Intelligente Infrastruktur: Transformatortechnologien bieten eine praktikable Lösung für die Netzzuverlässigkeit

Jun 13, 2023

Der Energiesektor in Indien entwickelt sich ständig weiter und nutzt neue Transformatortechnologien, um die Netzeffizienz zu verbessern, die Energiesicherheit zu stärken und die Integration erneuerbarer Energiequellen zu erleichtern. Mittlerweile wurden die Transformatortechnologien erheblich weiterentwickelt, um den sich ändernden Anforderungen der Energieversorger gerecht zu werden und sich an die dynamische Natur des Netzes anzupassen. Die Weiterentwicklung der Transformatordesigns und -funktionen wurde durch verschiedene Faktoren vorangetrieben, darunter die Notwendigkeit einer Platzoptimierung, Kostenreduzierung, einer längeren Lebensdauer der Anlagen, verbesserter Kernmaterialien, verbesserter Sicherheitsmaßnahmen, der Integration digitaler Hubs, geringerer Ausfallraten und eines geringeren Geräuschpegels.

Hochspannungs-Gleichstromtransformatoren (HGÜ), Phasenschiebertransformatoren, Kopplungstransformatoren, mit Esteröl gefüllte Transformatoren, Trockentransformatoren, grüne Transformatoren und intelligente Transformatoren gehören zu den Spitzentechnologien, die den Energiesektor neu gestalten. Da Energieversorger der Netzmodernisierung Priorität einräumen, kann sich die Investition in diese neuen und fortschrittlichen Transformatortechnologien als praktikable Lösung zur Gewährleistung eines sicheren, zuverlässigen und kostengünstigen Netzes erweisen. Durch den Einsatz dieser innovativen Technologien können sie der wachsenden Nachfrage nach einer effizienteren und nachhaltigeren Energieinfrastruktur im Land wirksam gerecht werden.

Neue und aufkommende Transformatortechnologien

HGÜ-Transformatoren: HGÜ-Transformatoren haben eine enorme Bedeutung bei der Übertragung elektrischer Energie über große Entfernungen. Ihre Hauptanwendung liegt in HGÜ-Konverterstationen, wo sie Wechselstrom (AC) in Gleichstrom (DC) umwandeln und so eine hocheffiziente Übertragung mit minimalen Verlusten gewährleisten. Der Wert der HGÜ-Technologie zeigt sich besonders deutlich bei der Übertragung von Strom aus entfernten erneuerbaren Energiequellen zu Lastzentren und erleichtert die nahtlose Integration erneuerbarer Energien in das Netz.

Phasenschiebertransformatoren: Phasenschiebertransformatoren erfüllen eine entscheidende Aufgabe bei der Steuerung des Stromflusses auf Übertragungsleitungen. Dies kann erreicht werden, indem der Phasenwinkel zwischen Eingangs- und Ausgangsspannung angepasst werden kann. Durch diese dynamische Steuerung des Stromflusses spielen diese Transformatoren eine Schlüsselrolle bei der Optimierung der Netzstabilität und der Linderung von Überlastungen, insbesondere in Verbundnetzen.

Koppeltransformatoren: Koppeltransformatoren spielen in flexiblen Wechselstromübertragungssystemen (FACTS) eine entscheidende Rolle und verbessern die Steuerung, Stabilität und Leistungsübertragungsfähigkeiten des Übertragungssystems. Diese Transformatoren erleichtern die Verbindung zwischen dem Netz und dem statischen Synchronkompensator (STATCOM), einem FACTS-Gerät, das für die Bereitstellung dynamischer, präziser und einstellbarer Mengen an Blindleistung an das angeschlossene Wechselstromnetz verantwortlich ist. Da STATCOM nicht direkt an Hochspannungsnetze wie 220 kV und 400 kV angeschlossen werden kann, dient ein Kopplungstransformator als Zwischengerät und ermöglicht einen bidirektionalen Stromfluss zwischen dem STATCOM-System und dem Hochspannungsnetz. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren wird die Spannungsregelung des Koppeltransformators vom STATCOM-System übernommen, sodass kein Stufenschalter erforderlich ist.

Bei STATCOM-Anwendungen ist die Aufwärtsleistung des Kopplungstransformators von größter Bedeutung und erfordert spezielle Designüberlegungen, um diese Anforderungen zu erfüllen. Richtig positionierte STATCOM-Geräte im System verbessern die Belastbarkeit und Stabilität und reduzieren Netzwerkverluste durch den Optimierungsprozess. Insgesamt verbessern Koppeltransformatoren in FACTS-Systemen die Effizienz und Stabilität des Stromübertragungsnetzes.

Mit Esteröl gefüllte Transformatoren: Während herkömmliche Transformatoren Mineralöle als Isolierflüssigkeit verwenden, nutzen estergefüllte Transformatoren natürliche Ester zur Flüssigkeitsisolierung. Die Verwendung natürlicher Ester bietet aufgrund ihrer höheren Feuerbeständigkeit erhebliche Vorteile gegenüber der Verwendung von Mineralölen. Mit einem Brennpunkt von etwa 360 °C, was etwa dem Doppelten von Mineralöl entspricht, und einem Flammpunkt von 320 °C sind mit Ester gefüllte Transformatoren deutlich weniger anfällig für Brandgefahren. Darüber hinaus übertreffen estergefüllte Transformatoren im Falle eines Lecks ihre herkömmlichen Pendants, da natürliche Ester biologisch abbaubar sind. Diese Eigenschaft minimiert das Risiko einer Bodenverunreinigung, macht sie umweltfreundlicher und reduziert potenzielle ökologische Auswirkungen bei Unfällen.

Trockentransformatoren: Ein Trockentransformator arbeitet ohne die Verwendung von Flüssigkeiten als Isolier- oder Kühlmedium für seine Wicklungen und seinen Kern. Stattdessen setzt es auf Luft oder Gas als Medium und nutzt Epoxidharz oder Polyesterharz zur Isolierung. Die beiden Haupttypen von Trockentransformatoren sind Gießharztransformatoren und vakuumdruckimprägnierte Transformatoren. Trockentransformatoren bieten zahlreiche Vorteile, die sie für verschiedene Anwendungen äußerst nützlich machen. Sie gehen mit erhöhter Sicherheit und Zuverlässigkeit sowie Umweltverträglichkeit einher. Ihre Installation ist einfach und der Wartungsaufwand ist minimal. Diese Transformatoren weisen eine hervorragende Überlastfähigkeit auf, sorgen für Kostensenkungen, liefern eine außergewöhnliche Leistung, stellen keine Brandgefahr dar und bieten eine bemerkenswerte Widerstandsfähigkeit. Sie haben eine lange Lebensdauer und sind für den Einsatz in feuchten und kontaminierten Bereichen geeignet. Allerdings haben Trockentransformatoren im Vergleich zu ölgefüllten Transformatoren einige Nachteile: Sie sind im Allgemeinen mit höheren Kosten verbunden. Sie sind tendenziell größer und schwerer, was Handhabung und Transport schwieriger macht. Trockentransformatoren können auf bestimmte Bedingungen empfindlicher reagieren und einen höheren Geräuschpegel erzeugen als ihre ölgefüllten Gegenstücke. Trotz dieser Einschränkungen überwiegen ihre Gesamtvorteile oft die Nachteile, was sie zu einer bevorzugten Wahl für verschiedene Anwendungen macht.

Grüne Transformatoren: Neue grüne Transformatoren, die für extrem geräuscharme Anwendungen konzipiert sind, enthalten Esteröl, um den Brandschutz zu erhöhen. Diese umweltfreundlichen Transformatoren bieten gegenüber ihren herkömmlichen Gegenstücken viele Vorteile. Sie tragen insbesondere zu einem geringeren CO2-Fußabdruck bei und weisen eine langsamere Alterung auf, was eine länger anhaltende Leistung fördert. Einer der Hauptvorteile grüner Transformatoren sind ihre geringeren Lebenszykluskosten. Durch den Einsatz hermetisch abgedichteter Tanks entfällt die Notwendigkeit eines Ölausdehnungsgefäßes und der dazugehörigen Geräte. Diese Funktion reduziert den Wartungsaufwand erheblich, was zu Kosteneinsparungen über die gesamte Lebensdauer des Transformators führt.

Intelligente Transformatoren: Intelligente Transformatoren sind so konzipiert, dass sie anpassungsfähig sind und so die schwankenden Anforderungen des Stromnetzes effizient bewältigen können. Aufgrund ihrer Fähigkeit, Spannung, Strom und Leistungsfaktor zu überwachen und zu steuern, eignen sie sich gut für den Umgang mit Unsicherheiten, die durch intermittierende erneuerbare Energiequellen wie Solar- und Windkraft entstehen. Im Gegensatz zu herkömmlichen Transformatoren, die mit der Variabilität erneuerbarer Energien zu kämpfen haben, übernehmen intelligente Transformatoren die Aufgabe, diese Lücke zu schließen und einen reibungslosen und nahtlosen Fluss sauberer Energie zu gewährleisten. Über ihre Anwendung im Hauptnetz hinaus erweitern intelligente Transformatoren ihr Potenzial auf Mikronetze und verteilte Energieressourcen. Sie steuern geschickt den Stromfluss zwischen dem Hauptnetz und den lokalen Stromnetzen, was zu einer belastbareren und flexibleren Energieversorgung führt, was wiederum die allgemeine Netzstabilität stärkt. Zu den Hauptstärken intelligenter Transformatoren zählen ihre Vielseitigkeit und Kommunikationsfähigkeiten. Sie unterstützen die Integration erneuerbarer Energiequellen und Elektrofahrzeuge und spielen eine zentrale Rolle in der modernen Energielandschaft. Da diese Technologie ausgereifter und zugänglicher wird, versprechen intelligente Transformatoren erhebliche Auswirkungen auf den Energiesektor. Sie haben das Potenzial, den Weg in eine effiziente, zuverlässige und nachhaltige Zukunft zu ebnen, in der die dynamischen Anforderungen eines modernen Netzes effektiv bewältigt werden und der Weg für eine sauberere und widerstandsfähigere Energieinfrastruktur geebnet wird.

Andere Transformatoren: Zu den anderen in Indien verwendeten Leistungstransformatortechnologien gehören unter anderem Verteilungstransformatoren, Spartransformatoren, amorphe Kerntransformatoren und mobile Transformatoren. Verteilungstransformatoren werden in Indiens Stromverteilungsnetzen häufig eingesetzt, um Hochspannungsstrom aus dem Übertragungsnetz auf niedrigere Spannungen umzuwandeln, die für die Verbrauchernutzung geeignet sind. Diese Transformatoren gewährleisten eine sichere und zuverlässige Stromversorgung für Haushalte, Unternehmen und Industrien. Spartransformatoren werden in Situationen eingesetzt, in denen eine kleine Spannungsanpassung erforderlich ist, da sie über eine einzelne Wicklung mit Anzapfungen entlang der Spule verfügen, um das Spannungsverhältnis zu variieren. Sie werden häufig in Anwendungen wie der Spannungsregelung eingesetzt, bei denen die Last schwankt, beispielsweise bei der Elektrifizierung von Eisenbahnen. Darüber hinaus sollen Transformatoren mit amorphem Kern Energieverluste reduzieren und die Energieeffizienz verbessern. Sie verwenden amorphe Metalllegierungen für den Kern, die im Vergleich zu herkömmlichen Siliziumstahlkernen geringere Hysterese- und Wirbelstromverluste aufweisen. Diese Transformatoren tragen zur Energieeinsparung und zur Reduzierung der CO2-Emissionen bei. Darüber hinaus sind mobile Transformatoren für den schnellen Einsatz in Notsituationen wie Naturkatastrophen oder bei der Netzwartung konzipiert. Diese tragbaren Einheiten stellen eine vorübergehende Stromversorgung für kritische Einrichtungen bereit und tragen dazu bei, die Stromversorgung in betroffenen Gebieten schnell wiederherzustellen.

Der Weg nach vorn

In den kommenden Jahren werden wir wahrscheinlich einen Anstieg der Einführung intelligenter Transformatoren durch Verteilungs- und Übertragungsunternehmen erleben, und sie werden zu wichtigen Bestandteilen des modernen Stromnetzes werden. Diese Transformatoren arbeiten unabhängig, um die Spannung zu überwachen und eine nahtlose Kommunikation mit dem Smart Grid aufrechtzuerhalten. Diese Funktion ermöglicht die Fernverwaltung und Echtzeitanpassungen der Stromversorgungsparameter und erleichtert so eine effiziente und reaktionsschnelle Stromverteilung.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Transformatortechnologien kontinuierlich weiterentwickelt werden, um den sich verändernden Anforderungen von Energiesystemen gerecht zu werden und die Herausforderungen zu meistern, mit denen Versorgungsunternehmen konfrontiert sind. Durch den Einsatz geeigneter Technologie können Versorgungsunternehmen die Stromversorgungszuverlässigkeit verbessern, Fehler reduzieren und das Anlagenmanagement optimieren, um eine effizientere und zuverlässigere elektrische Infrastruktur zu schaffen.