Gasisolierte Hochspannungs-Schaltanlage In chemisch reiner Luft schalten

Gasisolierte Schaltanlagen können höchste Stromstärken in Sekundenbruchteilen sicher auf andere Stromkreise um- oder abschalten.
Gasisolierte Schaltanlagen können höchste Stromstärken in Sekundenbruchteilen sicher auf andere Stromkreise um- oder abschalten.

Schwefelhexafluorid (SF6) ist weltweit das stärkste bekannte Treibhausgas. Es wird hauptsächlich in der Hochspannungstechnik eingesetzt. Doch die neue Vakuumschaltröhre von Siemens ermöglicht auch bei Hochspannungen gasisolierte Schaltanlagen, die ganz ohne das Treibhausgas auskommen.

Gasisolierte Hochspannungs-Schaltanlagen finden sich in Umspannwerken oder in großen Industriebetrieben, die direkt an das Hochspannungsnetz angeschlossen sind. Im Kurzschlussfall müssen die Schalter sofort reagieren und bei Strömen bis zu 40.000 A die elektrische Verbindung unterbrechen. Ansonsten könnte der Kurzschluss andere Anlagenteile und Netzbereiche beschädigen. Bei dem Vorgang entsteht zwischen den Kontakten des Schalters ein Lichtbogen, der heute durch eingeblasenes Schwefelhexafluorid (SF6) gelöscht wird – das stärkste bekannte Treibhausgas.

Das klimawirksame Gas wird hauptsächlich in der Hochspannungstechnik eingesetzt. Heute ist es nur in extrem geringen Mengen in der Atmosphäre enthalten, doch der Anteil steigt. Siemens hat für das SF6 einen geschlossenen Kreislauf von der Produktion über den Anlagenbetrieb bis hin zur Entsorgung etabliert, der gewährleistet, dass praktisch kein Gas entweicht.

Doch weltweit streben Politik und Industrie an, den Gebrauch von dem Treibhausgas zu reduzieren. Darum hat Siemens nun eine Alternative entwickelt: Die sogenannte Clean-Air-Technik. Als Isoliergas, das Überschläge zwischen den stromführenden Leitern verhindert, dient ein Gemisch aus 80 Prozent Stickstoff und 20 Prozent Sauerstoff – die natürliche Zusammensatzung der Luft. Für das Löschen des Schaltlichtbogens entwickelten die Ingenieure eine Vakuumschaltröhre für Hochspannung.

Die Clean-Air-Technik kommt in der metallgekapselten, gasisolierten Schaltanlage von Siemens zum Einsatz. Die Anlage ist für Spannungen bis zu 145 kV geeignet und arbeitet mit chemisch reiner Luft als umweltfreundliches Isoliergas. Da sich das Gas nicht für das Löschen des Lichtbogens eignet, entwickelte Siemens für diese hohen Spannungen eine Vakuumschaltröhre.

Vor allem der Antrieb zum Bewegen der elektrischen Kontakte wurde neu konzipiert. Sie werden aufgrund der höheren Spannung viel weiter auseinandergezogen und müssen deshalb deutlich 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.

Allerdings hat das Stickstoff-Sauerstoff-Gemisch eine geringere Durchschlagsfestigkeit als SF6. Darum treten Lichtbögen schon bei geringeren Feldstärken auf. Die neuen Schaltanlagen sind somit etwas größer ausgelegt, erreicht aber dennoch einen mehr als 30 Prozent geringeren CO2-Fußabdruck. Für Konverter-Stationen in offshore-Windparks hat Siemens bereits einen Vakuumschalter für 72,5 kV Spannung entwickelt. Mit der 145 kV Anlage weitet der Konzern seine umweltfreundliche Technik unter dem Namen Blue GIS nun für Standard-Anwendungen aus.