Schwefelhexafluorid (SF6) ist ein schweres, inertes, farb- und geruchloses, nicht brennbares und chemisch stabiles Gas mit guten dielektrischen und lichtbogenlöschenden Eigenschaften. SF6 wird als Isoliergas in Schaltanlagen, als Isolier- und Kühlmedium in Transformatoren sowie als Isolier- und Lichtbogenlöschmedium in Schaltgeräten für Hoch- und Mittelspannungsanwendungen eingesetzt. Der Einsatz von Schwefelhexafluorid (SF6) in Betriebsmitteln der Schaltanlage – etwa in gasisolierten Leistungsschaltern (GCB) und gasisolierten Schaltanlagen (GIS) – bringt zahlreiche Vorteile: geringere Instandhaltungskosten, geringere Umweltwirkung und höhere Sicherheit des Personals.
Leistungsschalter werden zunächst nach mehreren Kriterien eingeteilt: nach Spannungsebene, Aufstellung, äußerer Bauform und Löschmedium. Der SF6-Leistungsschalter fällt unter das letztgenannte Kriterium. SF6-Leistungsschalter werden in der Höchst- und Ultrahochspannung eingesetzt. Messgeräte dienen dazu, die Luft zu überwachen, Lecks aufzuspüren und die SF6-Qualität elektrischer Betriebsmittel zu quantifizieren. Die Gasqualität ist gemäß der Verordnung (EG) 842/2006 über fluorierte Treibhausgase zu überwachen. Die Norm IEC 60480 legt die Werte für die Wiederverwendung von SF6-Gas fest; die maßgeblichen Kriterien für SF6 in Leistungsschaltern sind Feuchte, Zersetzung und Gasreinheit.
Zweitens nutzt die GIS mit SF6 ein dielektrisch überlegenes Gas bei moderatem Druck für die Isolation zwischen den Phasen und gegen Erde. In einer gasisolierten Schaltanlage sind die Hochspannungsleiter, die Unterbrechereinheiten der Leistungsschalter, die Trennschalter, die Stromwandler und die Spannungswandler in SF6-Gas innerhalb einer Metallkapselung eingeschlossen. Die Luftisolation einer herkömmlichen, luftisolierten Schaltanlage (AIS) erfordert Isolationsabstände im Meterbereich, während bei SF6 wenige Zentimeter genügen. Eine GIS kann daher bis zu zehnmal kompakter ausfallen als eine AIS.
Dennoch können in einer GIS Probleme auftreten. Schalthandlungen eines Leistungsschalters oder eines Trennschalters erzeugen beispielsweise sehr schnelle transiente Überspannungen (VFTO). Diese transienten Überspannungen und die zugehörigen sehr schnellen transienten Ströme (VFTC) können Anstiegszeiten von nur 3–20 ns aufweisen. Der Spitzenwert des transienten Stroms kann je nach Einbauort des betrachteten Schaltgeräts einige kA erreichen. Gasisolierte Systeme beruhen grundsätzlich auf der vollständigen Kapselung aller spannungsführenden Hochspannungsbauteile in einer geerdeten Umhüllung, wobei verdichtetes SF6-Gas als Isoliermedium zwischen beiden dient. Bei der Ausbreitung entlang der gasisolierten Sammelschiene strahlen die transienten Spannungen und Ströme transiente elektromagnetische (EM) Felder ab, da die zugehörigen Frequenzen zwischen einigen MHz und etwa 300 MHz liegen. Die von diesen Strömen erzeugten transienten Felder können über nichtmetallische Flansche, Gas-Luft-Durchführungen, Gas-Kabel-Endverschlüsse, nichtmetallische Sichtfenster und Ähnliches nach außen austreten. Bei Schalthandlungen in Schaltanlagen wurden Fehlfunktionen primärer und sekundärer Betriebsmittel gemeldet, verursacht durch induzierte Spannungen in den Steuerkreisen. Die Charakterisierung, Quantifizierung und Überwachung der abgestrahlten transienten EMI bei Schalthandlungen ist daher sowohl beim GCB als auch bei der GIS unerlässlich.
Heutige SF6-Betriebsmittel sind sehr dicht, sodass in der Regel nur wenig Gas austreten kann. Das Gas wird laufend überwacht, und jede Leckage lässt sich frühzeitig erkennen. Die Analyse des Isoliergases wirkt daher am besten, wenn sie in regelmäßige Prüf- und Instandhaltungsprogramme eingebunden ist – insbesondere zur Überprüfung der Qualität und des Zustands des enthaltenen SF6.
Bei Amperis verfolgen wir die Entwicklung der Elektrotechnik laufend, um die Messaufgaben unserer Kunden zu lösen. Unsere Messtechnik der neuesten Generation für Prüfung, Transformatordiagnose, thermografische Inspektion und elektrische Verteilung wird kontinuierlich weiterentwickelt. Zu den jüngsten Entwicklungen gehört der tragbare SF6-Gasanalysator Amperis Pumback Transdox 6101 SF6, der speziell für die Kontrolle und Überwachung der SF6-Qualität in gasisolierten Schaltanlagen und Leistungsschaltern ohne Abgabe und Emissionen entwickelt wurde. Nach dem Anschluss entnimmt der Transdox der GIS oder dem GCB automatisch eine Gasprobe und führt fünf periodische Messungen durch; anschließend wird das Gas automatisch zurückgeführt. Ein Vakuum-Spülzyklus und ein Gasspeichersystem stellen sicher, dass keine Luft die Gasprobe verunreinigt und während der Prüfung kein SF6 entweicht.
Dieser tragbare Analysator misst anschließend den Gehalt an SF6, SO2 und H2O gleichzeitig. Dazu dient ein hochpräziser Infrarot-SF6-Detektor, der bei der Messung der SF6-Reinheit eine außergewöhnliche Genauigkeit und Stabilität erreicht. Der speziell entwickelte modulare Aufbau nimmt bis zu sechs Sensoren in einem einzigen Analysator auf und lässt sich so an unterschiedliche Anforderungen anpassen. Mit dem 7"-Vollfarb-Touchscreen (18 cm), den Softkeys und dem Thermodrucker für die dauerhafte Dokumentation ist der vollautomatische Gasanalysator von Amperis einfach zu bedienen und zu konfigurieren. Er erfüllt zudem alle aktuellen Prüfkonfigurationen nach IEC und CIGRE und zeichnet die Daten dauerhaft auf. Weitere Merkmale, technische Daten und Anwendungen sind der vollständigen Produktbeschreibung zu entnehmen.