Christian Breuer

12. – 13. November 2014

Einsatz von biobasierten Isolierölen in Transformatoren

Bioschmierstoff-Kongress Hagen

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Presentation title - 05/11/2014 – P 2

Agenda – Biobasierte Isolieröle in Transformatoren

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AlstomVier Geschäftsbereiche

Ausrüstung und Dienstleistungen für die Stromerzeugung

ALSTOM THERMAL POWER

Ausrüstung und Dienstleistungen für den Schienenverkehr

Ausrüstung und Dienstleistungen für die Energieübertragung

ALSTOM TRANSPORT

ALSTOM GRIDALSTOM RENEWABLE POWER

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Umspannwerke,schlüsselfertige Lösungen

& Service

Super Grid Technologien

Smart Grid Technologien

NetzwerkManagement

Systeme

Luftisolierte Schaltanlagen

Gasisolierte Schaltanlagen

Transformatoren

Schutz- und Leittechnik für Umspannwerke

Leistungs-elektronik

Produkte

Leistungselektronik, NMS & Automatisierung

Lösungen

Alstom GridUmfassende Lösungen und Produkte

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Alstom in Deutschland

9.000 Beschäftigte an 24 Standorten

• Power4.600 Beschäftigte an 11 Standorten

• Transport2.800 Beschäftigte an 6 Standorten

• Grid 1.400 Beschäftigte an 7 Standorten

• Vertriebsniederlassungen Grid

Alstom Deutschland hat eine großeindustrielle Präsenz mit einem breitgefächerten und technologischhochwertigen Produktportfolio und Service-Angebot in allenGeschäftsbereichen des Konzerns.

Alstom in DeutschlandStandorte

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Baltic 2 (2010)

Selbst-schwimmendes und –errichtendes Umspannwerk

288 MW

2x 150 MVA

Veja Mate (2009)

Umspannwerk und Ausrüstungen

400 MW

2x 240 MVA

Alstom in DeutschlandProjekte Grid: Pionier in Offshore-Anbindungen

Meerwind (2011)

Umspannwerk und Plattform

288 MW

2x 280 MVA

MEG 1 (2011)

Selbst-schwimmendes und –errichtendes Umspannwerk

400 MW

4x 120 MVA

Global Tech I (2009)

Selbst-schwimmendes und –errichtendes Umspannwerk

400 MW

4x 120 MVA

Alpha Ventus (2007)

Umspannwerk und Ausrüstungen

60 MW

1x 75 MVA

Borkum West II (2009)

Plattform und Schutzmantel

400 MW

2x 225 MVA

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Projektumfang: 60 MW Offshore Umspannwerk für 12 Windturbinen

Anteil von Alstom Grid:Schlüsselfertige Übergabe der elektrischen Ausrüstungen für die Plattform einschließlich

• 110/30 kV Transformator• Schutz- & Kontrollausrüstung• 110 kV & 30 kV GIS Schaltanlage• Verkabelung der Plattform• AC/DC Ausrüstung• Dieselgeneratoren• Meeresausrüstung• Feuerschutzausrüstung• Inbetriebnahme

2011 hat alpha ventus 267 Mio. kWh Strom produziert.

Das ist 15 % mehr als erwartet und schließt 4.400 Betriebsstunden bei voller Leistung ein.

Alstom in DeutschlandReferenzen Grid: Umspannplattform für Alpha Ventus

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Leistungsstärkster und schwerster

bisher in Deutschland gebauter

Transformator:

• 1100 MVA, 410/27 kV

• Transportgewicht 450 t

• Gesamtgewicht 600 t

Alstom in DeutschlandReferenzen Grid: Transformator für Kraftwerk Boxberg

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Vorteile:

� Mit natürlichem Esteröl befüllt: biologisch abbaubar und mit erhöhter Sicherheit vor Entflammung

� Hermetisch abgeschlossener Tank, speziell für die Konservierung von Esteröl ausgelegt

� Optimierte Verlustlevel� Geringe Geräuschentwicklung � Online Monitoring-System (optional)

Ein umweltfreundlicher und effizienter Transformator für eine grünere Zukunft von 10 bis 250 MVA und bis zu 245 kV

Alstom in DeutschlandProdukte Grid: umweltfreundlicher Transformator

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Alstom in DeutschlandReferenzen Grid: Hermetiktransformator für die Deutsche Bahn

Leistung: 10 MVA Spannung: 120 kV / 17,25 kV

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Aufgaben eines Transformators

Motivation

• Anforderungen an Transformatoren−Betrieb

• Lange Lebensdauer robust

• Sicherer Betrieb sicher

−Design• Geringes Gewicht leicht

• Geringe Abmessungen klein

• Geringe Verluste effizient

• Geringe Geräusche leise

−Kosten• Kostengünstig günstig

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Aufgaben eines Transformators

• Der Energietransport über größere Entfernungen vom Energieerzeuger zum Verbraucher erfordert hohe Spannungen mit entsprechend kleinen Strömen.

• Der Transformator dient zur Umwandlung der elektrischen Energie auf beliebige Spannungsebenen.

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Design und Material

Kern + Wicklungen

+ Kessel

+ Stufenschalter

+ Öl Dehngefäß

Radiatoren

Durchführung+ Anbaukomponenten = Transformator

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Design und Material

Physikalische Grenzen

• Kernblech− Sättigung des Kernmaterials liegt bei ca. 2 Tesla− Leerlaufverlust und Leerlaufgeräusche

begrenzen häufig die Induktion

• Wicklungen− Maximale Stromdichte (thermische

Belastbarkeit) liegt bei ca. 4 A/mm²− Kurzschlussverluste und Stromgeräusch

bestimmen häufig die Stromdichte

• Transport− Beschränkung durch den

Regellichtraum/Grenzmaß der DB− Allgemeine Bestimmungen für Transporte auf

der Straße, wie z. B. Achslasten, Brückenlasten oder Tunnelabmessungen

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Bioöl

Natürliche Esterflüssigkeiten

• Motivation− Steigende Nachfrage nach

umweltfreundlichen Produkten

• Idee− Transformatoren mit natürlicher

Esterfüllung als Isolierflüssigkeit−Weitreichende Erfahrungen

beim Einsatz von natürlichen Estern in Verteilungstransformatoren

• Aufgabe− Erweiterung des Konzeptes auf

Hochspannungstransformatoren

• Herausforderung− Auslegung, Produktion und

Prüfung regelbarer Leistungstransformatoren mit natürlicher Esterfüllung

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Bioöl – natürliche Ester

Thermische Eigenschaften

• Wärmeleitfähigkeit− Mineralöl ca. 0,14 W/mK− natürlicher Ester ca. 0,17 W/mK− Verbesserte Wärmeabgabe aus dem

Wicklungsmaterial an die Isolierflüssigkeit bei Einsatz von natürlichen Estern

• Alterung− Höheres Wasseraufnahmevermögen

von natürlichen Estern

• Verringerung der Alterung bzw. höhere Belastung des Transformators möglich

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Bioöl – natürliche Ester

Thermische Eigenschaften

Erhöhung der Kühloberfläche bei natürlichen Estern im Vergleich zu Mineralöl

Quelle: Cigre Colloquium Bruges 2007

höhere Viskositätenverringerter Ölfluss

höhere Ölerwärmungerhöhte Heißpunkttemperatur

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Bioöl – natürliche Ester

Elektrische Eigenschaften

• Spannungsuntersuchungen gemäß IEC 60156 mit 2,5 mm Elektrodenabstand und natürlichen Estern

• Vergleichbare Spannungsfestigkeiten zwischen Mineralöl und natürlichen Estern

Quelle: ALSTOM Frankreich

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Bioöl – natürliche Ester

Einfluss der Dielektrizitätszahlen

• Elektrische Vorteile von natürlichen Estern im Vergleich zu Mineralöl− Eine homogenere Feldstärkeverteilung der Gesamtanordnung− Eine Verringerung der Feldstärke in den Ölkanälen

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Presentation title - 05/11/2014 – P 20

Bioöl – natürliche Ester

• Einsatz bekannter Materialien aus dem Bau von mineralölgefüllten Transformatoren

• Kaum verlängerte Prozesszeiten

• Einfluss der erhöhten Viskositäten−Dicke Isolationsmaterialien

erhalten zusätzliche Bohrungenzur Verbesserung der Imprägnierung−Verlängerung der Standzeiten

• Ölfüllung übergetrennte Anlage

Einfluss auf die Transformatorenfertigung

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Presentation title - 05/11/2014 – P 21

Bioöl – natürliche Ester

• Materialverträglichkeitsuntersuchungen der Hersteller von Esterflüssigkeiten zeigten kaum Auffälligkeiten− Isolationsmaterialien− Dichtungen (Viton)− Eisenteile−Wicklungsmaterial− Kernmaterial

• Umfangreiche Diskussionen mitHerstellern von Komponenten− Durchführungen− Stufenschalter

• Begrenzungen beiTiefsttemperaturen

• Ungeklärte Komponenten− Öl-Luft Kühler

Komponenten

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Presentation title - 05/11/2014 – P 22

Neuer Trafotyp für die DB

− Zusammenarbeit zwischen ALSTOM und der DB− Eigenschaften

• Biologisch abbaubares Öl (keine Ölauffangwanne mehr)

• Nomex Isolation

• Hermetisch geschlossener Transformator

• Niedrige Verluste und Geräusche

• Neuer Korrosionsschutz (kathodische Tauchlackierung KTL)

− finanziert durch DBTiefsttemperaturverhalten von Estern.

Versuche durch die Uni Stuttgart

KTL bei DTR-KesselKTL TauchbeckenHermetiktrafoLeiter mit Nomex-Lochband

Grüner Transformator für die Deutsche Bahn

Bioöl – natürliche Ester

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Presentation title - 05/11/2014 – P 23

Bioöl – natürliche Ester

Prüfergebnisse/Referenzen

• Prüfanforderungen (Prüfpegel) an Transformatoren mit Esterfüllungsind identisch mit denen an Transformatoren mit Mineralöl

• Keine Auffälligkeiten bei allen durchgeführten Prüfungen(Spannungsprüfungen, Wärmeläufe, Verluste, Geräusche, etc.)

• Störungsfreier Betrieb seit über 5 Jahren

ALSTOM Brasilien245 kV -Drossel

ALSTOM UK60 MVA, 132 kV

ALSTOM Deutschland

31,5 MVA, 110 kV

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Presentation title - 05/11/2014 – P 24

• Steigende Nachfrage nach umweltfreundlichen Produkten bei Leistungstransformatoren

• Entwicklungen der letzten Jahre− Neue, umweltfreundliche Isolierflüssigkeiten− Lebensdaueroptimierung durch hermetischen Abschluss− Optimierter Wartungsaufwand: Gemeinsamer Ölhaushalt

• Erste Referenzen mit Esterfüllungen− Störungsfreier Betrieb seit über 5 Jahren

Zusammenfassung

Einsatz von biobasierten Isolierölen in Transformatoren