Rockwill RGIS Schaltanlage — Gasauswahlüberlegungen für Anwendungen bei 12 kV, 24 kV und 405 kV

Rockwill RGIS verwendet unterschiedliche Isoliergase für verschiedene Spannungsklassen (N₂/Trockenluft für 12/24 kV, SF₆ für 40.5 kV, wobei g³ als umweltfreundliche Alternative eingeführt wird). Diese Auswahl ist im Grunde eine ingenieurtechnische Entscheidung, die Isolierleistung, Gerätekompaktheit, Kosteneffizienz und Umweltvorschriften abwägt. Das Verständnis dieser Logik erfordert zunächst einen gründlichen Vergleich der Isolier- und Bogenlösch Eigenschaften von N₂, Trockenluft, SF₆ und g³.

Kernunterschiede in der Isolier- und Bogenlöschleistung

1. Hauptzusammensetzung

2. Dielektrische Festigkeit (im Vergleich zu SF₆)

3. Elektronenfangmechanismus

4. Bogenlöschfähigkeit (im Vergleich zur Luft)

5. Treibhausgaseffekt (GWP)

6. Umwelt- und Toxizitätsaspekte

7. Verflüssigungstemperatur (bei Betriebsdruck)

8. Empfindlichkeit gegenüber Verunreinigungen

Wichtige Erkenntnisse

• Erstens, die Isolierleistung. SF₆ und g³ gehören zur Spitzenklasse, mit einer Dielektrizitätsstärke, die mehr als 2,5-mal höher ist als die von N₂/Trockenluft. Das bedeutet, dass bei gleicher Spannung und Abständen SF₆ oder g³ das Volumen der Ausrüstung auf ein Drittel oder weniger eines luftgeisolten Gehäuses reduzieren kann. Durch sorgfältiges Mischen von Fluornitril und CO₂ kann g³ bei Entwurksdruck fast gleichwertige Isolierleistungen wie SF₆ erreichen — was das größte Hindernis für kompakte 40,5 kV umweltfreundliche Schaltanlagen beseitigt.
• Zweitens, die Lücke in der Fähigkeit zum Bogenlöschvorgang. Die einzigartigen thermochimischen Bogenlösch-Eigenschaften von SF₆ ermöglichen es, hohe Ströme unabhängig zu unterbrechen. N₂, Trockenluft und g³ verfügen nicht über diese Fähigkeit. Daher muss jede Schaltanlage, die diese drei Gase verwendet — unabhängig vom Spannungsniveau — vollständig auf einen Vakuumschalter für die Stromunterbrechung vertrauen, wobei das Gas nur als Isoliermedium dient. Deshalb ist die Kombination aus "Vakuumschaltung + umweltfreundlicher Gasisolierung" zum Industriestandard geworden.
• Drittens, der Kompromiss bei g³. g³ bietet eine Isolierleistung, die vergleichbar mit SF₆ ist, aber mit extrem niedrigem GWP — was es zu einem idealen Ersatz macht. Allerdings hat es den Nachteil, dass es bei Betriebsdruck eine höhere Verflüssigungstemperatur hat, was es ohne Zusatz von mehr CO₂ (was die Isolierung leicht verringert) oder durch Hinzufügen von Heiz- oder Isolierungselementen in extrem kalten Regionen ungeeignet macht. Seine schwache Bogenlöschfähigkeit wird durch den Vakuumschalter perfekt kompensiert, sodass g³ sich auf seine Stärken im Bereich der Isolierung konzentrieren kann.

Mit diesen Unterschieden im Hinterkopf wird Rockwills Logik für die Gasauswahl bei RGIS in verschiedenen Spannungsklassen klar.

Für 12 kV / 24 kV — N₂ oder Trockenluft + Vakuumschalter

Bei diesen Spannungsniveaus sind die Isolieranforderungen moderat. Durch eine leichte Erhöhung des Gasdrucks (z.B. 0,1–0,15 MPa relativer Druck) können N₂ oder Trockenluft ausreichende Dielektrizitätsstärke für ein kompaktes Design bieten, ohne Treibhausgase einzusetzen. Die Verwendung des preisgünstigsten, umweltfreundlichsten und einfachsten zu wartenden N₂ oder Trockenluft — kombiniert mit einem reifen Vakuumschalter — erfüllt das Produktversprechen von "hoher Wirtschaftlichkeit und null Treibhausgasemissionen während der Lebensdauer." Zudem hilft der Spurensauerstoff in der Trockenluft, Kohlenstoffablagerungen durch Teilentladungen abzubauen, was die Betriebssicherheit weiter verbessert.

Für 40,5 kV — SF₆ + Vakuumschalter, oder g³ als Alternative

Bei 40,5 kV wird die Isolierabstandsanforderung kritisch sensibel. Würde N₂ oder Trockenluft verwendet, würde selbst bei maximal zulässigem Druck das Volumen der Ausrüstung ansteigen — und die Kompaktheit, die RGIS definiert, verloren gehen. Ein Top-Tier-Isoliergas muss eingeführt werden.

Die herkömmliche Lösung verwendet SF₆, dessen Dielektrizitätsstärke 2,5-3-mal höher als die von Luft ist, was minimale elektrische Abstände bei niedrigem Druck (z.B. 0,15 MPa) sicherstellt, um hohe Zuverlässigkeit und Kompaktheit zu gewährleisten. Die Strategie "SF₆ nur für Isolierung, Vakuumschalter für Unterbrechung" eliminiert grundsätzlich große Mengen toxischer Bogenzerfallsprodukte und vereinfacht die Wartung.

Die zukunftsgerechte Upgrade-Variante führt g³ ein. Innerhalb des gleichen kompakten Fußabdrucks liefern g³-Mischungen nahezu gleichwertige Isolierung wie SF₆, während das GWP auf unter 500 gesenkt wird — vollkommen im Einklang mit zunehmend strengen globalen F-Gas-Regelungen. Die aktuellen Barrieren für die großflächige Einsatzbereitschaft von g³ bei 40,5 kV sind die Anpassungsfähigkeit bei niedrigen Temperaturen und die anfänglichen Kosten. Mit fortschreitender Verbesserung der Rezepturen und der Reifung der Lieferkette wird g³ die bestimmte Richtung für die evolutionäre Entwicklung umweltfreundlicher 40,5 kV RGIS sein.

Zusammenfassung

Die Philosophie der Gasauswahl für RGIS — basierend auf einem klaren Verständnis der grundlegenden physikalischen Grenzen von N₂, Trockenluft, SF₆ und g³ in Bezug auf Isolier- und Bogenlöschleistung — nutzt das geeignetste Werkzeug, um die primäre Herausforderung in jeder Spannungsebene zu lösen:

• Niedrig- und Mittelspannung (12/24 kV): Verwendung der Kombination "grünes Gas + Vakuum" — umweltfreundlich, wirtschaftlich und vollständig SF₆-frei.
• Hochspannung (40,5 kV): Erstes Einsatz von SF₆, um Kompaktheit und Zuverlässigkeit als Lebenslinien zu erhalten, während g³ als Technologiereserve positioniert wird — ständig dem neuen Pareto-Optimum zwischen Leistung und Umweltverantwortung näher kommend.

Rockwill RGIS Fallstudie und Gasgeisolte Schaltanlagen-Projekt in Ghana

Bearbeitet von：Garca