Was ist eine gasisolierte Schaltanlage (GIS)?

Gasisolierte Schaltanlagen (GIS)ist eine kompakte, metallgekapselte Bauform von elektrischen Schaltanlagen.

Alle wichtigen leitfähigen Teile sind in einer unter Druck stehenden, mit Isoliergas gefüllten Umgebung eingeschlossen. Aufgrund ihrer geringen Größe unterscheidet sie sich deutlich von herkömmlichen luftisolierten Schaltanlagen. Diese Technologie ermöglicht eine Verkleinerung von Umspannwerken um bis zu 90 % im Vergleich zu konventionellen luftisolierten Schaltanlagen.

Traditionell wurde hauptsächlich Schwefelhexafluorid (SF₆) als Isoliergas verwendet. Die Industrie strebt jedoch zunehmend umweltfreundlichere Alternativen an. Unabhängig vom verwendeten Gas erfüllt eine gasisolierte Schaltanlage die grundlegenden Funktionen, die in jedem Stromversorgungssystem benötigt werden:

• Zur Steuerung des Leistungsflusses.
• Zum Schutz elektrischer Geräte vor Störungen.
• Um Stromkreise für Wartungsarbeiten zu isolieren.

Wie GIS funktioniert

Hier betrachten wir die beiden Schlüsselrollen, die das Isoliergas bei der hohen Effektivität von gasisolierten Schaltanlagen spielt: Isolierung und Lichtbogenlöschung.

Überlegene dielektrische Festigkeit

Die Durchschlagsfestigkeit ist die Fähigkeit eines Materials, Spannungen standzuhalten, ohne zu durchschlagen.

Das in GIS verwendete Isoliergas, üblicherweise SF₆, besitzt stark negative elektrochemische Eigenschaften. Das bedeutet, dass es freie Elektronen leicht einfängt, die andernfalls eine elektrische Entladung auslösen könnten.

Diese Eigenschaft, kombiniert mit der Druckbeaufschlagung im Inneren des Gehäuses, verleiht derüberlegene dielektrische Eigenschaften von SF₆-Gas.

Es eignet sich weitaus besser als Isolator als Luft, sodass leitfähige Teile gefahrlos viel enger beieinander platziert werden können.

Die Zähmung des Lichtbogens

Wenn ein Leistungsschalter einen Fehlerstrom unterbrechen muss, erzeugt er einen starken Lichtbogen. Das Isoliergas spielt eine entscheidende Rolle beim Erlöschen dieses Lichtbogens. So funktioniert der Prozess:

1. Fehlererkennung:Die Schutzrelais des Systems erkennen einen Überstrom oder Kurzschluss und geben dem Leistungsschalter das Signal zum Auslösen.
2. Kontakttrennung:Beim Auseinanderziehen der mechanischen Kontakte des Leistungsschalters bildet sich zwischen ihnen ein elektrischer Lichtbogen.
3. Gasexplosion:Ein Mechanismus im Inneren des Leistungsschalters sendet einen Hochdruckstoß Isoliergas direkt in den Lichtbogenweg.
4. Lichtbogenkühlung und Abschrecken:Das Gas kühlt den Lichtbogen rasch ab und absorbiert dessen Wärmeenergie. Seine negative Elektronegativität trägt dazu bei, die ionisierten Teilchen wieder zusammenzuführen, wodurch der Lichtbogen erlischt und der Stromfluss unterbrochen wird.
5. Systemisolierung:Der Stromkreis ist nun sicher spannungsfrei und geöffnet.

Mittelspannungslösungen

Gasisolierte Schaltanlage (YRM6-12/24)

• Vollständig abgedichtetes Design:Edelstahl-Gastank, gefüllt mit SF6 für vollständige Umweltisolation.
• Kompakte Stellfläche:Modulares Design mit Erweiterungsmöglichkeit nach oben, ideal für Projekte mit begrenztem Platzangebot.
• Höchste Zuverlässigkeit:Stabile Leistungsfähigkeit in großen Höhen, feuchten und korrosiven Umgebungen.
• Einhaltung:Entwickelt, um die internationalen IEC-Normen für langfristige Stromstabilität zu erfüllen.

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Im Inneren des GIS-Gehäuses

Eine gasisolierte Schaltanlage ist ein hochintegriertes, modulares System. Mehrere wichtige Funktionseinheiten sind zusammen in der abgedichteten Baugruppe untergebracht.

In einem GIS-Bereich finden wir typischerweise die folgenden Kernkomponenten:

• Schutzschalter:Die aktive Vorrichtung zum Unterbrechen von Normal- und Fehlerströmen.
• Trennschalter (Isolatoren) und Erdungsschalter:Dient dazu, einen sicheren Isolationsspalt für Wartungsarbeiten zu schaffen und isolierte Abschnitte sicher zu erden.
• Stromschienen:Die Hauptleiter, die den Strom zwischen den verschiedenen Feldern der Schaltanlage transportieren.
• Messwandler (CTs & VTs):Strom- und Spannungswandler liefern Signale für Mess-, Überwachungs- und Schutzrelais.
• Versiegeltes Metallgehäuse:Das geerdete Aluminium- oder Stahlgehäuse, das alle stromführenden Teile und das Isoliergas enthält, gewährleistet die Sicherheit der Bediener und schützt die Ausrüstung vor Umwelteinflüssen.
• Gasüberwachungssystem:Ein wichtiges Sicherheitsgerät, das kontinuierlich die Gasdichte und den Gasdruck überwacht und die Bediener auf mögliche Leckagen aufmerksam macht.

GIS vs. AIS Vergleich

Um den Wert gasisolierter Schaltanlagen zu verstehen, ist ein direkter Vergleich mit luftisolierten Schaltanlagen hilfreich. GIS bietet deutliche Vorteile hinsichtlich Zuverlässigkeit und Wartung, ist aber mit höheren Anschaffungskosten verbunden.

Eine grünere Zukunft für GIS

Die größte Veränderung in der modernen Technologie gasisolierter Schaltanlagen besteht im Wechsel weg vom SF₆-Gas, um Umweltbedenken Rechnung zu tragen.

Die SF₆-Umweltherausforderung

SF₆ eignet sich hervorragend als technisches Gas, ist aber gleichzeitig das stärkste bekannte Treibhausgas. Sein Treibhauspotenzial (GWP) ist mehr als 24.000-mal so hoch wie das von CO₂. Zudem kann es über 3.000 Jahre in der Atmosphäre verbleiben.

Strenge Umweltauflagen, wie die EU-F-Gas-Verordnung, beschleunigen diesen Wandel.Führende Hersteller entwickeln SF₆-freie LösungenDiese Lösungen zielen darauf ab, das gleiche Leistungsniveau beizubehalten und gleichzeitig die Umweltbelastung zu reduzieren.

Lernen Sie die Öko-Alternativen kennen

Eine neue Generation umweltfreundlicher Isoliergase kommt nun zum Einsatz. Diese bieten eine vergleichbare Leistung bei deutlich geringerer Umweltbelastung.

Zu den führenden Optionen, die wir heute sehen, gehören:

• g³ (Grünes Gas für das Netz):Ein auf Fluornitril basierendes Gasgemisch, das das Treibhauspotenzial (GWP) im Vergleich zu SF₆ um über 99 % reduziert.
• Trockene Luft / CO₂-Gemische:Diese bieten eine Lösung mit einem Treibhauspotenzial von null, indem sie gereinigte Luft, Stickstoff und Kohlendioxid als Isoliermedium verwenden.
• Mischungen auf Fluoroketonbasis:Eine weitere Art von Synthesegas, das ebenfalls eine große Reduzierung des Treibhauspotenzials (GWP) bewirkt.

Diese Technologien werden nicht mehr nur getestet. Energieversorger setzen sie aktiv in neuen Projekten ein, darunter Erdgas für neue GIS-Anlagen und andere SF₆-freie Optionen.

Wesentliche GIS-Anwendungen

Die einzigartigen Vorteile gasisolierter Schaltanlagen machen sie zur besten und manchmal zur einzigen Wahl für eine Reihe kritischer Anwendungen.

• Städtische Umspannwerke:Wo Land sehr teuer oder schwer zu finden ist, ist die geringe Größe von GIS von entscheidender Bedeutung.
• Offshore-Windparks und Küstengebiete:Das abgedichtete Gehäuse bietet vollen Schutz vor salzhaltiger Luft und Feuchtigkeit und gewährleistet so die Zuverlässigkeit der Geräte auch in rauen Meeresumgebungen.
• Unterirdische und Inneninstallationen:GIS eignet sich gut für Umspannwerke in Kellern, Tunneln oder Gebäuden, wo Sicherheit und begrenzter Platz oberste Priorität haben.
• Industrieanlagen:In Umgebungen mit starker Staub- oder Chemikalienbelastung verhindert die geschlossene Bauweise Verunreinigungen und gewährleistet einen stabilen Betrieb.
• Wasserkraftwerke:Diese werden oft in Bergen oder Höhlen errichtet, wo der Platz sehr begrenzt ist.

Fazit: Der bleibende Wert von GIS

Gasisolierte Schaltanlagen haben sich durch ihre Stärken bewährt: geringe Größe, hohe Zuverlässigkeit, verbesserte Sicherheit und geringer Wartungsaufwand. Obwohl die Technologie durch den Verzicht auf SF₆ weiterentwickelt wird, um die Umweltbelastung zu reduzieren, bleibt ihr Grundprinzip ein Fundament moderner Stromnetze.

GIS ist unerlässlich für den Aufbau einer robusten und platzsparenden elektrischen Infrastruktur. Es trägt dazu bei, erneuerbare Energien in dicht besiedelte Stadtgebiete zu bringen und repräsentiertdie Zukunft der SchaltanlagentechnologieDie Balance zwischen hoher Leistungsfähigkeit und steigenden Umweltstandards wird gewahrt.