Hoogspanningsschakelapparatuur: De nieuwste technologieën voor modernisering van het elektriciteitsnet

SF6-vrije hoogspanningsschakelapparatuur: Duurzame alternatieven die naleving van regelgeving stimuleren

Wettelijke en milieu-gerelateerde drijfveren achter de afschaffing van SF6

Wetten over de hele wereld dwingen bedrijven om te stoppen met het gebruik van zwavelhexafluoride (SF6) in hun elektrische systemen, omdat dit gas uiterst schadelijk is voor ons milieu. We hebben het hier over een stof die de atmosfeer 23.500 keer sterker opwarmt dan gewone koolstofdioxide. De Europese Unie heeft onlangs haar F-gasregelgeving bijgewerkt en wil dat alle nieuwe hoogspanningsapparatuur vanaf 2030 volledig stopt met het gebruik van SF6. En weet u wat? Meer dan vijftien andere landen zijn eveneens bezig met soortgelijke wetgeving. Deze regelgevende druk sluit aan bij de groene doelstellingen die veel bedrijven al jaren nastreven. Ongeveer acht op de tien energieleveranciers onderzoeken reeds alternatieven voor SF6, om te voorkomen dat ze worden getroffen door de zware boetes die van toepassing zijn bij overtreding van de regels (volgens onderzoek van het Ponemon Institute uit het afgelopen jaar zou dit tot wel $740.000 per incident kunnen oplopen). Denk er eens over na: milieutechnisch gezien veroorzaakt één enkele ton gelekt SF6 evenveel vervuiling als vijftig auto’s gedurende een heel jaar zouden produceren. Het vinden van milieuvriendelijke schakelmateriaaloplossingen is daarom absoluut cruciaal voor iedereen die elektriciteitsnetten beheert en daadwerkelijk belang hecht aan het verminderen van zijn impact op de klimaatverandering.

Vast geïsoleerde en schone-lucht-dielectrische technologieën in moderne hoogspanningschakelapparatuur

Twee bewezen, commercieel ingezette technologieën elimineren SF6 zonder afbreuk te doen aan de prestaties:

Bij massief geïsoleerde systemen zijn geleiders volledig omhuld met vacuümgegoten polymeermateriaal. Dit ontwerp elimineert elke kans op gaslekken en kan kortsluitstroomwaarden van meer dan 40 kiloampère aan. Voor schone-luchtalternatieven mengen fabrikanten gewone atmosferische gassen met zogeheten fluoroketonen. Deze mengsels bieden uitstekende isolatie-eigenschappen die nodig zijn voor toepassingen bij extreem hoge spanningen, waardoor apparatuur betrouwbaar blijft functioneren, zelfs bij spanningen tot 420 kV. Wanneer bedrijven overschakelen naar deze schone-lucht-systemen in plaats van traditionele systemen op basis van SF6-gas, besparen ze doorgaans ongeveer 200 ton CO2-equivalent per jaar. Ook de financiële voordelen zijn aanzienlijk, omdat beide benaderingen de onderhoudskosten gedurende de gehele levensduur met ongeveer 30% verminderen. Dit komt doordat geen ingewikkelde gasbeheertaken meer nodig zijn, zoals constante lekdetectie of terugwinning van gebruikte SF6-gas, wat op termijn tijd en geld bespaart.

Echt-wereldimplementatie in stedelijke Europese netwerken

In heel Europa testen grote steden SF6-vrije schakelapparatuur in praktijkomstandigheden waar ruimte beperkt is en de eisen hoog liggen. Neem bijvoorbeeld Londen. De stad heeft Blue GIS-technologie geïmplementeerd, die fluoroketon combineert met lucht om essentiële onderstations in het financiële district te voeden via het 132 kV-net. Wat maakt dit interessant? Zij zijn erin geslaagd alle SF6-emissies te elimineren, zonder enige storing van de dienstverlening. Ondertussen hebben lokale autoriteiten in Berlijn AirPlus-systemen geïnstalleerd die voldoen aan de strenge Duitse TA Luft-regelgeving. Deze installaties voldoen niet alleen aan milieuvoorschriften, maar verminderen ook de benodigde ruimte voor onderstations met bijna de helft. Beide projecten verwerken indrukwekkende belastingsdichtheden van meer dan 500 MW per vierkante kilometer. Vanuit een bredere perspectief schatten exploitanten dat deze locaties alleen al gedurende een periode van 20 jaar in totaal ongeveer 1,2 miljoen dollar besparingen opleveren. Dit bedrag is gebaseerd op meerdere factoren, waaronder het ontwijken van boetes voor koolstofbelasting, lagere onderhoudskosten en een langere levensduur van de apparatuur voordat vervanging noodzakelijk wordt.

Gedigitaliseerde hoogspanningschakelapparatuur: ondersteuning van voorspellend onderhoud en netweerstand

De kosten van storingen: hoe ongeplande uitval de digitale adoptie versnelt

De gemiddelde kosten van ongeplande storingen voor nutsbedrijven bedragen volgens het rapport van het Ponemon Institute uit vorig jaar ongeveer $740.000 per keer. Dit bedrag omvat alles, van het herstellen van defecte onderdelen tot het betalen van boetes, het vergoeden van klanten die stroomverlies hebben geleden en het omgaan met de inkomsten die verloren gaan tijdens serviceonderbrekingen. Oude apparatuur blijft een van de belangrijkste oorzaken van dergelijke kettingreactie-storingen in verschillende sectoren, wat zowel bedrijfsprocessen als de veiligheid van de gemeenschap in gevaar brengt. Daarom overwegen veel bedrijven niet langer alleen voorspellende technologieën, maar investeren zij er ook zwaar in. Deze systemen kunnen de onderhoudskosten met ongeveer 25 tot 30 procent verminderen ten opzichte van traditionele aanpakken, waarbij problemen pas worden opgelost nadat ze zich hebben voorgedaan. Bovendien helpen ze in sommige gevallen bijna de helft van de onverwachte stilstanden te voorkomen. In de sector is een duidelijke verschuiving waarneembaar naar de installatie van slimme schakelaars die zijn uitgerust met sensoren voor het verzamelen van realtimegegevens. Dit draagt bij aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet en tegelijkertijd aan het voldoen aan steeds strengere eisen van toezichthouders op het gebied van systeemweerstand.

IoT-sensoren, edge-analyse en digitale tweelingen in hoogspannings-schakelinstallaties

De moderne hoogspanningsschakelapparatuur van vandaag is uitgerust met IoT-sensoren die continu toezicht houden op allerlei parameters, waaronder temperatuurveranderingen, gedeeltelijke ontladingsgebeurtenissen, mechanische slijtageplekken en zelfs gasdichtheidsniveaus bij systemen die geen SF6 gebruiken. Deze edge-analytics verwerken de gegevens direct ter plaatse, bij de apparatuur zelf, wat betekent dat afwijkingen bijna onmiddellijk worden gedetecteerd en dat beslissingen over real-time uitschakeling kunnen worden genomen zonder te wachten op langzame cloudverwerking. Digitale tweelingen zijn hier ook een doorslaggevende innovatie. Zij creëren virtuele kopieën van daadwerkelijke apparatuur op basis van werkelijke natuurkundige principes. Onderhoudsteams kunnen simulaties uitvoeren om te tonen hoe warmte zich opbouwt, waar storingen zich mogelijk zullen verspreiden of hoe belastingen zich over het systeem herverdelen, lang voordat iets in bedrijf wordt genomen. Vervolgens passen zij hun onderhoudsplannen aan op basis van wat deze modellen voorspellen over de slijtage van componenten in de tijd. Het resultaat? In de meeste gevallen leeft de apparatuur ongeveer 40% langer, worden storingen ongeveer 40% sneller verholpen dan met traditionele methoden, en worden elektriciteitsnetten veel robuuster tegen alles, van fysieke schade tot cyberaanvallen.

Compacte gasgeïsoleerde schakelinstallatie (GIS) voor stedelijke netten en netversterkende technologieën

Trends in de toepassing van ruimtebesparende GIS in steden met beperkte beschikbare ruimte

GIS als mogelijkheidsverstrekker voor dynamische lijnbeoordeling en adaptieve beveiligingsschema’s

De huidige GIS-platforms doen veel meer dan alleen efficiënt ruimte beheren: ze vormen eigenlijk de basis voor technologieën ter verbetering van het elektriciteitsnet, bekend als GET’s (Grid Enhancement Technologies). Deze systemen zijn uitgerust met afgesloten compartimenten die klaarstaan voor sensoren, waardoor de installatie van kleine IoT-apparaten die gedetailleerde operationele gegevens verzamelen voor dynamische lijnbeoordelingssystemen (DLR-systemen) eenvoudig is. Wanneer deze DLR-systemen live geleidertemperaturen combineren met actuele weersomstandigheden en windsnelheden, kunnen zij de transmissiecapaciteit met 15 tot zelfs 30 procent verhogen, zonder dat nieuwe grondrechten of extra apparatuur nodig zijn. Een ander groot voordeel is hoe GIS ook ondersteuning biedt aan intelligente beveiligingsmechanismen. De relais passen zich automatisch aan bij wijzigingen in de nettopologie, bijvoorbeeld wanneer voedingslijnen worden herconfiguratieerd of wanneer DER-eilanden (Distributed Energy Resource islands) onverwacht opduiken. Hierdoor worden foutopsporings- en -uitschakeltijden aanzienlijk verkort ten opzichte van oude statische systemen — waarschijnlijk met ongeveer 40 procent, afhankelijk van de omstandigheden. Wat we hier zien gebeuren, is dat GIS zichzelf transformeert van een systeem dat simpelweg apparatuur bevat naar een echte werkpaard die bijdraagt aan de stabiliteit van het elektriciteitsnet en tegelijkertijd de integratie van hernieuwbare energiebronnen soepel mogelijk maakt.

Veelgestelde vragen

Waarom wordt SF6 uit elektrische systemen gefaseerd?

SF6 wordt uit elektrische systemen gefaseerd vanwege zijn extreem hoge potentieel voor wereldwijde opwarming, dat 23.500 keer groter is dan dat van koolstofdioxide. Regelgeving dwingt tot het gebruik van duurzamere alternatieven om milieuschade te voorkomen.

Welke technologieën vervangen SF6 in hoogspanningschakelapparatuur?

Twee belangrijke technologieën die SF6 vervangen, zijn vast geïsoleerde systemen en schone-lucht-dielectrische systemen, die beide een aanzienlijk lagere milieubelasting hebben.

Hoe profiteren nutsbedrijven van voorspellende onderhoudssystemen?

Voorspellende onderhoudssystemen verminderen de onderhoudskosten met 25 tot 30 procent en helpen onverwachte stilstanden te voorkomen, waardoor de betrouwbaarheid van het elektriciteitsnet en de operationele efficiëntie worden verbeterd.

Welke rol speelt GIS in moderne elektriciteitsnetten?

GIS draagt bij aan een efficiënt ruimtebeheer, ondersteunt dynamische lijnbeoordeling en maakt intelligente beveiligingsschema’s mogelijk, wat de stabiliteit en aanpasbaarheid van het net versterkt, met name in stedelijke omgevingen.