Leistungsschalter aus Schwefelhexafluorid (SF6).

Ein Leistungsschalter, bei dem unter Druck stehendes SF6-Gas zum Löschen des Lichtbogens verwendet wird, wird als SF6-Leistungsschalter bezeichnet. SF6-Gas (Schwefelhexafluorid) verfügt über hervorragende dielektrische, lichtbogenlöschende, chemische und andere physikalische Eigenschaften, die seine Überlegenheit gegenüber anderen Lichtbogenlöschmedien wie Öl oder Luft bewiesen haben. Der SF6-Leistungsschalter wird hauptsächlich in drei Typen unterteilt:

• Leistungsschalter ohne Pufferkolben
• Einzelpuffer-Kolbenleistungsschalter.
• Doppelpufferkolben-Leistungsschalter.

Bei Leistungsschaltern, die Luft und Öl als Isoliermedium verwendeten, baute sich ihre Lichtbogenlöschkraft nach der Bewegung der Kontakttrennung relativ langsam auf. Bei Hochspannungs-Leistungsschaltern werden schnelle Lichtbogenlöscheigenschaften genutzt, die weniger Zeit für die schnelle Wiederherstellung und den Spannungsaufbau erfordern. SF6-Leistungsschalter weisen diesbezüglich im Vergleich zu Öl- oder Luft-Leistungsschaltern gute Eigenschaften auf. Daher werden bei Hochspannungen bis 760 kV SF6-Leistungsschalter eingesetzt.

Eigenschaften des Schwefelhexafluorid-Leistungsschalters

Schwefelhexafluorid besitzt sehr gute Isolier- und Lichtbogenlöscheigenschaften. Diese Eigenschaften sind

• Es ist ein farbloses, geruchloses, ungiftiges und nicht brennbares Gas.
• SF6-Gas ist äußerst stabil und inert und seine Dichte ist fünfmal so hoch wie die von Luft.
• Es verfügt über eine höhere Wärmeleitfähigkeit als Luft und trägt zu einer besseren Kühlung stromführender Teile bei.
• SF6-Gas ist stark elektronegativ, was bedeutet, dass die freien Elektronen durch die Bildung negativer Ionen leicht aus der Entladung entfernt werden können.
• Es verfügt über die einzigartige Eigenschaft einer schnellen Rekombination, nachdem der energetische Funke entfernt wurde. Im Vergleich zum Lichtbogenlöschmedium ist es 100-mal effektiver.
• Seine Spannungsfestigkeit ist 2,5-mal höher als die von Luft und 30 % geringer als die des dielektrischen Öls. Bei hohem Druck erhöht sich die Spannungsfestigkeit des Gases.
• Feuchtigkeit ist für SF6-Leistungsschalter sehr schädlich. Durch eine Kombination aus Feuchtigkeit und SF6-Gas entsteht (bei Unterbrechung des Lichtbogens) Fluorwasserstoff, der die Teile der Leistungsschalter angreifen kann.

Bau von SF6-Leistungsschaltern

SF6-Leistungsschalter bestehen im Wesentlichen aus zwei Teilen, nämlich (a) der Unterbrechereinheit und (b) dem Gassystem.

Unterbrechereinheit – Diese Einheit besteht aus beweglichen und festen Kontakten, einem Satz stromführender Teile und einer Lichtbogensonde. Es ist an den SF6-Gasspeicher angeschlossen. Diese Einheit besteht aus Schieberöffnungen in den beweglichen Kontakten, die das Hochdruckgas in den Haupttank leiten.

Gassystem – Das geschlossene Gassystem wird in SF6-Leistungsschaltern eingesetzt. Das SF6-Gas ist teuer und wird daher nach jedem Betrieb zurückgewonnen. Diese Einheit besteht aus Nieder- und Hochdruckkammern mit einem Niederdruckalarm sowie Warnschaltern. Wenn der Gasdruck sehr niedrig ist, wodurch die Spannungsfestigkeit der Gase abnimmt und die Lichtbogenlöschfähigkeit der Leistungsschalter gefährdet ist, gibt dieses System einen Warnalarm aus.

Funktionsprinzip des SF6-Leistungsschalters

Unter normalen Betriebsbedingungen sind die Kontakte des Leistungsschalters geschlossen. Tritt der Fehler im System auf, werden die Kontakte auseinandergezogen und zwischen ihnen entsteht ein Lichtbogen. Die Verschiebung der beweglichen Kontakte ist mit dem Ventil synchronisiert, das das Hochdruck-SF6-Gas mit einem Druck von etwa 16 kg/cm^2 in die Lichtbogenunterbrechungskammer einleitet.

Das SF6-Gas absorbiert die freien Elektronen im Lichtbogenweg und bildet Ionen, die nicht als Ladungsträger fungieren. Diese Ionen erhöhen die Spannungsfestigkeit des Gases und führen so zum Erlöschen des Lichtbogens. Durch diesen Prozess wird der Druck des SF6-Gases auf bis zu 3 kg/cm^2 reduziert; es wird im Niederdruckspeicher gespeichert. Dieses Niederdruckgas wird zur Wiederverwendung in den Hochdruckspeicher zurückgezogen.

Nun wird ein Tageslöschkolbendruck verwendet, um während eines Öffnungsvorgangs mittels eines an den beweglichen Kontakten angebrachten Kolbens einen Lichtbogenlöschdruck zu erzeugen.

Vorteil des SF6-Leistungsschalters

SF6-Leistungsschalter bieten gegenüber herkömmlichen Leistungsschaltern die folgenden Vorteile

1. SF6-Gas verfügt über hervorragende Isolier-, Lichtbogenlösch- und viele andere Eigenschaften, die die größten Vorteile von SF6-Leistungsschaltern darstellen.
2. Das Gas ist nicht brennbar und chemisch stabil. Ihre Zersetzungsprodukte sind nicht explosiv und daher besteht keine Brand- oder Explosionsgefahr.
3. Aufgrund der hohen dielektrischen Festigkeit von SF6 ist die elektrische Luftstrecke stark reduziert.
4. Seine Leistung wird durch Schwankungen der atmosphärischen Bedingungen nicht beeinträchtigt.
5. Der Betrieb ist geräuschlos und es gibt kein Überspannungsproblem, da der Lichtbogen bei natürlichem Strom Null gelöscht wird.
6. Es kommt zu keiner Verringerung der Spannungsfestigkeit, da beim Lichtbogen keine Kohlenstoffpartikel entstehen.
7. Es erfordert weniger Wartung und es ist kein kostspieliges Druckluftsystem erforderlich.
8. SF6 erfüllt problemlos verschiedene Aufgaben wie das Beheben von Kurzleitungsfehlern, das Schalten, das Öffnen unbelasteter Übertragungsleitungen und der Transformatordrossel usw.

Nachteile von SF6-Leistungsschaltern

1. SF6-Gas ist in gewissem Maße erstickend. Im Falle einer Leckage im Auffangbehälter setzt sich das SF6-Gas, das schwerer als Luft ist, und damit SF6 in der Umgebung ab und führt zum Ersticken des Bedienpersonals.
2. Das Eindringen von Feuchtigkeit in den SF6-Leistungsschaltertank ist sehr schädlich für den Leistungsschalter und führt zu mehreren Ausfällen.
3. Die Innenteile müssen während der regelmäßigen Wartung in einer sauberen und trockenen Umgebung gereinigt werden.
4. Die spezielle Anlage ist für den Transport und die Aufrechterhaltung der Gasqualität erforderlich.

(Wir zitieren diesen Artikel von dieser Website: https://Circuitglobe.com/sf6-sulphur-hexaflouride-Circuit-breaker.html)