Gasisolierte Schaltanlage

Eine gasisolierte Schaltanlage (GIS - Gas Insulated Switchgear) ist eine – im Unterschied zur luftisolierten Schaltanlage (englisch Air Insulated Switchgear – AIS) – vollständig gasdicht gekapselte Schaltanlage für Hochspannung und Mittelspannung, die zur Isolierung den oder die elektrischen Leiter mit Schwefelhexafluorid (SF₆) als Schutzgas umgibt.

Grundlagen

gasisolierte Schaltanlage

Gasisolierte Schaltanlagen sind wesentlich kompakter als luftisolierte Schaltanlagen, weil SF₆ eine drei- bis vierfach höhere Durchschlagsfestigkeit als Luft bei Normaldruck besitzt. Außerdem unterstützt SF₆ das Verlöschen von Funkenstrecken effektiver als Luft. Gasisolierte Schaltanlagen sind in der Regel für Innenräume konzipiert, können aber problemlos für das Außengelände umgerüstet werden und haben luftisolierte Schaltanlagen in diesem Einsatzgebiet durch ihre geringere Baugröße fast vollständig verdrängt. Jedoch besitzen luftisolierte Schaltanlagen in Mittelspannungsnetzen bis ca. 20 kV immer noch Anwendungsbereiche, da sie günstiger in ihren Anschaffungs- und Unterhaltskosten sind.

Weil SF₆ das schädlichste aller Treibhausgase ist, ca. 23.000-mal stärker als CO₂, war diese Marktentwicklung aufgrund des drohenden Verbots zeitweise gestoppt. Mittlerweile gelten jedoch dauerhafte Ausnahmeregelungen für gasisolierte Schaltanlagen, die mit geringen Mengen austretenden Gases und geordneter Entsorgung begründet wurden.

Bauformen

Schaltfeld einer GIS für 110 kV

GIS werden im Allgemeinen nicht als einzelner Leistungsschalter, sondern als Felder verkauft. Unter einem Feld versteht man den Leistungsschalter oder Lasttrennschalter, die Sammelschienen- und Leitungs(Kabel)trenner, den Leitungs(Kabel)erdungstrenner, die Strom- und Spannungswandler, die Kabelanschlüsse bzw. Freiluftdurchführungen und den Leistungsschalterantrieb.

Verhalten bei innerem Fehler

Im Falle eines Fehlers im Inneren der Schaltanlage kann es zu einem Störlichtbogen kommen. Dabei können sehr hohe Überdrücke und Erwärmungen auftreten, welche die Schaltanlage mechanisch und thermisch beansprucht und unter Umständen zerstören kann. Zum Nachweis der Eignung einer Schaltanlage hinsichtlich des Personenschutzes im Falle eines Störlichtbogens sind Störlichtbogenprüfungen durchzuführen. Dabei gilt es seit dem 1. Februar 2007 nach IEC 62271-200 folgende Kriterien einzuhalten:

• Ordnungsgemäß gesicherte Türen und Abdeckungen öffnen sich nicht
• Das Gehäuse reißt nicht auf und es dürfen keine Teile mit einer Masse von mehr als 60 g wegfliegen
• Es entstehen keine Löcher in den zugänglichen Seiten der Schaltanlage
• Die Indikatoren werden nicht durch heiße Gase entzündet
• Die Kapselung der Schaltanlage bleibt mit ihrem Erdungspunkt verbunden

Alle ab dem 1.Februar 2007 neu errichteten Mittelspannungsschaltanlagen müssen die neue Norm IEC 62271-200 erfüllen. Bereits vorhandene Schaltanlagen können weiter nach IEC 60298 (nach der alte Norm) betrieben werden. Es besteht Bestandsschutz für alle Schaltanlagen, die vor dem 1. Februar 2007 in Betrieb genommen wurden.

Ein innerer Fehler in elektrischen Anlagen wie ein Störlichtbogen kann sogar Anlagengebäude gefährden. Um den durch den Störlichtbogen entstehenden Überdruck im Schaltanlagenraum zu beherrschen, werden Maßnahmen wie Absorberelemente in den Schaltanlagen, Druckentlastungskanälen und Druckentlastungsöffnungen in den Raumwänden zur Sicherung der Schalträume eingebaut.

Hersteller

• ALSTOM
• Asea Brown Boveri (ABB)
• Grupo Ormazabal
• Schneider Electric
• Siemens

Literatur

• ABB Schaltanlagen Handbuch Online

Weblinks

• Schaltanlagen beim Energiemuseum Berlin
• GIS für die Hochspannung (>52 kV) von ABB
• GIS für die primäre Mittelspannung (≤52 kV) von ABB
• GIS für die Hochspannung von ALSTOM
• GIS für die Hochspannung (>52 kV) von Siemens
• Schaltanlagen für die Mittelspannung (≤52 kV) von Siemens