Hochspannungsschalter

Hochspannungsschalter sind elektrische Schalter für Spannungen über 1 kV. Schalter für Spannungen unterhalb von 1 kV werden Niederspannungsschalter genannt. Bei den Hochspannungsschaltern unterscheidet man Leistungsschalter, Lasttrennschalter und Trenner. Hochspannungsschalter werden in Umspannwerken, Lastverteilerwerken oder auch im Bereich von Kraftwerken eingesetzt und werden von Leitzentralen ferngesteuert. Sie können mit Motorantrieb, mit Federspeicherantrieb oder mit Druckluftantrieb ausgestattet sein. Kompakte Bauformen finden sich in gasisolierten Schaltanlagen.

Drei 400 kV-Selbstblasschalter mit SF6-Schutzgas in T-Bauform, bestehend aus je zwei horizontalen Schaltelementen.

Leistungsschalter

Ölgefüllte Leistungsschalter in einer Freiluftschaltanlage mit der typischen Y-Form.

Schnittmodell eines ölgefüllten Hochspannungs-Leistungsschalters.

Das Schaltvermögen, also die Möglichkeit, eine bestehende elektrische Verbindung zu lösen, ist bei Leistungsschaltern am größten. Damit werden Lastströme geschaltet, die im Kurzschlussfall bis zu mehreren Kiloampere betragen können.

Übliche Auswahlkriterien bei Leistungsschaltern sind:

• die Betriebsnennspannung und Spannungsebene
• der Betriebsnennstrom (einige wenige kA)
• der Kurzschlussstrom.

Leistungsschalter sind im Allgemeinen für Kurzschlussströme von 30 kA, 40 kA, 50 kA und 63 kA erhältlich. Zu beachten ist, dass jeder gelöschte Kurzschluss einen erheblich stärkeren Abbrand an Abbrandtulpe und Abbrandstift verursacht als normale Betriebsströme.

Die Nennausschaltleistung dieser Schalter liegt im Bereich einiger 100 MW aufwärts. Aufgrund des großen Schaltvermögens erfolgt heute der eigentliche Schaltvorgang unter Schutzmedien wie Vakuum, Schutzgasen wie Schwefelhexafluorid (SF6). Bei älteren Leistungsschaltern mit Druckluftantrieb wird oft weder ein Schutzgas noch ein Vakuum verwendet. Der hier vor allem beim Ausschalten entstehende Lichtbogen wird mittels Druckluft ausgeblasen. Weit verbreitet sind auch ältere Leistungsschalter, bei denen der Schaltvorgang unter Öl erfolgt.

Bei Leistungsschaltern ist, da sie auch in Freiluftschaltanlagen immer gekapselt ausgeführt sein müssen, von außen nicht unbedingt zu erkennen, ob der Schalter geöffnet oder geschlossen ist.

Für höhere Wechselspannungen, wie in der 400 kV-Ebene, werden üblicherweise zwei oder mehr Leistungschalter in Reihe geschaltet. Die eigentlichen Schalter befinden sich bei der T-Bauform in den beiden horizontalen Keramikkörpern, bei den V-förmigen Anordnung in den beiden schräg angeordneten Keramikisolatoren. Um die Wechselspannung zwischen den beiden Schaltern gleichmäßig aufzuteilen und Schäden durch zu hohen Spannungen an einem Schalter zu vermeiden, befinden sich in Serie geschaltet zwei Hochspannungskondensatoren, welche als kapazitiver Spannungsteiler wirken. Der dabei auftretende Blindstrom bei geöffneten Leistungsschalter wird durch den in Reihe geschalteten Trenner unterbrochen.

Leistungstrennschalter

Der Leistungstrennschalter ist eine Kombination aus Leistungsschalter und Trennschalter. Er kann Betriebs- und Leerlaufströme ein- und ausschalten. Der Leistungstrennschalter stellt auch die nach DIN/VDE 0105 vorgeschriebene Trennstrecke her. Allerdings ist der Schalter nur bis ca. 40 kV anzutreffen. Leistungstrennschalter sind ca. 1/3 billiger als Leistungsschalter haben aber viel weniger Schaltspiele.

• Beispiel: Leistungstrennschalter 22 x 16 kA; Leistungsschalter 100 x 16 kA.

Lastschalter

Lastschalter schalten Last- oder Leerlaufströme in Anlagen bis 30 kV. Sie sind in der Lage, ihren Bemessungsnennstrom "ein" und "aus" zu schalten. Der Lastschalter kann ebenfalls bis zu seinem Bemessungskurzschlussstrom auch bei einem Fehler "Ein"schalten. Jedoch kann er im Fehlerfall (Kurzschluss) nicht "Aus"schalten.

Lasttrennschalter

Lasttrennschalter für 12 kV mit HH-Schmelzsicherungen.

Dieser Hochspannungschalter kann, wie der Lastschalter, Betriebsströme aus- und einschalten und Kurzschlussströme einschalten. Allerdings stellt der Lasttrennschalter auch die vorgeschriebene Trennstrecke nach DIN/VDE 0105 her. Er wird vorwiegend im Mittelspannungsbereich verwendet (10 kV bis 30 kV). Sein Schaltvermögen beläuft sich in etwa zwischen 40 kA und 63 kA.

Trenner

Pantografentrenner in einer Freiluftschaltanlage für 380 kV

Ein Trenner kann nur Leerlaufströme trennen. Dieser Vorgang wird in der Energietechnik zur Unterscheidung nicht als schalten bezeichnet. Er soll in Freiluftschaltanlagen nur die elektrische Verbindung nach VDE 105 sichtbar auftrennen und muss daher nur die durch die Leitungsabschnitte verursachten kapazitiven Ströme von einigen wenigen 100 mA trennen.

Trenner werden bei Leitungsabgängen üblicherweise in Reihe mit Leistungsschaltungen geschaltet, da ein Trenner nur dann geöffnet oder geschlossenen werden kann, wenn der entsprechende Leistungsschalter geöffnet ist und somit kein nennenswerter Strom über Trenner fließt. Der eigentliche Trennvorgang kann durch die vergleichsweise langen Wegstrecken bei größeren Trennern wie den Pantografentrenner bis zu einigen Sekunden betragen, während der Schaltvorgang eines Leistungsschalter sich im Zeitbereich von einigen 10 ms bewegt.

Erdungstrennschalter

Der Erdungstrennschalter stellt eine leitende und kurzschlussfeste Verbindung zwischen dem Leiter und der Erde her. Oft ist auch eine Kombination aus Trennschalter und Erdungstrennschalter anzutreffen.

Kurzschließer oder Schnellerder

Kurzschließer bzw. Schnellerder dienen in Schaltanlagen mit HH-Sicherungen (Hochleistungs-Hochspannungssicherungen, d. h. Schmelzsicherungen) dazu, eine Überlastung (z. B. durch einen weit entfernten Lichtbogenfehler) dadurch schnell zu beenden, dass ein örtlicher Kurzschluss und eine Erdung herbeigeführt wird. Die Kurzschließer werden dazu über Stromwandler ausgelöst und haben einen Federspeicher, der mit einem kleinen Zugmagnet ausgelöst wird und den Schalter in sehr kurzer Zeit schließt.

Kurzschließer sind luftisoliert und sehr einfach aufgebaut, da sie den Kurzschlussstrom nur ein-, nicht jedoch ausschalten müssen. Kurzschließer müssen oft per Hand wieder geöffnet bzw. gespannt werden.

Literatur

• Réne Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 4. Auflage, Verlag B.G. Teubner, 1982, ISBN 3-519-36411-5
• Wilfried Knies, Klaus Schierack: Elektrische Anlagentechnik. 5. Auflage, Carl Hanser Verlag, München und Wien, 2006, ISBN 3-446-40574-7
• Günter Springer: Fachkunde Elektrotechnik. 18. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Wuppertal, 1989, ISBN 3-8085-3018-9