EIN- UND AUSSCHALTVERMÖGEN DER SCHALTGERATE

EIN- UND AUSSCHALTVERMÖGEN DER SCHALTGERATE

Bezeichnungen und Definitionen

Nach ihrem Schaltvermögen werden Schaltgeräte nach VDE 0670 [20] unterteilt in:

- Trennschalter (Trenner)

Aufgabe: Herstellung einer Trennstrecke.

- Lastschalter

Aufgabe: Schalten von Lastströmen.

- Leistungsschalter

Aufgabe: Schalten von Last- und Kurzschlußströmen

- Lasttrennschalter

Kombination Lastschalter / Trennschalter

- Leistungstrennschalter

Kombination Leistungsschalter / Trennschalter

Entsprechend den vielfältigen Aufgaben und Einsatzbereichen werden unterschiedliche Anforderungen an das Ein- und Ausschaltvermögen der Schaltgeräte gestellt. Die Klassifizierung und Auswahl der Schaltgeräte erfolgt nach VDE 0670 [20], für Hochspannungsschalter anhand der in folgenden genannten Größen. Für Niederspannungsschalter gelten z.Z. andere Größen und Bezeichnungen nach VDE 0660 [23], jedoch sind die Vorgänge und Zusammenhänge grundsätzlich ähnlich.

Nenngrößen von Leistungsschaltern

- Nennspannung [V]

- Nennisolationspegel [V]

- Nennfrequenz [Hz]

- Nenn(betriebs)strom [A]

- Nennkurzschlußausschaltstrom [kAeff]

- Nennkurzschlußeinschaltstrom [kAmax]

- Nenneinschwingspannung bei Klemmenkurzschluß

- Nennschaltfolge

Weitere Nenngrößen, die in besonderen Fällen bzw. auf Verlangen anzugeben ist, beziehen sich auf das Ausschaltvermögen unter bestimmten Bedingungen (z.B. Abstandkurzschluß), sowie auf Betätigungseinrichtungen und Hilfsstromkreise. Für andere Schaltgeräte (z.B. Lastschalter), gelten die Begriffe sinngemäß. Für die Auswahl der Schaltgeräte sind jeweils die unbeeinflußten Kenngrößen maßgebend.

Unbeeinflußte Kenngrößen liegen vor, wenn der Leistungsschalter den Stromkreis weder durch Spannungen (z.B. Lichtbogenspannung) noch durch Impedanzen (z.B. Widerstand) beeinflußt. Beim Schalten übt jedes reale Schaltgerät einen mehr oder weniger starken Einfluß auf Strom- und Spannungsverlauf aus. Da dieser vom Schaltgerätetyp und von statischen Schwankungen abhängt, werden als Nenndaten unbeeinflußte Kenngrößen angegeben, die hiervon unabhängig sind. Es sind fiktive Größen, die man erhält, wenn das Schaltgerät als idealer Schalter angenommen wird.

Beeinflußte Kenngrößen berücksichtigen die Beeinflußung des Stromkreises durch den Leistungsschalter unter bestimmten Bedingungen.

Ausschaltstrom ist der Strom in einem Pol des Leistungsschalters im Augenblick des Entstehens des Lichtbogens während eines Ausschaltvorganges.

Ausschaltvermögen ist der Wert des unbeeinflußten Ausschaltstromes, den ein Leistunsschalter bei einer angegebenen Spannung unter vorgegebenen Bedingungen für Anwendung und Verhalten (z.B. bei Kurzschluß oder unter Asynchronbedingungen) ausschalten kann.

Wiederkehrende Spannung ist die Spannung, die nach dem Unterbrechen des Stromes zwischen den Anschlüssen eines Poles eines Leistungsschalters auftritt. Im Verlauf dieser Spannung können zwei aufeinanderfolgende Zeitabschnitte - transienter und betriebsfrequenter Verlauf - unterschieden werden.

Betriebsfrequente wiederkehrende Spannung ist die betriebsfrequente Spannung über dem Pol, die nach Unterbrechen des Stromes und nach Abklingen des Einschwingvorganges auftritt.

Einschwingspannung ist die wiederkehrende Spannung in dem Zeitabschnitt unmittelbar nach der Stromunterbrechung, in dem sie einen ausgeprägten transienten Verlauf zeigt. Sie besteht aus einem Spannungsanteil von Betriebsfrequenz und einer überlagerten Ausgleichspannung, die je nach den Eigenschaften des Schalters und des Stromkreises als abklingende Schwingung mit einer oder mehreren Frequenzen oder aperiodisch verläüft.

Polfaktor des erstlöschenden Schalterpoles ist das Verhältnis der betriebsfrequenten Spannung zwischen dem Leiter des erstlöschenden Poles und den beiden anderen, noch einen Kurzschlußstrom führenden Leiter, zur Sternspannung, die an gleichem Ort ohne Kurzschluß vorhanden wäre.

Abstandskurzschluß ist ein Kurzschluß, bei dem sich zwischen dem schaltenden Leistungsschalter und der Kurzschlußstelle eine Leitung solcher Länge befindet , daß die Leitungsinduktivitäten und Leitungskapazitäten einen wesentlichen Einfluß sowohl auf den Kurzschlußstrom, als auch den Anfangsverlauf der Einschwingspannung haben.

Einschalt(stoß)strom ist der größte Augenblickwert des Stromes beim Einschalten des Schalters. In einem Mehrphasensystem ist es der größte Strom aller Phasen.

Neuzündung bei Ausschalten ist das Wiederstehen eines Stromflusses nach einer stromlosen Pause - Wiederzündung ist das Wiederstehen eines Stromflusses nach einer stromloser Pause von höchstens einer Viertelperiode der Betriebsfrequenz.

- Rückzündung ist das Wiederstehen eines Stromflusses nach einer stromlosen Pause von mehr als einer Viertelperiode der Betriebsfrequenz. Trennstrecken sind Strecken bestimmten Isoliervermögens in Gasen oder Flüssigkeiten im Lage der geöffneten Strombahnen von Schaltern, die zum Schutz des Personals und der Anlagen besondere Bedingungen erfüllen müssen und deren Vorhandensein bei ausgeschaltetem Schalter zuverlässig erkennbar sein muß.

Kenngrößen für die Auswahl von Leistungsschaltern

Schaltgeräte müssen den folgenden, in den Prüfbestimmungen festgelegten Anforderungen genügen:

- Isoliervermögen

- Stromtragfähigkeit

- Schaltvermögen

- mechanische Funktionen

Die Prüfbestimmungen berücksichtigen die üblichen, in Netzen auftretenden Spannungen und Ströme beim Unterbrechen von Lastströmen, Überlaströmen und Kurzschlußströmen. Darüber hinaus gibt es auch erschwerte Schalterbeanspruchungen, wie:

- Ausschalten bei Doppelerdschluß mit einem Erdschluß vor und einem Erdschluß hinter dem Schalter

- Ausschalten bei Phasenopposition

- Ausschalten bei Abstandkurzschluß

- Ausschalten unbelasteter Transformatoren

- Ausschalten unbelasteter Freileitungen (kapazitive Last-Ferrantis-Effekt)

- Ausschalten unbelasteten Kabel

- Ausschalten von Kondensatorbatterien

- Ausschalten kleiner induktiven Ströme

- Ausschalten bei fehlenden Stromnulldurchgängen

- Ausschalten bei großem Unsymmetriegrad

Das Ausschaltvermögen, gekennzeichnet durch den Nenn-Ausschaltstrom, ist von den elektrischen Bedingungen abhängig, unter denen das Schaltgerät arbeiten muß. Insbesondere hat der zeitliche Verlauf der Einschwingspannung an den Schalterpolen einen entscheidenden Einfluß. Der Nenn-Ausschaltstrom gilt deshalb für eine bestimmte, in den Prüfbedingungen festgelegte Form der Einschwingspannung.

Das Einschaltvermögen, gekennzeichnet durch den Nenn-Einschaltstrom, wird durch den im Netz auftretenden Stoßkurzschlußstrom Is [nach Gleichung (3)] bestimmt. Der Nenn- Einschaltstrom ist der größte Augenblickswert des Stromes, den ein Schaltgerät gerade noch einwandfrei schalten kann. Dabei müssen die Kontaktstücke trotz der bei manchem Ausführungen auftretenden großen dynamischen Kräfte in ihre Endlangen gelangen und dürfen nicht verschweißen.

Die für die Auswahl und Einstufung eines Leistungsschalters kennzeichnenden Nenngrößen sind nach VDE 0670 [20] der Nenn-Kurzschlußausschaltstrom und der Nenn-Kurzschlußeinschaltstrom.

Der Nenn-Kurzschlußausschaltstrom ist der höchste Kurzschlußstrom, den der Leistungsschalter unter festgelegten Anforderungen in einem Stromkreis mit einer betriebsfrequenten wiederkehrenden Spannung entsprechend der Nennspannung und einer ebenfalls in den VDE-Bestimmungen festgelegten Einschwingspannung ausschalten können muß. Der Nenn-Kurzschlußausschaltstrom wird durch zwei Werte gekennzeichnet:

- den Effektivwert der Wechselstromkomponente (Nennkurzschlußstrom);

- die auf den Scheitelwert des Nennkurzschlußstromes bezogene Gleichstromkomponente.

Der Nenn-Kurzschlußeinschaltstrom ist der der Nennspannung zugehörige Einschaltstrom. Es muß das 2,5-fache des Effektivwertes der Wechselstromkomponente des Nenn-Kurzschlußausschaltstromes des Leistungsschalters betragen.

Die Nenn-Einschwingspannung bei Klemmenkurzschluß bezieht sich auf den Nenn-Kurzschlußausschaltstrom und ist gekennzeichnet durch den Grenzwert der unbeeinflußten Einschwingspannung von Stromkreisen, die der Leistungsschalter im Falle eines Kurzschlusses an seinen Anschlußklemmen beherrschen können muß.

Der Nachweis des Schaltvermögens eines Schalters erfolgt in Prüffeldern, die durch die Kurzschlußleistung der vorhandenen Kurzschlußgeneratoren gekennzeichnet sind. Bei Schaltern mit einem Ausschaltvermögen kleiner als die Generator-Kurzschlußleistung ist eine direkte Prüfung möglich. Schalter derem Ausschaltvermögen größer ist als die Generator-Kurzschlußleistung, werden mit indirekten oder synthetischen Prüfschaltungen, die den erforderlichen Kurzschlußstrom und die wiederkehrende Spannung in getrennten Prüfkreisen erzeugen und am Schalter überlagern, geprüft.

Die für die jeweiligen Nennspannungen und Einsatzbereiche der der Schalter festgelegten Werte, der zu prüfenden Kenngrößen, sowie Prüfparameter und Prüfbedingungen, sind in den entsprechenden VDE-Bestimmungen [20]; [23] aufgeführt. Der Verlauf der Einschwingspannung in Netzen hängt von der jeweiligen Konstellation der Stromkreise und damit u.a. sowohl von der Netzspannung als von der Höhe des Kurzschlußstromes ab. Für die Schalterprüfung sind deshalb verschiedene vom Schaltfall (z.B. Klemmenkurzschluß, Abstandkurzschluß) abhängige Hüllkurven für die Einschwingspannungsverläufe festgelegt.