Da immer mehr Menschen in Städte auf der ganzen Welt ziehen, steigt die Nachfrage nach elektrischen Verteilungssystemen, die weniger Platz benötigen. Schaltanlagengeräte in städtischen Gebieten, Rechenzentren und Fabriken müssen heutzutage genauso gut funktionieren, aber in deutlich kleinere Räume passen. Das Problem wird offensichtlich, wenn man sich die Immobilienpreise und den begrenzten Raumbedarf ansieht. Kompakte Schaltanlagenkonstruktionen werden zunehmend zur Notwendigkeit und nicht mehr nur zum Luxus. Einige moderne Systeme reduzieren den benötigten Platz um etwa 40 % bis 60 % im Vergleich zu älteren luftisolierten Modellen. Diese Platzersparnis ermöglicht eine einfachere Umgestaltung von Anlagen und den Ausbau der Infrastruktur, ohne alles auseinandernehmen zu müssen – besonders wichtig an Orten, an denen jeder Quadratmeter zählt.
Bei der eingebetteten Polbauweise bauen Hersteller den Vakuumlichtbogenlöscher zusammen mit anderen kritischen Bauteilen direkt in einen massiven Block aus Epoxidharz ein. Dieser Ansatz eliminiert die großen Abstände, die für die Luftisolation erforderlich sind und die bei herkömmlichen Konstruktionen notwendig sind. Wenn statt Luft dieses feste Material zwischen den Phasen verwendet wird, verringern sich die Isolationsabstände erheblich, ohne dass dabei Sicherheitsstandards oder die Funktionalität beeinträchtigt werden. Das Ergebnis ist eine deutlich kompaktere und robustere Bauweise als zuvor, wodurch die Installation dieser Einheiten schneller und fehlerunanfälliger erfolgt. Zudem hilft die modulare Bauweise besonders beim Modernisieren älterer Umspannwerke. Viele ältere Anlagen verfügen über beengte Platzverhältnisse, die frühere Modernisierungsversuche unmöglich machten, doch nun gibt es auch für diese räumlich eingeschränkten Umgebungen geeignete Lösungen.
Kürzlich wurde ein Umspannwerk im Herzen der Stadt modernisiert, bei dem alte luftisolierte Schaltanlagen durch diese neuen eingebetteten Pol-Vakuumschalter, auch VCBs genannt, ersetzt wurden. Interessant ist, dass diese Änderung den benötigten Platz um fast die Hälfte reduziert hat – tatsächlich etwa 55 % weniger Grundfläche – und gleichzeitig die Kapazität um 30 % erhöht wurde. Der eigentliche Vorteil ergibt sich daraus, dass nun alles so kompakt in das bestehende Gebäudekonzept passt, dass noch ausreichend Platz für spätere Erweiterungen bleibt – etwas, das mit herkömmlicher Ausrüstung vor Ort unmöglich gewesen wäre. Außerdem widerstehen diese Einheiten dank ihrer Konstruktion mit versiegeltem Epoxid deutlich besser urbanen Verschmutzungen, Feuchtigkeitsproblemen und Staubansammlungen. Dadurch halten sie auch unter rauen Bedingungen, in denen herkömmliche Geräte meist früher ausfallen, länger stand.
Wenn Hersteller den Abstand zwischen Komponenten bei kompakten Schaltanlagen reduzieren, verursachen sie langfristig größere Probleme. Das Hauptproblem? Elektrische Durchschläge zwischen den Phasen werden deutlich wahrscheinlicher. Standardmäßige luftisolierte Systeme sind für raue Umgebungen einfach nicht geeignet. Sie werden durch Schmutz und Feuchtigkeit beeinträchtigt, die nach und nach ihre Isolierfähigkeit zerstören. Hier kommt die Epoxieinschließung ins Spiel. Indem Ingenieure diese problematischen Luftzwischenräume durch festes Isoliermaterial ersetzen, können sie Oberflächenkriechströme effektiv verhindern. Zudem halten diese Systeme Umwelteinflüssen weitaus besser stand. Der Wechsel von Oberflächenschutz zu Volumenisolierung macht den entscheidenden Unterschied, wenn die Ausrüstung zuverlässig an Orten betrieben werden muss, an denen sich Verschmutzungsgrade ändern oder hohe Luftfeuchtigkeit herrscht.
Die Epoxidverkapselung bietet sehr gute dielektrische Eigenschaften, was bedeutet, dass sie auch bei geringem Abstand zwischen Bauteilen gut funktioniert. Feste Epoxidverbundstoffe beispielsweise können elektrische Felder von über 20 Kilovolt pro Millimeter aushalten. Das ist etwa sechsmal stärker als normale Luft, die nur etwa 3 kV/mm verkraftet. Aufgrund dieser hohen Isolationsfähigkeit müssen Unternehmen bei ihren Konstruktionen weniger Platz zwischen verschiedenen Phasen einplanen, ohne dabei die Sicherheit zu beeinträchtigen. Zudem schützt die gleichmäßige Beschichtung vor zahlreichen Umwelteinflüssen. Feuchtigkeit wird abgehalten, Staub bleibt draußen, und Chemikalien können das Innere nicht beschädigen. All diese Schutzeigenschaften führen zu einer besseren Langzeitstabilität und bedeuten weniger Wartungsprobleme für die Betreiber dieser Systeme.
Der Mittelspannungssektor bewegt sich zunehmend weg von herkömmlichen luftisolierten Systemen hin zu feststoffisolierten Schaltanlagen. Der Hauptgrund? Die in Epoxidharz eingegossene Säulentechnologie bietet erhebliche Vorteile, die einfach nicht ignoriert werden können. Unternehmen benötigen Geräte, auf die sie Tag für Tag vertrauen können, ohne ständige Wartung, besonders wenn in Stadtzentren oder Produktionsstätten der Platz knapp ist. Schaut man sich moderne Anlagen heutzutage an, ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass zwischen 35 und 45 Prozent aller neuen Mittelspannungsanlagen auf diese Art der Feststoffisolation setzen. Die Hersteller haben erkannt, was technisch sinnvoll ist, und gleichzeitig langfristige Kosten durch eine bessere Gesamtleistung reduziert.
Die modulare Bauweise eingebetteter VCBs macht sie ideal für Stromversorgungssysteme, die im Voraus aufgebaut oder zu einem späteren Zeitpunkt erweitert werden müssen. Diese Einheiten verfügen insgesamt über weniger Bauteile und sind deutlich einfacher zu montieren, was Fehler bei der Installation reduziert. Einige Studien deuten darauf hin, dass die Fehlerquote im Vergleich zu älteren Modellen um etwa 60 % sinkt. Zudem arbeiten sie sofort nahtlos mit anderen unterstützenden Geräten zusammen. Das bedeutet kürzere Inbetriebnahmezeiten und einfachere Reparaturen, wenn einmal etwas schiefgeht. Die Vorteile zeigen sich besonders deutlich in Situationen, in denen Zeit Geld ist, oder wenn Anlagen schrittweise über mehrere Jahre hinweg erweitert werden.
Durch die integrierte Poltechnik wird Platzersparnis möglich, da Strukturen miteinander kombiniert werden. Wenn Hersteller Epoxidharz gleichzeitig für Isolierung und strukturelle Stabilität verwenden, können sie den Phasenabstand um etwa 40 % verringern. Dadurch benötigen die Geräte vor Ort deutlich weniger Raum. Die Konstruktion umschließt zudem alle spannungsführenden Teile vollständig, sodass kein zusätzlicher Freiraum um sie herum erforderlich ist. Dadurch können moderne Leistungsschalter etwa halb so groß ausfallen wie ältere Modelle, behalten aber gleichzeitig starke dielektrische Eigenschaften und erfüllen die Sicherheitsstandards. Viele Unternehmen berichten von erheblichen Einsparungen bei den Installationskosten dank dieser kompakten Bauweise.
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