Hochspannungs-Schaltanlagen: Neueste Technologien für die Modernisierung des Stromnetzes

SF6-freie Hochspannungs-Schaltanlagen: Nachhaltige Alternativen zur Erfüllung gesetzlicher Anforderungen

Regulatorische und umweltbezogene Gründe für die schrittweise Abschaffung von SF6

Vorschriften weltweit zwingen Unternehmen dazu, Schwefelhexafluorid (SF6) in ihren elektrischen Anlagen zu vermeiden, da dieses Gas äußerst schädlich für den Planeten ist. Wir sprechen hier von einem Treibhausgas, das die Atmosphäre 23.500-mal stärker erwärmt als herkömmliches Kohlendioxid. Die Europäische Union hat kürzlich ihre F-Gas-Verordnung aktualisiert und verlangt, dass sämtliche neu in Betrieb genommene Hochspannungsanlagen ab 2030 vollständig auf SF6 verzichten. Und wissen Sie was? Mehr als fünfzehn weitere Länder arbeiten derzeit an ähnlichen gesetzlichen Regelungen. Dieser regulatorische Druck entspricht den nachhaltigkeitsorientierten Verpflichtungen vieler Unternehmen. Etwa acht von zehn Versorgungsunternehmen prüfen bereits Alternativen zu SF6, um hohe Geldstrafen bei Verstößen gegen die Vorschriften zu vermeiden (einige Quellen nennen laut einer Studie des Ponemon Institute aus dem vergangenen Jahr bis zu 740.000 US-Dollar pro Vorfall). Stellen Sie sich nur einmal vor: Aus umwelttechnischer Sicht verursacht eine einzige Tonne ausgetretenes SF6 so viel Umweltbelastung wie fünfzig Autos innerhalb eines ganzen Jahres. Die Suche nach umweltfreundlichen Schaltgerätelösungen ist daher für alle Betreiber von Stromnetzen, die ernsthaft ihren Beitrag zur Minderung des Klimawandels leisten möchten, von entscheidender Bedeutung.

Feststoffisolier- und Reinluft-Dielektrik-Technologien in modernen Hochspannungsschaltanlagen

Zwei bewährte, kommerziell eingesetzte Technologien eliminieren SF6, ohne die Leistungsfähigkeit einzuschränken:

Bei fest isolierten Systemen sind die Leiter vollständig in vakuumgegossenes Polymermaterial eingehüllt. Diese Konstruktion eliminiert jegliche Gefahr von Gaslecks und ermöglicht die Bewältigung von Kurzschlussströmen über 40 Kiloampere. Für saubere Luftalternativen mischen Hersteller normale atmosphärische Gase mit sogenannten Fluorketonen. Diese Gemische erzeugen starke Isoliereigenschaften, die für extrem hochspannungsfähige Anwendungen erforderlich sind, und ermöglichen einen zuverlässigen Betrieb der Geräte selbst bei Spannungen bis zu 420 kV. Wenn Unternehmen auf diese sauberen Luftsysteme anstelle herkömmlicher, auf SF6-Gas basierender Systeme umsteigen, sparen sie typischerweise jährlich rund 200 Tonnen CO2-Äquivalent-Emissionen ein. Auch die finanziellen Vorteile sind beträchtlich, da beide Ansätze die Wartungskosten über die gesamte Lebensdauer hinweg um etwa 30 % senken. Dies liegt daran, dass aufwändige Gasmanagementaufgaben – wie ständige Leckprüfungen oder das Rückgewinnen verbrauchten SF6-Gases – entfallen, was langfristig Zeit und Kosten einspart.

Einsatz in der realen Welt in städtischen europäischen Stromnetzen

In ganz Europa setzen große Städte schulfreie Schaltanlagen in der Praxis auf die Probe – an Standorten mit begrenztem Platzangebot und hohen Anforderungen. Nehmen wir beispielsweise London: Die Stadt hat die Blue-GIS-Technologie eingeführt, bei der Fluorketon mit Luft kombiniert wird, um wichtige Umspannwerke im 132-kV-Netz des Finanzdistrikts zu versorgen. Was macht dies besonders interessant? Es gelang, sämtliche SF6-Emissionen vollständig zu eliminieren – ohne jegliche Versorgungsunterbrechungen. In Berlin wiederum haben die zuständigen Behörden AirPlus-Systeme installiert, die die strengen deutschen TA-Luft-Vorschriften erfüllen. Diese Anlagen entsprechen nicht nur den Umweltstandards, sondern reduzieren zudem den benötigten Raum für Umspannwerke um nahezu die Hälfte. Beide Projekte bewältigen beeindruckende Lastdichten von über 500 MW pro Quadratkilometer. Im Überblick schätzen Betreiber insgesamt Einsparungen von rund 1,2 Millionen US-Dollar über einen Zeitraum von 20 Jahren allein für diese Standorte. Diese Summe ergibt sich aus mehreren Faktoren, darunter die Vermeidung von CO2-Steuerstrafen, geringere Wartungskosten sowie eine längere Nutzungsdauer der Ausrüstung vor dem erforderlichen Austausch.

Digitalisierte Hochspannungsschaltanlagen: Ermöglichen vorausschauende Wartung und Netzzuverlässigkeit

Die Kosten eines Ausfalls: Wie ungeplante Ausfälle die digitale Transformation beschleunigen

Die durchschnittlichen Kosten für ungeplante Ausfälle bei Versorgungsunternehmen belaufen sich laut dem Bericht des Ponemon Institute aus dem vergangenen Jahr auf jeweils rund 740.000 US-Dollar. Diese Summe umfasst sämtliche damit verbundenen Aufwendungen – von der Reparatur ausgefallener Komponenten über die Zahlung von Vertragsstrafen und Entschädigungen an Kunden, die Stromausfälle erlitten haben, bis hin zu den entgangenen Einnahmen während der Störungsdauer. Veraltete Ausrüstung bleibt weiterhin einer der Hauptgründe für derartige Kettenreaktionsausfälle in verschiedenen Branchen, wodurch sowohl Geschäftsbetriebe als auch die Sicherheit der Bevölkerung gefährdet werden. Aus diesem Grund erwägen viele Unternehmen predictive Technologien nicht mehr nur, sondern investieren zunehmend massiv in sie. Solche Systeme können im Vergleich zu herkömmlichen, nachträglichen Reparaturansätzen die Wartungskosten um etwa 25 bis 30 Prozent senken. Zudem können sie unerwartete Abschaltungen in einigen Fällen um nahezu die Hälfte reduzieren. Branchenweit ist eine deutliche Trendwende hin zu intelligenten Schaltern mit Sensoren zu erkennen, die Echtzeitdaten erfassen. Dadurch wird die Netzstabilität gewährleistet und gleichzeitig den immer strenger werdenden regulatorischen Anforderungen an die Systemresilienz entsprochen.

IoT-Sensoren, Edge-Analyse und digitale Zwillinge in Hochspannungs-Schaltanlagensystemen

Die heutige Hochspannungsschaltanlage ist mit IoT-Sensoren ausgestattet, die ständig eine Vielzahl von Parametern überwachen – darunter Temperaturänderungen, Teilentladungen, mechanische Verschleißstellen und sogar Gasdichtewerte bei Systemen, die kein SF6 verwenden. Diese Edge-Analytics verarbeiten die Daten direkt vor Ort am Gerät selbst; dadurch werden Anomalien nahezu sofort erkannt, und Schutzmaßnahmen (z. B. Auslösen) erfolgen in Echtzeit – ohne auf langsame Cloud-Verarbeitung warten zu müssen. Digitale Zwillinge sind hier ebenfalls ein echter Game-Changer: Sie erstellen virtuelle Abbilder der realen Anlagen auf der Grundlage physikalisch korrekter Modelle. Wartungsteams können Simulationen durchführen, um bereits im Vorfeld abzuschätzen, wie sich Wärme ansammelt, wo sich Störungen ausbreiten könnten oder wie sich Lasten im System umverteilen – lange bevor die Anlage in Betrieb geht. Anschließend passen sie ihre Wartungspläne entsprechend den Vorhersagen dieser Modelle zum Verschleiß einzelner Komponenten im Zeitverlauf an. Das Ergebnis? Die Lebensdauer der Geräte verlängert sich in den meisten Fällen um rund 40 %, Störungen werden etwa 40 % schneller behoben als mit herkömmlichen Methoden, und Stromnetze werden deutlich widerstandsfähiger gegenüber sämtlichen Bedrohungen – von physischen Beschädigungen bis hin zu Cyberangriffen.

Kompakte gasisolierte Schaltanlagen (GIS) für städtische Netze und netzverbessernde Technologien

Trends bei der flächensparenden Einführung von GIS in städtebaulich stark eingeschränkten Städten

GIS als Enabler für dynamische Leitungsbemessung und adaptive Schutzkonzepte

Moderne GIS-Plattformen leisten heute weit mehr als nur eine effiziente Raumverwaltung: Sie bilden tatsächlich die Grundlage für Technologien zur Netzerweiterung, sogenannte GETs (Grid Enhancement Technologies). Diese Systeme verfügen über dicht verschlossene Kammern, die bereits für Sensoren vorbereitet sind, wodurch die Installation kleiner IoT-Geräte – die detaillierte Betriebsdaten für dynamische Leitungsbemessungssysteme (DLR) erfassen – besonders einfach wird. Wenn diese DLR-Systeme aktuelle Leiter-Temperaturen mit aktuellen Wetterbedingungen und Windgeschwindigkeiten kombinieren, können sie die Übertragungskapazität um 15 bis möglicherweise sogar 30 Prozent steigern – und das ohne neue Grundrechte oder zusätzliche Ausrüstung. Ein weiterer großer Vorteil ist die Unterstützung intelligenter Schutzmechanismen durch GIS: Die Relais passen sich automatisch an Veränderungen in der Netztopologie an, etwa wenn Speiseleitungen neu konfiguriert werden oder sich unerwartet an einer Stelle sogenannte DER-Inseln (Distributed Energy Resource Islands) bilden. Dadurch verkürzen sich die Fehlerlösezeiten im Vergleich zu herkömmlichen statischen Systemen erheblich – wahrscheinlich um rund 40 %, je nach konkreten Gegebenheiten. Was wir hier beobachten, ist eine Transformation der GIS von einer reinen Gehäusefunktion hin zu einem echten Arbeitstier, das nicht nur zur Aufrechterhaltung der Netzzuverlässigkeit beiträgt, sondern auch den nahtlosen Integrationsprozess erneuerbarer Energiequellen ermöglicht.

FAQ

Warum wird SF6 in elektrischen Systemen schrittweise abgeschafft?

SF6 wird aufgrund seines extrem hohen Treibhauspotenzials schrittweise abgeschafft, das 23.500-mal höher ist als das von Kohlendioxid. Vorschriften fordern zunehmend nachhaltigere Alternativen, um Umweltschäden zu vermeiden.

Welche Technologien ersetzen SF6 in Hochspannungsschaltanlagen?

Zwei zentrale Technologien, die SF6 ersetzen, sind feststoffisolierte Systeme und saubere Luft als Dielektrikum; beide weisen deutlich geringere Umweltauswirkungen auf.

Welchen Nutzen bieten vorausschauende Wartungssysteme für Versorgungsunternehmen?

Vorausschauende Wartungssysteme senken die Wartungskosten um 25 bis 30 Prozent und tragen dazu bei, unerwartete Abschaltungen zu vermeiden – dadurch wird die Zuverlässigkeit des Stromnetzes sowie die betriebliche Effizienz verbessert.

Welche Rolle spielt GIS in modernen elektrischen Netzen?

GIS trägt zur effizienten Flächennutzung bei, unterstützt die dynamische Leistungsbeurteilung von Freileitungen und ermöglicht intelligente Schutzkonzepte, wodurch die Stabilität und Anpassungsfähigkeit des Netzes – insbesondere in städtischen Gebieten – gesteigert wird.