Mittelspannungs-Metallgehäuseschaltanlage

Was ist Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlage?

MV-Metallgehäuse-Schaltanlagen bezeichnen innenliegende Mittelspannungsverteilungsanlagen, bei denen jede primäre Komponente – Sammelschienen, Leistungsschalter, Kabelabschlüsse und Niederspannungsinstrumentenschaltungen – in einem separaten, geerdeten Metallfach untergebracht ist. Diese vollständige Aufteilung in einzelne Fächer ist das charakteristische Merkmal, das Metallgehäuse-Ausführungen von einfacheren Metallumschlossenen Konstruktionen unterscheidet: Ein innerer Lichtbogen oder ein Fehler in einem Fach kann sich nicht auf ein benachbartes Feld ausbreiten, und angrenzende Schaltfelder bleiben während Wartungsarbeiten oder der Fehlerbehebung spannungsführend. Der Konstruktionsstandard für dieses Leistungsniveau ist IEC 62271-200; um eine anerkannte interne Lichtbogen-Klassifizierung (IAC) gemäß diesem Standard zu erreichen, sind die geerdeten Trennwände und verriegelten Zugangseinrichtungen erforderlich, die MV-Metallgehäuse-Schaltanlagen werkseitig bereitstellen.

Diese Kategorie von Mittelspannungs-Metallgehaeuseschaltanlagen umfasst 12-kV- und 24-kV-Innenaufbauten auf drei unterschiedlichen Plattformen: die ausziehbare, gepanzerte KYN28-Reihe, die feste Ringnetzschaltanlage-HXGN-Reihe sowie die SF6-gasisolierte Ringnetzschaltanlage-C-GIS-Reihe. Jede Plattform ist fuer unterschiedliche Wartungsumgebungen, Installationsflaechen und Netzspannungsanforderungen konzipiert.

Wesentliche Merkmale von Mittelspannungs-Metallgehaeuseschaltanlagen

• Vier-Abteilungs-Architektur: Oberleitungs-, Leistungsschalter-, Kabel- und Niederspannungs-Messgeraete-Abteilungen sind physisch durch geerdete Metallabschirmungen voneinander getrennt. Personen, die in der Kabelabteilung arbeiten, sind vor spannungsfuehrenden Oberleitungen geschuetzt; benachbarte Felder koennen waehrend Wartungsarbeiten an einem einzelnen Feld weiterhin unter Spannung bleiben.
• Ausziehbarer Leistungsschalter (KYN28-Reihe): Der Vakuum-Leistungsschalter (VCB) kann auf einem Handwagen in die Stellungen Service, Test oder Isoliert ausgezogen werden. Die Inspektion, Prüfung und der Austausch des Leistungsschalters erfordern keine Abschaltung der Sammelschiene – ein wesentlicher betrieblicher Vorteil bei Industrie- und Versorgungsanlagen mit Dauerbetrieb.
• Feste Ringnetz-Konfiguration (HXGN-Serie): Kompakte, kostengünstigere Alternative für Sekundärverteilungspunkte, bei denen kein Ausziehen des Leistungsschalters betrieblich erforderlich ist. Die geringere Schaltschranktiefe und der einfachere Mechanismus reduzieren den Installationsfußabdruck in raumkritischen Umspannwerksräumen.
• Gasisolierter, hermetisch abgedichteter Aufbau (C-GIS): Mit SF6 gefüllter, hermetisch abgedichteter Edelstahlbehälter als primäres Isolationsmedium. Der IP65-Schutzgrad der Gehäuse macht diese Plattform für Küsten-, Wüsten- und Untergrundinstallationen geeignet, bei denen Feuchtigkeit, Salznebel oder feiner Staub im Laufe der Zeit eine luftisolierte Schaltanlage beeinträchtigen würden.
• Konformität mit Sicherheitsanforderungen für Lichtbogenexplosionen: Die vollständige metallische Unterteilung stellt die strukturelle Grundlage für das Erreichen einer IAC-Bewertung gemäß IEC 62271-200 dar. Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlagen mit bestätigter IAC-Bewertung liefern dokumentierte Werte für die elektrische Lichtbogen-Energie, auf die Sicherheitsbeurteilungen vor Ort unmittelbar Bezug nehmen können – eine Beschaffungsvorgabe, die mittlerweile in industriellen und versorgungstechnischen Spezifikationen Standard ist.
• Spannungsklasse und regionale Marktabdeckung: 12-kV-Verteilerfelder dienen 10-kV-, 11-kV- und 12-kV-Verteilnetzen in Osteuropa, dem Nahen Osten und Afrika. 24-kV-Verteilerfelder decken 20-kV- und 22-kV-Systeme in russischen und Golfmärkten ab. Für den Einsatz im GUS-Raum sind Geräte in Ausführungen nach der GOST-15150-Klimaklassifizierung verfügbar.

Häufige Anwendungen für Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlagen

Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlagen werden dort vorgeschrieben, wo die Folgen eines Fachfehlers, der sich auf die gesamte Sammelschiene ausbreitet, nicht akzeptabel sind, und wo der Zugang für Wartungsarbeiten während des Betriebs unter Spannung eine regelmäßige Anforderung darstellt. Typische Installationskategorien umfassen:

• Hilfs-Umverteilstationen für städtische Verteilungsleitungen mit Spannungen von 10 kV bis 22 kV
• Industrielle Stromverteilungszentren in Verarbeitungsanlagen, Bergwerken und Fertigungseinrichtungen, die Wartungsfähigkeit an unter Spannung stehenden Schaltanlagen erfordern
• Schaltanlagen zur Netzverknüpfung erneuerbarer Energien, bei denen umfangreiche Leitungsgruppen gemäß einem kontinuierlichen Erzeugungsplan instand gehalten werden müssen
• Kompakte Sekundär-Verteilstationen in Gewerbegebieten, Krankenhäusern und Rechenzentren, bei denen das feste Ringnetz-Design der HXGN-Serie eine geringere Stellfläche bei ausreichender Schutzwirkung bietet
• Küstennahe, unterirdische und wüstenstandortnahe Verteilstationen, bei denen die dicht verschlossene C-GIS-Plattform einen IP65-Schutz gegen Umwelteinflüsse bietet, die eine luftisolierte Konstruktion beeinträchtigen würden

So wählen Sie die richtige Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlage aus

Die Auswahl von MV-Metallgehaeuseschaltanlagen aus den ziehbaren, festen und gasisolierten Plattformen erfordert eine schrittweise Bewertung mehrerer projektspezifischer Parameter. Als Elektroingenieur, der Schaltanlagenspezifikationen in zahlreichen Netzprojekten bewertet hat, gehen die meisten Spezifikationsfehler darauf zurueck, dass das Produktformat gewaehlt wird, bevor die Betriebsparameter festgelegt sind. Die folgende Entscheidungssequenz umfasst die wichtigsten Entscheidungspunkte.

Schritt 1 – Systemspannung bestaetigen und Spannungsklasse auswaehlen. Netzbetriebsspannung identifizieren und die entsprechende Nennspannungsklasse fuer MV-Metallgehaeuseschaltanlagen waehlen: 12-kV-Klasse fuer 10-kV- bis 12-kV-Systeme; 24-kV-Klasse fuer 20-kV- bis 22-kV-Systeme. Golf-Projekte mit 11 kV verwenden Ausruestung der 12-kV-Klasse, benoetigen jedoch moeglicherweise 60-Hz-gerechte Schaltanlagen sowie Dokumentation zur Leistungsabsenkung bei hoher Umgebungstemperatur; russische 10-kV- und 20-kV-Systeme erfordern vor Genehmigung der Installation die Verifikation der klimatischen Klassifizierung nach GOST 15150.

Schritt 2 — Ausfallstufe und Nennkurzschlussleistung bewerten. Die Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlage muss für mindestens den voraussichtlichen Kurzschlussstrom an der Installations-Sammelschiene ausgelegt sein. Man könnte meinen, dass eine Spezifikation genau auf dem berechneten Ausfallstrom ausreichend ist — die Komplikation besteht jedoch darin, dass durch Netzausbau in den nächsten fünf bis zehn Jahren die Ausfallströme an bestehenden Umspannwerken über die ursprüngliche Schaltanlagen-Nennleistung ansteigen können. Bestätigen Sie den verfügbaren Ausfallstrom für die geplante Nutzungsdauer, nicht nur den Wert zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme.

Schritt 3 — Wartungsmodell festlegen: herausziehbar oder fest. Der Vorteil von ausziehbaren Leistungsschaltern (Serie KYN28) gegenüber fest installierten Alternativen ist am größten, wenn die Anlage so ausgelegt sein muss, dass der Leistungsschalter während geplanter Abschaltfenster getestet, inspiziert oder ausgetauscht werden kann, ohne den gesamten Sammelschienenabschnitt stromlos zu schalten. Dies gilt für die meisten Versorgungsnetz-Abgangsschaltanlagen sowie für Industrieanlagen, bei denen die Aufrechterhaltung des Produktionsbetriebs eine zwingende Vorgabe darstellt. Falls das System über vollständige Redundanz aller Abgänge verfügt und der Austausch von Leistungsschaltern geplant um komplette Umspannwerksabschaltungen herum erfolgen kann, bietet möglicherweise die einfachere feste Ringhauptschaltanlage vom Typ HXGN einen besseren Kosten-Nutzen-Wert – die zusätzlichen Kosten und die größere Schaltanlagentiefe durch den Auszugsmechanismus sind schwerer zu rechtfertigen, wenn das Betriebskonzept dies nicht erfordert.

Schritt 4 – Umgebungsbedingungen bewerten und Isoliermedium wählen. Für Inneninstallationen in kontrollierten Umgebungen decken die luftisolierten Plattformen KYN28 und HXGN den gesamten Anwendungsbereich ab. Bei Küsten-, Untergrund- oder sonstigen Installationen in Umgebungen mit feinen luftgetragenen Partikeln oder Salznebel ist das dicht verschlossene gasisolierte C-GIS-Design geeignet: Sein IP65-Gehäuse und der dicht verschlossene Primärtank verhindern die Umwelteinwirkung, die luftisolierte Isolatoren im Laufe der Zeit beeinträchtigt. Der Kompromiss besteht in der Gasverwaltung: C-GIS-Geräte erfordern eine regelmäßige Überwachung der SF6-Gasdichte, und Wartungsteams sollten vor der Spezifikation eines geschlossenen Tanks für einen abgelegenen Standort sicherstellen, dass am Installationsort eine entsprechende Gasüberwachungsfunktion verfügbar ist.

Schritt 5 — Umgebungstemperatur-Bewertung und Absenkung bestätigen. Der Nennstrom auf dem Typenschild einer Mittelspannungs-Metallgehauseschaltanlage basiert gemäß IEC-Normen auf der Annahme einer maximalen Umgebungstemperatur von 40 °C. In Klimazonen, in denen die Standort-Umgebungstemperatur regelmäßig 45 °C bis 50 °C überschreitet – wie beispielsweise bei Anlagen im Golfgebiet und in äquatorialen afrikanischen Regionen – liegt die effektive zulässige Dauerlast unter dem auf dem Typenschild angegebenen Wert. Fordern Sie Dokumentation zur Leistungsreduzierung bei hoher Umgebungstemperatur an und prüfen Sie, ob der reduzierte Stromwert bei der tatsächlichen maximalen Standort-Umgebungstemperatur für die berechnete maximale Last ausreichend ist.

Schritt 6 – Geben Sie den Umfang des Schutzrelais und des Sekundärsystems zum Zeitpunkt der Bestellung an. Mittelspannungs-Metallgehauseschaltanlagen werden üblicherweise mit Vorrichtungen für Schutzrelais, Stromwandler (CTs), Spannungswandler (VTs) und Steuerleitungen als Teil des Lieferumfangs der Schaltanlage geliefert. Die Festlegung des Relaistyps, der Genauigkeitsklasse der Stromwandler und der Steuerspannung zum Zeitpunkt der Bestellung vermeidet Inbetriebnahmeverzögerungen, die durch eine unpassende Belastung von Relais und Stromwandlern oder durch Inkompatibilitäten der Hilfsspannung nach Fertigstellung der Schaltanlagen entstehen würden.

MV-Metallgehäuse-Schaltanlagen-Konformität für internationale Käufer

Der Einkauf von MV-Metallgehäuse-Schaltanlagen für Exportmärkte erfordert die Einhaltung von Zertifizierungs- und Dokumentationsanforderungen, die je nach Land erheblich variieren. Die Konformität mit IEC 62271-200 stellt die Grundlage für internationale Projektspezifikationen dar; mehrere Zielmärkte stellen jedoch zusätzliche Anforderungen, die allein durch IEC-Prüfzertifikate nicht erfüllt werden. Russische und GUS-Installationen erfordern in der Regel Dokumentation gemäß der klimatischen Klassifizierung GOST 15150; Golf-Netzbetreiberprojekte können eine behördliche Prüfung der Typprüfberichte im Hinblick auf lokale technische Anforderungen für den Netzanschluss vor Erteilung der Installationsfreigabe verlangen. Die Klärung der konkreten Dokumentationsanforderungen des Bestimmungslandes vor Auftragserteilung verhindert kostspielige Verzögerungen bei der Einfuhr oder der Genehmigung des Netzanschlusses.

Aus Erfahrung mit der Prüfung internationaler Beschaffungsprozesse für Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlagen ist die häufigste Dokumentationslücke nicht das Fehlen von Prüfzertifikaten – sondern Zertifikate, die einen Nennparameterbereich abdecken, der nicht exakt mit der Spezifikation übereinstimmt. Eine starke Preisvariation bei Angeboten für scheinbar identische Spezifikationen ist in der Regel ein zuverlässiger Hinweis darauf, dass die verglichenen Schaltanlagen hinsichtlich des Umfangs ihrer Typprüfungen oder ihrer Nennkurzschluss-Ausschaltfähigkeit nicht gleichwertig sind. Käufer sollten vor der Bewertung von Preisunterschieden den Index des Typprüfberichts – und nicht nur das Produktdatenblatt – anfordern und vergleichen.

Checkliste zur Auswahl von Mittelspannungs-Metallgehäuse-Schaltanlagen

• Systemspannung bestätigt und Nennspannungsklasse ausgewählt (12 kV oder 24 kV)
• Vorhersehbare Kurzschlussstromstärke verifiziert mit Reservekapazität für Netzausbau
• Wartungs-Betriebskonzept geprüft; entweder herausziehbar (KYN28) oder fest eingebaut (HXGN) entsprechend den Anforderungen an die Abschaltplanung ausgewählt
• Umweltbedingungen bewertet; luftisoliert oder gasisoliert (C-GIS) entsprechend den Anforderungen an den Schutzartgrad (IP) und den Eindring­schutz ausgewählt
• Maximale Umgebungstemperatur am Standort bestätigt; Prüfung der Nennstromminderung für Hochtemperatur-Umgebungen abgeschlossen
• Marktzertifizierungsanforderungen identifiziert; Dokumentation zur GOST-15150-, IEC- oder lokalen Netzbetreiber-Zulassung vom Lieferanten bestätigt
• Anforderung an die Lichtbogenexplosions-Klassifizierung bestätigt; IAC-Bewertung anhand des Sicherheitsstandards am Standort verifiziert
• Typ der Schutzrelais, Genauigkeitsklasse der Stromwandler (CT) und Steuerspannung bereits bei Auftragserteilung spezifiziert