Hochspannungs-Leistungsschalter spielen in Energiesystemen zwei Hauptaufgaben: Steuerung und Schutz. Erstens steuern sie den Betrieb von Energieanlagen oder -leitungen, indem sie diese je nach Bedarf ein- oder ausschalten. Zweitens schützen sie vor Fehlern in Geräten oder Leitungen, indem sie den fehlerhaften Abschnitt über Relaisschutzgeräte schnell vom Stromnetz trennen und so den normalen Betrieb der nicht betroffenen Abschnitte sicherstellen.
Es gibt viele Arten von Hochspannungs-Leistungsschaltern, aber strukturell bestehen sie alle aus fünf Grundteilen: einem Trennelement, einer tragenden Isolierung, Übertragungselementen, einem Sockel und einem Betätigungsmechanismus. Das brechende Element ist die Kernkomponente, die für Kontrolle und Schutz verantwortlich ist. Die anderen Komponenten sind so konzipiert, dass sie in Verbindung mit dem Brechelement diese Aufgaben erfüllen.
Leistungsschalter können entsprechend dem verwendeten Lichtbogenlöschmedium in die folgenden Typen eingeteilt werden:
Öl-Leistungsschalter: Leistungsschalter, die Transformatoröl als Lichtbogenlöschmedium verwenden, werden Öl-Leistungsschalter genannt. Wenn das Öl im Leistungsschalter auch nach dem Ausschalten als Isolierung und als Isoliermedium zwischen den stromführenden Teilen und dem geerdeten Gehäuse dient, spricht man von einem Mehröl-Leistungsschalter. Wenn Öl nur als Lichtbogenlöschmedium und als Isoliermedium nach der Kontaktunterbrechung verwendet wird, während das Isoliermedium zwischen den stromführenden Teilen und der Erde Porzellan oder ein anderes Medium ist, spricht man von einem Leistungsschalter mit niedrigem Ölgehalt. Diese werden hauptsächlich in Stromnetzen verschiedener Spannungsebenen eingesetzt, in denen kein häufiger Betrieb und keine Hochgeschwindigkeitsunterbrechung erforderlich sind.
Leistungsschalter mit Schwefelhexafluorid (SF6): Leistungsschalter, die als Lichtbogenlöschmedium SF6-Gas verwenden, das hervorragende Lichtbogenlösch- und Isoliereigenschaften aufweist, werden als SF6-Leistungsschalter bezeichnet. Sie werden häufig in Energiesystemen eingesetzt. Sie eignen sich für Anwendungen, die häufigen Betrieb und hohe Bremsgeschwindigkeiten erfordern. In meinem Land werden SF6-Leistungsschalter für Spannungen zwischen 7,2 und 40,5 kV empfohlen, insbesondere für Spannungen über 126 kV, wo fast alle SF6-Leistungsschalter verwendet werden. Sie sind jedoch nicht für hochgelegene Gebiete geeignet.
Vakuum-Leistungsschalter: Leistungsschalter, die die hohe Spannungsfestigkeit eines Vakuums zum Löschen von Lichtbögen nutzen, werden Vakuum-Leistungsschalter genannt. Sie werden heute häufig in Stromversorgungsnetzen (Verteilungsnetzen) mit Spannungspegeln von 7,2–40,5 kV eingesetzt, hauptsächlich für Anwendungen, die häufigen Betrieb und Unterbrechungen mit hoher Geschwindigkeit erfordern. Beim Einsatz in Küstengebieten sollte jedoch auf die Vermeidung von Kondensation geachtet werden, da dadurch die Lichtbogenlöschleistung der Lichtbogenlöschkammer des Leistungsschalters verringert wird.
Die oben genannten drei Arten von Leistungsschaltern werden hauptsächlich in Stromversorgungssystemen verwendet, während einige ältere Typen, wie z. B. offene Leistungsschalter, nach und nach ausgemustert werden.
Trennschalter: Hochspannungs-Trennschalter werden hauptsächlich zum Isolieren von Hochspannungs-Stromversorgungen verwendet, um eine sichere Wartung zu gewährleisten. Ihr strukturelles Merkmal ist daher eine deutlich sichtbare Trennstrecke nach der Trennung. Ein weiteres konstruktives Merkmal ist das Fehlen einer eigenen Lichtbogenlöscheinrichtung, weshalb ein Betrieb unter Last nicht möglich ist. Sie ermöglichen jedoch das Schalten bestimmter kleiner Ströme, wie z. B. unbelastete Transformatoren mit einem Erregerstrom von höchstens 2 A, unbelastete Leitungen mit einem Ladekondensatorstrom von höchstens 5 A und Spannungswandlerschaltungen. Zu den in Schaltanlagen verwendeten Innentrennschaltern gehören hauptsächlich die Serien GN19, GN6 und GN9. Ein Trennschalter besteht im Wesentlichen aus einem leitenden Teil, einem isolierenden Teil, einem Übertragungsteil und einem Sockel.
Hoch-Lastschalter: Die Verwendungsmöglichkeiten von Lastschaltern entsprechen ihren konstruktiven Eigenschaften. Strukturell gibt es Lastschalter hauptsächlich in zwei Typen: Der eine wird unabhängig an einer Wand oder einem Rahmen montiert und ähnelt im Aufbau einem Trennschalter. der andere wird in einer Hochspannungsschaltanlage installiert, insbesondere wenn Vakuum oder SF6-Gas verwendet wird, und befindet sich näher an einem Leistungsschalter. Die Einsatzmöglichkeiten von Lastschaltern vereinen die Vorteile beider Typen.
Im geöffneten Zustand verfügt ein Lastschalter wie ein Trennschalter über einen eindeutigen Trennpunkt und sorgt so für eine elektrische Trennung. Es schafft die notwendigen Voraussetzungen für zuverlässige Stromausfälle stromloser Geräte oder Leitungen.
Lastschalter verfügen über einfache Lichtbogenlöschvorrichtungen, die es ihnen ermöglichen, Lastströme innerhalb ihres Nennstrombereichs zu schalten. Sie können zum Schalten von Transformatoren und Kondensatorbatterien einer bestimmten Kapazität sowie von Verteilungsleitungen einer bestimmten Kapazität verwendet werden. In einigen Werkstätten befindet sich der Transformator weit entfernt vom Leistungsschalter im Hochspannungsverteilerraum. Bei einem Stromausfall ist die offensichtliche Trennstelle im Traforaum nicht sichtbar. Daher wird häufig ein Hochspannungs-Lastschalter an der Wand des Transformatorraums installiert. Dies ermöglicht einen bequemen Betrieb des Transformators im Leerlaufstrom und sorgt für einen klaren Trennpunkt, wodurch sichere und zuverlässige Stromausfälle gewährleistet werden.
Lastschalter, die mit Hochspannungssicherungen ausgestattet sind, können als Leistungsschalter mit begrenzter Schaltleistung verwendet werden. In diesem Fall dient der Lastschalter selbst zum Schalten des Laststroms unter Normalbedingungen, während die Hochspannungssicherung zum Unterbrechen des Kurzschlussfehlerstroms dient. Bei diesen Lastschaltern handelt es sich jedoch meist um Vakuum--- oder Schwefelhexafluorid---Typen, und die gesamte Ringleitungseinheit ist relativ klein und kann Transformatoren mit einer maximalen Leistung von 1250 kVA unterstützen.