Die neue Generatorschaltanlage HB3-100 von Siemens hält jetzt den Rekord für die mit Vakuum-Schalttechnik beherrschbaren Stromstärken. Davon profitieren moderne Gaskraftwerke, die flexibel zum Ausgleich schwankender Strommengen aus Erneuerbaren eingesetzt werden. Gleichzeitig sind die Gesamtkosten im Vergleich zu einer gasisolierten Anlage um bis 70 Prozent geringer.

Vakuum-Schalter sind im Vergleich zu herkömmlichen, gasisolierten Varianten erheblich günstiger. Solche Generatorschalter trennen oder führen in Kraftwerken den Stromfluss zwischen dem Generator und dem Transformator, der die erzeugte elektrische Energie in das Netz einspeist. Bei einem Kurzschluss muss der Schalter die Verbindung sofort kappen, damit im Kraftwerk kein Schaden entsteht. Dafür werden zwei Metallkontakte sehr schnell getrennt, wobei sich zwischen ihnen ein Lichtbogen bildet. Dieser muss so schnell wie möglich gelöscht werden, damit der Schalter selbst keinen Schaden nimmt.

100.000 Ampere sicher unterbrechen.
Bisher wird das mit einem speziellen Isoliergas gemacht, Schwefelhexafluorid (SF6), das in den Schalter geblasen wird. In einem Vakuum-Schalter wird der Lichtbogen dagegen im Hochvakuum unterbrochen. Die Technik ist praktisch wartungsfrei und verursacht über ihre Lebenszeit erheblich weniger Kosten als die gasisolierte Variante. Allerdings sind Vakuum-Schalter bisher nicht für höchste Stromstärken geeignet. Siemens ist es nun gelungen, die Grenze für Kurzschlussströme von bisher 80.000 auf 100.000 Ampere (A) zu erhöhen. Damit vergrößert sich der Anwendungsbereich der kostengünstigen Vakuum-Technik auf Kraftwerke mit einer Leistung bis 400 Megawatt (MW).

Generatorschalter schützen vor den Folgen eines Kurzschlusses, und sie schalten außerdem so schnell, dass man mit ihnen einzelne Generatoren phasensynchron an das Stromnetz an- oder abkoppeln kann. Diese Funktion nutzen zum Beispiel moderne Gaskraftwerke mit mehreren Turbinen oder Blöcken. Um schwankende Mengen von Sonnen- und Windenergie auszugleichen, können sie ihre Gasturbinen sehr schnell hochfahren.

Neues Kontaktmaterial, optimierte Geometrie.
Um die zulässigen Stromstärken für die Vakuum-Schalttechnik zu erhöhen, mussten die Siemens-Ingenieure im Wesentlichen zwei Punkte lösen. Zum einen ist der Lichtbogen, der beim Trennen eines Kurzschlussstroms entsteht, extrem heiß. Die Temperaturen können über 3.000 Grad erreichen, und die elektrischen Kontakte dürfen dabei keinen Schaden nehmen. Gelöst wurde dies mit einer speziellen Anordnung, die den Lichtbogen so formt, dass die Wärme möglichst breit auf den Kontakten verteilt ist und außerdem schnell aus dem Schalter entweicht.

Die zweite Entwicklung betrifft das Material der elektrischen Kontakte. In einem Vakuum-Schalter wird der Lichtbogen nicht aktiv mit Gas gelöscht, sondern er erlischt von selbst, wenn der Wechselstrom in die Gegenphase umschwingt. Allerdings kann bei hohen Strömen und Spannungen nach dem Nulldurchgang trotz Vakuum ein neuer Lichtbogen entstehen, wenn sich auf den Kontaktoberflächen noch freie Ladungsträger, also Ionen, befinden. Das neue Kontaktmaterial ist daher ein Metall mit sehr kurzen Rekombinationszeiten, das innerhalb von Mikrosekunden alle freien Ionen auf seiner Oberfläche bindet.

Die neue Generatorschaltanlage HB3-100 schaltet Kurzschlussströme bis zu 100.000 A und führt Betriebsströme bis zu 12.500 A, ohne dass eine zusätzliche Kühlung nötig ist. Im Vergleich zu einer gasisolierten Anlage sind die Gesamtkosten von der Anschaffung bis hin zur Entsorgung je nach Kraftwerkstyp um 25 bis 70 Prozent geringer.

 

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Die luftisolierte Generatorschaltanlage mit Vakuumschalttechnik HIGS (Highly Integrated Generator Switchgear) im Einsatz in einer Anlage des thailändischen Energieunternehmers Amata Grimm Power.

 

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Die HB3-Generator-Leistungsschalteranlage ist die weltweit erste luftisolierte Generatorschaltanlage mit Vakuumschalttechnik, die über ein Kurzschlussausschaltvermögen verfügt.
Abbildung: Siemens AG

 

 

Kontakt:
Herr Dr Norbert Aschenbrenner
Redaktion
Siemens AG
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Originalartikel im Internet:
http://www.siemens.com/innovation/de/home/pictures-of-the-future/energie-und-effizienz/stromuebertragung-stromgiganten-blitzschnell-schalten.html

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