Wurde ein SF₆-Gasraum für Montage-, Reparatur- oder Wartungsarbeiten geöffnet, befindet sich anschließend Umgebungsluft im Inneren. Diese Luft besteht überwiegend aus Stickstoff und Sauerstoff und enthält zusätzlich Wasserdampf. Würde das Betriebsmittel anschließend einfach mit SF₆ auf den vorgesehenen Fülldruck gebracht, würden diese Fremdgase nicht verschwinden. Sie würden lediglich zusammen mit dem eingefüllten SF₆ im geschlossenen Gasraum verbleiben.
Für eine fachgerechte Neubefüllung ist deshalb zunächst eine Evakuierung erforderlich. Dabei wird der Gasraum nicht mit SF₆ gespült, sondern mit einer geeigneten Vakuumpumpe auf einen definierten absoluten Restdruck gebracht. Dadurch wird der größte Teil der vorhandenen Luft entfernt. Gleichzeitig unterstützt das Vakuum die Entfernung von Wasserdampf und die Entgasung feuchter Oberflächen.
Die Qualität dieses Arbeitsschrittes lässt sich jedoch nicht allein an der Typenschildangabe der Vakuumpumpe beurteilen. Eine Pumpe kann beispielsweise einen sehr niedrigen Enddruck erreichen, während im eigentlichen Gasraum aufgrund langer Schläuche, kleiner Querschnitte, undichter Verbindungen, geschlossener Ventile oder ausgasender Oberflächen noch ein wesentlich höherer Druck vorhanden ist.
Entscheidend ist daher der tatsächlich erreichte Zustand des gesamten angeschlossenen Gasvolumens.
Nach der Evakuierung folgt eine zweite wichtige Phase: Das Vakuum wird von der Pumpe getrennt und über einen definierten Zeitraum beobachtet. Ein Druckanstieg kann auf eine Leckage hinweisen, aber auch durch Feuchtigkeit, Ausgasung, Temperaturänderungen oder noch nicht vollständig evakuierte Toträume verursacht werden. Ein Vakuumhaltetest ist deshalb ein wertvolles Diagnosewerkzeug, darf aber nicht mit einer späteren Dichtheitsprüfung des unter Betriebsdruck stehenden Systems verwechselt werden.
Erst wenn das Vakuum entsprechend den Vorgaben des Betriebsmittelherstellers akzeptiert wurde, sollte der Gasraum kontrolliert befüllt werden. Danach müssen Füllzustand und Gasqualität wiederum getrennt bewertet werden. Ein richtiger Gasdruck bedeutet nicht automatisch richtige Gasdichte – und eine korrekte Gasdichte bestätigt noch nicht, dass Reinheit und Feuchte den Anforderungen entsprechen.
Die zentrale Aussage lautet: Eine hochwertige SF₆-Befüllung beginnt nicht am Gaszylinder, sondern beim Vakuum. Tatsächlicher Gasraumdruck, Vakuumhaltetest, trockene Serviceleitungen, kontrollierte Befüllung und anschließende Qualitätsprüfung bilden eine zusammenhängende Prozesskette.
Inhaltsverzeichnis
- Wann muss ein SF₆-Gasraum überhaupt evakuiert werden?
- Evakuieren, Rückgewinnen und Befüllen richtig unterscheiden
- Warum Restluft im Gasraum problematisch ist
- Was bedeutet ein Vakuumniveau technisch?
- Warum Vakuum immer als Absolutdruck bewertet werden sollte
- Wie das Vakuumniveau den theoretischen Restluftanteil bestimmt
- Pumpen-Enddruck und Gasraumdruck nicht verwechseln
- Warum Evakuierungszeit allein kein Qualitätskriterium ist
- Feuchtigkeit und Ausgasung während der Evakuierung
- Was ein Vakuumhaltetest tatsächlich zeigt
- Serviceleitungen und Armaturen mit evakuieren
- SF₆ nach erfolgreicher Evakuierung kontrolliert einfüllen
- Fülldruck, Temperatur und Gasdichte unterscheiden
- Gasqualität nach der Befüllung beurteilen
- Neues und wiederverwendetes SF₆ unterscheiden
- Typische Fehler beim Evakuieren systematisch diagnostizieren
- Welche Normen sind für den Prozess relevant?
- Passendes SF₆-Service- und Messequipment von ICS Schneider
- Fazit
- Häufige Fragen zum Evakuieren von SF₆-Gasräumen
1. Wann muss ein SF₆-Gasraum überhaupt evakuiert werden?
Ob eine vollständige Evakuierung erforderlich ist, hängt davon ab, was zuvor mit dem Gasraum passiert ist.
Wurde ein geschlossenes SF₆-Betriebsmittel lediglich nachgefüllt und der eigentliche Gasraum nicht geöffnet, wird der vorhandene Gasinhalt normalerweise nicht einfach auf Vakuum gebracht. In diesem Fall besteht die zentrale Aufgabe darin, die neu angeschlossenen Füllschläuche, Adapter, Ventile und Servicearmaturen von Luft und Feuchtigkeit zu befreien, bevor die Verbindung zum SF₆-Gasraum geöffnet wird.
Anders ist die Situation nach einer Öffnung des Gasraums. Sobald das Betriebsmittel belüftet wurde, befinden sich Umgebungsluft und Luftfeuchtigkeit innerhalb des für das Isoliergas vorgesehenen Volumens. Vor einer vollständigen Neubefüllung muss dieser Gasraum entsprechend der Betriebs- und Serviceanleitung des Anlagenherstellers evakuiert werden.
Auch nach einer SF₆-Rückgewinnung ist deshalb die weitere Prozesshistorie entscheidend. Wurde das geschlossene Betriebsmittel lediglich entleert und anschließend nicht geöffnet, liegt eine andere Ausgangssituation vor als nach einer Reparatur, bei der der Gasraum längere Zeit mit Umgebungsluft in Kontakt stand.
Die Arbeitsanweisung sollte deshalb immer zuerst klären, ob lediglich ein Servicevolumen, ein komplett belüfteter Gasraum oder ein anderes definiertes Anlagenvolumen evakuiert werden muss.
2. Evakuieren, Rückgewinnen und Befüllen richtig unterscheiden
Im Sprachgebrauch werden die Begriffe Absaugen und Evakuieren teilweise synonym verwendet. Bei SF₆-Servicearbeiten ist diese Unterscheidung jedoch wichtig, weil unterschiedliche Geräte und Prozessziele dahinterstehen.
| Arbeitsschritt | Was befindet sich im Gasraum? | Ziel |
|---|---|---|
| SF₆ rückgewinnen | SF₆ beziehungsweise verwendetes Isoliergas | Gas möglichst emissionsarm aus dem Betriebsmittel in einen geeigneten Speicher überführen |
| Gasraum evakuieren | Luft, Stickstoff und/oder Restfeuchte nach Öffnung beziehungsweise Belüftung | Gasraum für eine saubere Neubefüllung vorbereiten |
| SF₆ einfüllen | Evakuierter Gasraum | Definierten Füllzustand mit geeignetem Isoliergas herstellen |
Ein Vakuumkompressor zur SF₆-Rückgewinnung erfüllt deshalb eine andere Aufgabe als eine Vakuumpumpe zur Füllvorbereitung.
Der WIKA GVC-10 ist beispielsweise für die Absaugung von SF₆ vorgesehen und kann in Kombination mit dem Transfergerät SF₆-Gasräume bis zu einem Restdruck unter 5 mbar abs. entleeren. Die WIKA GVP-10 ist dagegen ausdrücklich für das Evakuieren von Luft oder Stickstoff zur Füllvorbereitung vorgesehen und erreicht einen erheblich niedrigeren Enddruck.
Die Bezeichnung „Vakuum“ im Gerätenamen allein sagt deshalb noch nicht, für welchen Prozessschritt das Gerät vorgesehen ist.
3. Warum Restluft im Gasraum problematisch ist
Bleibt nach einer Wartung Luft im Gasraum zurück und wird anschließend SF₆ hinzugefügt, entsteht ein Gasgemisch. Der SF₆-Anteil ist dann entsprechend geringer als bei einer Befüllung eines korrekt evakuierten Volumens.
Damit verändert sich die Gaszusammensetzung des Isoliermediums. Zusätzlich bringt Umgebungsluft Wasserdampf in den Gasraum ein.
Die elektrische Auslegung einer SF₆-gasisolierten Schaltanlage basiert jedoch auf einer definierten Gaszusammensetzung und einem definierten Gaszustand. Fremdgase und Feuchtigkeit können deshalb nicht allein dadurch ignoriert werden, dass der abschließende Manometerdruck richtig erscheint.
Genau hier liegt ein häufiges Missverständnis: Der Fülldruck beschreibt zunächst den mechanischen Gaszustand. Er sagt nicht eindeutig, aus welchen Gasen sich dieser Druck zusammensetzt.
Ein Gasraum kann daher den vorgesehenen Druck besitzen und trotzdem einen unerwünschten Anteil an Restluft oder Feuchtigkeit enthalten.
4. Was bedeutet ein Vakuumniveau technisch?
Beim Evakuieren wird der Druck im Gasraum schrittweise reduziert. Je niedriger der verbleibende Absolutdruck, desto weniger Gasmoleküle befinden sich noch im Volumen.
Ein perfektes Vakuum würde einem Absolutdruck von 0 bar entsprechen. Dieser Zustand ist technisch nicht erreichbar und für die praktische SF₆-Befüllung auch nicht erforderlich.
Stattdessen definiert der Betriebsmittelhersteller einen zulässigen Evakuierungsprozess beziehungsweise ein Abnahmekriterium.
Die Vakuumpumpe muss in der Lage sein, dieses Niveau unter den realen Bedingungen des angeschlossenen Volumens zuverlässig zu erreichen.
Die WIKA GVP-10 besitzt beispielsweise ein Saugvermögen von bis zu 10 m³/h und einen erreichbaren Enddruck von ≤ 0,02 mbar abs. Größere Füllwagen können mit leistungsstärkeren beziehungsweise zweistufigen Pumpen ausgestattet werden, die noch niedrigere Enddrücke ermöglichen.
Diese technischen Pumpendaten dürfen jedoch nicht mit einer generellen Forderung verwechselt werden, dass jeder SF₆-Gasraum zwingend genau auf 0,02 mbar evakuiert werden muss. Das erforderliche Abnahmekriterium ist anlagenspezifisch.
5. Warum Vakuum immer als Absolutdruck bewertet werden sollte
Bei normalen Druckmessungen wird häufig mit Relativdruck gearbeitet. Ein Manometer kann beispielsweise −0,9 bar anzeigen und damit beschreiben, dass sein Messdruck 0,9 bar unter dem aktuellen Atmosphärendruck liegt.
Für die Beurteilung der verbleibenden Gasmenge im evakuierten Gasraum ist dagegen der Absolutdruck entscheidend.
Ein Wert von beispielsweise:
0,1 mbar abs.
ist eindeutig und unabhängig vom aktuellen Luftdruck.
Die Angabe „99,9 % Vakuum“ oder ein negativer Relativdruck ist für eine präzise Bewertung deutlich weniger geeignet, weil im tiefen Vakuumbereich große Unterschiede im verbleibenden Gasanteil hinter scheinbar sehr ähnlichen Prozentwerten verborgen sein können.
Für Dokumentation und Abnahmekriterien sollte daher eindeutig angegeben werden, ob ein Wert in mbar abs., Pa abs. oder einer anderen absoluten Druckeinheit gemeint ist.
6. Wie das Vakuumniveau den theoretischen Restluftanteil bestimmt
Unter idealisierten Bedingungen lässt sich der Zusammenhang zwischen Evakuierungsdruck und späterem Restluftanteil sehr anschaulich darstellen.
Wird ein Gasraum auf einen absoluten Restdruck pV evakuiert und anschließend mit SF₆ bis zum absoluten Enddruck pF befüllt, beträgt der theoretische Anteil der verbleibenden Luft näherungsweise:
xLuft ≈ pV / pF
Das folgende Beispiel verwendet lediglich zur Veranschaulichung einen endgültigen Gesamtdruck von 6 bar abs. Es handelt sich nicht um eine allgemeine Vorgabe für Schaltanlagen.
| Restdruck vor Befüllung | Theoretischer Restluftanteil bei 6 bar abs. | Ungefähre Größenordnung |
|---|---|---|
| 20 mbar abs. | 0,333 % | ca. 3.330 ppm |
| 1 mbar abs. | 0,0167 % | ca. 167 ppm |
| 0,1 mbar abs. | 0,00167 % | ca. 16,7 ppm |
| 0,02 mbar abs. | 0,000333 % | ca. 3,3 ppm |
| 0,002 mbar abs. | 0,000033 % | ca. 0,33 ppm |
Diese Rechnung gilt nur für ein ideales, homogenes System bei vergleichbaren Temperaturen. In einer realen Schaltanlage kommen Ausgasung, Oberflächenfeuchte, Toträume, Leckagen und nicht vollständig evakuierte Servicevolumen hinzu.
Die Tabelle ist deshalb kein Ersatz für die Vorgaben des Anlagenherstellers. Sie zeigt jedoch sehr deutlich, warum ein niedriger absoluter Restdruck den möglichen Fremdgasanteil wirkungsvoll reduziert.
7. Pumpen-Enddruck und Gasraumdruck nicht verwechseln
Ein Datenblatt beschreibt den erreichbaren Enddruck einer Vakuumpumpe unter definierten Bedingungen. In einem realen Serviceaufbau befinden sich zwischen Pumpe und eigentlichem Gasraum jedoch Schläuche, Ventile, Kupplungen, Adapter und teilweise lange Leitungswege.
Jedes dieser Elemente begrenzt die effektive Saugleistung.
Besonders bei tiefem Vakuum kann ein kleiner Leitungsquerschnitt die Evakuierungszeit deutlich verlängern. Gleichzeitig können Undichtigkeiten oder ausgasende Materialien verhindern, dass der theoretische Pumpen-Enddruck im Gasraum überhaupt erreicht wird.
Ein Vakuummessgerät sollte daher so angeordnet beziehungsweise der Messaufbau so ausgelegt sein, dass der relevante Gasraumzustand beurteilt wird und nicht nur der Druck unmittelbar am Pumpeneingang.
Die Angabe „Pumpe erreicht 0,02 mbar“ ist für sich allein noch kein Nachweis, dass auch das gesamte zu befüllende Betriebsmittel diesen Druck erreicht hat.
8. Warum Evakuierungszeit allein kein Qualitätskriterium ist
In der Praxis wird häufig mit festen Zeiten gearbeitet: beispielsweise eine bestimmte Anzahl Minuten oder Stunden evakuieren und anschließend befüllen.
Eine solche Zeitvorgabe kann Bestandteil einer Herstelleranweisung sein, sollte aber nicht mit einem physikalischen Vakuumnachweis verwechselt werden.
Die benötigte Zeit hängt vom Volumen des Gasraums, der Pumpenleistung, den Leitungsquerschnitten, der Anfangssituation, Temperatur, Oberflächenfeuchte und vielen weiteren Faktoren ab.
Ein kleiner trockener Gasraum kann deutlich schneller ein stabiles Vakuum erreichen als ein großes Betriebsmittel, das längere Zeit geöffnet war.
Eine belastbare Bewertung betrachtet deshalb nicht nur die Laufzeit der Pumpe, sondern den tatsächlich erreichten absoluten Druck und sein Verhalten nach dem Trennen der Pumpe.
9. Feuchtigkeit und Ausgasung während der Evakuierung
Das Entfernen von Wasserdampf ist einer der wichtigen Gründe für die Evakuierung.
Feuchtigkeit befindet sich jedoch nicht ausschließlich als frei beweglicher Wasserdampf im Gasraum. Wasser kann an inneren Oberflächen adsorbiert sein oder sich in hygroskopischen Werkstoffen befinden.
Sinkt der Gasdruck, kann ein Teil dieser Feuchtigkeit nach und nach wieder in die Gasphase übergehen. Dadurch kann der Druck trotz laufender Pumpe zunächst langsamer fallen als erwartet.
Nach dem Abschalten beziehungsweise Absperren der Pumpe kann anschließend erneut ein Druckanstieg sichtbar werden, obwohl keine große äußere Leckage vorhanden ist.
Dieser Effekt ist einer der Gründe, warum eine Stabilisierungs- und Haltephase wertvoll ist.
Besonders nach längerer Öffnungszeit, hoher Umgebungsluftfeuchte oder Arbeiten an inneren Bauteilen sollte deshalb nicht allein darauf vertraut werden, dass ein bestimmter Minimalwert einmal kurz auf dem Vakuummessgerät erschienen ist.
10. Was ein Vakuumhaltetest tatsächlich zeigt
Beim Vakuumhaltetest wird der evakuierte Gasraum von der Pumpe getrennt beziehungsweise gegen sie abgesperrt. Anschließend wird beobachtet, wie sich der absolute Druck während einer definierten Zeit verändert.
Bleibt das Vakuum weitgehend stabil, spricht dies dafür, dass der Gasraum und die angeschlossenen Servicevolumen ausreichend dicht und ausgegast sind.
Steigt der Druck dagegen deutlich an, kommen mehrere Ursachen infrage.
Eine äußere Leckage kann Umgebungsluft in den Gasraum ziehen. Ebenso können feuchte oder poröse Oberflächen weiter ausgasen. Ein versehentlich abgesperrter Teil des Betriebsmittels kann nach Öffnung eines Ventils zusätzlichen Gasinhalt freigeben. Auch Temperaturänderungen beeinflussen den Druck.
Der zeitliche Verlauf ist deshalb häufig informativer als ein einzelner Messwert.
Ein stetiger Druckanstieg kann stärker auf einen permanenten Gaseintrag hinweisen, während ein anfänglich schneller und anschließend abflachender Verlauf auch durch Ausgasung verursacht werden kann. Eine sichere Unterscheidung erfordert jedoch die konkrete Anlagenkenntnis und gegebenenfalls weitere Dichtheitsprüfungen.
Ein Vakuumhaltetest ersetzt insbesondere nicht automatisch die spätere Prüfung auf SF₆-Leckage unter dem vorgesehenen Betriebsdruck.
11. Serviceleitungen und Armaturen mit evakuieren
Selbst ein perfekt evakuierter Gasraum kann bei der anschließenden Befüllung wieder verunreinigt werden, wenn sich im Füllschlauch Umgebungsluft befindet.
Zum relevanten Servicevolumen gehören deshalb nicht nur der sichtbare Schlauch, sondern auch Druckregler, Verteiler, Adapter, Kupplungen und eingeschlossene Ventilräume.
Der Serviceaufbau sollte so gestaltet werden, dass dieser komplette Gasweg vor dem Öffnen zum Betriebsmittel evakuiert werden kann.
Jeder unnötige Adapter vergrößert das Volumen, erhöht die Anzahl potenzieller Leckstellen und erschwert eine eindeutige Ventilführung.
Für SF₆-Anwendungen vorgesehene Schläuche wie die WIKA GCH-08 beziehungsweise GCH-20 sind vakuum- und druckfest und auf Gasdichtheit ausgelegt. Ein gewöhnlicher Pneumatik- oder Hydraulikschlauch sollte nicht allein aufgrund seines Druckbereichs als gleichwertige SF₆-Serviceleitung betrachtet werden.
12. SF₆ nach erfolgreicher Evakuierung kontrolliert einfüllen
Nach erfolgreicher Evakuierung beginnt die eigentliche Gasbefüllung.
Hier sollte vermieden werden, den zuvor evakuierten Gasraum unbeabsichtigt erneut mit Umgebungsluft zu belüften. Ventilfolge, Kupplungen und Druckregler müssen deshalb entsprechend dem vorgesehenen Serviceverfahren bedient werden.
Das SF₆ wird kontrolliert aus einem geeigneten Gasbehälter über den vorbereiteten Gasweg in das Betriebsmittel übertragen.
Die Befüllung sollte nicht unnötig schnell erfolgen. Schnelle Expansion und Druckänderung können zu erheblichen Temperaturunterschieden zwischen Gaszylinder, Serviceleitung und Gasraum führen. Dadurch kann der während der Befüllung sichtbare Druck vom späteren Gleichgewichtswert abweichen.
Abhängig vom Betriebsmittel kann die Sollfüllung über eine vorgegebene Gasmasse, einen temperaturbezogenen Fülldruck, eine normierte Gasdichte oder eine Kombination dieser Größen kontrolliert werden.
Maßgeblich ist die Herstellerangabe der jeweiligen Schaltanlage.
13. Fülldruck, Temperatur und Gasdichte unterscheiden
SF₆-Druck ist temperaturabhängig. Wird eine bestimmte Gasmasse in einem geschlossenen Volumen erwärmt, steigt der Druck. Kühlt dasselbe Gas ab, fällt der Druck wieder.
Deshalb kann ein einzelner aktueller Manometerwert nicht ohne Temperaturbezug als vollständige Aussage über den Füllzustand verwendet werden.
Besonders nach der Befüllung kann sich die Gastemperatur noch vom Betriebsmittel unterscheiden. Erst nach ausreichendem Temperaturausgleich entsteht ein stabilerer Zustand.
Gasdichtewächter und Gasdichtesensoren berücksichtigen deshalb den Temperatureinfluss. Moderne elektronische Sensoren messen Druck und Temperatur und bestimmen daraus einen temperaturkompensierten Dichtewert.
Damit beantworten Druck und Gasdichte unterschiedliche Fragen: Der aktuelle Druck beschreibt den momentanen thermodynamischen Zustand. Die temperaturkompensierte Gasdichte ist wesentlich besser geeignet, um die im geschlossenen Gasraum vorhandene Gasmenge beziehungsweise den Füllzustand zu überwachen.
Beide Größen sagen jedoch noch nichts darüber aus, ob unerwünschte Feuchtigkeit oder Fremdgase vorhanden sind.
14. Gasqualität nach der Befüllung beurteilen
Nach dem Befüllen können je nach Betriebsmittel, Servicevorgabe und Herkunft des Gases zusätzliche Qualitätsprüfungen erforderlich sein.
Zu den wichtigsten Parametern gehören Feuchte und Gaszusammensetzung beziehungsweise SF₆-Reinheit. Bei bereits verwendetem oder elektrisch beanspruchtem Gas können zusätzlich Zersetzungsprodukte relevant sein.
Eine Reinheitsmessung ist besonders interessant, wenn ein unerwünschter Fremdgasanteil vermutet wird. Wurde der Gasraum beispielsweise nicht ausreichend evakuiert, reduziert die zurückgebliebene Luft den SF₆-Anteil des endgültigen Gasgemisches.
Die Feuchtemessung beantwortet dagegen die Frage, wie viel Wasserdampf beziehungsweise Restfeuchte im Gas vorhanden ist. Je nach Prüfverfahren kann diese Größe unter anderem als Tau- beziehungsweise Frostpunkt oder als ppm-Wert angegeben werden.
Das WIKA GA11 kombiniert Feuchte- und Gaszusammensetzungsmessung und kann je nach Ausstattung zusätzlich Zersetzungsprodukte erfassen.
Eine Gasanalyse sollte möglichst so erfolgen, dass das für die Messung entnommene SF₆ nicht unnötig an die Umgebung abgegeben wird. Moderne Analysesysteme ermöglichen deshalb beispielsweise das Rückpumpen des Messgases in den geprüften Gasraum oder die Aufnahme in geeignete externe Behälter.
15. Neues und wiederverwendetes SF₆ unterscheiden
Bei der Beurteilung der Gasqualität ist entscheidend, woher das einzufüllende Gas stammt.
Für SF₆ technischer Qualität zur Verwendung in elektrischen Betriebsmitteln enthält IEC 60376 die entsprechenden Spezifikationen.
Rückgewonnenes SF₆ aus einem bereits betriebenen elektrischen Betriebsmittel ist eine andere Ausgangssituation. Während Betrieb und Handling können Feuchtigkeit, Fremdgase und – nach elektrischer Beanspruchung – Zersetzungsprodukte in das Gas gelangen.
Für die Wiederverwendung von zurückgewonnenem SF₆ beziehungsweise entsprechenden Gemischen stellt IEC 60480 Kriterien und Prüfverfahren bereit.
Die Aussage „SF₆ vorhanden“ reicht deshalb bei wiedergewonnenem Gas nicht als Qualitätsnachweis. Vor einer Wiederverwendung muss beurteilt werden, ob das Gas die für die vorgesehene Anwendung erforderlichen Kriterien erfüllt oder zuvor aufbereitet werden muss.
Eine sorgfältige Evakuierung des Betriebsmittels kann schlechtes Füllgas nicht verbessern. Ebenso kann hochwertiges neues Gas eine unzureichend evakuierte und feuchte Anlage nicht automatisch kompensieren.
16. Typische Fehler beim Evakuieren systematisch diagnostizieren
| Beobachtung | Mögliche Ursache | Sinnvolle Prüfung |
|---|---|---|
| Vakuum erreicht den vorgesehenen Wert nicht | Leckage, zu kleiner Leitungsquerschnitt, Ventilstellung oder starke Ausgasung | Serviceweg, Ventile, Verbindungen und Druckverlauf kontrollieren |
| Pumpe zeigt tiefes Vakuum, Gasraum aber nicht | Druckverlust beziehungsweise geringe Leitfähigkeit im Vakuumweg | Messpunkt und Schlauchquerschnitt prüfen |
| Druck steigt nach Absperren zunächst an und stabilisiert sich anschließend | Ausgasung oder Restfeuchte möglich | Stabilisierungszeit verlängern und Verlauf mit Herstellervorgabe vergleichen |
| Druck steigt während des gesamten Haltetests weiter | Leckage oder fortgesetzter Gaseintrag möglich | Dichtheit und nicht evakuierte Teilvolumen untersuchen |
| Nach Befüllung ist Reinheit zu niedrig | Restluft im Gasraum oder Servicevolumen, ungeeignetes Füllgas | Evakuierungsprotokoll und Gasquelle prüfen |
| Nach Befüllung ist Feuchte zu hoch | Feuchte Innenflächen, nicht ausreichend evakuierte Leitungen oder feuchtes Gas | Evakuierung, Serviceleitungen und Gasqualität getrennt untersuchen |
| Fülldruck stimmt, Gasdichte später aber nicht | Temperatur während der Befüllung nicht ausreichend berücksichtigt | Temperaturausgleich und temperaturkompensierten Füllzustand prüfen |
17. Welche Normen sind für den Prozess relevant?
Für die Handhabung von Isolier- und Schaltgasen in Hochspannungsbetriebsmitteln ist in Deutschland insbesondere DIN EN IEC 62271-4 (VDE 0671-4):2024-06 relevant. Sie basiert auf IEC 62271-4:2022 und behandelt Gashandhabungsverfahren während Aufstellung, Inbetriebnahme, Reparatur, Instandhaltung, Betrieb und Lebensdauerende.
Die Norm stellt dabei Mindestanforderungen dar. Der Hersteller des konkreten Betriebsmittels kann in seiner Betriebs- beziehungsweise Serviceanleitung zusätzliche oder strengere Vorgaben festlegen.
Für neues SF₆ technischer Qualität ist DIN EN IEC 60376 (VDE 0373-1):2019-10 beziehungsweise IEC 60376:2018 relevant.
Für die Wiederverwendung von rückgewonnenem SF₆ und seinen behandelten Gemischen ist DIN EN IEC 60480 (VDE 0373-2):2020-06 beziehungsweise IEC 60480:2019 relevant.
Für die praktische Arbeit bedeutet dies: Pumpenleistung, Vakuumniveau, Haltezeit und Qualitätskontrolle sollten nicht aus allgemeinen Erfahrungswerten allein abgeleitet werden. Maßgeblich sind die aktuelle Herstellerdokumentation des konkreten Betriebsmittels, die anwendbaren Normen und der definierte Serviceprozess.
18. Passendes SF₆-Service- und Messequipment von ICS Schneider
ICS Schneider Messtechnik bietet WIKA-Lösungen für Evakuierung, Befüllung, Gasrückgewinnung, Gasqualitätsanalyse und permanente Zustandsüberwachung. Eine Übersicht finden Sie unter SF₆-Gas Lösungen.
WIKA GVP-10 – Vakuumpumpe zur Füllvorbereitung
Die WIKA GVP-10 ist speziell für das Evakuieren von Luft beziehungsweise Stickstoff aus SF₆-Gasräumen vor der Befüllung vorgesehen.
Sie bietet ein Saugvermögen bis 10 m³/h und einen erreichbaren Enddruck von ≤ 0,02 mbar abs. Optional kann ein Präzisions-Vakuummessgerät eingesetzt werden.
Damit eignet sie sich besonders für mobile Servicearbeiten, bei denen ein geöffneter Gasraum vor der Neubefüllung kontrolliert evakuiert werden muss.
Die GVP-10 darf dabei nicht mit dem GVC-10 verwechselt werden. Der GVC-10 ist ein SF₆-Vakuumkompressor zur Rückgewinnung des vorhandenen Isoliergases; die GVP-10 dient dagegen zur Entfernung von Luft beziehungsweise Stickstoff bei der Füllvorbereitung.
WIKA GFU08 – Evakuieren und Befüllen in einem mobilen System
Die WIKA GFU08-Füllwagen sind modular für unterschiedliche Serviceaufgaben erhältlich.
Die Ausführungen GFU08-E und GFU08-C besitzen eine Vakuumpumpe zur Vorbereitung des Gasraums. Beim GFU08-C ist zusätzlich eine Waage integriert, sodass neben der Evakuierung auch die übertragene Gasmasse kontrolliert werden kann.
Für größere Gasvolumen stehen Ausführungen mit höherer Saugleistung und tiefer erreichbarem Enddruck zur Verfügung.
WIKA GA11 – Gasqualität nach der Befüllung prüfen
Der WIKA GA11 ist ein mobiles Analysegerät zur Bewertung der Qualität von SF₆ und alternativen Isoliergasen.
Feuchte und Gaszusammensetzung beziehungsweise Reinheit gehören zur Standardmessung. Abhängig von der Konfiguration können zusätzlich Zersetzungsprodukte bestimmt werden.
Damit eignet sich der GA11 für die abschließende Kontrolle nach Wartungs- und Befüllarbeiten, wenn nicht nur der Füllzustand, sondern die tatsächliche Gasqualität beurteilt werden soll.
Die Messgasbehandlung ist auf emissionsarmes Arbeiten ausgelegt. Das analysierte Gas kann unter anderem wieder in den geprüften Gasraum zurückgepumpt werden.
WIKA GDHT-20 – Gasdichte und Feuchte permanent überwachen
Der WIKA GDHT-20 erfasst Druck, Temperatur und Feuchte des Isoliergases.
Aus Druck und Temperatur wird ein temperaturkompensierter Gasdichtewert bestimmt. Dadurch können Veränderungen des tatsächlichen Füllzustandes von normalen temperaturbedingten Druckschwankungen unterschieden werden.
Die zusätzliche Feuchteinformation ermöglicht eine permanente Zustandsüberwachung auch nach Abschluss der Servicearbeiten.
SF₆-Schläuche und Füllsets
Unter SF₆-Schläuche und Gasnachfüllsets stehen geeignete Komponenten für den gasdichten Serviceaufbau zur Verfügung.
Insbesondere bei Evakuierungsarbeiten ist entscheidend, dass der gesamte Gasweg vakuumfest und ausreichend dicht ist. Ein leistungsfähiges Servicegerät kann seine technischen Eigenschaften nur dann in den Gasraum übertragen, wenn Schläuche, Kupplungen und Adapter dazu passen.
19. Fazit
Die Evakuierung vor einer SF₆-Neubefüllung ist weit mehr als ein vorbereitender Arbeitsschritt. Sie bestimmt unmittelbar, wie viel Umgebungsluft und Feuchtigkeit im später geschlossenen Gasraum verbleiben können.
Entscheidend ist dabei nicht der nominelle Enddruck der Vakuumpumpe allein, sondern der tatsächlich erreichte absolute Druck des kompletten angeschlossenen Gasraums.
Je niedriger dieser Restdruck, desto kleiner ist unter idealisierten Bedingungen der verbleibende Luftanteil nach der Befüllung. Die reale Anlage wird zusätzlich durch Ausgasung, Feuchtigkeit, Toträume, Leitungsquerschnitte und mögliche Undichtigkeiten beeinflusst.
Deshalb gehört nach dem eigentlichen Evakuieren eine kontrollierte Stabilisierungs- beziehungsweise Vakuumhaltephase zum technischen Bewertungsprozess. Ein Druckanstieg muss interpretiert werden und darf nicht automatisch ausschließlich als Leckage bewertet werden.
Ebenso wichtig ist der komplette Serviceweg. Luft in einem Füllschlauch oder Ventilblock kann einen zuvor korrekt evakuierten Gasraum beim Öffnen der Verbindung erneut verunreinigen.
Nach der Evakuierung folgt eine kontrollierte Befüllung entsprechend den Herstellerangaben. Der aktuelle Fülldruck muss dabei zusammen mit der Gastemperatur betrachtet werden. Für die langfristige Bewertung ist die temperaturkompensierte Gasdichte aussagekräftiger als ein einzelner unkompensierter Druckwert.
Gasdichte ersetzt jedoch keine Gasqualitätsanalyse. Restluft, Feuchtigkeit und gegebenenfalls Zersetzungsprodukte erfordern eigene Messgrößen.
Für eine technisch saubere Wiederinbetriebnahme ergibt sich deshalb eine eindeutige Prozesskette:
Gasraum vorbereiten → vollständig evakuieren → Vakuum stabilisieren → Vakuum halten und beurteilen → Serviceweg kontrollieren → definiert befüllen → Temperaturausgleich abwarten → Gasdichte und gegebenenfalls Gasqualität prüfen → dokumentieren.
Wer diese Schritte klar voneinander trennt, vermeidet den häufigsten Denkfehler beim SF₆-Service: die Annahme, dass ein korrekter Enddruck automatisch auch eine trockene, reine und fachgerecht hergestellte Gasfüllung bedeutet.
20. Häufige Fragen zum Evakuieren von SF₆-Gasräumen
Muss eine SF₆-Anlage vor jeder Nachfüllung vollständig evakuiert werden?
Nein. Befindet sich weiterhin SF₆ in einem geschlossenen Gasraum und wurde dieser nicht geöffnet, wird der Gasraum für eine normale Nachfüllung nicht einfach evakuiert. Luftfreie Serviceleitungen und Armaturen müssen jedoch vor dem Öffnen zur Anlage entsprechend vorbereitet werden.
Wann muss der komplette Gasraum evakuiert werden?
Typischerweise nach einer Öffnung beziehungsweise Belüftung des Gasraums, wenn Umgebungsluft und Feuchtigkeit in das für das Isoliergas vorgesehene Volumen gelangt sind. Die konkrete Vorgehensweise bestimmt der Betriebsmittelhersteller.
Warum kann man die Luft nicht einfach mit SF₆ verdrängen?
Bei einem geschlossenen Gasraum würde ein Teil der Luft im System verbleiben beziehungsweise beim Spülen SF₆ freigesetzt werden. Eine kontrollierte Evakuierung reduziert Luft und Wasserdampf ohne ein solches unnötiges Spülverfahren.
Welches Vakuum muss vor der Befüllung erreicht werden?
Dafür gibt es keinen einzelnen Wert, der ungeprüft für jede Schaltanlage gilt. Das erforderliche Vakuumniveau und die zugehörigen Halte- beziehungsweise Stabilisierungszeiten sind nach der Dokumentation des jeweiligen Betriebsmittels und den anwendbaren Verfahren festzulegen.
Die GVP-10 erreicht 0,02 mbar. Muss die Anlage deshalb immer auf 0,02 mbar evakuiert werden?
Nein. 0,02 mbar abs. ist der angegebene erreichbare Enddruck der Vakuumpumpe. Das ist eine Geräteeigenschaft und nicht automatisch das vorgeschriebene Abnahmekriterium jeder Schaltanlage.
Warum muss das Vakuum in mbar absolut angegeben werden?
Nur der Absolutdruck beschreibt eindeutig, wie viel Gas noch im Volumen vorhanden ist. Prozent-Vakuum oder negative Relativdruckangaben sind insbesondere bei tiefem Vakuum weniger eindeutig.
Wie hängt der Restluftanteil mit dem Evakuierungsdruck zusammen?
Idealisiert entspricht der spätere Restluftanteil ungefähr dem Verhältnis des Restdrucks vor der Befüllung zum endgültigen absoluten Gesamtdruck. Je niedriger der Evakuierungsdruck, desto kleiner ist deshalb der theoretisch verbleibende Fremdgasanteil.
Ist der Pumpen-Enddruck gleich dem Druck im Gasraum?
Nicht zwangsläufig. Schläuche, Ventile, kleine Querschnitte, Leckagen und Ausgasung können dazu führen, dass der Gasraum ein höheres Druckniveau besitzt als unmittelbar an der Pumpe.
Warum steigt der Druck nach dem Abschalten der Vakuumpumpe wieder?
Mögliche Ursachen sind eine Leckage, ausgasende Feuchtigkeit oder andere Stoffe, nicht vollständig evakuierte Teilvolumen oder Temperaturänderungen. Der zeitliche Verlauf muss deshalb zusammen mit der Anlagenhistorie beurteilt werden.
Ist ein Vakuumhaltetest gleichzeitig eine SF₆-Dichtheitsprüfung?
Nein. Ein Vakuumhaltetest liefert wertvolle Informationen über den evakuierten Zustand, ersetzt aber nicht automatisch eine Dichtheitsprüfung der später mit SF₆ unter Betriebsdruck stehenden Anlage.
Warum muss der Füllschlauch ebenfalls evakuiert werden?
Ein nicht evakuierter Schlauch enthält Umgebungsluft und Feuchtigkeit. Beim Öffnen des Anlagenventils würde dieses Volumen in den zuvor vorbereiteten Gasraum eingebracht.
Was ist der Unterschied zwischen GVP-10 und GVC-10?
Die GVP-10 ist eine Vakuumpumpe zur Entfernung von Luft oder Stickstoff bei der Füllvorbereitung. Der GVC-10 ist ein Vakuumkompressor zur Rückgewinnung von SF₆ aus einem gasgefüllten Betriebsmittel.
Kann die Anlage direkt nach Erreichen des Vakuumwertes befüllt werden?
Das hängt von der Herstellervorgabe ab. Häufig ist eine Stabilisierungs- beziehungsweise Haltephase erforderlich, um zu prüfen, ob der Druck nach dem Trennen der Pumpe stabil bleibt.
Warum kann Feuchtigkeit trotz tiefem Vakuum noch ein Problem sein?
Feuchtigkeit kann an Oberflächen gebunden beziehungsweise in Werkstoffen gespeichert sein und erst während der Evakuierung allmählich ausgasen. Ein einmal kurz erreichter niedriger Druck bestätigt deshalb nicht automatisch einen vollständig trockenen Gasraum.
Kann die Gasqualität anhand des Fülldrucks beurteilt werden?
Nein. Der Druck zeigt nicht eindeutig, ob das Gas ausreichend rein und trocken ist. Fremdgase oder Feuchtigkeit können trotz scheinbar richtigem Fülldruck vorhanden sein.
Was ist der Unterschied zwischen Fülldruck und Gasdichte?
Der aktuelle Druck verändert sich mit der Gastemperatur. Die temperaturkompensierte Gasdichte beschreibt den Füllzustand eines geschlossenen Gasraums wesentlich unabhängiger von normalen Temperaturschwankungen.
Warum sollte man nach dem Befüllen einen Temperaturausgleich abwarten?
Während des Gastransfers können sich Gaszylinder, Leitung und Gasraum unterschiedlich erwärmen oder abkühlen. Der unmittelbar während der Befüllung gemessene Druck kann daher vom späteren Gleichgewichtszustand abweichen.
Welche Gasqualitätswerte sind nach der Befüllung relevant?
Je nach Anwendung und Servicevorgabe sind insbesondere Feuchte und Gaszusammensetzung beziehungsweise Reinheit relevant. Bei bereits verwendetem oder elektrisch beanspruchtem SF₆ können zusätzlich Zersetzungsprodukte geprüft werden.
Welche Norm gilt für neues SF₆?
Für SF₆ technischer Qualität zur Verwendung in elektrischen Betriebsmitteln ist IEC 60376 beziehungsweise die entsprechende DIN-EN-IEC-Ausgabe relevant.
Welche Norm gilt für wiederverwendetes SF₆?
IEC 60480 beziehungsweise DIN EN IEC 60480 behandelt die Spezifikationen und Kriterien für die Wiederverwendung von rückgewonnenem SF₆ und entsprechenden Gasgemischen.
Welche Norm behandelt das eigentliche SF₆-Gashandling?
Für Hochspannungsschaltgeräte ist DIN EN IEC 62271-4 (VDE 0671-4):2024-06 auf Basis von IEC 62271-4:2022 die aktuelle zentrale Norm für Handhabungsverfahren von Gasen zur Isolation und/oder zum Schalten. Zusätzliche Vorgaben des jeweiligen Betriebsmittelherstellers bleiben zu beachten.
Welche Angaben benötigt ICS Schneider zur Auswahl der passenden Vakuum- und Befülltechnik?
Hilfreich sind Gasraumvolumen, vorhandenes Isoliergas, geforderter Evakuierungsdruck, gewünschte Evakuierungszeit, Anlagenanschluss und Kupplungssystem, Service-Schlauchlänge, vorgesehener Fülldruck beziehungsweise Sollgasdichte, gewünschte Massenbilanzierung sowie Anforderungen an Gasqualitäts- und Feuchteprüfung.