Es passiert so gut wie nie. Aber wenn doch, kann es böse enden: ein Trafobrand nach Spannungsüberschlag. Ein neuer Passivschutz bewahrt Betreiber vor heftigen Schäden.
Schadensfälle in Transformatorwicklungen, Durchführungen und Stufenschaltern, bei denen große Energien freigesetzt werden, sind extrem selten. Sollten sie doch einmal vorkommen, bildet sich hoher Druck, verursacht durch einen Lichtbogen, der die umgebende Isolierflüssigkeit verdampfen lässt. Die Auswirkungen können gravierend sein, wenn der Vorgang unkontrolliert abläuft. Generell sind Transformatortanks und Schutzsysteme, auch die von Stufenschaltern, darauf vorbereitet: Im Fehlerfall bauen sie Druck möglichst so kontrolliert ab, dass die Auswirkungen auf die Umgebung minimiert werden.
Insbesondere für die seltenen Ereignisse mit sehr hohen Energien gibt es aber Optimierungspotenzial, um das Risiko noch weiter zu reduzieren. Daher wurden und werden Designs und Schutzsysteme immer weiter verbessert, etwa durch robuste Transformatorkessel. Im Falle eines Störlichtbogens im Transformatorkessel baut sich die frei werdende Energie ab, indem sie den Kessel verformt. Das ist nachweislich die wirksamste Maßnahme gegen Feuer nach einem hochenergetischen Störlichtbogen.
Das renommierte Chinese Electric Power Research Institute (CEPRI) hat den BPS-Passivschutz harten Echttests unterzogen, indem es hochenergetische Lichtbogenüberschläge in Test-Transformatoren provoziert hat.
Anwender wie Netzbetreiber können ihre Transformatoren mit verstärkten BPS-Abdeckungen jederzeit nachrüsten.
Als Ergänzung für robuste Transformatortanks hat MR das BPS – Burst Prevention System entwickelt. Das Gesamtergebnis ist ein Transformator, der die Auswirkungen solcher Schadensereignisse möglichst klein hält. Sowohl für Betreiber von Energieinfrastruktur als auch für Industriebetriebe und dort, wo die Platzverhältnisse beengt sind, kann dies von großer Bedeutung sein.
Der Deckel kriegt Verstärkung
Die Ingenieure von MR haben sämtliche relevanten Teile am Laststufenschalter unter die Lupe genommen und verstärkt: vom Stufenschalterdeckel über die Getriebestufe, Verschraubungen, Strömungsrelais und Schauglas bis hin zum Druckentlastungsventil für einen gerichteten Ölabfluss. Computersimulationen zeigen, dass mit dem BPS Störungen bis 10 Megajoule in 80 Millisekunden und 50 Bar Druck beherrscht werden (wie das genau funktioniert, sehen Sie in der Illustration unten).
Fünf Szenarien, wann sich BPS besonders lohnt:
Wertvolle
Komponenten
im Umfeld
Wertvolle
Komponenten
im Umfeld
Eine Explosion kann Komponenten in der Nähe beschädigen und in Brand setzen. Besonders bei wertvoller Infrastruktur in der Umgebung, wie zum Beispiel in Umspannwerken für Hochspannungsgleichstromübertragung (HGÜ), empfiehlt sich ein zusätzlicher Passivschutz.
Sensible
Ökosysteme
Sensible
Ökosysteme
Nahe an Gewässern oder in Naturschutzgebieten verhindert ein BPS massive Umweltverschmutzung sowie hohe Beseitigungskosten bei Ölaustritt.
Offshore
Windparks
Offshore
Windparks
Infrastruktur, die schwer zu erreichen ist, wie etwa Offshore-Anlagen, profitieren vom geringeren Risiko. Denn dort ließen sich Brände im Notfall nur schwer und spät bekämpfen.
Transformatoren
in Gebäuden
Transformatoren
in Gebäuden
In Stahlwerken oder bei bestimmten Fabriken befinden sich Transformatoren im Inneren von Gebäuden. Eine Explosion wäre hier eine große Gefahr für die Mitarbeiter und könnte das Fabrikgebäude beschädigen.
Urbane
Umgebung
Urbane
Umgebung
Je mehr Menschen in der Nähe eines Transformators wohnen, desto höher die Gefahr, dass sich im Katastrophenfall jemand verletzt oder eine Rauchvergiftung erleidet. Ein BPS hilft dabei, dies zu verhindern.
Das BPS wurde nicht nur mittels zahlreicher Simulationen validiert, sondern auch in einem Test mit echtem Lichtbogen in Kooperation mit dem Chinese Electric Power Research Institute (CEPRI): Die Ingenieure setzten einen mit dem BPS ausgerüsteten Testtransformator der Belastung eines 5,6‑Megajoule-Lichtbogens innerhalb von 50 Millisekunden aus. Das BPS hielt dem darauffolgenden, rasch ansteigenden Druck von rund 40 Bar stand. Dieses Ergebnis überzeugte einen chinesischen Netzbetreiber davon, die ersten Transformatoren im Feld in einer Retrofit-Aktion nachzurüsten.
Das passiert, wenn’s passiert:
1.
Lichtbogen
Lichtbögen entstehen, wenn Isolationsstrecken überlastet sind. Die meisten Lichtbogenüberschläge verlaufen glimpflich. Doch es gibt auch heftige, mit Energien von mehreren Megajoule. Dieses Beispiel geht von einem solchen hochenergetischen Lichtbogen aus.
2.
Druckentwicklung
Durch die kurze, immense Hitze verdampft das umgebende Isolieröl und dehnt sich durch das entstehende Gas aus. Oben am Deckel des Laststufenschalters öffnet sich automatisch eine Druckentlastungseinrichtung und lässt Öl und Druck ab. In unserem Beispiel reicht das jedoch nicht aus und der Druck wird so groß, dass er die Wände des Laststufenschaltergehäuses dehnt.
3.
verstärkte Abdeckung
normale Abdeckung
Entlastung
Eine verstärkte BPS-Abdeckung hält stand, der Druck bricht stattdessen den Gehäuseboden auf und entweicht in das Innere des Trafos. Die Flexibilität des Kessels ist so groß, dass er alle Energie aufnimmt, ohne dass Öl unkontrolliert austritt. Falls nötig, lässt die Druckent-lastungseinrichtung des Trafos gezielt Öl in eine Wanne ab. Auf diese Weise bleibt die Umgebung unbeeinträchtigt.
Explosion
Steigt der Druck zu stark oder zu plötzlich, birst die Abdeckung. Ein Schwall Öl und Dampf folgt und kann sich entzünden. Weiteres Öl tritt aus und verschmutzt die Umgebung.
IHR ANSPRECHPARTNER
Haben Sie Fragen zum BPS — Burst Prevention System?
Martin Guth ist für Sie da:
M.Guth@reinhausen.com
