Gasisolierte Übertragungsleitungen

Maximale Leistung, geringste Auswirkungen

Maximale Leistung, geringste Auswirkungen

Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) sind die sichere und flexible Alternative zu Freileitungen und benötigen bei gleicher Übertragungsleistung deutlich weniger Platz. GIL kommen für vielseitige Anwendungen infrage, da sie das Landschaftsbild kaum beeinträchtigen und dank geringster elektromagnetischer Strahlung auch in der Nähe von oder in Gebäuden eingesetzt werden können. Sie eignen sich für die unterirdische Fortführung von Freileitungen, die Anbindung von Kraftwerken an das Stromnetz oder den platzsparenden Anschluss von großen Industrieanlagen an das öffentliche Netz.

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Leistungsstarke Alternativen

Bewährte Technologie für höchste Leistungen

Das Energiesystem wandelt sich – früher wurde Strom in der Regel dort erzeugt, wo er gebraucht wurde. Heute sorgt die großflächige Erzeugung durch erneuerbare Energiequellen dafür, dass Strom oft je nach Bedarf über große Strecken transportiert wird. Dies muss möglichst verlustfrei geschehen und erfordert hohen technischen Aufwand. Da der Neubau zusätzlicher Freileitungen viel Platz erfordert und von der Bevölkerung oft kritisch betrachtet wird, rücken alternative Übertragungslösungen zunehmend in den Fokus.

Vorteile von gasisolierten Übertragungsleitungen

Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) haben sich seit mehreren Jahrzehnten bewährt, da sie neben einer sehr hohen Übertragungsleistung eine überragende Sicherheit im Betrieb und sogar im Fehlerfall bieten. Die Beeinflussung von Personen oder benachbarten Betriebsmitteln ist so gut wie ausgeschlossen. Dadurch lassen sich GIL auch in bestehenden Tunneln oder in bzw. in der Nähe von Gebäuden nutzen.

Gasisolierte Übertragungsleitungen bestehen aus zwei konzentrischen Aluminiumröhren. Der innere Leiter ruht auf Gießharzisolatoren, die ihn innerhalb der äußeren Hülle zentrieren. Das Gehäuse wird aus einem stabilen Aluminiumrohr gebildet, wodurch eine solide mechanische und elektrotechnische Kapselung des Systems sichergestellt ist. Um neuesten umweltspezifischen und technischen Aspekten gerecht zu werden, sind GIL mit einer Isoliergasmischung aus Stickstoff und einem geringen Anteil von SF₆ (Schwefelhexafluorid) gefüllt.

Die Rohre werden aus einer korrosionsbeständigen Aluminiumlegierung gefertigt und im Fall einer direkten Erdverlegung zusätzlich beschichtet. Durch ihr modulares Design können die Elemente zu beliebigen Längen kombiniert werden. Typische GIL-Anlagen haben eine modulare Länge von bis zu 1 Kilometer. Die Abschnitte können beliebig vervielfacht werden, wodurch sehr lange Strecken ohne Einfluss auf die Anlagenverfügbarkeit realisiert werden können. Dank ihrer Eigenschaften können GIL sanfte Kurven mit Radien von bis zu 400 Metern beschreiben oder scharfwinkelige Richtungswechsel in jedem gewünschten Winkel realisieren. Das System beinhaltet mechanische Dehnelemente, so dass mechanische Belastungen sicher kompensiert werden.

GIL ist eine zuverlässige Lösung: Aufgrund der gasförmigen Isolierung besteht eine physikalische Ähnlichkeit zur Freileitung, wodurch dieses System betriebstechnisch sehr gut integriert werden kann. Aufwendige Einrichtungen an den Übergängen zwischen GIL und Freileitung sind nicht nötig. Die hohe Lebensdauer von 40 Jahren und mehr erhöht die Wirtschaftlichkeit. Die elektrischen Verluste sind dank des großen Leiterquerschnittes der GIL vergleichsweise gering.

  • Niedrige Verluste
    Die Widerstandsverluste von GIL sind niedriger als bei Kabeln oder Freileitungen. Die dielektrischen Verluste von GIL sind vernachlässigbar. Hierdurch vermindern sich die Betriebskosten. Die Wärmeabgabe ist wegen des größeren äußeren Durchmessers besser als bei Kabeln. GIL benötigen normalerweise keine hochentwickelten Kühlsysteme.
  • Keine elektrische Kompensation
    Durch ihre niedrige Kapazität benötigen GIL erst ab Systemlängen von ca. 70 Kilometern Phasenwinkelkompensationsanlagen.
  • Geringe elektromagnetische Felder
    Der Leiterstrom induziert in der Umhüllung einen gegenläufigen Strom in annähernd gleicher Stärke. Dies hat zur Folge, dass das magnetische Feld außerhalb der GIL vernachlässigbar ist. Selbst in EMV*-sensiblen Bereichen (z. B. in der Nähe von Wohngebieten oder Krankenhäusern) ist im Allgemeinen keine besondere Abschirmung notwendig.
    * EMV = elektromagnetische Verträglichkeit
  • Überlegene Sicherheit
    Selbst im Falle eines inneren Isolationsfehlers würde der Störlichtbogen sicher innerhalb der äußeren Hülle eingeschlossen. Nach außen gerichtete Einflüsse auf den Menschen oder auf andere Anlagenteile treten nicht auf. GIL sind nicht brennbar und tragen nicht zur Brandlast bei. Dies bedeutet optimalen Schutz für Personen und Umwelt.
  • Hohe Zuverlässigkeit
    Bis heute hat die GIL-Technik ihre Zuverlässigkeit in über 40 Betriebsjahren ohne jeden Ausfall bewiesen.
  • Keine Alterung
    Das Isolationssystem von GIL zeigt weder elektrische noch thermische Alterung. GIL sind nahezu wartungsfrei.
  • Einsatz wie Freileitung
    GIL sind eine ideale Ergänzung zu Freileitungen. Die hohe Übertragungskapazität der GIL ermöglicht es, Freileitungen unterirdisch mit einem GIL-Rohr pro Phase fortzusetzen, wodurch der Flächenverbrauch minimiert wird. GIL gestatten Kurzunterbrechungen. Deshalb sind keine größeren Änderungen im Betriebs- und Schutzkonzept der Übertragungsnetzbetreiber notwendig.
  • Wartungsfreies Design
    Durch seine physikalischen Eigenschaften und den Einsatz hochwertiger Materialien wurde ein nahezu wartungsfreies Produkt geschaffen. Die routinemäßige Wartung beschränkt sich auf die äußerliche Inspektion. Die Leitung kann dabei in Betrieb bleiben.

Alle Anforderungen abgedeckt

Je nach Bedarf können gasisolierte Übertragungsleitungen mit unterschiedlichen Verbindungsarten erstellt werden. Bei kurzen Strecken mit vielen Richtungsänderungen werden die Komponenten üblicherweise aneinandergeflanscht, so zum Beispiel bei der Verlegung in Umspannwerken oder in Anschlussbereichen langer Strecken. Wird eine GIL direkt im Erdreich verlegt, so wird ein flanschlos verschweißtes System hergestellt, das zusätzlich beschichtet wird, um die GIL-Rohre und deren Verbindungen sicher gegen Korrosion schützen zu können.

Siemens verwendet als einziger Anbieter das vollautomatisierte Orbitalschweißverfahren, das absolut gasdichte Schweißnähte ermöglicht. Zusätzlich wird jede Naht einzeln mit einem Ultraschallverfahren geprüft. Die derart verschweißten Leitungen zeichnen sich durch besondere mechanische Stabilität aus und eignen sich auch für die Verlegung mit einem Biegeradius von bis zu 400 Metern. Die kurzen Installationszeiten bei dieser Verbindungstechnologie sichern zudem bei großen Projekten eine kostengünstige Errichtung der Anlage.

Vielseitigkeit bezüglich Anwendung und Verlegung

Dank ihrer besonderen Eigenschaften haben sich GIL-Systeme inzwischen überall dort auf der Welt etabliert, wo Hochleistungsenergieübertragungen bei komplexen Trassenführungen gemeistert werden müssen. GIL-Anlagen wurden in jeder nur denkbaren Anordnung realisiert: in Schächten, die senkrechte Abschnitte von über 200 Meter enthalten, entlang steiler Gefällstrecken, ober- und unterirdisch um Gebäude herum sowie entlang sanft geschwungener Trassen – ohne Verwendung von Winkelstücken.

Übertragung von Dreh- und Gleichstrom

Gasisolierte Übertragungsleitungen haben sich für die Übertragung von Drehstrom seit Jahrzehnten bewährt. Im Kavernenkraftwerk Wehr im Schwarzwald installierte Siemens 1975 eine erste GIL-Strecke im Tunnel. Eine Überprüfung nach 30 Jahren Betrieb zeigte, dass sämtliche Komponenten auch nach dieser langen Zeit noch in einem Topzustand sind. 

Der lange Lebenszyklus, die hohe Übertragungsleistung und die systembedingten Betriebsvorteile der GIL sollen auch für die Hochspannungsgleichstromübertragung möglich werden. An solch einer Technologielösung forscht Siemens derzeit in Kooperation mit mehreren Universitäten.

Anwendungsfelder für gasisolierte Übertragungsleitungen

Gasisolierte Übertragungsleitungen lassen sich wegen ihrer hohen Übertragungskapazitäten, ihres geringen Platzbedarfs und ihrer minimalen elektromagnetischen Strahlung vielfältig einsetzen.

Stromerzeugung

Stromübertragung vom Erzeugungsort aus

In Wasserkraftwerken können gasisolierte Übertragungsleitungen den erzeugten Strom platzsparend von den Generatoren bis zum Netzanschluss leiten, da sie problemlos vertikal oder in jedem benötigten Winkel verlegt werden können. Dafür lassen sich auch bestehende Schächte oder Tunnel nutzen, da GIL weder feuergefährlich sind noch gefährliche Strahlung abgeben und sich so auch für Kohle-, Öl- und Gaskraftwerke eignen.

Stromübertragung

Kopplung an Freileitungen

Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) eignen sich hervorragend dafür, Freileitungen unterirdisch fortzuführen. Durch das gasförmige Isoliermedium und die sichere Kapselung ergibt sich die Möglichkeit, automatische Wiedereinschaltsequenzen sicher und ohne Außenwirkung zu fahren. Eine separate Überwachung des GIL-Leitungsabschnitts per Distanzschutz ist damit nicht erforderlich. Durch die hohe Übertragungsleistung der gasisolierten Leitung können die Phasen 1:1 mit der Freileitung verbunden werden. Eine Leitungsverdopplung ist nicht erforderlich. Dadurch ist der Platzbedarf  an der Übergabestelle zwischen GIL und Freileitung sehr gering. Aufgrund der deutlich geringeren elektrischen Kapazität im Vergleich mit anderen unterirdischen Übertragungsmitteln können auch sehr lange GIL-Abschnitte mit Freileitungen kombiniert werden, ohne dass eine Blindleistungskompensation erforderlich wird. Die GIL bietet sich somit in idealer Weise für die unterirdische Fortsetzung von Freileitungen an.

Umspannwerke

Anschluss an Umspannwerke

Umspannwerke können über gasisolierte Übertragungsleitungen an das Übertragungsnetz angeschlossen werden. Auch hier spielt die große Leistungsfähigkeit der GIL eine wichtige Rolle. Da mit gasisolierten Leitungen hohe Ströme übertragen werden, können selbst hochbelastete Verbindungen mit GIL sehr platzsparend realisiert werden. Mittels Winkelelementen können sehr enge Richtungsänderungen, wie sie in Umspannwerken manchmal erforderlich sind, einfach bewältigt werden. Dadurch können auch komplexe Leitungsführungen auf sehr engem Raum realisiert werden. Für den Einsatz in Umspannwerken bieten sich geflanschte GIL-Bausteine besonders an, da sie in diesem speziellen Umfeld sehr schnell montiert werden können. 

Verlegearten auf einen Blick

Gasisolierte Übertragungsleitungen auf einen Blick

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Siemens unterstützt die Entwicklung der Stromübertragungs- und Verteilnetze mit einem starken und wegweisenden Serviceteam.

Referenzen

GIL-Erfolgsgeschichten

Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) sind eine hervorragende Alternative zu Freileitungen und herkömmlichen Erdkabeln. Siemens bietet ein vollständiges Portfolio für die effiziente und zukunftssichere Verlegung von GIL, mit einer langen Historie erfolgreich umgesetzter Projekte.  

Anschluss der neuen Paulaner Brauerei ans Stromnetz

Stadtwerke München (SWM) | München-Langwied, Deutschland | Tunnelverlegung Die wichtigsten Vorteile für die Stadtwerke München sind herausragende elektromagnetische Verträglichkeit, sicherer Betrieb, kein Brandrisiko und hohe Zuverlässigkeit. Dazu kommt die hohe Übertragungskapazität des 420-kV-GIL-Systems, wodurch der Platzbedarf der knapp 500 Meter langen Leitung mit max. 2x 2.300 MVA Betriebsleistung im Vergleich zu herkömmlichen Kabellösungen deutlich reduziert wird. Die geschweißte Konstruktion erlaubt auch Kurvenradien von 400 Metern, um die GIL an die Erfordernisse der Baustruktur anpassen zu können.

Eine der leistungsstärksten GIL in China

China Three Gorges Corporation | Xiluodu, China | Vertikalverlegung Die China Three Gorges Corporation benötigte für die Stromübertragung in ihrem Wasserkraftwerk eine vertikale GIL mit 12.750 Meter Phasenlänge. Durch die hohe Übertragungskapazität der GIL von max. 7x 4.280 MVA konnte der Platzbedarf gegenüber herkömmlichen Hochspannungskabelausleitungen deutlich reduziert werden. Die GIL wurde auf Basis der orbitalen Schweißtechnologie verbaut. Die Befestigungen der GIL in allen Schachtbereichen entsprechen den hohen Anforderungen an die Erdbebensicherheit im Yunnan-Distrikt. Ein entscheidender Faktor für die Wahl der GIL-Technologie war auch hier die Brandsicherheit und die dadurch bedingte Sicherheit für das Betriebspersonal und weitere Anlagenteile.

Hochspannung am Flughafen Frankfurt

Amprion GmbH | Frankfurt am Main, Deutschland | Erdverlegung Die Amprion GmbH benötigte für die Fortsetzung einer Hochspannungsleitung in einer Einflugschneise des Frankfurter Flughafens eine unterirdische Lösung mit sehr geringer Grabenbreite aufgrund des eingeschränkten Platzangebots. Die Lösung war eine direkt im Erdreich verlegte GIL mit 5.400 Meter Phasenlänge, die erstmals ohne Tunnelsystem auskam. Die geforderte Übertragungskapazität von 2x 2.000 MVA wurde mit der gasisolierten Lösung deutlich übertroffen. Der zur Verfügung stehende Raum wurde optimal genutzt.

Umweltfreundliche Lösung

Mit GIL gut verbunden

Gasisolierte Übertragungsleitungen (GIL) sind die richtige Wahl, wenn Freileitungen oder Erdkabel für Ihre Anforderungen nicht genügen. Siemens unterstützt Sie bei der Planung und Umsetzung Ihrer Projekte mit einem vollständigen Portfolio und jahrzehntelanger Erfahrung in den Bereichen Produktdesign, Engineering und Projektmanagement.

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