise 25 kA, 31,5 kA, 40 kA) und der Betriebsfrequenz basieren.
Das Übersetzungsverhältnis und die Genauigkeitsklasse von Stromwandlern und Nullstromwandlern sollten angemessen auf der Grundlage des tatsächlichen Betriebsstroms und der Schutzanforderungen ausgewählt werden. Messkreise erfordern typischerweise eine Klasse 0,2S, während Schutzkreise eine Klasse 0,5 oder 10P verwenden können. Die Konfiguration des Nullstromwandlers hängt davon ab, ob das System eine Schwachstrom-Erdungsfehlerortungsfunktion benötigt.
Es muss ein Erdungsschaltermodell mit geeigneter Kurzschlusseinschaltkapazität konfiguriert werden. Bei an das Photovoltaiknetz angeschlossenen Stromkreisen, bei denen es zu einer Rückspeisung kommen kann, ist der Nennkurzschlusseinschaltstrom des Erdungsschalters besonders kritisch – er bestimmt, ob der Erdungsschalter im Falle einer unbeabsichtigten Einspeisung sicher schließen kann, ohne dass es zu Schweißnähten kommt.
Ein integriertes Schutzgerät auf Mikroprozessorbasis ist Standard und bietet Überstrom-, Sofortauslöse-, Nullsystem-, Überspannungs- und Unterspannungsschutzfunktionen. Für neue energienetzgebundene Szenarien sollten auch spezielle Funktionen wie Anti-Islanding-Schutz und Rückstromschutz in Betracht gezogen werden. Das Kommunikationsprotokoll des Schutzgeräts sollte mit dem übergeordneten Überwachungssystem kompatibel sein.
Standard-Mittelspannungsschaltanlagen eignen sich für allgemeine Umgebungen mit Höhen von nicht mehr als 1000 Metern und Umgebungstemperaturen von -10℃ bis +40℃. Für hochgelegene Gebiete (z. B. über 3000 Meter), feuchte tropische Regionen, stark verschmutzte Gebiete oder Gebiete mit niedrigen Temperaturen müssen geeignete Sonderkonfigurationen, wie hochgelegene oder feuchte tropische Typen, ausgewählt werden, um die Isolationsleistung und Betriebsstabilität der Ausrüstung unter extremen Bedingungen sicherzustellen.
Mittelspannungsschaltanlagen bieten flexible Schrankkonfigurationen und können je nach Stromverteilungsschema frei kombiniert werden. Zu den gängigen Schranktypen gehören Einspeiseschränke, Abgangsschränke, PT-Schränke, Messschränke, Trennschränke, Isolierschränke, Verbindungsschränke, Motorschränke und Stationstransformatorschränke. Ein typischer 10-kV-Verteilerraum besteht normalerweise aus Eingangsleitungsschränken, PT-Schränken, Messschränken, mehreren Abgangsleitungsschränken und Verbindungsschränken, die ein einzelnes Sammelschienen-Aufteilungs- oder Einzelsammelschienen-Verbindungsschema bilden.
Aus anwendungstechnischer Sicht werden Mittelspannungsschaltanlagen häufig eingesetzt in:
10-kV-Stromverteilungssysteme für Umspannwerke: dienen als Kernknoten für städtische Stromnetze und industrielle Stromversorgung;
Stromverteilung in Fabrikwerkstätten: Bereitstellung einer zuverlässigen Stromversorgung für Produktionslinien, Luftkompressoren, Wasserpumpen und andere Verbraucher;
Chemische und pharmazeutische Industrie: anspruchsvolle kontinuierliche Produktion und äußerst empfindlich auf Zuverlässigkeit und Sicherheit der Stromversorgung;
Metallurgische Unternehmen: hohe Strom- und Stoßbelastungen, die eine hohe Schaltleistung der Ausrüstung erfordern;
Gebäudestromverteilung: Hauptstromverteilungsräume in Hochhäusern und Gewerbekomplexen;
Steuerung und Schutz von Mittelspannungsmotoren: Direkt- oder Sanftanlaufsteuerung großer Wasserpumpen, Lüfter und Kompressoren;
Neue Energienetzanbindung: 10kV-Anschlussschaltanlage für dezentrale Photovoltaik- und Energiespeicherkraftwerke.
Intelligentisierung, Miniaturisierung und Umweltschutz Die technologische Entwicklung der Mittelspannungsschaltanlagen ist ungebrochen. Die Branche entwickelt sich derzeit in drei Richtungen:
Intelligentisierung. Die Integration von Sensoren wie Online-Temperaturüberwachung, Teilentladungserkennung und Überwachung der mechanischen Eigenschaften von Leistungsschaltern wandelt Mittelspannungsschaltanlagen von „periodischer Wartung“ zu „zustandsbasierter Wartung“. Miniaturisierung. Durch die Optimierung der Isolationsstruktur und den Einsatz von Verbundisolationsmaterialien wird die Schrankgröße schrittweise verringert, was für städtische Umspannwerke und Rechenzentren, in denen die Landressourcen knapp sind, von Bedeutung ist.
Umweltfreundlichkeit. SF6-Gas wird aufgrund seiner hervorragenden Isoliereigenschaften häufig in gasisolierten Schaltanlagen (GIS) verwendet, sein Treibhauspotenzial (GWP) ist jedoch 23.500-mal höher als das von CO2. Angesichts immer strengerer Umweltrichtlinien werden SF6-freie, umweltfreundliche Schaltanlagen zu einem heißen Forschungsthema in der Branche, wobei sich parallel Technologien zur Luftisolierung, Vakuumisolierung und Trockenluftisolierung entwickeln.
Der Hauptgrund dafür, dass Mittelspannungsschaltanlagen im Bereich der 10-kV-Stromverteilung dominieren, ist der hohe Grad an Übereinstimmung zwischen ihrem strukturellen Design und den technischen Anforderungen: Vier unabhängige Abteile sorgen für eine Fehlerisolierung, die Struktur in Form eines Handwagens sorgt für eine bequeme Bedienung und Wartung und die fünffache Verriegelung stärkt die Sicherheitsbasis. Mit der Vertiefung des Baus neuer Energiesysteme werden Mittelspannungsschaltanlagen noch für längere Zeit ihre Mainstream-Position behalten und sich weiter in Richtung Intelligenz, Miniaturisierung und Umweltfreundlichkeit weiterentwickeln. Für Gerätehersteller sind das Verständnis der technischen Logik von Mittelspannungsschaltanlagen und das Erfassen von Branchenentwicklungstrends von entscheidender Bedeutung, um eine proaktive Haltung bei der Produktentwicklung und im Marktwettbewerb aufrechtzuerhalten.
Junray Electricalkonzentriert sich seit langem auf die Forschung, Entwicklung und Herstellung von Hoch- und Niederspannungsschaltanlagen. Die Mittelspannungsschaltanlagen der KYN28A-12-Serie decken den gesamten Nennstrombereich von 630 A bis 4000 A und ein volles Ausschaltvermögen von 25 kA bis 40 kA ab, unterstützen kundenspezifische Konfigurationen und sind weitgehend an verschiedene Szenarien wie Stromnetze, Industrie und neue Energien anpassbar.
