Grüne Transformatoren: Fortschritte für eine nachhaltige Energieverteilung
Die Elektroindustrie ist eine von vielen Branchen, die aktiv zur Entwicklung nachhaltiger Energiepraktiken beiträgt. Im Bereich der Stromübertragung und ‑verteilung sowie der Modernisierung der Netzinfrastruktur stellen grüne Transformatoren effektive, zukunftsorientierte Lösungen dar. Neben der Steigerung der Energieeffizienz und der Reduzierung von CO₂‑Emissionen bieten sie zudem eine verbesserte Brandsicherheit, eine verlängerte Lebensdauer sowie einen geringeren Wartungsaufwand.
Es überrascht daher nicht, dass die Nachfrage nach grünen Leistungstransformatoren stetig wächst. Es wird erwartet, dass der Markt von 2023 bis 2032 jährlich um über 6,5 % zunimmt. Getrieben wird dieses Wachstum insbesondere durch den Ausbau erneuerbarer Energien sowie den steigenden Bedarf, Energieverluste bei der Stromübertragung und ‑verteilung zu reduzieren.
Um sowohl die Langlebigkeit als auch die Leistungsfähigkeit dieser grünen Transformatoren sicherzustellen, müssen Designingenieure Materialien auswählen, die auch unter anspruchsvollsten Einsatzbedingungen bestehen, eine hohe thermische und mechanische Beständigkeit aufweisen und gleichzeitig eine hohe chemische Kompatibilität bieten.
Sichere Energieverteilung und Umweltexzellenz
Die Basismaterialien in grünen Transformatoren basieren auf bio‑basierten Esterölen, die eine deutlich bessere Flammbeständigkeit aufweisen. Im Vergleich zu mineralölbasierten Alternativen besitzen Esteröle einen höheren Flammpunkt (über 300 °C gegenüber etwa 170 °C bei Mineralöl). Diese Vorteile in Bezug auf die Brandsicherheit ermöglichen es grünen Transformatoren, bei höheren Temperaturen zu arbeiten, was gleichzeitig eine erhöhte Leistungsübertragung unterstützt. Darüber hinaus sind grüne Transformatoren speziell für energieeffizientere Betriebsbedingungen ausgelegt, wodurch Verluste reduziert werden. Gleichzeitig ist keine Vergrößerung von Gewicht oder Baugröße notwendig: Esteröl‑Transformatoren können kompakter ausgelegt werden und dennoch die gleiche Leistung wie mineralölbasierte Transformatoren liefern, wodurch Platz eingespart wird.
Studien zeigen, dass Esterflüssigkeiten hinsichtlich ihrer Leistung überlegen sind und eine umweltfreundlichere Alternative zu Mineralölen darstellen. Sie sind ungiftig und biologisch abbaubar. Im Falle eines Ölaustritts zersetzen sich diese Flüssigkeiten schnell und stellen keine relevanten Umweltgefahren dar. Dies vereinfacht Maßnahmen zur Eindämmung, Reinigung und Wiederaufbereitung und macht diese Prozesse zugleich kosteneffizienter.
Der Einsatz bio‑basierter Materialien trägt außerdem zu einer verlängerten Lebensdauer der Anlagen bei. Im Vergleich zu Mineralölen sind Esteröle beständiger gegenüber Oxidation und oxidativem Abbau. Zudem weisen sie eine hohe Wasseraufnahmefähigkeit auf, wodurch sie Feuchtigkeit aus Zellulosepapier bis zu zehnmal schneller aufnehmen können als Mineralöle. Dies hilft, Ausfälle von Transformatoren zu verhindern, indem die Zelluloseisolierung geschützt wird. Gleichzeitig können Esteröle höhere Feuchtigkeitsgehalte tolerieren, ohne dass ihre dielektrischen Eigenschaften beeinträchtigt werden.
Mit einem geringeren Risiko von Umweltbelastungen, einer kompakteren Bauweise, einer verbesserten Effizienz, niedrigeren Wartungskosten, einer optimierten Lebensdauer sowie einer erhöhten Sicherheit durch geringere Entflammbarkeit stellen grüne Transformatoren eine leistungsstarke und nachhaltigere Alternative zu herkömmlichen Transformatoren dar.
Häufige Herausforderungen und wie man sie mindert, um die Leistung zu optimieren
Saint-Gobain® Tape Solutions bietet eine breite Palette von Klebebändern, die bewährte chemische Stabilität, langfristige thermische Leistungsfähigkeit und hervorragende Haftung bieten. Acrylklebstoffe weisen Variationen in ihren Formulierungen auf, die Designingenieuren helfen, eine bessere chemische Kompatibilität mit Transformatorenölen zu erreichen.
Ein wichtiger Aspekt bei der Auswahl von Produkten für grüne Transformatoren ist insbesondere, dass Esteröle aggressiver gegenüber Kunststoffen sind, die ihnen ausgesetzt sind, was die Wahrscheinlichkeit einer Kunststoffdegradation erhöht. Wenn Kunststoffe abgebaut werden, können sie das Öl verunreinigen und dessen elektrische Isolationsfähigkeit verringern. Wenn die elektrische Isolationsfähigkeit erheblich beeinträchtigt wird, kann der Transformator ausfallen.
Haben Sie jemals gehört, wie ein Transformator auf einem Telefonmast explodiert? Es klingt wie ein lauter Knall oder eine Feuerwerkskörperexplosion – das ist das Geräusch eines Transformators, der seinen Ausfallpunkt erreicht.
Filamentverstärkte Klebebänder mit Papierträger vs. Polyester
Da Esteröle und synthetische Öle aggressiver gegenüber Kunststoffen sind als traditionelle Mineralöle, schneiden Produkte mit filamentverstärktem Papier besser ab als solche mit filamentverstärktem Polyester. Filamentverstärkte Klebebänder mit Papierträgern, einschließlich Produkte wie PG.70, 6601 und unser neu entwickeltes Produkt, sind die bevorzugte Wahl, wenn es entscheidend ist, die Möglichkeit von Luftblasen in Isolierölen zu vermeiden.
Im Allgemeinen führt eine Luftblase in einem Transformator zu einer Koronaentladung, die zu einem vorzeitigen Ausfall führen kann. Klebebänder mit Papierträgern ermöglichen es dem Öl, vollständig einzudringen, wodurch die Bildung von Luftblasen verhindert wird. Während Produkte wie PS.25 und PS.249, die eine Kunststofffolie (Polyester) enthalten, im Allgemeinen gut abschneiden, haben sie auch eine höhere Wahrscheinlichkeit, Luftblasen zwischen dem Klebeband und den elektrischen Drähten in Anwendungen für grüne Transformatoren einzuschließen. Diese Produkte eignen sich besser für traditionelle Mineraltransformatoren als für grüne Transformatoren, bei denen die Aggressivität des Öls höher ist.
Weitere Überlegungen bei der Auswahl des besten Produkts für Anwendungen in grünen Transformatoren umfassen die Ölkompatibilität und Widerstandsfähigkeit. Kunden suchen nach Produkten, die sich nicht in synthetischen und natürlichen Esterölen auflösen, da dies zu Verunreinigungen und vorzeitigem Ausfall von ölgefüllten Transformatoren führt. Produkte mit besserer Ölkompatibilität mit natürlichen Estern können die Lebensdauer von Transformatoren um Jahre verlängern. Die Herausforderung besteht jedoch darin, dass Polyester-Filament-Klebebandprodukte oft eine bessere Ölbeständigkeit aufweisen, während Papier-Filament-Klebebandprodukte anpassungsfähiger sind und Probleme wie Koronaentladung besser verhindern. Daher haben unsere Teams ein neues Produkt entwickelt, das bald verfügbar sein wird, um diese Herausforderungen zu bewältigen.
Produkt im Fokus: neue Produktvariante in Entwicklung von CHR® 6601
Unser neues, in Entwicklung befindendes Produkt wurde speziell für Anwendungen in luft- und ölgefüllten Transformatoren, Verstärkungen und Isolierungen entwickelt. Dieses Produkt besteht aus einem Glasfaser-verstärkten Papierträger mit einem druckempfindlichen Acrylklebstoff. Seine extrem hohe Zugfestigkeit, Haftung und dielektrischen Eigenschaften machen es zum Spitzenprodukt für schwere Band- und Halteanwendungen in groß angelegten Spulenwicklungsprozessen, wie sie in Transformatoren, Generatoren und Motoren verwendet werden.
Kompatibilität von Acrylklebebändern in Esterflüssigkeiten: ein klarer Gewinner
Es gibt verschiedene Tests, die durchgeführt werden können, um die Kompatibilität von Klebebändern in Öl zu bestimmen. Bei Saint-Gobain Tape Solutions haben unsere Teams das Verhalten und die Kompatibilität verschiedener Acrylklebebänder nach der Eintauchung in Esteröle wie Cargill FR3, Natural Ester A, Synthetic Ester A und Natural Ester B untersucht.
Zwei häufige Tests umfassen den Quellungstest und den Haftungstest. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung jedes Tests und der Ergebnisse:
- Quellungstest: Ziel dieses Tests ist es, das Verhalten des Klebstoffs nach dem Einweichen in die oben genannten Esteröle zu analysieren. In diesem Test werden Klebebänder in Streifen von 25 mm oder 10 mm Breite geschnitten und in mit Öl gefüllte Gläser getaucht, wobei sichergestellt wird, dass jedes Klebeband vollständig mit jedem Öltyp gesättigt ist. Die Gläser werden versiegelt, um das Eindringen von neuem Sauerstoff zu verhindern. Diese Klebebänder werden dann für 24 Stunden bei 100°C in einen Ofen gelegt, um eine Alterung durchzuführen. Anschließend werden die Proben zur visuellen Inspektion und Konsistenzprüfung entnommen.
Die Ergebnisse dieses Tests zeigten, dass Cargill FR3 und andere natürliche Esteröle deutlich weniger aggressiv gegenüber den verschiedenen Klebstoffen waren als synthetische Öle. Das neueste Produkt in Entwicklung zeigte jedoch hervorragende Beständigkeit in allen Flüssigkeiten, ohne sichtbare Schäden oder Quellungen.
- Haftungstest: Dies ist ein quantitativer 180°-Haftungstest des Klebebands von einem Aluminiumsubstrat vor und nach der Ölexposition. Die Vorbereitung und Alterung der Proben sind dieselben wie beim Quellungstest; jedoch werden die Klebebandstreifen vor dem Eintauchen in die Öle auf eine Metalloberfläche aufgebracht. Die Klebebänder werden dann mit konstanter Geschwindigkeit abgezogen, und die resultierende Kraft wird mit einem Dynamometer gemessen.
In diesem Test zeigte CHR 6602 eine extrem gute Leistung. Es zeigte eine verbesserte Leistung, wahrscheinlich aufgrund der effizienten Wärmeübertragung der Flüssigkeiten, die die Klebstoffchemie nicht beeinträchtigte.
Das Verständnis der Wechselwirkung von Klebebändern trägt zur Verlängerung der Lebensdauer bei
Das Verständnis der Wechselwirkung von Klebebändern mit Öl ist entscheidend für die Konstruktion und Herstellung grüner Transformatoren. Klebebänder müssen starke Haftungswechselwirkungen mit biobasierten Esterölen sowie hohe Zugfestigkeit und Absorptionsfähigkeit aufweisen, um optimale elektrische Leistung, Energieeinsparung und minimales Risiko eines Transformatorausfalls zu gewährleisten. Mit Fortschritten in der Technologie und zunehmenden Bemühungen, sicherere und nachhaltigere Lösungen zu entwickeln, könnten biobasierte Transformatoren eine Schlüsselrolle bei der Reduzierung von Umweltverschmutzung, Minimierung von Brandrisiken und Schaffung sicherer Optionen spielen, die zukünftigen Anforderungen gerecht werden. Verbesserte Leistung, reduzierte Wartung und erhöhte Lebensdauer grüner Transformatoren machen sie zu einer finanziell tragfähigen und umweltbewussten Lösung für die Stromübertragung und -verteilung.
