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Das Hochleistungsprüffeld

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Im Hochleistungsprüffeld werden Geräte und Anlagen der Hoch- und Mittelspannungstechnik auf ihre Schaltleistung hin geprüft. Schwerpunkt ist deren thermische und dynamische Kurzschlussfestigkeit, das Ein-/Ausschalt- und Isolationsvermögen nach Kurzschlussausschaltung sowie ihr Betriebsverhalten. Auch Versuche mit Kurzschlussströmen an Ableitern können normgerecht einschließlich Vorschädigung durchgeführt werden.

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Prüfportfolio

Die synthetischen Prüfkreise sind so flexibel aufgebaut, dass auch die kapazitive Schaltleistung der zu prüfenden Geräte bei 50 und 60 Hz geprüft werden kann. Darüber hinaus verfügt das Hochleistungsprüffeld über ein Labor für physikalische Grundlagenuntersuchungen. Hier kann mithilfe von Kondensatorbänken ein Kurzschlussstrom von bis zu 63 kA bei 50/60 Hz erzeugt werden, und es stehen synthetische Spannungen von bis zu 120 kV zur Verfügung.

Auszug aus dem Prüfportfolio des Hochleistungsprüffeldes

  • Kurzschlussprüfungen zur Bestimmung des Ein- und Ausschaltvermögens
  • Prüfungen des kapazitiven Schaltvermögens
  • Prüfungen von Kommutierungsströmen
  • Prüfung von Stoß- und Kurzzeitströmen zur Bestimmung der dynamischen und thermischen Festigkeit
  • Grundlagenversuche

Technische Daten

Leistungsdaten Hochleistungsprüffeld
Maximale Generatorleistung 6.400 MVA
Maximaler Kurzschlussstrom (ein- und dreiphasig) 270/100 kA
Maximaler Kurzzeitstrom, 3s 80 kA
Maximale Spannung für synthetische Prüfungen 1.150 kV
Kenndaten Grundlagenlabor
Maximaler Kurzschlussstrom (einphasig) 63 kA
Frequenz 50/60 Hz
Maximale Spannung für synthetische Prüfungen 120 kV

Weitere Daten auf Anfrage.

Das Angebot der Prüf- und Versuchsfelder im Schaltwerk Berlin im Überblick
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Technische Details

Übersicht der Anlagenkomponenten

Das im Jahre 1961 in Betrieb genommene Hochleistungsprüffeld der Siemens AG im Schaltwerk Berlin setzt sich aus mehreren Anlagenkomponenten zusammen.

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Stoßleistungsgenerator (SLG)

Das Herz des Hochleistungsprüffeldes bilden zwei, vom Dynamowerk der Siemens AG gelieferte, nahezu baugleiche Generatoren. Weiterhin ist es möglich einen dritten Generator, welcher sich auf dem Werksgelände im Mittelspannungsprüffeld befindet, hinzu zu schalten. Die zwei Generatoren haben eine dreiphasige Kurzschlussleistung von 2800 MVA bei Kurzschluss auf der Sekundärseite der Transformatoren. Bei Parallelschaltung der drei vorhandenen Generatoren lässt sich eine direkte Prüfleistung von 6400 MVA realisieren. Das entspricht einem maximalen einpoligen Kurzschlussstrom von 120 kA bei einer treibenden Spannung von 35 kV.

Beide Generatoren wurden mit zwei parallelen, dreiphasigen Ständerwicklungssystemen ausgeführt, damit die durch den Stoßstrom auftretenden Kräfte leichter beherrscht werden können. Die beiden Systeme werden über die Sicherheits- und Draufschalter zu den Primärwicklungen der Transformatoren und zu dem Schienenzug geführt und erst hier parallelgeschaltet. 

 

Als Antriebsmotor dient eine 3-MW-Asynchronmaschine. Zum Hochfahren werden über Schütze gesteuerte Anlasswiderstände verwendet. Die Hochfahrzeit beträgt etwa 15 min. Eine Gleichstrombremsschaltung realisiert das Abbremsen mit einer Bremszeit von etwa 30 min bis zum Stillstand.

Technische Daten eines Stoßleistungsgenerators
Nennspannung (Stern/Dreieck) 19/11 kV
Höchste Betriebsspannung 21 kV
Bezugsleistung 200 MVA
Nenndrehzahl 750 U/min
Betriebsfrequenz 50 Hz
Maximaler Kurzschlussstrom 100 kA bei 19 kV
Länge der Generatorwelle 9.990 mm
Außendurchmesser des Ständerblechpaketes 4.250 mm
Ständergewicht 390 t
Läufergewicht 225 t
Gesamtgewicht 680 t
Schwungmoment                13.000 kNm 2

Da heute die Schaltleistungen der Hochspannungs-Leistungsschalter meistens nicht mehr im direkten Prüfkreis geprüft werden können, kommen synthetische Prüfverfahren im Hochleistungsprüffeld zum Einsatz. Stoßleistungstransformatoren transformieren die Spannung der Generatoren auf die Werte hoch, die für die Prüfung im synthetischen Prüfkreis benötigt werden.

 

In den IEC- und DIN/VDE-Richtlinien werden Grenzen für die zulässige Stromverformung der letzten Halbwelle bei der Prüfung der Schaltleistung von Hochspannungsschaltgeräten angegeben. Diese Grenzen legen damit entweder die Höhe der treibenden Spannung oder die maximal zulässige Bogenspannung und damit die Anzahl der Schaltstrecken im Prüfkreis fest. Daraus ergibt sich, dass bei 20 kV höchstens sechs Unterbrechereinheiten im Hochstromkreis sein können. Das reicht für alle heute in Anwendung befindlichen synthetischen Prüfkreise.

Elektrische Kennwerte der Transformatoren
Hersteller Transformatoren-Union
Anzahl der Einphasen-Einheiten 3
Nennmodellleistung einer Einheit 250 MVA
Nennspannungen ---
Unterspannung max. 19 kV
Oberspannung einphasig max. 420 kV
Oberspannung dreiphasig max. 140 kV
Nennfrequenz 50 Hz
Kurzschlussspannung einer Einheit 92%
Max. zulässiger primärer Kurzschlussstrom 65 kA
Max. zulässiger Stoßkurzschlussstrom
182 kA
Gewicht mit Ölfüllung je Einheit 170 t

Mit Rücksicht auf die hohen mechanischen Beanspruchungen sind die Transformatoren als Sechsschenkel-Transformatoren ausgebildet; die vier mittleren Schenkel tragen auf der Oberspannungsseite je eine 35-kV-Spule. Die vier Spulen können beliebig in Reihe, parallel oder kombiniert geschaltet werden. Die Transformatoren werden auf der Oberspannungsseite durch Umlegen von Rohrlaschen einfach und betriebssicher umgeschaltet. Die Wicklungen sind mit Metalloxidableitern gegen Schaltüberspannungen geschützt, die zwischen Leiter und Erde sowie zwischen Leiter und Leiter entstehen können.

Die Verteilung von Hochspannung und Hochstrom zu den drei Prüfhallen übernimmt ein Aluminiumrohr Doppelsammelschienensystem, das für die Reihe 150 kV und einen Kurzschlussstrom von 170 kA ausgelegt und zwischen Maschinenhaus und Prüfhallen angeordnet ist. Im Spannfeld liegen zwei Sammelschienensysteme nebeneinander, denen jeweils ein Stoßtransformatorsatz und damit einer der beiden unabhängig benutzbaren Stoßleistungsgeneratoren fest zugeordnet ist. Beide Sammelschienensysteme werden über motorangetriebene Schubtrenner mit den in der unteren Ebene angeordneten dreiphasigen Prüfhallenzuführungen verbunden, wodurch eine variable Anlagenzuschaltung zu den einzelnen Prüfhallen und damit der erforderlich flexible Anlagenbetrieb erreicht wird. Bei Parallelschaltung der beiden Sammelschienensysteme steht in den Prüfhallen der Summenstrom beider Systeme zur Verfügung. Um bei Bedarf eine weitere Steigerung der verfügbaren Prüfleistung oder sonstige kombinierte Prüfmöglichkeiten zur Schaltleistung zu erhalten, kann über eine Freileitung der Generator des Mittelspannungsprüffeldes zugeschaltet werden.

 

Die Trenner des Spannfelds sind über ein im Kommandohaus vorhandenes Blindschaltbild mit Schaltstellungsanzeige fernbedienbar, wodurch eine schnelle Umschaltung und eine übersichtliche optische Kontrolle des augenblicklichen Schaltzustands des Hochspannungskreises gegeben sind.

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Kommandoraum

Das Zusammenschalten der Generatoren sowie ein unabhängiges Betreiben beider Anlagen gehen entscheidend in die Steuerkonzeption ein. Die Anwahlvorrichtung ist der übergeordnete steuerungstechnische Komplex, der bestimmte Anlagenteile zu einer steuerungstechnisch funktionsfähigen Einheit zusammenfasst. Abgeleitet vom räumlichen und hochstromseitigen Aufbau der Gesamtanlage, ergeben sich 13 eigenständige Steuerbereiche, die sich in die vier Hauptgruppen einteilen lassen:

  • Quelle (Hochstromerzeuger)
  • Weg (Hochstromtrasse)
  • Ziel (Prüfhallen) und
  • Synthetik (synthetische Schaltkreise)

Jeder Anlage ist eine eigene Bedientastatur zugeordnet, mit der die Ansteuerung der im angewählten Bereich installierten Hardware auf die Bedienstelle des Steuerpults gelegt wird und damit dieser Bereich dem Steuerpult zugeordnet wird.

Der Generator und die im Hochstrompfad unmittelbar folgenden Schaltgeräte (Sicherheitsschalter und Draufschalter) sind außer bei Parallelbetrieb nur ihrem zugehörigen Steuerpult zuzuordnen, während alle auf der Hochstromseite folgenden Bereiche mit der Anwahlvorrichtung wahlweise einem Steuerpult zugeordnet werden können. Eine in der Vorwahleinrichtung enthaltene logische Schaltung verhindert die Ausführung steuerungstechnisch unlogischer Zuordnungen und Kombinationen.

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Synthetikhalle

Im Zuge der Erweiterung des Hochleistungsprüffelds wurden auch die synthetischen Prüfkreise mit Spannungs- und Stromüberlagerung sowie die Fortzündschaltungen automatisiert. Ein mikroprozessorgesteuertes Regelsystem fährt den Stellmotor des Regeltransformators unter Beachtung des Ladestroms und des Schaltzustands der Anlage solange hoch, bis die Ladespannung UIST mit der vorgewählten Ladespannung USOLL übereinstimmt. Dabei werden alle Analogeingänge und -ausgänge mit Hilfe eines Optokopplers auf den Datenbus übertragen.

 

Alle synthetischen Prüfkreise können für die Spannungsüberlagerungs- und Stromüberlagerungsschaltungen einschließlich der Fortzündschaltungen jedem der Generatoren und Transformatoren zugeordnet werden. Zur Nachbildung von generatorfernen Kurzschlüssen durch Kurzschlussstrom ist eine künstliche Leitung vorhanden. Mittels einer Einschaltsynthetik ist es möglich, in einer synthetischen Prüfung die entsprechende Nennspannung einzuschalten.

 

Dreiphasige synthetische Prüfungen sind im Hochleistungsprüffeld bis zu einer Spannung von 170 kV und 80 kA möglich. 

Zur Messwertaufzeichnung der Schaltleistung wird ein digitales Transientenrekorder-Messsystem im Hochleistungsprüffeld eingesetzt. Es besteht aus zwei baugleichen Systemen, die unabhängig voneinander betrieben werden können. Dabei kommen in jedem System 20 Kanäle mit einer Abtastrate von 100 MSample bei 14 Bit Auflösung zum Einsatz.

 

Die Daten zur Schaltleistung werden über ein Lichtleiterübertragungssystem mit teilweise bis zu 120 m langen Lichtleitern aus den Prüfhallen und der Oszillografentafel im Kommandoraum zum Transientenrekorder übertragen.

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