GIS-Vorteile bei der Bauweise mit gemeinsamem Drehstromgehäuse im Spannungsbereich 72,5–145 kV

Im Spannungsbereich von 72,5–145 kV hat sich die gasisolierte, metallgekapselte Schaltanlage (GIS) mit dreiphasiger gemeinsamer Kapselung — bei der die Leiter der Phasen A, B und C in einem einzigen Metallgehäuse eingeschlossen sind und sich SF₆ oder umweltfreundliches Isoliergas teilen — als Standardkonfiguration durchgesetzt. Im Vergleich zur dreiphasigen Einzelkapselung (jede Phase in einem eigenen Gehäuse) bietet die gemeinsame Kapselung die folgenden Kernvorteile:

1. Kompakte Bauweise mit deutlich reduziertem Platzbedarf

Die Integration der dreiphasigen Leiter in ein einziges Metallgehäuse reduziert die Gesamtabmessungen der GIS drastisch. Für den Spannungsbereich von 72,5–145 kV (der üblicherweise den 110-kV-Netzen entspricht), der häufig in Stadtzentren, Umspannwerken unter der Erde oder platzbeschränkten Gebieten eingesetzt wird, maximiert die dreiphasige gemeinsame Kapselung die Platzersparnis sowohl in der Grundfläche als auch in der Höhe und reduziert so effektiv die kostspieligen Ausgaben für Grundstücke und Tiefbau.

2. Magnetische Feldkompensation und reduzierte Wirbelstromverluste

• Geringere Wärmeentwicklung: Bei der dreiphasigen gemeinsamen Kapselung sind die Leiter kompakt und symmetrisch angeordnet. Das resultierende Magnetfeld kompensiert sich teilweise, was im Vergleich zur Einzelkapselung zu deutlich geringeren Wirbelstromverlusten am Gehäuse führt.

• Optimierte Materialauswahl: Die reduzierten Wirbelstromverluste ermöglichen eine größere Flexibilität bei der Auswahl des Gehäusematerials. Mainstream-Designs verwenden üblicherweise Gehäuse aus Aluminiumlegierungen (oder nichtmagnetischen Edelstahl), die die mit Baustahl verbundenen Hysterese- und Wirbelstromerwärmungsprobleme vermeiden und gleichzeitig eine leichte Bauweise und lange Lebensdauer erreichen. Im Gegensatz dazu müssen dreiphasige Einzelkapselungsdesigns für jedes Phasengehääuse teure antimagnetische Materialien verwenden, um dem starken Magnetfeld zu widerstehen, das durch einphasige Hochströme erzeugt wird, was zu höheren Materialkosten und einem höheren Strukturgewicht führt.

Schema der Rockwill RHG-Serie gasisolierte, metallgekapselte Schaltanlage

3. Reduzierte Dichtflächen für niedrigere Leckageraten

SF₆-Gasleckagen treten typischerweise an Flanschverbindungen und dynamischen Dichtungen auf. Die dreiphasige gemeinsame Kapselung reduziert die Anzahl der Gehäuse, Flansche, Stützisolatoren und Dichtungsringe im Vergleich zur Einzelkapselung um etwa zwei Drittel. Diese deutliche Reduzierung der Dichtflächen senkt das Leckagerisiko direkt, ermöglicht extrem niedrige jährliche Gasleckageraten und erhöht die langfristige Dichtungszuverlässigkeit.

4. Einsparung von Isoliergas und Materialien

Obwohl die gemeinsame Kapselung einen größeren Durchmesser als eine einzelne Einzelkapselung hat, ist ihre gesamte volumetrische Effizienz höher. Dies reduziert nicht nur das Gesamtgewicht des Metallgehäusematerials, sondern verringert auch das Gesamtfüllvolumen des teuren und hoch-GWP SF₆-Gases (oder umweltfreundlicher Alternativen) erheblich, was den Trends zur CO₂-Reduzierung und ökologischen Nachhaltigkeit entspricht.

RHD-145 Primärschema für Doppel-Sammelschienen-Kabelein-/ausgangsfeld

5. Vereinfachte mechanische Gestänge und verbesserte Dreiphasensynchronisation

Die dreiphasige gemeinsame Kapselung ermöglicht eine kompaktere Anordnung der beweglichen Kontakte für Leistungsschalter, Trennschalter und Erdungsschalter.

• Dies ermöglicht es allen drei Phasen, sich einen einzigen Antriebsmechanismus (z. B. Feder- oder Motorantrieb) zu teilen, wodurch durch einfache interne mechanische Gestänge ein dreiphasiger synchroner Betrieb erreicht wird.

• Die Reduzierung der Übertragungskomponenten und unabhängigen Antriebsmechanismen senkt nicht nur die mechanischen Ausfallraten, sondern gewährleistet auch inhärent eine hervorragende Dreiphasen-Gleichzeitigkeit beim Schließen/Öffnen.

6. Einfachere Installation und Wartung

• Transport und Montage: Das Gesamtgewicht ist geringer, und mehrere Felder oder sogar gesamte Umspannwerksbaugruppen können werksseitig vormontiert und vor dem Transport getestet werden. Es sind nur minimale Schnittstellenarbeiten vor Ort erforderlich, was die Installationszeitpläne erheblich verkürzt.

• Vereinfachte Wartung: Die Anzahl der externen Tragstrukturen, Gaspipelines und Dichtemesspunkte wird stark reduziert, was den Aufwand für routinemäßige Inspektionen und Wartungsarbeiten verringert.

Fazit

Für den Spannungsbereich von 72,5–145 kV, in dem die Anforderungen an die Isolierabstände noch gut beherrschbar sind, erreicht die dreiphasige gemeinsame Kapselung eine optimale Balance zwischen Wirtschaftlichkeit, Kompaktheit, geringen Verlusten und hoher Zuverlässigkeit. Dies erklärt, warum fast alle führenden Schaltanlagenhersteller weltweit dieses Design für ihre GIS-Produkte bis 145 kV und darunter übernommen haben.

Rockwill GIS RHG-145 verkörpert diese Designphilosophie. Mit einem dreiphasigen Sammelgehäuse und einer Schaltfeldbreite von nur 0,8 Metern reduziert es den Platzbedarf von Umspannwerken erheblich. Ausgestattet mit einem CT26-Federantrieb und Selbstblas-Löschtechnologie, bietet es einen Bemessungs-Kurzzeitstrom von 40 kA und verbindet hervorragende elektrische Leistung mit betrieblicher Zuverlässigkeit. Das Gehäuse aus Aluminiumlegierung eliminiert Wirbelstromverluste wirksam, bietet eine hohe Korrosionsbeständigkeit und passt sich an verschiedene raue Umgebungen an. Sowohl intelligente als auch konventionelle Konfigurationen sind verfügbar, um flexibel die vielfältigen Anforderungen an den Netzausbau zu erfüllen.
Bearbeitet von: Garca