Přihlásit se k odběru Stáhnout PDF
Smart Grids

Blue line

Produkty vvn „SF6 free“

Globální oteplování je „horkým“ tématem současnosti. Aby se globální nárůst teploty podařilo omezit na maximálně 2°C, podle Rámcové úmluvy OSN o změně klimatu by rozvinuté země měly do roku 2050 snížit emise skleníkových plynů o 80–95 % oproti roku 1990. K ochraně klimatu směřují kromě jiného nařízení EU č. 517/2014 zaměřená na emise fluorovaných skleníkových plynů, například fluoridu sírového – SF6, který se používá ve spínacích přístrojích i rozváděčích vvn a vn. Již na rok 2020 je například stanoveno přezkoumání možných alternativ pro sekundární rozváděče vn. Jaké dopady mohou mít nová nařízení EU nejen na tato energetická zařízení s plynem SF6?

Od ekologického designu k produktům vvn „SF6 free“

Společnost Siemens se na ochranu životního prostředí zaměřuje již mnoho let. Již v roce 1993 kupříkladu zavedla takzvaný ekologický design, který se stal integrální součástí vývoje i výrobního procesu. Problematika plynu SF6, který Siemens jako zhášecí i izolační médium pro zařízení vvn s úspěchem používá již od roku 1968, rozhodně nezůstala stranou. V roce 2005 společnost dobrovolně přistoupila k opatřením ke snížení míry emisí SF6. Jen výrobní závod Siemens pro techniku vvn v Berlíně dosáhl již mezi léty 2010–15 trojnásobné snížení celkové míry jeho emisí, a to nejen v rámci výroby, ale také díky vysoké plynotěsnosti finálního produktu. U vypínačů i zapouzdřených rozvoden vvn Siemens dnes únik SF6 dosahuje maximálně 0,1 % ročně pro každý plynem samostatně plněný prostor.

Modrá řada produktů s „clean air“

Nejvýznamnější vliv má samozřejmě použití a množství samotného média SF6, přičemž například u vypínačů 123/145 kV Siemens došlo v několika posledních letech k úspoře asi 12 % náplně plynu. K zcela zásadnímu výsledku lze ovšem dojít pouze úplnou ekvivalentní náhradou plynu SF6 jako takového. Proto Siemens představil novou řadu produktů „SF6 free“, zvaných též „CO2 neutral“ nebo komerčně také „blue line“, tedy modrá řada.

Prozatím se jedná o vypínače 3AV1 do 145 kV, zapouzdřené rozvodny 8VM1 do 72,5 kV, zapouzdřené rozvodny 8VN1 do 145 kV, přístrojové transformátory vvn a generátorové vypínače vn HB3. Společným ukazatelem těchto produktů je nahrazení SF6 vakuem v roli zhášecího média a takzvaným „čistým vzduchem“, „clean air“, který slouží jako izolační médium.

„Clean air“ je syntetická směs 80 % dusíku a 20 % kyslíku, filtrovaná a zcela suchá. Její využití jako izolačního média představuje inovaci, kterou provází řada výhod.

Vypínače SF6 vvn a zvn Siemens se mimo jiné vyznačují minimálními požadavky na instalaci, provoz a údržbu, dlouhou životností, která dosahuje minimálně 50 let, a mimořádnou spolehlivostí. Střední doba mezi poruchami („MTBF“ – „main time between failure“) je přitom ve srovnání se statistikou CIGRE více než 15x delší. Vynikající parametry produktů jsou výsledkem sto let trvajícího procesu vývoje a výroby spínací techniky. Právě takové bohaté zkušenosti jsou zároveň předpokladem úspěchu při vývoji technicky i komerčně využitelných a spolehlivých vypínačů „SF6 free“.

Vakuové vypínače vvn

Při vývoji vakuových vypínačů vvn příští generace navázal Siemens na vlastní více než 40leté zkušenosti z oblasti vakuových zhášedel vn – na celém světě je v provozu již přes 5,5 milionu těchto zařízení Siemens pro jmenovité napětí až 52 kV. Zhášecím prostředkem i nadále zůstává vakuum, pro médium izolační však bylo nutno za ně nalézt náhradu. Po zkušebních aplikacích s dusíkem byl pro izolaci vybrán a úspěšně testován již výše uvedený „clean air“. Výsledkem je produkt vvn se stejnými spolehlivostními předpoklady jako jeho osvědčení předchůdci vn.

Nové vakuové vypínače vvn jako finální produkt přitom přímo navazují především na osvědčenou řadu vypínačů se zhášecím i izolačním médiem SF6 typové řady 3AP1, se zhášedlem využívajícím vlastní energii oblouku (původní patent Siemens) a pružinového střádačového pohonu, včetně izolátorů, převodového mechanického ústrojí a nosných konstrukcí. V úspěšném modulárním konceptu těchto vypínačů byla v podstatě modifikována až nahrazena „jenom“ zhášecí komora.

V srpnu 2010 byly realizovány první pilotní projekty pro vakuové vypínače 3AV1-72,5 kV, pro které jsou již dnes k dispozici kompletní typové zkoušky podle IEC 62271-100 a v reálném provozu bylo provedeno minimálně 6500 úspěšných spínacích operací. První referenční dodávky vakuových vypínačů 72,5 kV byly uskutečněny do Francie, Belgie a Lucemburska.

Řešení pro Českou republiku

Podstatně zajímavější a perspektivnější pro Českou republiku však budou vypínače 3AV1-145 kV. Ve světě byly v roce 2017 aplikovány v prvních pilotních projektech (pro sítě 123 kV a 145 kV v Německu a ve Švýcarsku), v přípravě jsou dodávky do Polska, které by se měly realizovat v roce 2018. Jak již bylo zmíněno, tyto vypínače konstrukčně navazují na vypínače SF6 typové řady 3AP1. Kromě toho představují jejich nástupce ohledně jmenovitých parametrů a provozních charakteristik. To mimo jiné znamená, že i tyto nové vypínače, prozatím pro jmenovité napětí do 145 kV, dosahují jmenovitého proudu až 3150 A a vypínacího proudu až 40 kA.

Řez zhášecí komorou vypínače 3AV1FG-72,5 kV (Principiálně stejná je i komora pro vakuové vypínače 145/123 kV, ale vnější izolace je ve standardním provedení polymerová.)

Řez zhášecí komorou vypínače 3AV1FG-72,5 kV (Principiálně stejná je i komora pro vakuové vypínače 145/123 kV, ale vnější izolace je ve standardním provedení polymerová.)

 

Skutečnost, že pro nové vypínače „SF6 free“ není nutno řešit problémy s postupným zkapalňováním plynu při teplotách kolem -33 °C a níže, znamená, že rozsah provozních teplot nových vypínačů je -60 °C až +55 °C, a to bez jakéhokoliv omezení velikosti jmenovitých vypínacích proudů nebo potřeby nasazení směsných plynů (se zachováním značného podílu SF6) nebo vypínačů „dead tank“ (s vyhříváním kovových pouzder).

Výsledkem náročného vývoje je nový vakuový vypínač, jehož vnější design se na první pohled příliš neliší od vypínače SF6, nicméně zásadní změnu představuje jiný typ a princip zhášecí komory. Tento posun produkt zařazuje do nové generace vypínačů vvn „SF6 free“ nebo také „CO2 neutral“. Nová, nebo přinejmenším zcela modifikovaná zhášecí komora sestává, stejně jako její „SF6 předchůdci“, z pevných a pohyblivých kontaktních částí a zhášecí roury, třebaže samozřejmě jiné geometrie a vnitřního uspořádání. Na rozdíl od „SF6 předchůdců“ nebo přesněji ještě dlouhou dobu „SF6 současníků“ jsou však zhášecí a izolační média rozdílná. Zhášecím prostředkem je vakuum, vnitřním izolačním médiem syntetický čistý vzduch „clean air“.


První zapouzdřené rozvodny vvn „SF6 free“ (72,5 kV)

Po zprovoznění prvních pilotních projektů vakuových vypínačů 72,5 kV s izolací „clean air“ pokračoval poměrně rychlý vývoj Siemens produktů „blue line“ až k prvním dodávkám zapouzdřených rozvoden vvn „SF6 free“, konkrétně typu 8VM1-72,5 kV, v roce 2016. Tyto rozvodny jsou určeny pro jmenovité provozní proudy do 1250 A a jmenovité vypínací proudy do 25 kA. Šířka pole činí 1050 mm, výška cca 2300 mm, hloubka cca 2500 mm a hmotnost cca 1,6 t – tyto parametry jsou odvislé od konkrétního uspořádání.

Nové zapouzdřené rozvodny vvn „SF6 free“ do 145 kV

V dubnu 2017 byla na tradičním veletrhu v Hannoveru představena nová zapouzdřená rozvodna „SF6 free“ 8VN1-145 kV, která doplnila aktuální výrobní spektrum zapouzdřených rozvoden s izolací SF6 (8DN8 do 170 kV, 8DN9 do 245 kV a 8DQ1 do 550 kV). Jedná se vlastně o první „ryzí“ zapouzdřenou rozvodnu „SF6 free“, protože předchozí GIS 8VM1-72,5 kV byla určena „pouze“ pro jednotlivá pole.

Nová GIS 8VN1-145 kV dosahuje nejen stejných základních jmenovitých parametrů jako její dosavadní „sestra“ 8DN8-145 kV, ale např. i téže předpokládané životnosti 50 let, téhož bezrevizního intervalu 25 let i stejné plynotěsnosti (s únikem „clean air“ max. 0,1 % pro každý jednotlivě plynem plněný prostor). Standardně je tato GIS v nabídce, stejně jako její „předchůdci a současníci“ s izolací SF6, v provedení s konvenčními transformátory. Rozměrově je pouze o málo větší, např. šířka nové GIS 8VN1-145 kV činí 1000 mm, tj. jen o 200 mm více oproti GIS 8DN8-145 kV (pro provedení vypínače s jedním společným pohonem všech tří pólů). Plnicí tlak (přetlak) izolačního média „clean air“ je pouze o asi 0,1 MPa vyšší oproti GIS s médiem SF6.

Již na zmíněném posledním veletrhu v Hannoveru byla však představena nová „SF6 free“ GIS 8VN1-145 kV v alternativě s nekonvenčními přístrojovými transformátory („NCIT – non-conventional instrument transformer“). Také v tomto provedení zůstává šířka pole 1000 mm, ale zařízení je o 300 mm nižší a do hloubky zasahuje dokonce o 1800 mm méně! Úspora dispoziční plochy a prostoru je tak velmi výrazná. I pro novou GIS 8VN1-145 kV je zachována modulární koncepce konstrukce rozváděče.

Výhody nové GIS „SF6 free“

Modulární systém je velmi variabilní a umožňuje realizovat příslušnou sestavu prakticky bez omezení podle provozní potřeby uživatelů, nabídka se provede víceméně jednoduše „na míru“ podle zadaného jednopólového schématu. Umožňuje-li to dispoziční prostor (a v naprosté většině případů tomu tak bývá), bere se při praktickém návrhu dispozice GIS vždy v úvahu rovněž dobrá přístupnost ovládacích, kontrolních a servisních elementů pro obsluhu (ovládacích skříní, motorů pohonů vypínačů a odpojovačů/uzemňovačů, plnicích ventilů, snímačů hustoty, uzemňovacích bodů, event. inspekčních okének atd.) V kombinaci s nutnými nebo vhodnými kompenzátory, eventuálně mezipřípojnicovými spojovacími moduly (rovněž samostatně plynem plněnými oddělovacími prostory pro snazší, případné pozdější rozšiřování GIS nebo řešení poruch, třebaže nepříliš pravděpodobných) se vytváří „dvojice“ polí, a všechny ovládací a kontrolní prvky jsou tudíž dobře přístupné alespoň z jedné strany. Nelze také opomenout celkovou zásadní úsporu zastavěné plochy a prostoru.

 

Zařízení „SF6 free“ a nové předpisy EU

Orgány EU zatím kladou větší důraz na bezpečnost dodávek elektrické energie než na dramatické omezování či dokonce úplný zákaz používání skleníkových plynů v elektroenergetice. Kvůli horší materiálové a energetické účinnosti alternativ by nakonec paradoxně mohlo dojít k ještě větším emisím CO2.  Vyslaly však jasný signál zaměřený na intenzivnější úsilí v oblasti výzkumu a vývoje alternativ k plynu SF6. Jak již bylo zmíněno v úvodu, nové nařízení EU č. 517/2014 stanovuje již na rok 2020 přezkoumání specifických aplikací, u kterých mají být na základě kritérií ekologické rovnováhy předloženy alternativy k plynu SF6 pro použití v sekundárních distribučních rozváděčích vysokého napětí. V elektroenergetice byla přitom již nyní v souvislosti s používáním SF6 přijata, případně zachována a rozšířena technická, provozní, monitorovací a evidenční opatření.

Nové nařízení EU č. 517/2014 udává pokračující směr také pro odpovědné používání fluoridu sírového, aby bylo možné dosáhnout evropských cílů, týkajících se ochrany klimatu a energetické účinnosti.

Předpokládané trendy dalšího vývoje

Řada významných přenosových a distribučních evropských společností reagovala na Nové nařízení EU č. 517/2014 s předstihem nebo s jeho vydáním, resp. Účinností, zapracováním relevantních opatření a cílů do svých střednědobých a dlouhodobých rozvojových plánů. Obdobné cíle nebo alespoň obecnější proklamace ovšem mají i společnosti další, a to rovněž mimoevropské. V České republice například společnost ČEZ Distribuce, a. s., již nyní uvádí na svých internetových stránkách věnovaných životnímu prostředí riziko znečištění ovzduší SF6 mezi čtyřmi jmenovanými nejvýznamnějšími environmentálními aspekty (třebaže zatím jen všeobecně a bez konkrétních cílů nebo závazků). 

Na související nové výzvy se společnost Siemens dobře a s předstihem připravovala a připravuje. První vakuové vypínače 72,5 kV jsou již úspěšně v provozu několik let v několika zemích, koncem loňského roku byly uvedeny do provozu první vakuové vypínače 145 (123) kV.

Zapouzdřené rozvodny vvn „SF6 free“ – řešení bez kompromisů

Využívání fluorovaných plynů i v elektroenergetice je stále nižší a postupně pravděpodobně zcela vymizí. Proto je nejen tendence, ale i reálná potřeba hledat jejich ekvivalent a zejména nové aplikace. S pravděpodobností blížící se jistotě budou pokračovat všeobecné ekologické tendence k omezování používání skleníkových plynů, a tedy budou přijímány přísnější právně závazné zákony, nařízení a předpisy v této oblasti. Bude je muset respektovat i energetika, které se týkala a týká určitá „výjimka“. Právě z pohledu omezování používání SF6 má tak oproti některým jiným průmyslovým odvětvím a aplikacím určité zpoždění.

Právě řešení nových zapouzdřených rozvoden vvn „SF6 free“ Siemens je přitom první v této oblasti, které se obejde bez jakýchkoliv kompromisů. Na rozdíl od některých jiných aplikací ostatních výrobců se zde pracuje výlučně se zcela čistým a suchým stlačeným syntetickým vzduchem „clean air“ (ve složení 80 % N2 a 20 % O2). Izolační médium „clean air“ je zde použito bez jakýchkoliv příměsí, a je tak dokonalou náhradou nejen za samotný SF6, ale rovněž za fluor, uhlík a jejich sloučeniny. Přirozeným způsobem tak vylučuje i možnost jejich reakcí a vzniku nežádoucích sloučenin. Proto není třeba řešit ani jejich potenciál globálního oteplování (GWP), ani poločas rozpadu v atmosféře. Další nespornou výhodou tohoto řešení je skutečnost, že „clean air“ díky svým vlastnostem nevyvolá potřebu nové normotvorby či úprav současných norem.

Mohlo by vás také zajímat