Koblingsanlegg uten SF6

Tidligere publisert i Energiteknikk, tekst og foto: Stein Arne Bakken.

Det pågår et ”rotterace” blant leverandørene av store gassisolerte koblingsanlegg for å finne en egnet erstatning for SF₆-gass, som har 23.000 ganger større drivhuseffekt enn CO₂. Spørsmålet er om det lar seg gjøre.

Brukergruppen for SF₆-anlegg møtes annen hvert år til brukermøte, som denne gangen gikk over to dager i Oslo i begynnelsen av november.  Seniorforsker Magne Runde i SINTEF Energi var invitert for å gi de 115 deltakerne et innblikk i hva som skjer innen utviklingen av alternative løsninger og nye teknologier for slike anlegg.

Runde påpekte at SF₆-gassen er overtruffen for de egenskapene som kreves i høyspenningsanlegg: elektriske isolasjonsevne, altså høy dielektrisk holdfasthet, evne til å kjøle og slukke lysbuer i brytere, samt til å lede bort varme fra ohmske tap i ledere.

I tillegg må gassen ikke være giftig og skade miljøet, den må være kompatibel med andre materialer i anlegget, gassen bør helst ikke ”forbrukes” av lysbuen, og ikke føre til for kostbare anlegg.

For koblingsanlegg opp til 145 kV er det utviklet løsninger med bruk av alternative gasser som erstatning for SF₆-gass.

– Den store utfordringen er å finne frem til gode nok gasstyper for enda større anlegg.

Det er en langvarig og omfattende jobb å designe en bryter når det må tas så mange hensyn, fremholdt Runde.

Fire ulike gasstyper

Han nevnte fire gasstyper som er lansert i markedet som alternativer til SF₆: karbondioksid (CO₂), vakuum og luft (blanding av nitrogen og oksygen), samt de to syntetiske gassene fluorketoner og fluornitriler.

De store leverandørene, ABB, Siemens og General Electric (GE), har utviklet hver sine løsninger, og representanter for selskapene gjorde rede for disse på brukermøtet. De deltok også i en paneldebatt etter lunsjen første dagen.

ABB bruker CO₂

Ifølge Runde er CO₂ en brukbar isolasjons- og slukkegass, og den har flere andre gunstige egenskaper. Men dielektrisk holdfasthet er bare er en tredel sammenlignet med SF₆-gassen, mens bryterevnen ligger på 60-80 prosent. ABB tilbyr en utendørs 72,5 effektbryter CO₂ som tåler minus 50 grader.

ABB har også valgt å satse på fluorketoner for sine høyspenningsanlegg, på produktet C5 keton. I ren form og ved én bar kondenseres keton til væske ved 27 grader, og den blir derfor blandet med luft og CO₂. Gassen har om lag samme isolasjonsevne som FS₆, men dårligere bryterevne, foruten at den ”forbrukes” ved bryting av lysbuen. ABB leverer slike mellomspenningsanlegg kalt AirPlus for innendørs installasjoner, og har gjort prøveinstallasjoner for GIS-anlegg opp til 170 kV.

GE sverger til nitril-gass

Den andre fluorbaserte gassen, fluornitril, har omtrent de samme isolasjons- og brytergenskapene. Den kondenserer til væske i ren form ved én bar ved minus fem grader. Også denne gassen ”forbrukes” ved bryting av lysbuen. Men fluornitril er en drivhusgass, med 2000 ganger større drivhuseffekt enn CO₂. GE markedsfører koblingsanlegg med nitril, sammen med en CO₂-blanding, som ”g3 – Green Gas for Grid”. Gassen er kommersielt tilgjengelig i koblingsanlegg opp til 145 kV, og disse kan operere ned til minus 25-35 grader.

Siemens satser på GIS-anlegg med vakuumbrytere og ren luft som isolasjonsgass, og selskapet markedsfører slike anlegg opp til 145 kV. Ifølge Runde er dette den beste løsningen for miljøet. Men for høyere spenninger, blir anleggene store og dyre. Det trengs fire vakuumbrytere for å komme opp i spenninger på 420 kV.

Løpet er kjørt for SF₆

–Utfordringen for energiselskapene vil være å holde styr på alle gassblandingene og ulike trykkforhold i fremtidens GIS-anlegg, fremholdt Runde, ikke minst vil det komplisere vedlikehold og tilstandskontroll av anleggene.

Runde var tydelig på at løpet er kjørt for bruk av SF₆-gass i mellomspenningsanlegg i fremtiden, her finnes det allerede gode alternativer. Men det er fortsatt mange problemstillinger som må avklares for bruk av alternative gasser på de større spenningsnivåene. Han tror ikke at alle konseptene vil overleve, leverandørene vil komme til å samle seg om færre gassblandinger, og felles standarder vil presse seg frem. Kundene vil velge miljøvennlige anlegg og være villige til å akseptere at disse tar større plass og koster mer.