Titelstory Zuverlässige Schalttechnik für 
moderne Kraftwerke

Wer mit dem Zug heute durch Deutschland fährt, kann entlang der Bahnstrecken vielerorts die Energiewende mit eigenen Augen bestaunen: Im Norden drehen sich die Wind­räder, im Süden wandert der Blick über großflächige Solarparks. Was sich dem Betrachter dabei entzieht, sind die vielen unsicht­baren Komponenten, die für das Energienetz von morgen eine wichtige Rolle spielen und ebenso spannende Entwicklungen vollziehen wie regenerative Erzeugungsanlagen.

Dazu gehören auch Generatorschaltanlagen, die in Kraftwerken anspruchsvolle Schaltaufgaben erledigen. Im Pumpspeicherkraftwerk Goldisthal der Vattenfall Europe Gene­ration beispielsweise ergänzen zwei Schaltanlagen die bestehende Kraftwerkstechnologie.

Zur Sicherstellung einer hohen Betriebsverfügbarkeit und zum Schutz von Transformatoren und Generatoren ist die Generator­schaltanlage ein wichtiges Betriebsmittel. Robust­heit und Zuverlässigkeit sind eine Grundvoraussetzung, da bei Generatorschaltanwendungen oft hohe thermische und mechanische Belastungen auftreten. Die Vakuum-Schalttechnik punktet an dieser Stelle mit jahrzehntelangen Erfahrungswerten und begegnet den gestellten Anforderungen verlässlich sowie nachhaltig.

Gereifte Schalttechnik

Einer, der sich mit dieser Technologie auskennt, ist Nils ​Anger, Director Generator-Breaker Systems and Special Applications bei Siemens. Sein Unternehmen kann im Feld der Vakuum-Schalttechnik mehr als 40 Jahre Erfahrung vorweisen, sagt er und ergänzt: „Wir sind zu Recht stolz auf die Pionier­arbeit, die wir in diesem Bereich geleistet haben.“ In Zahlen ausgedrückt heißt das: Seit 1990 wurden über 2400 Generator-Vakuum-Leistungsschalter und über 19.000 Vakuum-Schaltröhren für Hochleistungsanwendungen ab 63 kA installiert.

Was die Kunden an der Technologie überzeugt, liegt für Anger auf der Hand: „Für den Kunden ist die Vakuum-Technologie absolut nutzungsfreundlich.“ Ein Grund dafür, erklärt Anger, ist dass in der Schaltkammer lediglich der Kontaktbolzen und der Federbalg bewegliche Teile sind. Der Metall­falten­balg ermögliche den Schalthub und bilde die vakuumdichte Verbindung zum Röhrengehäuse. Die hermetisch verschlossenen Vakuum-Schaltröhren seien somit unabhängig von Umwelteinflüssen.

Der Aufbau der Vakuum-Schaltröhren biete noch einen ganz anderen Vorteil: Da Vakuum als Schaltmedium verwendet wird, finde keine Oxidation statt. Aus diesem Grund bleiben die Metallflächen dauerhaft rein und stellen einen gleichbleibend geringen Übergangswiderstand sicher. „Damit hat die Röhre als kompaktes, in sich geschlossenes Bauelement eine mechanische Überlegenheit“, führt Anger aus. Zudem sei die Technik für verschiedene Schaltanwendungen einsetzbar, da sie besonders kleine Abreißströme biete, rückzündungsfrei arbeite und das Schalten von höchsten Betriebs- und Kurschlussströmen ermögliche.

Wartungsfrei und langlebig

Aufgrund solcher Eigenschaften gilt die Vakuum-Schaltröhre als wartungsfrei und erreicht eine hohe Lebensdauer. Der Generator-Vakuum-Leistungsschalter ist für höchste Betriebsströme ausgelegt und zeichnet sich durch langlebiges Kontaktmaterial, eine kühlungsoptimierte Bauform und mechanische Stabilität aus. Er ist für bis zu 10.000 Schaltspiele bei Bemessungs-Betriebsstrom ausgelegt und typgeprüft. Die Technik sei deshalb nicht nur bei der Installation einfach zu handhaben, sondern auch pflegeleicht in Sachen Wartung und Instandhaltung.

Stephan May, Chief Executive Officer Medium Voltage &​ Systems bei Siemens, sagt zu den Systemen und Lösungen seiner Mittelspannungs-Einheit: „Ein Kraftwerk funktioniert nicht ohne zuverlässige Schaltanlagentechnik. Dazu zählen nicht nur die Systeme der Mittel- und Niederspannung, sondern auch das Portfolio der Generatorschaltanlagen. Wir bedienen mit Active Power Systems das Thema Schwarzstart eines Generators oder einer Turbine und haben damit viele Möglichkeiten, Kraftwerksbetreiber zu unterstützen.“

Partner für die Zukunft

Genau diese Vielfalt an Möglichkeiten sei es, die Kraftwerksbetreiber brauchen: „Individuelle Lösungen nicht nur bei den Generatorschaltanlagen, sondern lückenlos über das ganze Portfolio bereitzustellen, ist eine wachsende Heraus­forderung“, so May. Aus diesem Grund baue seine Geschäftseinheit ein umfassendes Service-Konzept auf, um den Kunden über die gesamte Lebensdauer begleiten zu können.

Bei Mittelspannungsanwendungen habe sich laut Anger die Vakuum-Schalttechnik bereits bewährt. Stephan May ergänzt: „Die Vakuum-Schalttechnik ist über ihren Lebenszyklus die wirtschaftlich effizientere Alternative gegenüber anderen im Markt befindlichen Schaltern.“ Dieses Ergebnis von mehr als 75 Prozent Einsparungen im Bereich der Lebenszyklus-Kosten (etwa bei Wartungs- und Austauscharbeiten) wurde auch in einer von Siemens durchgeführten Studie zur Wirtschaftlichkeit eines Pumpspeicherkraftwerks (600 Schaltungen bei 60 Prozent Bemessungsstrom im Pumpmodus pro Jahr) belegt, um die Vorteile von Generatorschaltanlagen hervorzuheben.

Hochleistungsbereich im Fokus

Aus diesem Grund will man sich nicht auf der Mittel­spannungsebene ausruhen: „Der Trend zeigt, dass diese Technologie nun auch für höhere und niedrigere Leistungsbereiche ausgeweitet wird, also auch für den Hochleistungsbereich“, erklärt Nils Anger. Das Portfolio wächst aber nicht nur im oberen Leistungsbereich, etwa mit dem 100 kA Generator-Vakuum-Leistungsschalter: „Auch mit der Einschubtechnik im Leistungsbereich bis 63 kA sind wir mit unserer neuen Generatorschaltanlage VB1-D in der Lage, unterschiedlichste Kundenanforderungen mit der gewohnten Zuverlässigkeit zu erfüllen“, betont Stephan May.

Auch auf Ebene der Generatorschaltanlagen geht die Entwicklung weiter: „Durch die gewonnenen Erkenntnisse und die kontinuierliche Forschung, die wir betreiben, sind wir heute in der Lage eine neue Generation von Generatorschalt­anlagen wie die HB3 im Leistungsbereich bis zu 24 kV, 12.500 A / 100 kA zu präsentieren“, so Anger. „Ein großer Vorteil, den wir sicher haben, ist dass wir auf langjährige Erfahrungswerte sowie eine gereifte Technologie aufbauen können.“

Noch in diesem Jahr werde Siemens eine erneute Weiterentwicklung dieser Anlage vorstellen und damit seine Entwicklungsgeschichte fortsetzen, die auf diesem Gebiet bereits vor 25 Jahren begann.