95 Prozent Platzersparnis in HGÜ-Konverterstationen

Bisher werden Gleichstromschaltanlagen in luftisolierter Technik ausgeführt. Da aber Luft ein schlechter Isolator ist, bedarf es großer Abstände zwischen den stromführenden Elementen untereinander und zum Erdpotenzial, um Spannungsüberschläge zu vermeiden.

Gasisolierte Systeme, wie sie für Drehstromtechnik seit Jahrzehnten im Einsatz sind, reduzieren den Platzbedarf deutlich, konnten aber bisher für Gleichstromtechnologie nicht gebaut werden, da die Anforderungen hier ungleich komplexer sind.

Gleichstromleitungen erzeugen ein stabiles elektrisches Feld, das über die Zeit seine Umgebung beeinflusst: Gas und isolierende Flächen laden sich langsam auf. Die Ladungsträger wandern entlang der elektrischen Feldlinien und verändern das elektrische Feld. Die Siemens-Experten lösen dies mit speziell ausgelegten Isolatoren für das Innere der Schaltanlage. Als Material dient mit Epoxidharz imprägniertes Papier.

Diese so genannte RIP-Technologie hat sich bereits in anderen Anwendungen, zum Beispiel in Leistungstransformatoren, etabliert. Die Ingenieure entwickelten mit Hilfe von Simulationsrechnungen eine geeignete Geometrie für diese Isolatoren, um die Technik auch für Gleichstromschaltanlagen einzusetzen.   

Zentrale Technologie für die Energiewende

Die von Siemens entwickelte gasisolierte Kompakt-Schaltanlage für 320 Kilovolt (kV) benötigt im Vergleich zu einer luftisolierten Ausführung 95 Prozent weniger Platz. Davon profitieren besonders HGÜ-Konverter-Plattformen für Offshore-Windparks. 

Die HGÜ-Technik erlaubt eine verlustarme Stromübertragung auf langen Strecken und in Seekabeln. Dadurch – und wegen ihrer guten Steuerbarkeit – ist sie eine zentrale Technologie für die Energiewende, zum einen, um Offshore-Windparks an das Stromnetz anzubinden, zum anderen, um Windstrom von den Küsten verlustarm in den Süden zu transportieren und die Übertragungsnetze zu stabilisieren. 

Am Anfang einer Gleichstrom-Übertragung wird der Strom aus dem Drehstromnetz – beziehungsweise der gesammelte Strom der Windmühlen eines Offshore-Windparks – in einer HGÜ-Konverterstationen in Gleichstrom und am Ende der Strecke wieder zurück in Drehstrom gewandelt.

Zur Konverterstation gehören – neben den Umrichtern aus dem Bereich der Leistungselektronik – auch Transformatoren und Dreh- und Gleichstromschaltanlagen.  Eine luftisolierte Gleichstromschaltanlage, wie sie heute auf Offshore-Konverter-Plattformen im Einsatz ist, benötigt etwa 4000 Kubikmeter Platz.

Die gasisolierte 320 kV-Kompakt-Schaltanlage nimmt nur mehr 200 Kubikmeter ein. Sammelplattformen können durch ihren Einsatz bis zu 10 Prozent kleiner ausgelegt werden, was auf See einen enormen Kostenfaktor darstellt. (2014.10.5)

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Dr. Norbert Aschenbrenner Siemens InnovationNews

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