CNC-gefrästes Abschirmgehäuse aus 5052-Aluminium

Einleitung

Ultrahochspannungs-Übertragungssysteme (UHV), die mit 1100 kV betrieben werden, stellen außerordentliche Anforderungen an jede Komponente in der Stromkette. Bei diesen extremen Spannungen ist die Steuerung des elektrischen Feldes um unter Spannung stehende Bauteile von entscheidender Bedeutung, um Koronaentladungen, Funkstörungen und eine Verschlechterung der Isolierung zu verhindern. Präzisionsgeformte Abschirmgehäuse – hergestellt durch CNC-Metallspinnen – sind die bewährte Lösung. Dieser Artikel untersucht, warum Abschirmringe und -gehäuse aus 5052-Aluminium, die im Metallspinnverfahren (Spin-Forming) hergestellt werden, die bevorzugte Wahl für 1100-kV-UHV-Übertragungsnetze, GIS-Umspannwerke und Transformatoranlagen sind.

Die Rolle von Abschirmgehäusen bei der UHV-Übertragung

In UHV-Schaltanlagen, Durchführungen und Transformatoranschlüssen entstehen durch scharfe Kanten und Formteile mit kleinem Radius starke lokale elektrische Felder. Ausgleichsringe und Abschirmgehäuse glätten diese Felder, indem sie eine große, durchgehende, abgerundete leitfähige Oberfläche bilden. Ihre Leistungsfähigkeit hängt von drei Faktoren ab:

• Geometrische Genauigkeit – das Profil muss exakt mit dem elektrischen Entwurf übereinstimmen
• Oberflächenqualität – polierte, fehlerfreie Oberflächen verhindern die Entstehung von Koronaentladungen
• Sauberkeit – Innenhohlräume müssen frei von Metallrückständen sein, die die Isolierung beeinträchtigen könnten

Warum Aluminium 5052?

Die Aluminiumlegierung 5052 ist ein idealer Werkstoff für Hochspannungs-Abschirmkomponenten:

• Hervorragende Umformbarkeit – 5052 lässt sich gut durch die mehrstufige plastische Verformung beim Spinforming bearbeiten und ermöglicht tiefe, glatte Profile ohne Rissbildung
• Korrosionsbeständigkeit – Durch die Legierung mit Magnesium wird eine hohe Beständigkeit gegen Witterungseinflüsse im Außenbereich über Jahrzehnte hinweg gewährleistet
• Leichtbau und Festigkeit – das geringere Gewicht verringert die Befestigungslasten auf Porzellan- und Verbundisolatoren
• Gute Leitfähigkeit – geeignet für Abgleich- und Abschirmungsaufgaben bei UHV-Spannungen
• Polierbarkeit – sorgt für die spiegelglatte Oberfläche, die zur Unterdrückung von Koronaeffekten erforderlich ist

Auch verwandte Werkstoffsorten wie 1060 und 5A02-Aluminium finden in der gesamten Produktfamilie der UHV-Abschirmungen breite Anwendung und werden entsprechend den spezifischen elektrischen und mechanischen Anforderungen ausgewählt.

Das CNC-Metallspinnverfahren

Beim CNC-Metall-Drehen wird das Abschirmgehäuse aus einem einzigen flachen Aluminiumrohling gefertigt. Der Rohling wird in einer Drehmaschine eingespannt, mit hoher Drehzahl gedreht und durch computergesteuerte Walzen schrittweise über einen Dorn geformt. Im Vergleich zu geschweißten oder gepressten Konstruktionen bietet das Drehen folgende Vorteile:

• Nahtlose einteilige Konstruktion – keine Schweißnähte, die Feldkonzentrationen, Koronapunkte oder Ermüdungsrisiken verursachen könnten
• Enge Toleranzen – Maßgenauigkeit innerhalb von ±0,1 mm an kritischen Schnittstellen, überprüft durch Koordinatenmessmaschine (CMM) und 100-prozentige Prüfung der kritischen Maße
• Saubere Innenflächen – ein spanloser, schmutzfreier Umformprozess, der die Reinheitsanforderungen für elektrische Anwendungen erfüllt
• Durch Kaltverformung erzielte Festigkeit – die neu ausgerichtete Kornstruktur verbessert die mechanische Festigkeit und die langfristige Maßhaltigkeit
• Flexibilität bei der Konstruktion – für neue Durchmesser und Profile ist lediglich ein neuer Dorn erforderlich, wodurch maßgeschneiderte UHV-Projekte ohne hohe Investitionen in Werkzeuge unterstützt werden

Ein typischer Fertigungsprozess kombiniert das Metalldrehen mit der CNC-Bearbeitung von Befestigungsflächen, dem Entgraten und Kantenverrunden, dem Spiegelpolieren sowie optionalen Oberflächenbehandlungen.

Repräsentative Produktpalette im Bereich UHV-Abschirmung

Erfahrene Hersteller von Metallspinnprodukten liefern gesponnene Aluminiumabschirmungen für die UHV-Übertragungs- und -Verteilungsbranche in einer breiten Größenpalette, zum Beispiel:

Über Schutzschilde hinaus werden mit derselben Metalldrehtechnik auch GIS-Aluminiumdrehteile, Sortierkomponenten für Hochspannungsdurchführungen und Schaltschränke hergestellt – wobei häufig herkömmliche, aus mehreren Teilen geschweißte Konstruktionen durch integrierte, nahtlose Formen ersetzt werden.

Qualitäts- und Konstruktionsstandards

Bei Komponenten der UHV-Klasse ist die Qualitätskontrolle unverzichtbar. Führende Anbieter bemühen sich um Folgendes:

• Allgemeine Toleranz GB/T 1804-m und geometrische Toleranz GB/T 1184
• 100-prozentige Prüfung kritischer Maße mit CMM-Verifizierung
• Entgraten, Kantenverrundung und Reinheitsstandards für elektrische Anwendungen
• Saubere Innenräume ohne Verunreinigungen – unerlässlich für die Sicherheit der Isolierung
• Technische Prüfung der Kundenzeichnungen mit Rückmeldung zur Herstellbarkeit, in der Regel innerhalb von 24 Stunden

Anwendungen

CNC-gefräste Aluminium-Abschirmgehäuse dienen folgenden Zwecken:

• 1100-kV- und andere Ultrahochspannungs-Übertragungsleitungen (UHV) sowie Umspannwerke
• Gasisolierte Schaltanlage (GIS)
• Komponenten für Hochspannungstransformatoren
• Hochspannungsdurchführungen
• Schaltkästen und leitfähige Bauteile

Fazit

Die Kombination aus 5052-Aluminium, nahtlosem CNC-Drehen, einer Genauigkeit von ±0,1 mm und polierten Oberflächen in Elektroqualität macht gedrehte Abschirmgehäuse zur zuverlässigen Wahl für 1100-kV-UHV-Übertragungssysteme. Durch den Ersatz geschweißter mehrteiliger Baugruppen durch einteilige, durch Drückdrehen geformte Bauteile reduzieren Hersteller das Koronarisiko, verbessern die Dichtungssicherheit und verlängern die Lebensdauer in den anspruchsvollsten Energieinfrastrukturen der Welt.