Auswahl der HS-Schaltgerätekombinationen

Normen und Vorschriften

Die unten beschriebenen Schaltgeräte und Betriebsmittel sind für Systeme mit einer Bemessungsspannung von > 1 kV bis 24 kV ausgelegt und entsprechen den folgenden Normen für Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanlagen:

Norm	Beschreibung
IEC 62271-1 (VDE 0671-1)	Hochspannungs-Schaltgeräte und -Schaltanlagen - Gemeinsame Bestimmungen
IEC 62271-200 (VDE 0671-200)	Metallgekapselte Wechselstrom-Schaltanlagen für Bemessungsspannungen über 1 kV bis einschließlich 52 kV
IEC 62271-103 (VDE 0671-103)	Lastschalter für Bemessungsspannungen über 1 kV und unter 52 kV
IEC 62271-100 (VDE 0671-100)	Wechselstrom-Leistungsschalter
IEC 62271-102 (VDE 0671-102)	Wechselstrom-Trennschalter und Erdungsschalter
IEC 62271-105 (VDE 0671-105)	Wechselstrom-Lastschalter-Sicherungs-Kombinationen

Abb. B25 – Mindest-Anforderungen an Öltransformatoren

Ebenso kann die Erfüllung der folgenden nationalen Normen gefordert werden, z.B.:

Frankreich = UTE
Großbritannien und Nordirland = BS
USA = ANSI

UTE und BS sind im Bereich der oben zitierten Normen mit VDE vollständig übereinstimmend.

Ökodesign-Verordnung

Mit der Ökodesign-Verordnung Nr. 548/2014 definierte die Europäische Union ab 2015 neue Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Transformatoren (Stufe 1). Im Jahr 2019 wurde die ursprüngliche Verordnung durch die Verordnung 2019/1783 ergänzt. Ab dem 1. Juli 2021 greift die zweite Stufe, wonach im Europäischen Wirtschaftsraum nur noch Transformatoren in Verkehr gebracht werden, welche die Anforderungen der Verordnung erfüllen. Mit der zweiten Verordnung wurden gezielte Ausnahmen von den Mindesteffizienzanforderungen der Stufe 2 eingeführt und mehrere Bestimmungen der ursprünglichen Verordnung präzisiert. Die Anforderungen der Ökodesign-Verordnung umfassen:

• Mindestanforderungen an die Energieleistung oder -effizienz von Mittel- und Großleistungstransformatoren
• Anforderungen an die Produktinformationen
• Anforderungen an die technischen Unterlagen

Mindestanforderungen an die Energieeffizienz von Verteilungstransformatoren bis 3,15 MVA

Die Energieeffizienz misst sich anhand der Verluste des Transformators. Unterschieden werden dabei zwei Arten von Verlusten:

• Leerlaufverluste Po (Ao, AAo): Sie werden im Kern als Ergebnis des Magnetisierungsprozesses erzeugt und können durch den Prozess der Kernherstellung optimiert werden (z.B.: Breite der Kernbleche).
• Lastverluste Pk (Ak, Bk, Ck, Dk): Sie werden in den Spulen erzeugt und hängen vom Strom und Widerstand der Spulen ab. Eine Optimierung ist durch die Verwendung von Materialien mit höherer Temperaturbeständigkeit möglich (z.B.: Isolierpapier, Leitungskabel).

In der ersten und zweiten Stufe der Ökodesign-Verordnung gelten folgende Mindestanforderungen an die Energieffizienz der Tranformatoren:

• Für Öltransformatoren:

	Stufe 1 (2015)	Stufe 2 (2021)
Leerlaufverluste P0	A0	AA0 (A0 - 10%)
Lastverluste Pk	Ak, Bk und für spezifische Typen Ck	Nur Ak

Abb. B26 – Mindestanforderungen an Öltransformatoren

• Für Gießharz-Transformatoren:

	Stufe 1 (2015)	Stufe 2 (2021)
Leerlaufverluste P0	A0	AA0 (A0 - 10%)
Lastverluste Pk	Ak und für spezifische Typen Bk	Nur Ak

Abb. B27 – Mindestanforderungen an Gießharz-Transformatoren

Mindestanforderungen an Mittelleistungstransformatoren > 3,15 MVA

Es sind keine Verlustwerte vorgeschrieben, aber es bestehen Mindestanforderungen an den maximalen Wirkungsgrad bei Mittelleistungstransformatoren mit einer Nennleistung > 3,15 MVA. Zur Berechnung des maximalen Wirkungsgrades kommt der Peak Efficiency Index (PEI) zum Einsatz. Neben dem Gewicht aller Hauptbestandteile des Leistungstransformators sind der Mindestwert für den maximalen Wirkungsgrad und die Leistung, bei der er auftritt, auf dem Leistungsschild anzugeben.

Weitere Veränderungen durch die Ökodesign-Verordnung Stufe 2

Durch die zweite Stufe ergeben sich neben den verringerten Verlusten weitere Veränderungen: Die Abmessungen, das Gewicht und die Herstellungskosten steigen i.d.R., da energieeffiziente Transformatoren mehr Wicklungsmaterial und hochwertigere Kernbleche benötigen.

Ausnahmen bei der Anwendung der Verordnung

Die Verordnung findet u.a. nach wie vor keine Anwendung auf Messwandler, MS/ MS-Transformatoren bis 5 MVA, Ofentransformatoren, Transformatoren für Offshore-, Tiefsee- oder explosionsgeschützte Anwendungen, Transformatoren für den Einsatz während einer außerplanmäßigen Unterbrechung der normalen Stromversorgung, Prüftransformatoren, Anfahrtstransformatoren, Erdungstransformatoren oder Schweißtransformatoren. Auch auf Transformatoren die eigens dazu ausgelegt sind, Gleichstrom für elektronische Lasten oder Gleichrichterlasten zu liefern findet die Verordnung keine Anwendung.

Geräteausführungen

Zusätzlich zu den in Abschnitt HS-Anschluss über Ringnetz beschriebenen Ringkabelanlagen können bei der Verwendung von erweiterbaren Schaltfeldern in modularer Bauweise alle möglichen Schaltgeräteanordnungen eingesetzt werden. Die Maßnahmen für spätere Erweiterungen sind einfach durchzuführen.

Kompakte Netzstationen mit modularen Schaltfeldern sind besonders in den folgenden Fällen geeignet:

• offene Ringnetze oder Strahlennetze,
• harte klimatische oder stark verschmutzte Bedingungen,
• zu geringes Platzabgebot für eine luftisolierte Schaltanlage.

Diese Geräteausführung zeichnet sich durch den geringeren Platzbedarf, die integrierten Funktionen und die Betriebsflexibilität aus.

Betriebssicherheit von erweiterbaren, metallgekapselten modularen Schaltanlagen

Beschreibung

Im Folgenden wird ein modernes Lasttrennschaltfeld (siehe Abb. B28) unter Berücksichtigung der neuesten Entwicklungen beschrieben, um folgende Punkte zu gewährleisten:

• Maximum an Betriebssicherheit,
• minimaler Platzbedarf,
• Erweiterbarkeit und Flexibilität in den Anwendungen,
• minimale Wartungsanforderungen.

Jedes Schaltfeld enthält 5 gekapselte Funktionsräume:

• Schaltgeräteraum: Die aktiven Teile des Lasttrennschalters befinden sich in einem hermetisch geschlossenen Gehäuse aus Epoxidharz.
• Kabelanschlussraum: Anschluss über Kabel an den Kabelanschlusspunkt des Lasttrenn- und Erdungsschalters.
• Sammelschienenraum: Modularer Raum, so dass beliebig viele Schaltfelder nebeneinander angeordnet werden können.
• Antriebsraum: Raum, der die Elemente zur Betätigung der Lasttrenn- und Erdungsschalter sowie die Schaltstellungsanzeige enthält.
• Niederspannungsraum: Raum zum Einbau von Steuerungs-, Übertragungs- und sonstigen Betriebsmitteln.

Die Kabelanschlüsse befinden sich in einem Kabelanschlussraum an der Frontseite der Einheit. Dieser Raum ist durch Entfernen der Frontplatte zugänglich. Die Einheiten sind über vorgefertigte Sammelschienen elektrisch miteinander verbunden.

Die Errichtung der Anlage wird entsprechend der Montageanleitung durchgeführt.

Die Betätigung der Schaltgeräte wird durch die Anordnung aller Steuer- und Anzeigeelemente auf einer Steuertafel an der Frontseite jeder Einheit vereinfacht.

Die Technologie dieser Schaltgeräteeinheiten basiert hauptsächlich auf der Betriebssicherheit, der einfachen Installation und den geringen Wartungsanforderungen.

Abb. B28 – Metallgekapseltes HS-Lasttrennschalterfeld

In die Schaltgeräte integrierte Sicherheitsmaßnahmen

• Der Lasttrennschalter erfüllt in vollem Maße die Anforderungen an eine „zuverlässige Schaltstellungsanzeige” gemäß der IEC 62271-102 (VDE 0671-102) (Trenn- und Erdungsschalter).
• Die Funktionseinheit beinhaltet die in der IEC 62271‑200 (VDE 0671-200) festgelegten Verriegelungen für metallgekapselte Schaltanlagen mit Lasttrennschaltern:
  • Das Schließen des Schalters ist nur möglich, wenn der Erdungsschalter geöffnet ist.
  • Das Schließen des Erdungsschalters ist nur möglich, wenn der Lasttrennschalter geöffnet ist.
• Der Zugang zum Kabelraum (dem einzigen für den Anwender während des Betriebes zugänglichen Raum) ist durch weitere Verriegelungen gesichert:
  • Das Öffnen des Kabelanschlussraumes ist nur möglich, wenn der Erdungsschalter geschlossen ist.
  • Der Lasttrennschalter ist in der Schaltstellung „Offen” verriegelt, solange der Kabelanschlussraum geöffnet ist. Das Öffnen des Erdungsschalters ist dann möglich (z.B. zur Durchführung der Kabelprüfung).

Mit solchen Funktionen kann die Schaltanlage weiter mit stromführenden Sammelschienen und Leitungen betrieben werden, ohne Gefährdung des Bedienpersonals. Ausnahme ist natürlich die Einheit mit Zugang zu den unter Spannung stehenden Einspeisekabeln. Sie entspricht dann der Klassifizierung der Betriebskontinuität:

LSC2A (siehe Tabelle 1, Klassifizierung von HS-Schaltanlagen) gemäß der IEC 62271‑200 (VDE 0671-200).

Abgesehen von den zuvor erwähnten Verriegelungen enthält jedes Schaltfeld:

• integrierte Vorhängeschlossvorrichtungen an den Betätigungseinrichtungen
• 5 vorgebohrte Lochreihen zur möglichen Installation weiterer Schlüsselverriegelungen

Schalterbetätigungen

• Die für Schaltvorgänge erforderlichen Betätigungsgriffe, -hebel usw. befinden sich zusammen auf einem klar gekennzeichneten Schaltfeld.
• Alle Schließhebel sind an allen Einheiten identisch (abgesehen von denen mit einem Leistungsschalter).
• Die Betätigung eines Schließhebels erfordert sehr wenig Kraft.
• Das Öffnen oder Schließen eines Lasttrennschalters kann mit einer Handhabe oder mit Drucktastern für motorbetätigte Schalter durchgeführt werden.
• Eindeutige Schaltstellungsanzeige der Schalter (Offen, Geschlossen, Federkraftspeicher gespannt).

Klassifizierung von MS-Schaltanlagen

(siehe Abb. B29)

Die Klassifizierung einer Schaltanlage wird eingebracht, die auf der Aufrechterhaltung eines bestimmten Grades der Betriebsverfügbarkeit der Schaltanlage beruht, während der Zugang zu einem Schottraum besteht. Zusätzlich wurde eine Qualifizierung hinsichtlich der Sicherheit von Personen im Falle eines Störlichtbogens eingebracht (IEC 62271-200 (VDE 0671-200)).

Arten von Schotträumen hinsichtlich der Zugänglichkeit		Merkmale
Für Betreiber zugängliche Schotträume	Verriegelungsgesteuert zugänglicher Schottraum Zum Öffnen beim normalen Betrieb und bei normaler Instandhaltung vorgesehen.	Zum Öffnen sind keine Werkzeuge erforderlich – Verriegelung gestattet den Zugang nur, wenn Hochspannungsteile spannungsfrei und geerdet sind.
	Verfahrensabhängig zugänglicher Schottraum Zum Öffnen beim normalen Betrieb und bei normaler Instandhaltung vorgesehen.	Zum Öffnen sind keine Werkzeuge erforderlich – Vorkehrungen für die Verriegelung sind mit den Arbeitsanweisungen des Betreibers zu kombinieren,um den Zugang nur zuzulassen, wenn Hochspannungsteile spannungsfrei und geerdet sind.
Schotträume mit Zugänglichkeit nur für besondere Fälle	Werkzeugabhängig zugänglicher Schottraum Öffnen ist vom Betreiber möglich, ist jedoch nicht für den normalen Betrieb und die normale Instandhaltung vorgesehen.	Zum Öffnen sind Werkzeuge erforderlich. Keine festgelegten Vorkehrungen zur Beschreibung des Zugangsverfahrens. Besondere Maßnahmen können erforderlich sein, um die Funktion der Anlage während des Zugangs aufrechtzuerhalten.
Nicht zugänglicher Schottraum	Das Öffnen ist durch den Betreiber nicht möglich (nicht zum Öffnen vorgesehen)	Öffnungsvorgang zerstört den Schottraum oder deutlicher Hinweis an den Betreiber. Zugänglichkeit ist nicht von Bedeutung.
Kategorien von Schaltanlagen, Betriebsverfügbarkeit beim Öffnen zugänglicher Schotträume		Merkmale
LSC1		Andere Schaltfelder oder einige dieser Schaltfelder müssen abgeschaltet werden.
LSC2	LSC2A	Andere Schaltfelder können unter Spannung stehen.
	LSC2B	Andere Schaltfelder und alle Kabel-Schotträume können unter Spannung stehen.
Klassen von Schaltanlagen hinsichtlich der Art der Trennwand zwischen unter Spannung stehenden Teilen und einem geöffnetem Schottraum		Merkmale
PM		Metallische Shutter und Zwischenwände zwischen unter Spannung stehenden Teilen und geöffnetem Schottraum – (Aufrechterhaltung des metallgekapselten Zustandes).
PI		Isolierstoffbedeckte Diskontinuität in metallischen Zwischenwänden/Shuttern zwischen unter Spannung stehenden Teilen und geöffnetem Schottraum.
Qualifikation von Schaltanlagen hinsichtlich mechanischer, elektrischer und Brandgefährdungen im Falle eines Störlichtbogens während des normalen Betriebes		Merkmale
IAC		Kein Herausschleudern von Teilen, keine Entzündung von Kleidung, Kapselung bleibt geerdet, kein Durchbrennen der Kapselung
In der Praxis
In der Praxis sind die Kategorien der Betriebsverfügbarkeit von Schaltanlagen: LSC1, LSC1-PM, LSC1-PI, LSC2A-PM, LSC2A-PI, LSC2B-PM und LSC2B-PI.
Beschreibung
LSC: Steht für den Grad der Betriebsverfügbarkeit, bei dem ein Schottraum der Hauptstrombahn geöffnet ist, d.h. der Umfang, zu dem Sammelschienen/Kabel unter Spannung stehen dürfen, jedoch nicht unbedingt ein Strom durch sie fließt.
LSC1: Die „1“ gibt an, dass es keine Betriebsverfügbarkeit für mindestens ein Schaltfeld außer demjenigen gibt, in dem ein Schottraum der Hauptstrombahn geöffnet ist.
LSC2: Die „2“ gibt an, dass es eine Betriebsverfügbarkeit aller Schaltfelder gibt, mit Ausnahme des Schaltfeldes, dessen Schottraum mit einer Hauptstrombahn geöffnet ist.
LSC2A: Das „A“ gibt an, dass es keine Betriebsverfügbarkeit des Schaltfeldes gibt, das einen geöffneten Schottraum der Hauptstrombahn enthält. Diese Kategorie kann erreicht werden mit: 1) einer Zwischenwand zwischen jedem Schaltfeld und 2) einer Mindestanzahl von zwei Schotträumen und einer Trennstrecke je Schaltfeld.
LSC2B : Das „B“ gibt an, dass die Betriebsverfügbarkeit für andere Schotträume des Schaltfeldes gilt, das einen geöffneten Schottraum der Hauptstrombahn enthält. Diese Kategorie kann erreicht werden mit: 1) einer Zwischenwand zwischen jedem Schaltfeld und 2) einer Mindestanzahl von drei Schotträumen und zwei Trennstrecken je Schaltfeld.
LSC2B-PI : „PI“ gibt an, dass alle Zwischenwände oder Shutter aus Isolierstoff bestehen.

[a]  Entspricht der nach früherer IEC bezeichneten metallgeschotteten Schaltanlage mit trennbarem Leistungsschalter-Einschub mit metallischen Shuttern.
[b]  Entspricht der nach früherer IEC bezeichneten metallgeschotteten Schaltanlage mit trennbarem Leistungsschalter-Einschub mit isolierten Shuttern.
[c]  Entspricht der nach früherer IEC bezeichneten metallgeschotteten Schaltanlage mit trennbarem Leistungsschalter-Einschub.

Abb. B29 – Klassifizierung von HS-Schaltanlagen, gemäß IEC 62271-200 (VDE 0671-200)