Forschungs- und Entwicklungsstand der 12 kV SF6-gasfreien Ringkabelschrankanlage

Die Gasdichtung basiert hauptsächlich auf SF₆-Gas. SF₆ hat extrem stabile chemische Eigenschaften und zeigt ausgezeichnete elektrische Festigkeit und Bogenlöschleistung, wodurch es in elektrischen Energieanlagen weit verbreitet ist. SF₆-dichtete Schaltanlagen zeichnen sich durch eine kompakte Struktur und kleine Abmessungen aus, sind unbeeinflusst von externen Umweltfaktoren und weisen eine außergewöhnliche Anpassungsfähigkeit auf.

SF₆ wird jedoch international als eines der sechs wichtigsten Treibhausgase anerkannt. Leckagen bei SF₆-dichteten Schaltanlagen sind ein unvermeidliches praktisches Problem. Aus umweltschutztechnischer Sicht sollte die Verwendung von Schwefelhexafluorid reduziert oder minimiert werden. Die internationale Gemeinschaft ist sich darin einig, die Verwendung von SF₆-Gas schrittweise einzustellen und letztendlich abzuschaffen.

1. Technische Merkmale des 12-kV SF6-freien Ringknotens

1.1 Umweltfreundlich und grün

Trockene Luft (oder Stickstoff) wird als Hauptdichtungsmedium verwendet, was SF₆ eliminiert und die Emission von giftigen oder treibhauswirksamen Gasen vermeidet. Der Umweltauswirkungen über den gesamten Lebenszyklus des Produkts wird berücksichtigt, indem kontinuierlich neue Materialien und Fertigungsprozesse erforscht werden, um die Materialrecyclingfähigkeit zu verbessern. Das kompakte und platzsparende Design reduziert effektiv den Rohstoffverbrauch, den Energiebedarf in der Produktion und den Bodenverbrauch.

1.2 Sicher und zuverlässig

Die reifende Vakuumschalstechnologie garantiert eine stabile und zuverlässige Unterbrechungsleistung und eine lange Lebensdauer. Der nominelle Gasfülldruck ist gering (0,12 MPa absolut), was es einfacher macht, einen geringen Leckagegrad (≤0,1 %) zu erreichen. Die hohe elektrische Festigkeit ermöglicht das normale Betreiben selbst bei einem Nullmanometerdruck. Der Dreipositionsschalter unterstützt elektrisches oder ferngesteuertes Betätigen und verfügt über umfassende „Fünf-Verhinderung“-Sperren mit dem Lastschalter/Leitungsschutzschalter, was die Betriebssicherheit während der Wartung erhöht.

1.3 Umweltanpassungsfähigkeit

Alle Hochspannungs-Hauptkomponenten sind in einer 3 mm starken gasdichten Kammer aus geschweißtem Edelstahl versiegelt und vollständig von der äußeren Umgebung isoliert. Nach Bedarf können zusätzliche Schutzstrukturen am Schaltwerk und in der Niederspannungskammer hinzugefügt werden, um wirklich den Anforderungen an Korrosionsbeständigkeit, Feuchtigkeitsschutz und Tiefbetrieb unter besonderen Bedingungen gerecht zu werden.

1.4 Intelligente Führung

Das Produkt kann nach Bedarf mit intelligenten Steuerungssystemen, selbstversorgenden integrierten Schutzsystemen und panoramischen smarten Stromverteilplattformen ausgestattet werden. Es integriert Funktionen wie Datenerfassung, -steuerung, -überwachung, -diagnose, -Schutz und -Kommunikation in ein einheitliches System, was die Fernwartung und -steuerung ermöglicht und die Big-Data-Anwendungen in der Stromverteilung erleichtert.

2. Aktueller Stand und Entwicklungsrichtungen von 12-kV-Ringknoten

2.1 Aktueller Stand der 12-kV-Ringknoten

In den letzten Jahrhunderten hat das Erdklima signifikante Veränderungen erfahren, die vor allem durch globale Erwärmung gekennzeichnet sind. Diese Erwärmung resultiert aus natürlicher Klimavariabilität in Kombination mit verstärkten Treibhausgas-Effekten, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden. Die Reduzierung von Treibhausgasemissionen und die Minderung des Klimawandels sind die Hauptziele des Rahmenübereinkommens der Vereinten Nationen über Klimaänderungen (UNFCCC) und des Kyoto-Protokolls.

Auf der Konferenz zum Kyoto-Protokoll in Japan im Jahr 1997 wurde SF₆ als eines der stärksten Treibhausgase eingestuft und zu den Stoffen gezählt, deren Nutzung und Emissionen eingeschränkt werden sollten. Obwohl CO₂ über 60 % zum Treibhauseffekt beiträgt – der größte Anteil –, trägt SF₆ nur etwa 0,1 % bei. Trotz seines derzeit geringen Beitrags birgt SF₆ erhebliche potenzielle Risiken: Ein SF₆-Molekül hat ein globales Erwärmungspotenzial, das 23.900 Mal höher ist als das eines CO₂-Moleküls, und seine atmosphärische Lebensdauer beträgt etwa 3.200 Jahre. Etwa 50 % des weltweit produzierten SF₆ wird in der Energiewirtschaft verwendet, wovon 80 % in Schaltanlagen fließt. Als Entwicklungsländer steht China zunehmend unter Druck, seine Treibhausgasemissionen zu reduzieren.

2.2 Entwicklungsrichtungen der 12-kV-Ringknoten

Aus technischer Sicht hatte die Industrie der Ringknotenanlagen bis etwa 2014 mehrere Stufen durchlaufen: Luftdichtung, halb-SF₆-Dichtung, vollständige SF₆-Dichtung und feste Dichtung. Diese Entwicklung spiegelt die kontinuierliche Innovation und technologische Fortschritte wider, die sich auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Umweltfreundlichkeit konzentrieren.

Derzeit werden sowohl inländisch als auch international festdichtete Schaltanlagen als ideale Alternative zu SF₆-basierten Produkten angesehen. Aufgrund von Herausforderungen wie der Schwierigkeit, Epoxidharze (weit verbreitet in festdichteten Anlagen) zu recyceln, dem Mangel an breiter Akzeptanz alternativer thermoplastischer Ingenieursmaterialien, der irreparablen Zerstörung nach Isolationsausfällen und ungelösten Problemen bezüglich der Temperaturerhöhung bei Hochleistungsbetrieb, ist das Interesse an fester Dichtung fast so schnell abgekühlt, wie es entstanden ist.

Im Gegensatz dazu beherrschen vollständig SF₆-dichtete Ringknoten trotz ihrer Umweltbelastungen weiterhin den Markt, dank ihrer kompakten Größe, ausgezeichneten Umweltresistenz, hoher Zuverlässigkeit und geringen Wartungsanforderungen.

In den letzten 2-3 Jahren sind umweltfreundliche gasdichtete Schaltanlagen zunehmend zu einem Fokus der Interessen von Netzbetreibern und führenden Herstellern geworden, getrieben durch Fortschritte in mehreren Schlüsselbereichen:

• Reife Anwendung der Vakuumschalstechnologie (einschließlich eingeschlossener Designs);

• Vertiefte Kenntnisse der Dichtungstechnologien (Gasdichtung, feste Schnittstelledichtung, Verbunddichtung usw.);

• Umfangreiche Betriebserfahrung mit SF₆-gedämmten Geräten (RMUs, C-GIS);

• Durchbrüche in der Forschung zu SF₆-Alternativgasen (von Unternehmen wie ABB und 3M);

• Branchendiskussionen, die eine Rückkehr zu festen Mittelspannungsprodukten befürworten, unterstützt durch signifikant verbesserte Zuverlässigkeit der Kernkomponenten.

Da China die Transformation und Modernisierung seines Energiesektors beschleunigt und dringende Anforderungen an Energieeffizienz und Emissionsreduktion vorliegen, sind die Regulierung der atmosphärischen Feuchtigkeit und die Kontrolle von Luftverschmutzung zu dringenden Prioritäten geworden. Für die sich schnell entwickelnde Energieindustrie ist die Entwicklung von ringförmigen Hauptverteilerstellen ohne SF₆-Gas ein unausweichlicher Trend. Zukünftige Umspann- und Verteilungsgeräte werden zunehmend auf Sicherheit, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Umweltfreundlichkeit fokussieren.

Es ist erwähnenswert, dass die Staatsnetzgesellschaft von China umweltfreundliche Schaltanlagen im Vergleich zu allgemeinen Industriekunden deutlich stärker anerkennt. Das "Katalog der Schlüsseltechnologien, die von der Staatsnetzgesellschaft stark gefördert werden (2017 Edition)" legt ausdrücklich fest, dass von 2016 bis 2018 ringförmige Hauptverteilerstellen ohne SF₆-Gas mindestens 30 % der neuen Installationen in Neuprojekten und Modernisierungsprojekten ausmachen müssen, mit einem jährlichen Wachstum von mindestens 8 %. Darüber hinaus hat die neueste Version (2017) der "Standardisierten Entwurfsrichtlinien für 12 kV-Ringhauptverteilerstellen", die gemeinsam vom Operation & Maintenance Department der Staatsnetzgesellschaft und dem China Electric Power Research Institute entwickelt wurde, umweltfreundliche gasgedämmte Ringhauptverteilerstellen formell integriert und klare technische Spezifikationen für zukünftige Ausschreibungen festgelegt.

3. Fazit

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass China die Transformation seiner Energieindustrie beschleunigt und zunehmend Druck in Bezug auf Energieeffizienz und Emissionsreduktion erfährt, wodurch die Bewältigung von atmosphärischer Feuchtigkeit und Luftverschmutzung zu einer unmittelbaren Priorität geworden ist. Als typisches Endverteilgerät werden 12 kV-Ringhauptverteilerstellen in Stromnetzen und verschiedenen industriellen Anwendungen weit verbreitet eingesetzt und stellen einen unverzichtbaren Bestandteil eines robusten und intelligenten Netzes dar, das die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Stromversorgung direkt beeinflusst. Im Zuge der raschen Entwicklung der Energiebranche stellt die Entwicklung umweltfreundlicher gasgedämmtet Ringhauptverteilerstellen einen unumkehrbaren Trend dar. Zukünftige Umspann- und Verteilungsgeräte werden weiterhin um die Kernanforderungen an Sicherheit, Zuverlässigkeit, Miniaturisierung und Umweltfreundlichkeit herum entwickelt.