Die nachhaltige Reduktion von Treibhausgasen und der Abschied von fossilen Energieträgern gehören zu den drängendsten Aufgaben unserer Zeit. Das gilt in besonderem Maße für den Energiesektor. Auch dort wird mehr und mehr auf erneuerbare Energien und die Verwendung ökologisch unbedenklicher Materialien umgerüstet. Das betrifft längst nicht nur die Energieerzeugung selbst, sondern auch die Anlagen und Komponenten zur Energieübertragung. Immer mehr Energieversorger und Hersteller von Transformatoren setzen deshalb auf alternative Isolierflüssigkeiten in Transformatoren und Stufenschaltern.
„Grüne Öle“ – Isolierflüssigkeiten für eine bessere CO2-Bilanz
Noch sind mineralische Öle der Standard in Transformatoren und Stufenschaltern. Doch es gibt nachhaltigere Alternativen. Rainer Frotscher, Experte für Isolierflüssigkeiten erklärt, worauf es ankommt.
„Grüne Öle“ – Isolierflüssigkeiten für eine bessere CO2-Bilanz
Noch sind mineralische Öle der Standard in Transformatoren und Stufenschaltern. Doch es gibt nachhaltigere Alternativen. Rainer Frotscher, Experte für Isolierflüssigkeiten erklärt, worauf es ankommt.
Jahrzehntelang galten Mineralöle als der Standard, wenn es um Isolierflüssigkeiten in Transformatoren, Stufenschaltern und anderen ölgefüllten Betriebsmitteln der Energietechnik ging. Mittlerweile werden vermehrt Alternativen gesucht. Welche Gründe sprechen eigentlich genau gegen den Einsatz mineralischer Öle?
Technisch gesehen verfügen Mineralöle über günstige Eigenschaften, die für einen sicheren Betrieb von Transformatoren, Stufenschaltern und anderen Betriebsmitteln benötigt werden, etwa in punkto elektrisches Isoliervermögen, Kühlvermögen, Lichtbogen-Löschfähigkeit, Schmierfähigkeit, Viskosität und Materialkompatibilität. Zudem sind sie vergleichsweise kostengünstig. Ein großer Nachteil sind jedoch ihre leichte Entflammbarkeit sowie Risiken beim Boden- und Gewässerschutz. Auch im Hinblick auf die knappen Erdölreserven widersprechen Mineralöle heutigen Bestrebungen, Energiesysteme nachhaltig zu gestalten und zu betreiben. Brandsicherheit, Umweltverträglichkeit und die Schonung begrenzter Ressourcen sind Kriterien, die zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Können Sie dies an konkreten Beispielen erläutern?
Um den Klimawandel aufzuhalten, ist eine globale Dekarbonisierung zwingend notwendig. Für Energieversorgungssysteme bedeutet das: die verstärkte Nutzung erneuerbarer Energien und eine damit einhergehende Dezentralisierung der Energieerzeugung. Das heißt, es gibt immer mehr kleinere, verteilte Kraftwerke und Transformatoren, die oft in ökologisch sensiblen Bereichen, etwa in Wassereinzugsgebieten oder auf offener See, aufgestellt werden. Gleichzeitig steigt der Strombedarf weltweit und kumuliert sich in Ballungszentren. Hochspannungsleitungen werden bis in die Städte hineingeführt, sodass Leistungstransformatoren direkt in urbanem Umfeld installiert werden müssen. Hier ist es besonders wichtig, die Betriebsmittel mit biologisch abbaubaren und/oder schwer entflammbaren Flüssigkeiten zu füllen.
Umweltfreundlich bedeutet oft höhere Kosten. Sind nachhaltige Öle nicht deutlich teurer als mineralölbasierte Isolierflüssigkeiten?
Die Anschaffungskosten für mit Alternativflüssigkeiten befüllte Transformatoren und Stufenschalter sind vergleichsweise moderat höher. Diese Mehrkosten werden jedoch schnell ausgeglichen, wenn man die genannten Vorteile in die Lebenszykluskosten mit einrechnet. Eine höhere Brand- und Explosionssicherheit zum Beispiel bedeutet weniger Auflagen für den Betrieb, weniger Schutzvorkehrungen, geringere Versicherungskosten. Genauso kann eine bessere Umweltverträglichkeit Kosten reduzieren, denn kostenintensive Maßnahmen wie der Bau von Öl-Auffangwannen zum Beispiel sind nicht mehr notwendig. Stufenschalter mit Vakuum-Schalttechnik ermöglichen längere Wartungsintervalle, sodass auch die Betriebs- und Instandhaltungskosten sinken.
Welche nachhaltigen Alternativen zu mineralischen Isolierölen gibt es heute?
In den vergangenen Jahren wurde eine ganze Reihe höchst unterschiedlicher alternativer Isolierflüssigkeiten entwickelt. Besonders relevant für Transformatoren und Stufenschalter sind dabei biologisch abbaubare Flüssigkeiten. Dies können biobasierte Kohlenwasserstoffe oder natürliche und synthetische Esterflüssigkeiten sein. Daneben gibt es noch Silikonöle, die zwar schwer entflammbar und extrem stabil, aber schwierig zu entsorgen sind.
Nicht alle Flüssigkeiten sind gleichermaßen gut für den Einsatz in Stufenschaltern geeignet. Die derzeit erhältlichen biobasierten Kohlenwasserstoffe sind sehr dünnflüssig. Sie zeigen dadurch ein verbessertes Kühlvermögen und ein sehr gutes Fließverhalten bei Kälte, schmieren aber die mechanisch bewegten Teile eines Stufenschalters schlechter als Mineralöl. Die deutlich dickflüssigeren Esterflüssigkeiten hingegen schmieren hervorragend. Allerdings zeigen sie unter bestimmten Bedingungen ein gegenüber Mineralöl verändertes dielektrisches Durchschlagsverhalten, das bei der Auslegung von Isolierstrecken berücksichtigt werden muss.
„Unsere Stufenschalter mit alternativen Isolierflüssigkeiten haben sich hundertfach in der Praxis bewährt.“
Welche Isolierflüssigkeit empfehlen Sie konkret?
Das hängt vom jeweiligen Anwendungsfall ab. Wie ich bereits erwähnt habe, stellen Stufenschalter aufgrund ihrer technischen Charakteristika komplexe Anforderungen an Isolierflüssigkeiten – und je nach Anwendung eignen sich unterschiedliche Isolierflüssigkeiten unterschiedlich gut. Hier ist beispielsweise zu klären, welche Stufenschaltertechnologie zum Einsatz kommen soll: Öl- oder Vakuum-Schalttechnik? Wie sind die genauen Einsatzbedingungen? Welche elektrischen, mechanischen, thermischen Anforderungen gibt es? Grundsätzlich eignen sich Stufenschalter mit Vakuum-Schalttechnik besser für den Einsatz mit alternativen Flüssigkeiten als Schalter mit Ölschalttechnik, hauptsächlich deshalb, weil die Löschung der Schaltlichtbögen innerhalb hermetisch gekapselter Vakuum-Schaltröhren stattfindet. Die umgebende Isolierflüssigkeit hat somit keinen Einfluss auf die Schaltleistung, wird nicht verbrannt und altert dadurch langsamer. Wartungsintervalle lassen sich so auf bis zu 600.000 Schaltungen erweitern.
Klingt nach einer komplexen Aufgabe. Wie unterstützen Sie als MR Ihre Kunden dabei, die passende Lösung zu finden?
In der Regel spezifiziert der Betreiber des Regeltransformators eine bestimmte Isolierflüssigkeit. Wir prüfen dann, ob diese mit dem gewünschten Stufenschaltertyp einsetzbar ist bzw. wählen einen passenden Stufenschalter aus und konfigurieren ihn entsprechend. Jede Lösung wird exakt auf den jeweiligen Bedarf zugeschnitten und ist damit quasi ein Unikat. Unsere Stufenschalter mit alternativen Isolierflüssigkeiten haben sich hundertfach in der Praxis bewährt – auch in Spezialanwendungen wie Traktionstransformatoren, Prüffeldtransformatoren, Transformatoren für Offshore-Windparks oder mobile Notfall-Transformatoren. Wir unterstützen unsere Kunden aber nicht nur in der Systemkonfiguration, sondern begleiten sie über den gesamten Lebenszyklus: von der Designphase, Installation und Inbetriebnahme über Betrieb und Service bis hin zur Modernisierung.
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Detaillierte Informationen zu alternativen Isolierflüssigkeiten finden Sie in unserer Technischen Publikation.
- Schwer entflammbare Isolierflüssigkeiten
- Anforderungen an Flüssigkeiten und geeignete Stufenschalter
- Konfiguration regelbarer Leistungstransformatoren
