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DIE LÖSUNG FÜR VARIABLE SHUNT REAKTOREN

VACUTAP® VRX FÜR HÖCHSTE ANFORDERUNGEN AN DEN REGELBEREICH.

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VACUTAP® VRX

Wirkungsweise von Shunt-Reaktoren und variablen Shunt-Reaktoren am Beispiel einer Freileitung.

Zu Schwachlastzeiten (bzw. im Extremfall von keiner Last) wird Leistung übertragen, die geringer ist, als die natürliche Leistung der Freileitung. Bedingt durch die unvermeidbaren Leiter-Erd-Kapazitäten wirkt die Freileitung dann kapazitiv. Je geringer die Belastung, desto größer ist diese Wirkung und desto höher steigt

die Spannung U2 am Ende der Leitung (Ferranti-Effekt). Dies kann zu Spannungsbandverletzung und im schlimmsten Fall zur Beschädigung von Betriebsmitteln führen. Zudem ist ein effizi-enter und verlustminimierter Betrieb der Freileitung auch nicht immer gewährleistet.

Durch den Einsatz von ungeregelten Shunt-Reaktoren können sowohl die Überspannung am Ende der Freileitung als auch die Übertragungsverluste reduziert werden. Um die Blindleistungs-kompensation mittels Shunt-Reaktoren möglichst gut an die Situation im Netz anpassen zu können, sind mehrere Shunt-Reaktoren parallel notwendig, die bei Bedarf in unterschiedlichen Kombination zu- oder abgeschaltet werden müssen. Das Zu- und Abschalten wird i.d.R. mit Leistungsschaltern realisiert. Anderen-falls, beim Einsatz nur eines Shunt-Reaktors, ist die Blindleis-tungskompensation nur für einen bestimmten Lastfall optimal. Bei Abweichung von diesem Lastfall findet eine Über- bzw. Unter-kompensation statt, was einen zusätzlichen Spannungsabfall bzw. –anstieg entlang der Freileitung, mit den bekannten Nachteilen, zur Folge hat.

Der Einsatz mehrerer ungeregelter Shunt-Reaktoren parallel hat nicht nur einen hohen Investitions- und Platzbedarf im Umspannwerk zur Folge, sondern führt auch zu hohen Wartungs-kosten z. B. an den Leistungsschaltern, die bereits nach ca. 10.000 Operationen gewartet werden müssen.

Zudem kann das Zu- und Abschalten von SR großer Leistung an das Netz mittels Leistungsschalter zu unerwünschten, kritischen Ausgleichsvorgängen im Netz führen.

Eine technisch optimale und wirtschaftliche Alternative ist der Einsatz eines mit MR-Stufenschaltern geregelten Shunt-Reaktors.

U

s (km)

Spannungsverlauf im Schwachlastfall

Freileitung OHNE Blindleistungskompensation durch Shunt-Reaktoren

U

s (km)

Freileitung MIT Blindleistungskompensation durch UNGEREGELTEN Shunt-Reaktoren (SR)

Spannungsverlauf bei–– Unterkompensation–– optimaler Kompensation–– Überkompensation

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Mit der Entwicklung des VACUTAP® VRX stellt MR eine überle- gene und einzigartige Lösung bereit, um variable Shunt–Reak-toren so auslegen zu können, dass sie über einen extrem großen Regelbereich von bis zu 80% auch auf hohen Spannungsebenen verfügen. Besonders in herausfordernden VSR-Anwendungen mit dem Bedarf eines großen Regelbereichs war der Laststufenschal-ter häufig die limitierende Größe. Mit dem Design des VACUTAP® VRX ist nun eine zuverlässige und wirtschaftliche Lösung verfüg-bar. Diese beruht auf der bewährten, bis 300.000 Schaltungen wartungsfreien VACUTAP®-Technologie und bietet maximale Flexibilität und Effizienz in der Netzführung.

Durch einen VACUTAP® VRX in einem variablen Shunt-Reaktor ist es möglich,I Überspannungen am Ende der Freileitung oder in Kabelstrecken

und mögliche Schäden an Betriebsmitteln zu vermeiden – und das mit nur einer geregelten Einheit.

I die Spannungsqualität und die Netzstabilität zu erhöhen, Spannungsbandverletzungen zu vermeiden und die Anzahl ungeplanter Netzeingriffe zu reduzieren.

I durch die feine Stufung der Induktivität mittels Laststufen-schalter über einen großen Regelbereich trotz schwankender Last- und Einspeisesituation einen ausgeglichen Blindleis-tungshaushalt zu realisieren und damit eine optimale und sichere Netzführung zu realisieren.

I durch optimale Blindleistungsregelung Übertragungsverluste und Belastungen von Betriebsmitteln zu minimieren und die Übertragungskapazität für Wirkleistung zu erhöhen.

I durch den großen Regelbereich flexibel auf Änderungen im Netz zu reagieren (Netzausbau, zusätzliche Einbindung regenerativer Energieträger) und den Shunt-Reaktor bei Bedarf in anderen Netzabschnitten zu integrieren.

I mit nur einer Einheit eine technisch und wirtschaftlich überle-gene Blindleistungskompensation bereitzustellen. Im Vergleich zu dem Einsatz von ungeregelten Shunt-Reaktoren ist hier eine technisch bessere Lösung mit geringeren Investitionskosten, geringem Platzbedarf und Wartungskosten möglich, da die Anzahl an Komponenten reduziert werden kann. Dies führt zur Minimierung der Life-cycle costs.

Typische Einsatzgebiete

I Lange ÜbertragungsleitungenI Netzabschnitte mit KabelstreckenI Netzabschnitte mit großer volatiler Leistungseinspeisung

wie zum Beispiel durch regenerative EnergieträgerI Anbindungen von Offshore-WindparksI Netze mit starker Schwankung der Last – und Einspeise-

situation

U

s (km)

Freileitung MIT Blindleistungskompensation durch VARIABLE Shunt-Reaktoren (VSR)

Spannungsverlauf unabhängig von der Lastsituation

VARIABLE SHUNT-REAKTOREN MIT VACUTAP® VRX.

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VACUTAP® VRX. FÜR MAXIMALE FLEXIBILITÄT UND EFFIZIENZ.

Für eine sichere, effi ziente und verlustminimierte Netzführung ist ein ausgeglichener Blindleistungshaushalt entscheidend. Der Blindleistungsbedarf ändert sich mit der jeweiligen Verbrauchs- und Einspeisesituation. Diese unterliegt teilweise starken saisonalen und tagesabhängigen Schwankungen. Gerade durch die verstärkte Einbindung von erneuerbaren Energien ist auch die Einspeisesituation deutlich volatiler geworden. Diese Einspeise-spitzen müssen sich allerdings nicht mit den Lastspitzen decken. In vielen Fällen wird die erzeugte elektrische Leistung über Freileitungen zu Verbrauchszentren transportiert.

Grundsätzlich lassen sich für Freileitungen drei Lastfälle unter-scheiden:I Die übertragene Leistung entspricht der sogenannten natür-

lichen Leistung der Leitung. In diesem Fall ist bezüglich der Spannungshaltung keine Kompensationsmaßnahme erforder-lich, da keine signifi kante Änderung der Spannung entlang der Leitung auftritt.

I Die übertragene Leistung ist höher als die natürliche Leistung der Leitung. Hier wirkt die Leitung „induktiv“ und es tritt ein Spannungsabfall entlang der Leitung auf.

I Die übertragene Leistung ist geringer als die natürlich Leistung der Leistung. In diesem Zustand wirkt die Leitung „kapazitiv“ und die Spannung steigt entlang der Leitung, ist am Leitungs-ende also höher als am Leitungsbeginn. Dieser Effekt wird als Ferranti-Effekt bezeichnet.

Der VACUTAP® VRX vereint die Vorteile der bewährten Vakuumtechnologie mit höchsten Anforderungen an den Regelbereich wie bei variablen Shunt-Reaktoren.

Das heißt, dass insbesondere im Schwachlastfall bzw. im Leerlauf (wenige Verbraucher bzw. keine Verbraucher) bei langen Frei-leitungen und Kabelstrecken die Kompensation von Blindleistung erforderlich sein kann, um gefährliche Überspannungen am Frei-leitungsende und bei Kabelstrecken zu vermeiden. Anderenfalls können Schäden an Betriebsmitteln die Folge sein.

Mit steigender Volatilität in der Auslastung der Netze steigt auch die Bedeutung der Blindleistungsregelung, um eineI sichere I qualitativ hochwertigeI verlustminimale und I wirtschaftliche Energieversorgung gewährleisten zu können.

Kapazitive Blindleistungsregelung kann mit sogenannten Shunt-Reaktoren (SR) realisiert werden, die im Wesentlichen eine Induktivität darstellen, die parallel zu den Lasten und Erzeugern in das Energienetz integriert wird. Im Fall von regelbaren Einhei-ten werden diese als variable Shunt-Reaktoren (VSR) bezeichnet.

Für die Regelung von VSR können die gleichen Laststufenschalter eingesetzt werden, die seit Jahrzehnten erfolgreich bei der Rege-lung von Leistungstransformatoren verwendet werden.

VACUTAP® VRX

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Reduzierung der Systemkosten und der benötigten Fläche im Umspannwerk trotz maximalem Regelbereich

I Extrem großer realisierbarer Blindleistungsregelbereich, z. B. bis zu 90 % auf 110 kV oder 80 % auf 420 kV-Systemspannungsebene

I VACUTAP®-Technologie wartungsfrei bis 300.000 SchaltungenI Extreme Lebensdauer des Wählers mit bis zu 1,2 Millionen SchaltungenI Kompakt und kostengünstig – weniger Equipment, weniger PlatzbedarfI Bedarf an Service- und Wartungsarbeiten wird erheblich reduziert

Maximal betriebssicher

I Absolut zuverlässige Löschung des Schaltlichtbogens dank VACUTAP® Advanced Arc Control System

I Maximaler Schutz des Lastumschalters vor Überspannungen im Netz dank VACUTAP® Step Protection System®

MR bietet mit dem VACUTAP® VRX durch die optimale Adaption von bewährten Lösungen an neue Herausforderungen eine ein-zigartige und überlegene Möglichkeit, variable Shunt-Reaktoren so zu designen, dass sie über einen extrem großen Regelbereich verfügen. Das kann im Betrieb sowohl einen technischen als auch einen wirtschaftlichen Vorteil bieten. Die Regelbarkeit des Shunt-Reaktors wird dadurch erzielt, dass ein Teil der Wicklung des Shunt-Reaktors als Regelwicklung ausgeführt wird. Das heißt,

Laststufenschalter VACUTAP® VRX I 651Phasenzahl 1

Max. Bemessungs durchgangsstrom Ium (A) 650

Bemessungskurzzeitstrom (kA) 10

Bemessungskurzschlussdauer (s) 3

Bemessungsstoßstrom (kA) 25

Max. Bemessungsstufenspannung Uim (V) 12.000 (2 x 6.000)*

Stufenleistung PStN (kVA) bis zu 2 x 3000

Bemessungsfrequenz (Hz) 50...60

Betriebsstellungen 19 bis 35

Motorantrieb TAPMOTION® ED und ED ISM®

Typische realisierbare Blindleistungs-Regelbereiche

Spannungsebene(kV)

Standard-Design(%)

Spezial-Design mit VRX (%)

110 65 90

220 60 85

420 50 80

550 45 70

800 30 50

dass dieser Teil der Wicklung mit Anzapfungen versehen wird, die mittels Laststufenschalter kontaktiert werden können. Dadurch ist eine feinstufi ge Einstellung der Induktivität des Shunt-Reaktors und damit letztlich eine bedarfsabhängige Blindleistungsregelung möglich. Dabei verhält sich die Blindleistungsaufnahme des Shunt-Reaktors in etwa umgekehrt proportional zum Quadrat der aktiven Windungen, d. h. je geringer die Anzahl aktiver Windungen ist, desto größer ist die Blindleistungsaufnahme.

* > 9.000 V auf Anfrage

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