Upload
others
View
6
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
Einsatz von alternativen Gasen für SF6 im Höchstspannungsnetz
Dr. Bartosz Rusek
Amprion GmbH
Die Emission von SF6 in Deutschland
sinken absolut und spezifisch
2
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek
Gleichwohl steigt die globale Konzentration von
SF6 kontinuierlich an
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek3
Source: NOAA/ESRL South Pole, Antarctica – SF6 (LINK)
U.A. deswegen hat der ZVEI (Zentralverband
Elektrotechnik- und Elektronikindustrie e. V.) eine
Roadmap zur Reduktion der SF6 Emissionen
erstellt und Empfehlungen zur Einführung von
SF6-Alternativen vorgeschlagen:
Förderung der Entwicklungsprozesse von
SF6-freien Lösungen bei den Herstellern.
Förderung zur Sammlung von Erfahrungen
mittels Pilotanwendungen.
Markteinführungsprogrammen oder staatlichen
Investitionszuschüssen, z.B. auch gestaffelt
nach GWP der SF6-Alternative.
„Abwrackprämie“ für ältere SF6-Schaltanlagen,
sowohl in der Hochspannung als auch in der
Mittelspannung.
Kürzere Abschreibungszeiträume oder höhere
Verzinsung für Kapitalkosten für SF6-freie
Alternativen im regulatorischen Bereich.
Was sind typische Anwendungsfälle von SF6 im Höchstspannungsnetz?
Gasverlustraten geringer als IEC-Standard (<0,5% p.a.)
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek4
Assettypische Verluste
in % p.a.
Leistungsschalter 0,4
Kombiwandler 0,1
GIS <0,2
GIL (N2/SF6) <<0,1
SF6-HöS-Leistungsschalter werden oft
im Grenzleistungsbereich betriebenDas Kurzschlussstromniveau ist sehr hoch
Amplituden der Erd- und 3-poligen-Kurzschlüsse nähern sich punktuell, sodass
Betrachtung der Nutzungsdauer der Schaltkammer erforderlich ist.
Beim Schalten von Kabeln und großen rotierenden Maschinen können fehlende
Nulldurchgänge auftreten, sodass eine große Lichtbogenspannung wichtig ist.
Gleiche Anforderungen treffen auch auf GIS-Leistungsschalter zu.
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek5
Verteilung der
Nennausschalt-
Kurzschlussströme
der HöS-
Leistungsschalter
Können diese Anforderungen auch mit alternativen Gasen erfüllt werden? Können diese Anforderungen auch mit alternativen Gasen erfüllt werden?
SF6-HöS-GIS-Tenn- und Erdungsschalter werden
zukünftig stärker belastet
Schalten von Kommutierungsströmen beim Sammelschienenwechsel
– Die Belastung des Netzes (u. A. durch WAFB) nimmt zu, sodass
Betriebsströme bis zu 3600A in 380-kV-Netz möglich sind.
Betriebserfahrung zeigt deutlich ansteigende Anzahl an Schalthandlungen
Abschalten von kleinen kapazitiven Strömen (z.B. Sammelschienen)
– Sehr schnelle transiente Spannungen mit ggf. vorhandenen Partikel
aufgrund des Kontaktverbrauchs müssen beherrscht werden.
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek6
Können diese Anforderungen auch mit alternativen Gasen erfüllt werden? Können diese Anforderungen auch mit alternativen Gasen erfüllt werden?
Übersicht über ausgewählte alternative Gase
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek7
Ga
s
Chemische Formel SF6
Clean Air
N2 + O2
C4 PerFluoroNitrile
(CF3)2CFCN
C5 PerFuoroKetone
(CF3)2CFC(O)CF3
CO2-equivalent (GWP) 22.800 0 2.210 1
Siedepunkt (°C) -64 <-183 -5 +27
Durchschlagfestigkeit bei
0,1MPa1 0,43 2,2 1,7
Ga
s-M
isch
un
g
Trägergas Kein, N2, CF4 - ~ 95% CO2~ 90% CO2
mit N2 oder. O2
CO2-equivalent (GWP) <22.800 0 230 … 490 <1
Siedepunkt (°C) -30 <-183 -25 -5
Toxizität LC50 (4h) ppmv - - 12.000 … 15.000 20.000
Lic
htb
og
en
Betriebsdruck [MPa] 0.6 ~ 1.8 0.67 … 0.82 0.7 … 0.8
Durchschlagfestigkeit (pu) 1 ~1 ~ 1 ~ 1
SLF Performance (pu) 1 k.A. (Vakuumröhre) 0.83 … 1 0.8 … 0.87
Wiederverfestigungs-
geschwindigkeit (pu)1 k.A. (Vakuumröhre) ~ 1 ~ 1
Zersetzungstemperatur
(K)
~ 2000
(reversib.)
~ 7000
(N2 reversib.)
> 920
(irreversib.)
~ 970
(irreversib.)
Zersetzungsprodukte
HF, SO2,
sulphur
compounds
Only if failure:
ozone
and nitrogen
oxides
HF, CO, COF2,
CF3CN, C2F5CN, C2F6
HF, CF4, C2F6, C5F10O,
C3F8, C4F10,C3HF7, C4F8,
C4F6, C3F6, C2F3N, C2N2 in
MV GIS with air
Die ersten SF6-freien
Produkte sind verfügbar
Beispiele für GIS170kV,1250A, 40kA, -5°C, AirPlus
170kV,3150A, 40kA, -50°C,Clean Air/Vakuum
145kV, 3150A, 40kA, -25°C, g3
Beispiele für Leistungsschalter72,5kV, 2750A, -50°C (CO2)
145kV, 3150A, -60°C, (Clean Air, Vakuumschalter)
72.5kV, 3150A, -30°C, (dry air, Vakuumschalter)
Beispiele Strom-/Spannungswandler
245kV (CVT), Clean Air
72,5…800kV, … 4800A, 63kA (fiber optic current sensor)
72,5…800kV, … 4800A, 63kA, (digital current sensor)
245kV, g3
Beispiel für GIL420kV, …6300A, -25°C, g3
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek8
Keine HöS-Produkte
Keine HöS-Produkte
Wenige HöS-Produkte
Wenige HöS-Produkte
Status und Folgerungen für HöS-Anwendung
Für ausgewählte Anwendungen gibt es Produkte mit alternativen Gasen.
Schaltaufgaben können mit Einschränkungen im Bereich Um<245kV
beherrscht werden.
Ein 1:1-Ersatz von SF6 im Bestand ist weiterhin nicht möglich.
Die zulässigen Betriebstemperaturen schränken die Einsatzfelder einiger
Gase ein.
Es ist mit höheren Leckageraten und höheren Betreibsaufwendungen zu
rechnen.
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek9
Einsatz als Isoliergas schon heute möglich. Einsatz als Isoliergas schon heute möglich.
Einsatz für Schaltaufgaben ist noch nicht ausreichend erforscht. Einsatz für Schaltaufgaben ist noch nicht ausreichend erforscht.
Pilotprojekt –
245-kV-Spannungswandler
Alternative Gase sind für Isolieraufgaben gut geeignet
Sammlung von Betriebserfahrung in einem Pilotprojekt
mit einem 245-kV-Clean-Air-Freiluft-Spannungswandler
– Umgang mit höherem Betriebsdruck
– Gashandling und Arbeitssicherheit
– Verhalten im realen Netzbetrieb
– Zuverlässigkeit und Redundanz
Zielvision: 245-kV-Kombiwandler
– Weiterentwicklung erforderlich
– Zusätzliche Herausforderung: Begrenzung der
Abmaße eines solchen Wandlers auf den
vorhandenen Freiraum im Anlagenlayout
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek10
Zusammenfassung
Reduktion der SF6-Emissionen ist ein wichtiger Beitrag zum Klimaschutz
Für den Einsatz alternativer Gase als Isoliermedium in neuen Geräten z. B.
in Wandlern, GIL, lange GIS-Ausleitungen gibt es erste Pilotprojekte
Diese Pilotprojekte ermöglichen die Klärung der noch offenen
Fragestellungen z. B. hinsichtlich Langzeitstabilität, Gas-Handling oder
Materialkompatibilität
Mit der Höherauslastung des HöS-Netzes bleiben die Anforderungen an das
Schaltvermögen der HöS-Schalter unverändert hoch, so dass für dieses
Einsatzfeld weiterhin Forschungsbedarf nach alternativen Gasen besteht.
Für HöS-Bestandsgeräte und für neue HöS-Schaltgeräte gibt es weiterhin
keine 1:1 Alternative zu SF6
Alternative Gase in HöS-Betriebsmittel | Oktober 2019 / B. Rusek11
Das starke Netz für Energie | www.amprion.net
Amprion GmbH
Rheinlanddamm 24
44139 Dortmund