Heinz, Thomas (2017)
Gleichstromschalten in der Mittel- und Hochspannungstechnik unter Einsatz von Vakuumschaltröhren.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

Der permanent ansteigende Bedarf an elektrischer Energie sowie die Veränderungen im Bereich der Erzeugung dieser Energie erfordern die Entwicklung und Anwendung von Gleichstromsystemen in den elektrischen Übertragungs- und Verteilnetzen. Für deren sicheren Betrieb sind Gleichstromschalter erforderlich. Kommerziell verfügbare Gleichstromschalter für Netze zur Übertragung und Verteilung im Bereich der Mittel- und Hochspannungstechnik sind heutzutage noch nicht verfügbar (Ausnahme: Gleichstrombahnsysteme). Alle bisher vorgestellten Schaltertypen befinden sich noch im Versuchs- oder Prototypenstadium. Ein klarer Trend, welche Technologie in künftigen Netzen den Vorzug erhält, ist somit noch nicht erkennbar. Im Rahmen dieser Arbeit werden Grundlagenuntersuchungen an einem mechanischen Gleichstromschalter mit aktivem Kommutierungspfad durchgeführt. Das Kernelement in dem betrachteten Gleichstromschalter ist eine Vakuumschaltröhre. Da Vakuumschaltröhren typischerweise Wechselstromschaltgeräte sind, liegt der Fokus auf der Tauglichkeit der Röhre für den Einsatz in Gleichstromschaltern. Zunächst werden das Schaltprinzip eines mechanischen Gleichstromschalters mit einem aktiven Kommutierungspfad sowie alternative Methoden zur Unterbrechung von Gleichströmen und Grundlagen zu Vakuumschaltröhren vorgestellt. Im nächsten Schritt erfolgt eine Beschreibung des Versuchsaufbaus und der verwendeten Prüfkreise für die experimentellen Untersuchungen. Dabei werden sowohl einige typische Gleichstromschalterprüfkreise als auch ein neuartiger Prüfkreis beschrieben. Es folgt eine detaillierte Beschreibung eines Ausschaltvorgangs, die Darstellung ausgewählter Strom- und Spannungsverläufe während einer Schalthandlung sowie die Vorstellung eines im Rahmen dieser Arbeit neu entwickelten parallelen Kommutierungspfades des Gleichstromschalters. Im weiteren Verlauf werden die Ergebnisse und Erkenntnisse der experimentellen Untersuchungen zum Verhalten von Vakuumschaltröhren beim Einprägen eines hochfrequent oszillierenden Strom-Null-Impulses präsentiert. Da bei einem Gleichstromschalter immer auch die im Netz zum Schaltzeitpunkt vorhandene Energie aufgenommen werden muss, wird im Anschluss diese Problematik eingehender thematisiert. Die gewonnenen Ergebnisse und Erkenntnisse zeigen, dass sich Vakuumschaltröhren sehr gut für den Einsatz in einem mechanischen Gleichstromschalter eignen. Durch entsprechende Skalierung oder Kaskadierung ist damit der Aufbau solcher Schalter und deren Einsatz in Netzen zur Übertragung und Verteilung von elektrischer Energie sehr gut möglich.

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