Was sind die Erdungsmethoden für Hochspannungsschaltanlagen?

Die Erdung von Hochspannungsschaltanlagen ist ein mehrschichtiges Systemkonstruktionsprojekt. Um die Sicherheit des Energiesystems und der Betreiber zu gewährleisten, werden in der Regel Funktions- und Sicherheitsanforderungen kombiniert. In praktischen Anwendungen werden häufig folgende Methoden verwendet:

I. Methoden zur Erdung des Systemsternpunkts

1. Ungeerdeter Neutralpunkt: Der Neutralpunkt ist von der Erde isoliert. Bei einem einphasigen Erdschluss ist der Fehlerstrom sehr gering und die dreiphasige Netzspannung bleibt symmetrisch, sodass ein Betrieb mit Fehler für 1–2 Stunden möglich ist. Wird hauptsächlich in 6-10-kV-Systemen mit einem kapazitiven Strom von weniger als 10 A verwendet, z. B. in Industrie- und Bergbaustromnetzen sowie ländlichen Stromnetzen.

2. Durch eine Lichtbogenunterdrückungsspule geerdeter Sternpunkt: Im Falle eines einphasigen Erdschlusses kompensiert der induktive Strom den kapazitiven Strom und unterdrückt so die Wiederzündung des Lichtbogens. Wird hauptsächlich in Systemen mit einem kapazitiven Strom zwischen 10 A und 30 A oder mehr und hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Stromversorgung verwendet, beispielsweise in großen Industrie- und Bergbaustromnetzen sowie städtischen Verteilungsnetzen.

3. Neutralpunkt durch einen kleinen Widerstand geerdet: Begrenzt Überspannung, ermöglicht größere Fehlerströme und ermöglicht eine schnelle Auslösung von Schutzschaltungen. Wird hauptsächlich in Systemen mit großen kapazitiven Strömen oder empfindlich auf Überspannungen eingesetzt, wie z. B. städtische Stromnetze, die von Kabelleitungen und Kraftwerks-Hilfsstrom dominiert werden.

4. Direkte Neutralleitererdung: Eine direkte Neutralleitererdung führt zu einem einphasigen Kurzschluss bei einem einphasigen Erdschluss, der das Schutzsystem sofort auslöst. Diese Methode wird hauptsächlich in Hochspannungssystemen mit 110 kV und mehr verwendet und selten in Mittelspannungsschaltanlagen mit 3 {7}35 kV, außer in Niederspannungssystemen mit 400 V.

II. Schutzerdungsmethoden für Geräte (Gehäuse und Schrank).

1. Haupterdungsschiene (PE-Leitung): In der gesamten Schaltanlage ist eine Kupfererdungsschiene installiert, deren Querschnittsfläche die Anforderungen an die thermische Stabilität erfüllt (typischerweise größer oder gleich 30×4 mm² oder größer).

Alle Metallgehäuse, Türen, Trennwände, Handwagenrahmen und Erdungsklemmen des Sekundärkreises sind über einen gelb-grünen zweifarbigen Draht mit dieser Sammelschiene verbunden.

2. Kombinierte Erdung (TN-S-System): Die Erdungsschiene der Schaltanlage ist mit dem Haupterdungsnetz des Umspannwerks verbunden und bildet so einen Potentialausgleich. Gleichzeitig werden Sternpunkt (N-Leitung) und Schutzerde (PE-Leitung) auf der Niederspannungsseite des Transformators getrennt und anschließend vollständig isoliert.

3. Erdungsschalter Manuelle/elektrische Erdungsschalter werden üblicherweise auf der Abgangsleitungsseite oder der Sammelschienenseite von Schaltanlagen installiert. Diese werden verwendet, um die Leitungen während der Wartung kurzzuschließen und zu erden, um eine Rückspeisung oder elektrostatische Induktion zu verhindern. Ihr Betrieb muss mechanisch oder elektrisch mit dem Leistungsschalter und Trennschalter verriegelt sein (fünf-sicher).

III. Erdungsmethoden nach Funktion

1. Schutzerdung: Verbindet das normalerweise nicht unter Spannung stehende Metallgehäuse oder den Geräterahmen mit der Erde, um Unfälle durch Stromschläge aufgrund von Isolationsfehlern zu verhindern.

2. Funktionserdung: Bietet einen stabilen Nullpotenzial-Referenzpunkt für das Stromnetz, um den normalen Systembetrieb sicherzustellen.

3. Blitzschutzerdung: Bietet einen Weg für die Ableitung des Blitzstroms zur Erde und verhindert so Schäden an Geräten durch Blitzüberspannung.

4. Antistatische Erdung: Verhindert die Ansammlung statischer Aufladung und eliminiert die Gefahr statischer Funken für elektronische Komponenten sowie brennbare und explosive Umgebungen.

5. Abschirmung Erdung: Beseitigt elektromagnetische Störungen und gewährleistet den normalen Betrieb elektronischer Geräte und Kommunikationssysteme.

IV. Spezielle Erdungsmethoden

1. Erdung mit hohem -Widerstand: Selten, wird zur Begrenzung der Lichtbogen-Erdungsüberspannung verwendet, aber der Fehlerstrom ist extrem klein (weniger als oder gleich 10 A), was einen hochempfindlichen Schutz erfordert.

2. Erdung ungeerdeter Systeme über einen Lichtbogenunterdrückungsschrank: Ein Lichtbogenunterdrückungsschrank (mit einem Vakuumschütz und einem Hochspannungswiderstand) wird auf der Sammelschiene installiert, um künstlich eine metallische Erdung zum Löschen des Lichtbogens zu erzeugen. Dies birgt jedoch gewisse Risiken und wird in der modernen Technik selten empfohlen.