Die in Regensburg ansässige Maschinenfabrik Reinhausen GmbH (MR) ist mit 37 Tochter- und 6 Beteiligungsgesellschaften erfolgreich in globalen Nischen der elektrischen Energietechnik tätig. Das 1868 gegründete Unternehmen befindet sich in der fünften Generation mehrheitlich in Familieneigentum. Im vergangenen Geschäftsjahr erwirtschafteten 3.350 Mitarbeiter einen Umsatz von 750 Millionen Euro. 50 % des weltweit erzeugten Stroms wird mit MR-Produkten geregelt.
MR ist Weltmarktführer für die Regelung von Leistungstransformatoren. Mit Hilfe von Stufenschaltern und Umstellern wird dabei das Übersetzungsverhältnis der Primär- zur Sekundärwicklung an wechselnde Lastverhältnisse angepasst und zusammen mit innovativer Sensorik, Elektronik sowie Informations- und Kommunikationstechnik weltweit eine zuverlässige Stromversorgung sichergestellt. Zudem werden schlüsselfertige Lösungen für den rückwirkungsfreien Betrieb kritischer Industrieanwendungen und die Versorgungssicherheit in Verteilungsnetzen angesichts zunehmend fluktuierender Einspeisung projektiert. Weitere Geschäftsbereiche im Konzern liefern stationäre bzw. mobile Systeme der Prüf- und Messtechnik für Hochspannungsgeräte oder stellen Verbundhohlisolatoren sowie glasfaserverstärkte Kunststoffe für mechanisch und elektrotechnisch hoch beanspruchte Produkte her. Kunden sind Hersteller von Hochspannungsgeräten und -anlagen, Übertragungs- und Verteilungsnetzbetreiber sowie die stromintensive Großindustrie. Treiber des Geschäfts sind das weltweite Bevölkerungswachstum, der Infrastrukturausbau in Entwicklungs- und Schwellenländern, Ersatzinvestitionen in den Industrieländern, die Einspeisung erneuerbarer Energien sowie auf Schwankungen der Stromqualität sensibel reagierende Industrieanwendungen.
Technisch überlegen – wirtschaftlich überzeugend
Die kompakten Abmessungen des ECOTAP VPD Laststufenschalters erlauben den Einbau in nahezu jeder Leistungsklasse von Verteiltransformatoren, ohne den Footprint wesentlich zu verändern. Zudem garantiert das elektro-mechanische Wirkprinzip der bewährten MR-Vakuumtechnologie mit 500.000 wartungsfreien Schaltungen einen jahrzehntelangen stabilen und zuverlässigen Betrieb ohne Wartung der Primärtechnik. Der Direktantrieb mit bis zu 20 Stufenstellungen pro Minute erlaubt eine schnelle Reaktion auf sich verändernde Netzverhältnisse. Neun Stufenschalterpositionen mit frei wählbarer Mittelstellung stellen einen großen Regelbereich bei feiner Abstufung der Schaltschritte sicher. Der ECOTAP VPD ist dank Schutzgrad IP54 im Außenbereich einsetzbar und kann in ausgewählten synthetischen und natürlichen Estern betrieben werden. Dadurch ist der Betrieb auch in Anwendungen mit hohen Anforderungen an Umweltverträglichkeit und Brandlast möglich.
Die ebenfalls neue Kompaktsteuerung verdient mit 10 cm Breite und 35 cm Höhe ihren Namen und kann mittels Adapter platzsparend im Rastermaß einer einzigen Sicherungsleiste auf der Sammelschiene montiert werden. Die komplette Parametrierung kann ohne Laptop komfortabel an der Steuerung erfolgen.
Vielfältige Einsatzmöglichkeiten in öffentlichen Netzen
Regelbare Verteiltransformatoren sind wahre Multitalente – sie halten die Spannung in öffentlichen, industriellen und privaten Verteilungsnetzen stabil, indem sie Schwankungen in der Mittel- und gegebenenfalls Hochspannung ausgleichen und auf Einspeise- und Lastveränderungen dynamisch reagieren. Der punktuelle Einsatz mit dem Fokus auf eine spezifische Aufgabe im Niederspannungsnetz findet zwischenzeitlich rege Anwendung. Heute werden regelbare Verteiltransformatoren zudem auch zur wirtschaftlichen Optimierung der Netztopologie und der Entkopplung der Spannungsebenen auf Mittel- und Niederspannungsebene genutzt.
Die Sicherstellung einer stabilen Spannung innerhalb eines engen und durch Normen geregelten Bandes ist eine große Herausforderung für Verteilungsnetzbetreiber, da in zunehmendem Maße erneuerbare Energien (Spannungsanstieg) sowie mehr neuartige Lasten (Spannungsabsenkung) integriert werden müssen. In Folge müssen die Betreiber teure Netzausbaumaßnahmen ergreifen, obwohl die thermischen Kapazitäten ihrer Betriebsmittel im Netz noch lange nicht ausgereizt sind.
Ein regelbarer Verteiltransformator mit dem neuen ECOTAP VPD setzt am Kern des Problems an – der Einhaltung des Spannungsbands durch dynamische Anpassung. Die Nieder- wird von der Mittelspannung entkoppelt und das Spannungsband kann neu aufgeteilt und besser ausgenutzt werden. Die Aufnahmekapazität des Netzes kann um bis zu Faktor 4 gesteigert werden.
In den meisten Fällen kann der teure Netzausbau komplett entfallen und die Netzbetriebsmittel werden wirtschaftlicher ausgelastet. Dabei wird von einem punktuellen Einsatz gesprochen, bei dem einzelne Ortsnetzstationen mit einem regelbaren Verteiltransformator ausgestattet werden.
Beim strangweisen oder flächendeckenden Einsatz von regelbaren Verteiltransformatoren liegt der Fokus auf dem Mittelspannungsnetz.
Der strangweise Einsatz bietet sich immer dann an, wenn ab einer gewissen Entfernung vom Umspannwerk eine Verletzung von Spannungsbandgrenzen in einem größeren zusammenhängenden Bereich in der Mittelspannungsebene droht. Das kann am Ende von Stichen oder durch große fluktuierende oder konstante Einspeiser bzw. Verbraucher der Fall sein. Durch die Entkoppelung der unterlagerten Niederspannungsnetze von der Spannung des betroffenen Mittelspannungsstrangs oder –rings sind deutlich höhere Spannungsbandänderungen als üblich möglich. Das führt zu einem höheren Integrationspotential für Einspeiser und Lasten im Mittelspannungs- sowie den unterlagerten Niederspannungsnetzen.
Beim flächendeckenden Einsatz von regelbaren Verteiltransformatoren werden alle nicht unmittelbar zum Umspannwerk liegenden Ortsnetzstationen mit neuer Technologie ausgestattet.
Das ist sinnvoll, wenn im gesamten Mittelspannungsnetz die Gefahr von Spannungsbandverletzungen gegeben ist. Dabei kann zusätzlich der Spannungssollwert am HS-/MS-Transformator abgesenkt werden, um so im Mittelspannungsnetz einen noch höheren Spannungshub zuzulassen. Durch diesen Einsatzfall können die regelbaren Verteiltransformatoren großflächige Netzverstärkungsmaßnahmen im Mittelspannungsnetz verhindern oder verzögern.
Optimierung der Netztopologie
Ein effizientes Verteilungsnetz zeichnet sich durch möglichst wenig Betriebsmittel aus. Regelbare Verteiltransformatoren mit ECOTAP VPD erhöhen die Effizienz von Netzabschnitten und reduzieren die Gesamtzahl der Ortsnetzstationen. So lassen sich Investitions- und Wartungskosten sparen. Die Anzahl der für ein Netzgebiet erforderlichen Ortsnetzstationen richtet sich einerseits nach der aus Spannungsbandgesichtspunkten maximal möglichen Distanz zwischen Ortsnetzstation und Netzanschlusspunkten sowie andererseits durch die zu versorgende maximale Last bzw. die zu transportierende maximale Einspeisung.
Regelbare Verteiltransformatoren passen die Spannung dynamisch an und erlauben so einen größeren elektrischen Versorgungsradius um die jeweilige Station. Dadurch können auch weiter entfernt liegende Verbraucher oder Einspeiser an einer Ortsnetzstation angeschlossen werden. Der Netzbetreiber kann zwei Stationen zu einer zusammenlegen oder auf den erforderlichen Bau einer zweiten Ortsnetzstation verzichten. Es ergeben sich Einsparungen bei der Flächenmiete, Wartung und Instandhaltung sowie bei Ersatz- oder Neuinvestitionen. Voraussetzung ist, dass ein einzelner Transformator so ausgelegt werden kann, dass seine Leistung für das vergrößerte Netzgebiet ausreichend ist.
Industrieprozesse in volatilen Netzen stabilisieren
Industrielle Prozesse sind extrem abhängig von einer stabilen Spannung, die nicht immer gegeben ist. In Netzen mit knapp bemessener Generatorleistung, langen Übertragungsstrecken oder volatilen Verbrauchern und Erzeugern kann die versorgende Mittelspannung starken Spannungsschwankungen unterworfen sein. Entsprechend können Fertigungsabläufe abbrechen, Motoren nicht anspringen oder Steuerungssysteme abstürzen. Insbesondere bei sensiblen industriellen Prozessen können erhebliche Schäden entstehen. Neben direkten Einflüssen auf die Prozesse können häufige Spannungswechsel die Lebensdauer von Betriebsmitteln negativ beeinträchtigen.
Ein regelbarer Verteiltransformator mit ECOTAP VPD im industriellen Verteilungsnetz stellt sicher, dass Verbraucher unabhängig von der Volatilität der Mittelspannung mit stabiler Spannung versorgt werden. Durch den großen Regelbereich können auch umfangreiche Schwankungen der Mittelspannung über viele Jahre zuverlässig und wartungsfrei ausgeregelt werden. Die kompakten Abmessungen helfen, die Kosten gering zu halten, weil der geregelte Verteiltransformator am Aufstellort des bislang ungeregelten Transformators installiert werden kann.
Zudem können durch eine optimierte Spannung die Energiekosten deutlich reduziert werden. Für konventionelle Lasten wird der Energieverbrauch unter anderem von der Spannung beeinflusst, mit der die Geräte versorgt werden. Werden Geräte mit einer höheren Spannung als notwendig gespeist, verbraucht das Gerät mehr Energie als erforderlich. Der Einsatz eines regelbaren Verteiltransformators mit ECOTAP VPD im industriellen Verteilungsnetz erlaubt es, Geräte mit einer aktiv optimierten Spannung zu versorgen. Das reduziert den Energieverbrauch, ohne die Funktion der Geräte einzuschränken. Den Abgleich aus aktueller und verbrauchsoptimaler Spannung übernimmt die Steuerung des regelbaren Verteiltransformators. Bevor die Spannung soweit absinkt, dass der Betrieb der Geräte gefährdet wird, greift der regelbare Verteiltransformator ein und bringt die Spannung wieder auf das verbrauchsoptimale Niveau der Geräte. Dabei ist eine Reduktion der Energiekosten um bis zu fünfzehn Prozent möglich.
Dezentrale Erzeugungsanlagen – Netzanschlussbedingungen wirtschaftlich einhalten
Dezentrale Erzeugungsanlagen auf Basis erneuerbarer Energien (Photovoltaik, Wind, Biogas) müssen bei der Netzintegration die jeweiligen Anforderungen des Netzbetreibers in Form der gültigen Netzanschlussbedingungen erfüllen. Kritisch ist hierbei insbesondere die Blindleistungsbereitstellung, die von der Netzspannung abhängig ist. Im Fall von anspruchsvollen Anforderungen an die Blindleistungsbereitstellung sind diese oft entweder nur durch ein Überdimensionieren der Umrichter abbildbar oder erfordern ein Betriebsverhalten der Erzeugungsanlage, bei dem diese situationsabhängig die Wirkleistungseinspeisung reduziert, um die geforderte Blindleistung verfügbar zu machen. Beide Ansätze sind wenig attraktiv, weil ersterer die Systemkosten der Erzeugungsanlage erhöht, während die zweite Option die Leistung der Anlage schmälert. In beiden Fällen sinkt die Rendite des Betreibers.
Durch die über den regelbaren Transformator ermöglichte Spannungsentkopplung kann auf ein Überdimensionieren der Umrichter oder ein Reduzieren der Wirkleistungseinspeisung verzichtet werden, was in Summe zu einer wirtschaftlicheren Erzeugungsanlage führt. Alternativ ist es auch möglich, den durch den regelbaren Transformator gewonnenen Freiraum zu nutzen, um eine bestehende Erzeugungsanlage in einer höheren Leistungsklasse einzusetzen. Die Integration regelbarer Transformatoren ist bei allen dezentralen Erzeugungsanlagen möglich. Typische Beispiele sind Photovoltaik-Parks und Windenergieanlagen.
Bei Windenergieanlagen ist die Kombination mit regelbaren Transformatoren mit sämtlichen Antriebsstrangkonzepten, wie beispielsweise Asynchrongeneratoren oder auch Vollumrichtern, möglich. Der regelbare Transformator kann grundsätzlich entweder autark agieren oder in die Regelung der Erzeugungseinheit integriert werden. Aufgrund der insbesondere bei Windenergieanlagen sehr begrenzten Platzverhältnissen sind die kompakten Abmessungen des ECOTAP VPD ebenso wichtig wie der große Umfang des Regelbereichs und der wartungsfreie Betrieb in alternativen Isolierflüssigkeiten.
ECOTAP VPD – mehr Leistung, mehr Wert
Der neue ECOTAP VPD ist der weltweit kompakteste Laststufenschalter für Verteiltransformatoren mit dem größten Leistungsumfang. Er vereint höchste Wirtschaftlichkeit für das Gesamtsystem aus Transformator und Laststufenschalter, ist wartungsfrei und erfüllt bereits heute die Anforderungen der EU-Ökodesign-Richtlinie für 2021 und kann mit natürlichen und synthetischen Ester als Isolierflüssigkeiten betrieben werden. Der ECOTAP VPD ist auf die Prozesse der Transformatorenhersteller optimal abgestimmt und äußerst vielseitig einsetzbar – ob in öffentlichen Verteilungsnetzen, in Industrieanwendungen oder dezentralen Erzeugungseinheiten.
Kontaktinformationen
Franco Pizzutto
Maschinenfabrik Reinhausen GmbH
Falkensteinstr. 8
93059 Regensburg
Tel.: +49 941 4090-7410
E-Mail: f.pizzutto@reinhausen.com
Hinweis: Dieser Gastbeitrag auf ront.info wird vom Hersteller gestaltet und bei Bedarf aktualisiert.