Hochspannung in sauberer Luft schalten

Gasisolierte Schaltanlagen können höchste Stromstärken in Sekundenbruchteilen sicher auf andere Stromkreise um- oder abschalten. (Bild: Siemens)

Gasisolierte Schaltanlagen können höchste Stromstärken in Sekundenbruchteilen sicher auf andere Stromkreise um- oder abschalten. (Bild: Siemens)

Siemens hat die weltweit erste metall­gekapselte, gasiso­lierte Schalt­anlage für bis zu 145 Kilovolt gebaut, die mit chemisch reiner Luft als umwelt­freundliches Isoliergas arbeitet. Bisher setzen solche Anlagen das klimawirksame Gas Schwefel­hexafluorid ein. Es isoliert die elek­trischen Leiter voneinander und wird genutzt, um den Lichtbogen zu löschen, der beim Trennen der Schalt­kontakte entsteht. Die neue Anlage mit Clean-Air-Technologie nutzt für die elek­trische Isolierung ein Gemisch aus Stickstoff und Sauerstoff. Weil sich dieses Gas nicht für das Löschen des Licht­bogens eignet, entwickelte Siemens für diese hohen Spannungen eine Vakuum­schalt­röhre.

Gasiso­lierte Hoch­spannungs-Schalt­anlagen finden sich in Umspann­werken oder in großen Industrie­betrieben, die direkt an das Hoch­spannungs­netz angeschlossen sind. Die Schalter müssen im Kurz­schluss­fall extrem schnell und bei Strömen bis zu 40.000 Ampere die elektrische Verbindung unterbrechen, damit der Kurzschluss nicht andere Anlagen­teile und Netz­bereiche beschädigen kann. Dabei entsteht zwischen den Kontakten des Schalters ein Lichtbogen, der heute durch einge­blasenes SF6 gelöscht wird.

SF6 ist das stärkste bekannte Treib­hausgas und wird haupt­sächlich in der Hoch­spannungs­technik eingesetzt. Es ist heute nur in extrem geringen Mengen in der Atmo­sphäre enthalten, aber dieser Anteil steigt. Siemens hat für SF6 einen geschlossenen Kreislauf von der Produktion über den Anlagen­betrieb bis hin zur Entsorgung etabliert, der gewähr­leistet, dass praktisch kein Gas entweicht. Da es aber weltweit Bestre­bungen in Politik und Industrie gibt, die Verwendung von SF6 zu mini­mieren, hat Siemens eine Alter­native entwickelt.

Siemens entwickelte daher für seine Hoch­spannungs-Schalter die Clean-Air-Techno­logie. Als Isolier­gas, das Über­schläge zwischen den strom­führenden Leitern verhindert, dient ein Gemisch aus 80 Prozent Stickstoff und 20 Prozent Sauerstoff – praktisch die natürliche Zusammen­setzung der Luft. Für das Löschen des Schalt­licht­bogens entwickelten die Ingenieure eine Vakuum­schalt­röhre für Hoch­spannung. Diese Technik ist heute für Mittel­spannungen bis 40 kV etabliert, kann aber nicht direkt auf höhere Spannungen übertragen werden. Neu konzipiert wurde vor allem der Antrieb zum Bewegen der elek­trischen Kontakte. Sie werden aufgrund der höheren Spannung viel weiter auseinander­gezogen und müssen deshalb sehr viel schneller bewegt werden. Außerdem sind sie größer und haben deutlich mehr Masse. Daher muss sehr viel Bewegungs­energie sehr schnell auf die Kontakte übertragen werden. Das bisher angewandte Schalt­prinzip von SF6-Anlagen unter­scheidet sich grund­legend von dem der Vakuum­schalter und konnte deshalb nicht als Grundlage dienen.

Das Stick­stoff-Sauer­stoff Gemisch hat aber eine geringere Durch­schlags­festigkeit als SF6, das heißt, Licht­bögen treten schon bei geringeren Feld­stärken auf. Daher ist die neue Schalt­anlage etwas größer ausgelegt, erreicht aber dennoch einen mehr als 30 Prozent geringeren Kohlen­dioxid-Fußabdruck. Für Konverter­stationen in offshore-Windparks hat Siemens bereits einen Vakuum­schalter für 72,5 kV Spannung entwickelt. Mit der 145 kV Anlage weitet der Konzern diese umwelt­freundliche Technik unter dem Namen Blue GIS nun für Standard-Anwen­dungen aus. (Quelle: Siemens)

Link: Gasisolierte Schaltanlagen, Siemens, München

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