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Imagination at work
Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen
Konrad Priebe, Produktspezialist HS-Wandler 08.01.2016
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Agenda
SF6 in Hochspannungsschaltanlagen
Untersuchte Alternativen zu SF6
Lösung von GE: g³ - green gas for grid
g³ - Eigenschaften
Zusammenfassung & Ausblick
Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016 2
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SF6 in Hochspannungsschaltanlagen
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SF6 in der Historie
4 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
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Einsatz von SF6 in der Energietechnik
5 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Schwefelhexafluorid (SF6) wird in Betriebsmitteln der elektrischen
Energieversorung (u.a. Leistungsschaltern, metallgekapselten
Schaltanlagen, HS-Wandlern und Transformatoren) eingesetzt zur:
Spannungsisolation (Durchschlagsfestigkeit 3x höher als Luft)
Lichtbogenlöschung (100x schneller als Luft)
Wärmeleitung/-kapazität (ca. 3x besser als Luft)
SF6 ist inert (reaktionsarm) und ca. 5x schwerer als Luft
Quelle: ZVEI SF6-Infotag 24.11.2015
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Weitere Einsatzbeispiele von SF6
6 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Füllgas für Autoreifen, Tennisbälle und Sportschuhe
verboten seit 2007
Schallschutz in Fenstern
verboten seit 2007
Aluminium Gießereien
Spannungsisolation in Teilchenbeschleunigern
Quelle: ZVEI SF6-Infotag 24.11.2015
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SF6 in Hochspannungsschaltanlagen
7 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
SF6 weist gegenüber CO2 ein relatives Treibhauspotential
von 23’500 auf
Die elektrische Industrie ist der grösste Abnehmer und
Emittent von SF6
Heute werden jährlich 10.000t SF6 in
Hochspannungsschaltanlagen in Betrieb gesetzt
Die Verwendung von SF6 ist reguliert
Deklarierung der Verluste
Monitoring der Mengen (CSR)
Importzölle in einigen Ländern
SF6 hat hervorragende Eigenschaften, stellt aber auch ein Kompromiss
in Bezug zur Umwelt dar!
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Spezifikation einer SF6 – freien Lösung
8 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Performance
Umwelt Sicherheit Tiefes Treibhauspotential
≥ 95% Reduktion vs. SF6
Kein Ozonabbau
Chemisch stabil
Verwendung als Isolationsmedium
Verwendung als Schaltmedium
Verwendung als Lichtbogenlöschmedium
Diel. Festigkeit ≥ als Luft, N2 oder CO2 und möglichst nahe bei reinem SF6 bei üblichen Fülldrücken und einem Anwendungsbereich -25°C (GIS) / -30°C (AIS)
Geringe Toxizität (wie SF6)
Niedrige Entflammbarkeit
Kompatibel mit den
verwendeten Materialien
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Untersuchte Alternativen zu SF6
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10 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Untersuchte Alternativen zu SF6
• Hoher Siedepunkt • Toxizität
• Tiefe dielektrische Festigkeit • Limitierung der Spannungsebene • Hohes Treibhauspotential
Keine ökonomische “grüne” Alternative zu SF6
N2
Luft CF4 Perfluorierte
Verbindungen
Fluorierte Ketone CF3I
CO2
Vakuum
Fluorierte Olefine
Fluorierte Oxirane
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Lösung von GE: g³-green gas for grid
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12 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
R&D – Zusammenarbeit GE & 3M
Ziel der Entwicklung
war ein Molekül mit dielektrischen
Eigenschaften zu finden
Ein Gasgemisch aus 3M™ NOVEC™ Anteil und CO2
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13 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Lösung von GE: g³ - green gas for grid D
urc
hsc
hla
gss
pa
nn
un
g (
kV
)
Druck (kPa)
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Novec 4710
SF6
Dru
ck
(B
ar
ab
s)
Temperatur (°C)
2
1.8
1.6
1.4
1.2
0.8
0.6
0.4
0.2
-50 -40 -30 -20 -10 0 10
1
Reines Novec 4710 hat die doppelte dielektrische Festigkeit von SF6
Reines Novec 4710 hat einen
Siedepunkt von ca. -4,7ºC
Novec 4710
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14 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Warum ein Mischgas? D
iele
ktr
isc
he
Fe
stig
ke
it
/ S
F6
Novec 4710-Prozentsatz in CO2
1.2
1
0.8
0.6
0.4
0.2
0 5 10 15 20 25
Die Dielektrische Festigkeit von g3 beträgt 70 bis 100 % von SF6
Novec 4710 muss mit einem anderen Gas gemischt werden, damit tiefe Einsatztemperaturen bis -30°C erreicht werden.
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g³ - Eigenschaften
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16 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Reduktion des Treibhauspotenzials
98% Reduktion des Treibhauspotentials gegenüber SF6
SF6 Technologie
23,500 kg Äq. CO2
Berechnungsmethode
• 100-yr ITH
• IPCC 2013
GE`s g³ - Technologie
380 kg Äq. CO2
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17 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Reduktion des Treibhauspotenzials
ca. 98% Reduktion des Treibhauspotentials gegenüber SF6
145 kV F35 GIS (Gas-Insulated Substation
SF6 = 60 kg äquivalent 1‘400 Tonnen CO2
Mit g³ äquivalent 27 Tonnen CO2
420 kV GIL (Gas-Insulated Line)
SF6 = 70 T äquivalent 1’600’000 Tonnen CO2
Mit g³ äquivalent 33’000 Tonnen CO2
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18 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Reduktion des Treibhauspotenzials
Monteur Willi misst mit seinem SF6 Gasanalysegerät. Durch einen unabsichtlichen Fehler beim Lösen der Schnellkupplung vom Gasraumadapter emittiert Willi 10g reines SF6.
Willi ist zudem Besitzer eines BMW 335d xDrive mit einem angegebenen durchschnittlichen CO2-Ausstoß von 150g/km. Folgender Umweltschaden ist daraus entstanden:
Quelle: Google Maps
10𝑔 𝑆𝐹6 ≡ 10𝑔 ∗ 23.500 𝐶𝑂2Ä𝑞𝑢𝑖𝑣𝑎𝑙𝑒𝑛𝑡 = 235𝑘𝑔 [𝐶𝑂2]
𝑠 =235𝑘𝑔
150 𝑔/𝑘𝑚= 1.566𝑘𝑚
Für diese SF6 Emission hätte Willi mit seinem Auto von Berlin nach
Rom fahren können, was vielleicht auch eine gute Idee wäre.
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19 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Zusammenfassung
GE`s-Lösung als Ersatz von SF6: g³, bestehend aus Novec 4710 und CO2
Dielektrische Performance: 85% bis 100% der SF6-Performance
Anwendungsbereich: -25 Grad Celsius (GIS) und -30 Grad Celsius (AIS)
Toxizität: Dieselbe Klasse wie SF6, für neues und gebrauchtes Gas
Materialverträglichkeit: kompatibel
Entflammbarkeit: nicht entflammbar
Technische und ökonomische Performance wie bisherige Produkte
Platzbedarf und Dimensionen wie bisherige Produkte
98% Reduktion des relativen Treibhauspotenzials
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20 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Ausblick
Erste g³- isolierte Produkte und Pilotprojekte wurden bereits vorgestellt
420kV GIL
245kV AIS Stromwandler
Die Palette wird in den kommenden Jahren laufend erweitert.
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21 Einsatz von alternativen Isoliergasen in Hochspannungsschaltanlagen, K.Priebe Januar 2016
Fragen
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