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Comparison of switching behaviours between vacuum and SF6 technologies at 145kV network

Vergleich der Schaltverhalten zwischen Vakuum und SF6 Technologien beim 145kV-Netz

  • This PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuumThis PhD project started from one basic question: whether vacuum technology can be applied to 145kV electrical power system networks as a potential substitution to SF6 technology which has been utilised for decades of practice, due to environment and economic concerns. Possible threats and challenges, which might cause problems for the proposed replacement, are identified mainly in three areas: (1) small inductive current switching, (2) capacitive load current switching and (3) short-line fault switching. Three circuit-breaker programming models, therefore, have been developed based on statistic data provided by breaker manufactures: (1) a maximum di/dt fixed model which has been utilised for small inductive current switching tests and capacitive load current de-energising tests; (2) a dynamic di/dt model adopting from Mayr’s classic arc model for SF6 circuit-breakers which has been utilised for short-line fault tests; and (3) a current making model for capacitive load current energising tests. In a general conclusion, vacuum technology shows its superiority in most of the switching duties although in some rare cases, SF6 technology still stands a chance to break it even. But if we take the environment and economic factors into consideration, vacuum is definitely worth investigating in the future market.show moreshow less
  • Diese Doktorarbeit basiert auf einer grundlegenden Frage: Ob die Vakuum-Schalttechnik als potentieller Ersatz für die in Energieverteilungsnetzen bis 145 kV in jahrzehntelanger Praxis verwendete SF6-Technoligie geeignet ist, da gegen letztere Bedenken bezüglich der Umweltverträglichkeit bestehen. Die potenziellen Probleme für das vorgeschlagene Ersetzen sind vor allem in drei Bereichen identifiziert: (1) Schalten kleiner induktiver Ströme, (2) Schalten kapazitiver Lasten, und (3) Kurzschlüsse auf Freileitungen. Daher wurden drei Programmiermodelle für Leistungsschalter, basierend auf statistischen Angaben von Leistungsschalter-Herstellern, entwickelt: (1) ein auf maximales di/dt festgelegtes Modell, das für das Schalten kleiner induktiver Ströme und das Abschalten kapazitiver Ströme verwendet worden ist; (2) ein dynamisches di/dt-Modell, das vom klassischen Lichtbogenmodell nach Mayr übernommen worden ist; (3) ein Strommodell für das Einschalten kapazitiver Lasten. Daraus resultiert eine allgemeine Schlussfolgerung, dass dieDiese Doktorarbeit basiert auf einer grundlegenden Frage: Ob die Vakuum-Schalttechnik als potentieller Ersatz für die in Energieverteilungsnetzen bis 145 kV in jahrzehntelanger Praxis verwendete SF6-Technoligie geeignet ist, da gegen letztere Bedenken bezüglich der Umweltverträglichkeit bestehen. Die potenziellen Probleme für das vorgeschlagene Ersetzen sind vor allem in drei Bereichen identifiziert: (1) Schalten kleiner induktiver Ströme, (2) Schalten kapazitiver Lasten, und (3) Kurzschlüsse auf Freileitungen. Daher wurden drei Programmiermodelle für Leistungsschalter, basierend auf statistischen Angaben von Leistungsschalter-Herstellern, entwickelt: (1) ein auf maximales di/dt festgelegtes Modell, das für das Schalten kleiner induktiver Ströme und das Abschalten kapazitiver Ströme verwendet worden ist; (2) ein dynamisches di/dt-Modell, das vom klassischen Lichtbogenmodell nach Mayr übernommen worden ist; (3) ein Strommodell für das Einschalten kapazitiver Lasten. Daraus resultiert eine allgemeine Schlussfolgerung, dass die Vakuum-Schalttechnik in den meisten Schaltaufgaben überlegen ist. Jedoch hat auch die SF6-Schalttechnologie unter einigen seltenen Umständen eine Chance überlegen zu sein. Aber, wenn wir Umweltprobleme und wirtschaftliche Faktoren berücksichtigen, lohnt es sich auf jeden Fall, die Vakuum-Schalttechnik im Hinblick auf den zukünftigen Markt weiter zu untersuchen.show moreshow less

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Metadaten
Author: Ruoyu Xu
URN:urn:nbn:de:kobv:co1-opus4-36693
Referee / Advisor:Prof. Dr.-Ing. Harald Schwarz
Document Type:Doctoral thesis
Language:English
Year of Completion:2015
Date of final exam:2016/01/27
Release Date:2016/03/10
Tag:Aufschlüsselung; Vakuum
Breakdown; High-frequency current quenching; SF6; Simulation; TRV; Vacuum
GND Keyword:Hochspannungsleistungsschalter; Vakuumschalter; Ausschaltverhalten
Institutes:Fakultät 3 Maschinenbau, Elektro- und Energiesysteme / FG Energieverteilung und Hochspannungstechnik
Institution name at the time of publication:Fakultät für Maschinenbau, Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen (eBTU) / LS Energieverteilung und Hochspannungstechnik
Licence (German):Keine Lizenz vergeben. Es gilt das deutsche Urheberrecht.
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