Komplett integriert

Schaltanlagen Die vor ziemlich genau 40 Jahren gestartete Erfolgsgeschichte der gasisolierten Schaltanlagen (GIS) erlebt einen neuen Höhepunkt. Für viele Anforderungen einer wachsenden und stromhungrigen Gesellschaft scheinen moderne GIS -Anlagen die passende Antwort zu sein.

05. November 2008

Weltweit steigt der Bedarf an elektrischer Energie derzeit um jährlich drei Prozent, Ursachen hierfür sind unter anderem das rasante Bevölkerungswachstum, höhere Lebenserwartung und zunehmende Urbanisierung. Als Konsequenz müssen immer größere Energiemengen weitestgehend verlustarm in wachsende Ballungszentren transportiert werden. Eine sichtbare Folge davon ist zum Beispiel, dass die Übertragungsnetze in Europa derzeit von 220 auf 380 kV ausgebaut werden. In den Metropolen entstehen mehr und mehr Schaltanlagen auf Höchstspannungsebene ab 380 kV. Dieser Trend gilt auch für die großen Megacities der Welt wie Shanghai oder Sydney.

Bis Ende der 60er-Jahre wurden in Deutschland ausschließlich konventionelle luftisolierte Schaltanlagen (AIS) verwendet. Mit zunehmender Spannungshöhe beanspruchen diese jedoch enorm große Flächen, die in bewohnten Gebieten immer weniger zur Verfügung stehen. Die vor 40 Jahren entwickelten gasisolierten Schaltanlagen (GIS) gewinnen deshalb heute größere Bedeutung denn je.

Im Vergleich zur luftisolierten Aufstellung lassen sich mit GIS-Anlagen – je nach Höhe der Betriebsspannung – bis zu 90 % Platz einsparen. GIS lassen sich unabhängig von Umwelteinflüssen, auf engstem Raum, etwa in öffentlichen Gebäuden, Sportstadien oder verborgen unter städtischen Grünanlagen einsetzen. Die Anlagen werden kontinuierlich den wachsenden Anforderungen entsprechend weiterentwickelt. Der hohe Standard heutiger GIS resultiert aus den umfangreichen Betriebserfahrungen der vergangenen 40 Jahre und zahlreichen herstellerbetriebenen Innovationen.

Das innovative Design in der GIS-Entwicklung führt nicht nur zu reduziertem Flächenbedarf, sondern auch zu einer Minimierung des Material- und SF6-Gaseinsatzes bei gleichzeitig verbesserter Leistungsfähigkeit. Neben technischen Gesichtspunkten spielen heute zunehmend Aspekte wie Ästhetik, Umweltverträglichkeit, Architektur, Denkmalschutz oder Objektschutz eine Rolle. Moderne Schaltanlagen müssen sich immer harmonischer in ihr Umfeld – zum Beispiel in innerstädtische Zentren – einfügen und sollen von außen weder visuell noch akustisch wahrgenommen werden. Auch die Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) gewinnt an Bedeutung. Praktisch heißt dies, dass heute komplette Hochspannungsschaltanlagen unterirdisch gebaut oder in die zu errichtenden Gebäudekomplexe eingebunden werden.

Beispielsweise wurden in das städtebauliche Konzept Dohas in Katar eine komplette Umspannstation sowie alle Nebenanlagen integriert (siehe Titelbild). Die Umspannwerke sind mit gasisolierten Hochspannungsschaltanlagen der Spannungsebene 220 kV und 66 kV ausgestattet, die zukünftig den neu entstehenden Stadtteil ›Westbay‹ mit Energie versorgen werden.

ALTERSBEDINGTE ERNEUERUNG

Neben dem Aufbau von Netzen durch den steigenden Energiebedarf in Schwellenländern gewinnen der altersbedingte Erneuerungsbedarf in Industrieländern sowie die effiziente Integration von regenerativen Energiequellen an Bedeutung. Nach Schätzungen der EU-Kommission aus dem Jahr 2005 liegt das Durchschnittsalter der installierten Infrastruktur in Europa zwischen 30 und 40 Jahren. Die Anforderungen an Sicherheit, Effizienz und Umweltverträglichkeit und die erhöhten Netzanforderungen werden für die Ertüchtigung und Erweiterung vieler Umspannstationen in den nächsten zehn Jahren sorgen. Diese führen insgesamt zu einer Erhöhung der Gesamtzuverlässigkeit des Energieversorgungssystems und verbessern die Personensicherheit im Betrieb.

In der GIS-Bauweise kommen im Netzausbau zwei Konzepte zum Tragen: Zum einen werden vorhandene GIS mit neuester Technologie erweitert, zum anderen können bestehende AIS durch platzsparende GIS ersetzt werden. Mit Ausnahme sich ändernder technischer Parameter, wie Nennstrom oder Kurzschlussstrom, gibt es für die Erneuerung installierter GIS aus heutiger Sicht keine technischen Gründe. Eine Erweiterung kann mit GIS-Komponenten der laufenden Fertigung erfolgen. Dieses Konzept wird fortgesetzt, da ein Ende der Lebensdauer installierter GIS noch nicht abzusehen ist.

Auch die Mischung von gasisolierter und luftisolierter Bauweise, die man als Hybrid-Bauweise oder Mixed Technology bezeichnet, kann zu beträchtlichen Platzeinsparungen führen. Dabei werden die Hauptkomponenten wie Leistungsschalter, Strom- und Spannungswandler, Trennschalter und Erder in gasisolierter Technik ausgeführt und über Freiluftdurchführungen per Leiterseil an die luftisolierte Sammelschiene angeschlossen. Dank des modularen Konzeptes der gasisolierten Bausteine lassen sich mit der Hybridbauweise nahezu alle Schaltanlagenkonfigurationen abbilden. Die aktuellen Anforderungen (höhere Spannungen, größere Energiemengen, Umweltverträglichkeit) führen dazu, dass auch für die Übertragungswege der Energie neue Lösungen zu suchen sind.

GASISOLIERTE ÜBERTRAGUNG

Die von Siemens entwickelte gasisolierte Übertragungsleitung (GIL) stellt hier eine geeignete Lösung dar. Diese besteht aus einem Aluminium-Leiterrohr und dem mit einem Isoliergas-Gemisch gefüllten Aluminium-Mantelrohr und kann Leistungen bis zu 3.000 MVA übertragen. Überall dort, wo besondere Lösungen gefordert werden, sind GIL eine ökonomische und ökologische Alternative.

Im Vergleich zu anderen Energieübertragungssystemen sind die Verluste geringer, gleichzeitig reduzieren sich die elektromagnetischen Feldemissionen um bis zu 90 %. Hinzu kommt, dass ihre gekapselte Bauweise eine Verlegung oberirdisch, im Tunnel oder nun auch direkt im Erdreich ermöglicht.

Für eine direkt erdverlegte GIL erhielt Siemens kürzlich den ersten Auftrag. Hier wird auf etwa einem Kilometer Länge eine Freileitung durch eine GIL ersetzt, um den Anschluss an eine 380 kV GIS herzustellen. Der Kunde hat sich auch deswegen für eine Lösung mit GIL entschieden, da mit konventioneller VPE-Kabeltechnik eine Systemverdoppelung erforderlich gewesen wäre.

Schlussendlich lässt sich feststellen, dass neben Platzproblemen und steigenden Leistungsanforderungen auch behördliche Genehmigungen und die Akzeptanz der Öffentlichkeit beim Bau von Einrichtungen der Energieversorgung eine immer stärkere Rolle spielen.

Während man etwa Schaltanlagen in der Vergangenheit als reine Zweckbauten errichtete, um die Infrastrukturentwicklung zu ermöglichen, folgen heute platzsparende und leistungsfähige Lösungen wie gasisolierte Schaltanlagen und Leitungen den vielfältigen Umfeld-Anforderungen mit größter Flexibilität.

Moderne GIS sind nicht nur kompakt, flexibel und effizient in der Nutzung. Reduzierter Energieaufwand in der Herstellung, schonender Umgang mit Ressourcen und geringe Lebenszyklus- und Instandhaltungskosten machen diese Anlagen zu einer zukunftssicheren Investition. Ihr Einsatz leistet damit einen wesentlichen Beitrag zur Leistungsfähigkeit, Qualität und Zuverlässigkeit der Energieversorgung.

Michael Jesberger

(Siemens Energy)

Erschienen in Ausgabe: 11/2008