Mehr Leistung bei geringeren Kosten

Supraleiter-Transformator mit Strombegrenzer

19. April 2013, 11:00 Uhr   |  Heinz Arnold

Hochtemperatur-Supraleiterdrähte (HTS) der zweiten Generation (2G) von SuperPower finden Einsatz in Transformatoren mit Fehlerstrom-Begrenzungsfunktion. Beim ersten Prototypen handelt es sich um einen 28-MVA-Mittelspannungstransformator.

Im Rahmen des »American Recovery and Reinvestment Act« von 2009 fördert das US-Energieministerium Smart-Grid-Demonstrationsprojekte von Transformatoren mit Fehlerstrom-Begrenzungsfunktion. Die Federführung hat SuperPower, ein Tochterunternehmen der japanischen Furukawa Electric Company, übernommen. Weitere Projektbeteiligte sind SPX-Transformer Solutions (ehemals SPX-Waukesha Electric Systems), Southern California Edison sowie die Universität von Houston. Ziel des Programmes ist die Entwicklung, Konstruktion und Herstellung eines für Smart Grids geeigneten Mittelspannungstransformators für 28 MVA. Dieser Dreiphasen-Hochleistungs-Transformator mit Fehlerstrombegrenzung wird Southern Californian Edison zu Testzwecken zwei Jahre im Umspannwerk Irwine (Kalifornien) betreiben.

Zusätzlich zu ihrer höheren Effizienz und den sicherheitstechnischen Vorteilen einer ölfreien Kühlung benötigen Transformatoren mit HTS deutlich weniger Platz als ihre konventionellen Pendants. Deshalb können bestehende Umspannwerke ihre Verteilkapazität erhöhen, ohne auf begrenzten Grundstücken expandieren oder in teure Gelände investieren zu müssen. Durch die Integration einer Strombegrenzung kann der Transformator schnell auf hohe Fehlerströme reagieren und sie ohne aktive Schaltelemente auf ein tolerierbares Maß begrenzen – und dies bei einer hohen zu übertragenden Nennleistung.

Die Transformatoren sind nur ein Beispiel für Geräte, in denen die 2G-HTS-Drähte von SuperPower neue Geräte ermöglichen, die in den USA derzeit zu Demonstrationszwecken entwickelt werden. Weitere Beispiele sind supraleitende Energiespeicher und Windkraftgeneratoren. »Die Lieferungen unserer Hochleistungsdrähte laufen planmäßig und entsprechen voll und ganz den technischen Anforderungen. Die Testergebnisse erfüllen oder übertreffen sogar die Erwartungen. Neue Drahtentwicklungen verlaufen ebenfalls wie geplant«, sagt Traute Lehner, Senior Manager of Marketing and Government Affairs von SuperPower.

Davon ist auch Shirish Mehta, technischer Berater von SPX Waukesha überzeugt: »Wir haben große Fortschritte gemacht und die wichtigen Meilensteine des Projekts in der geplanten Zeit erreicht. Wir sind erfreut über die jüngsten Testergebnisse. Bei ihnen haben wir die Wechselspannungsverluste des Supraleiters im Querfeld in der Leiteranordnung gemessen, die wir für die Wicklung des fehlerstrombegrenzenden Transformators entworfen haben. Wir werden den Stromfluss noch in weiteren Tests bei verschiedenen Feldstärken und -richtungen untersuchen, um die ersten Ergebnisse zu bestätigen. Diese Validierung soll als Wegweiser dienen, um letztendlich einen sehr verlustarmen Transformator mit einem einfacheren Kühlsystem zu entwickeln, von dem wir uns mehr Leistung bei geringeren Kosten erhoffen. Unsere Erwartung ist, dass diese Verbesserungen die Einführung der neuen Technologie bei den Netzbetreibern wesentlich beschleunigt.« Laut Metha schreiten auch die übrigen Entwicklungen, die für den Bau des Transformators entscheidend sind, gut voran. Dazu zählen die kryo-dielektrischen Materialen und die Wicklungstechnik. »Wir freuen uns auf die Installation dieses 28-MVA-Transformators im Netz der Southern California Edison, um seine Leistung unter realen Bedingungen zwei Jahre lang untersuchen zu können«, so Metha.

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