ABB stellt hybriden Gleichstromleistungsschalter vor

Zur Realisierung der Energiewende ist ein massiver Ausbau und Modernisierung der deutschen Stromübertragungsnetze nötig. Viel stärker als bisher muss das Übertragungsnetz auf Transportaufgaben ausgerichtet werden. Durch den Wegfall der Kernkraftwerke in Süddeutschland und dem Ausbau von Onshore- und Offshore-Windparks in Norddeutschland ist vor allem eine starke Zunahme des Nord-Süd-Stromflusses zu erwarten. Mit der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) soll in den kommenden Jahren eine leistungsfähige Ferntransportinfrastruktur geschaffen werden.

Aufgrund des frei einstellbaren Wirkleistungsflusses und der Möglichkeit, mit den Konverterstationen Systemdienstleistungen wie Frequenzregelung oder Blindleistungsbereitstellung zu erbringen, eignet sich die Gleichstrom-Übertragung ideal für Ferntransporte. Für einen zuverlässigen Betrieb der Gleichstrominfrastruktur wird es wie im bestehenden Drehstromnetz künftig notwendig sein, fehlerhafte Bereiche ohne Beeinflussung der fehlerfreien Netzbereiche abzuschalten zu können.

Beim Drehstrom unterbrechen konventionelle Leistungsschalter den Fehlerstrom bei seinem Nulldurchgang durch Kühlung des Lichtbogens. Bei der Gleichstromübertragung gibt es jedoch keinen Stromnulldurchgang. Mit dem neuen hybriden DC-Leistungsschalter hat ABB nun einen Gleichstrom-Leistungsschalter für HGÜ-Systeme entwickelt, der in wenigen Millisekunden den Strom unterbrechen kann.

Der neuartige hybride DC-Leistungsschalter ermöglicht die Unterbrechung von DC-Fehlerströmen ohne Abschaltung des Gesamtsystems. Er besteht aus erprobten leistungselektronischen Betriebsmitteln und einem ultra-schnellen Trennschalter. Diese Kombination gewährleistet einerseits eine schnelle Stromunterbrechung im Fehlerfall, führt andererseits jedoch nur zu minimale Durchleitungsverluste im Normalbetrieb.

Im normalen Zustand leitet ein verlustarmer Strompfad den Strom, der nur wenige leistungselektronische Schaltelemente enthält. Wenn ein Fehler im Gleichstromteil des Übertragungssystems auftritt, erhöht ein kleines leistungselektronisches Stellglied, der Kommutierungsschalter (Load Commutation Switch), den Widerstand dieses Strompfads. Der Strom kommutiert dann auf den leistungselektronischen Hauptleistungsschalter. Bevor dieser den Fehlerstrom unterbrechen kann, muss die Spannungsfestigkeit des ersten Strompfads hergestellt werden, da sonst die wiederkehrende Spannung nach der Stromunterbrechung den Kommutierungsschalter überlasten würde. Hierfür muss der ultra-schnelle Trennschalter (Ultra-Fast Disconnector) im verlustarmen Pfad geöffnet werden. Der Strom kann damit nur noch über den Hauptstrompfad fließen und daher mit dem Hauptleistungsschalter unterbrochen werden. Die gesamte Abfolge der Einzelschritte dauert dabei nicht länger als fünf Millisekunden, schnell genug, um den ansteigenden Fehlerstrom zu unterbrechen. Die Konverterstationen können somit durchgehend in Betrieb bleiben.

Der DC-Leistungsschalter ist darüber hinaus auch Grundlage für den Aufbau von Gleichstromnetzen mit mehreren Schutzzonen. Im Fehlerfall können die entsprechenden Bestandteile des Netzes abgeschaltet werden und die nicht-fehlerhaften Abschnitte weiter betrieben werden – genau wie im bereits bestehenden Drehstromnetz. Mit der Entwicklung des innovativen DC-Leistungsschalters konnte die letzte verbleibende Technologielücke für den Bau großer HGÜ-Overlay-Netze geschlossen werden.

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