Tester SF₆-frie effektbrytere på transformatorstasjon på Hardangervidda

I dag brukes SF₆ i brytere i kraftsystemet. Disse bryterne kobler elektrisiteten inn og ut, og kan koble ut kortslutningsstrømmer dersom det oppstår en feil. 

– SF₆-gass er veldig effektiv til å gjøre denne jobben, men det er også en klimagass som er 24 300 ganger verre enn CO₂ per kg. Kraftsystemet trenger derfor nye og like pålitelige alternativer til SF₆-bryterne, sier seniorforsker i SINTEF, Nina Sasaki Støa-Aanensen.

EU-prosjektet MISSION, som ledes av SINTEF Energi, utvikler og tester tre ulike SF₆-frie bryterteknologier. Statnett skal teste en av de nye løsningene som er utviklet av Siemens Energy i et pilotprosjekt på Dagali transformatorstasjon. Den andre testpiloten foregår hos Frankrikes systemoperatør RTE i den sørvestlige delen av landet.

Verdens første pilot

Siemens Energy har hatt vellykkede tester av prototypen på en SF₆-fri 420 kV luftisolert effektbryter basert på vakuumteknologi (3AV2FI 420 kV).

– Testene som ble gjennomført på prototypen, bekreftet at det er teknisk mulig å bruke vakuumteknologi for 420 kV effektbrytere. En fullt industrialisert løsning vil bli installert av systemoperatørene RTE i Frankrike og Statnett i Norge i andre halvdel av 2026, sier Maurice Lesser, Head of Product Management Air Insulated Switchgear i Siemens Energy.

Statnett har brukt og kvalifisert vakuumteknologi for 145kV spenningsnivå (AIS og GIS) i noen år allerede, og har god erfaring med det, men denne teknologien har til nå ikke vært tilgengelig på 420kV nivå.

– Den nåværende effektbryteren installert i Dagali transformatorstasjon har vært i drift i 20 år og inneholder 40 kg SF₆, noe som tilsvarer 1 000 tonn CO₂. Implementeringen av den første 420 kV AIS SF₆-frie effektbryteren for bruk ned til -50 °C bekrefter Statnetts miljøforpliktelse, sier Guilhem Blanchet, seksjonsleder Teknologiutvikling stasjon i Statnett.

Temperaturen ved stasjonen på Dagali varierer mellom -50 °C og +20 °C om sommeren. Denne temperaturforskjellen på 70 grader skaper utfordringer knyttet til kondensering og bruk av SF₆-gass. For pilotprosjektet i Marsillion i Frankrike er det jevnt høye sommertemperaturer på over 30 °C og et maritimt klima som preger området  . Testingen av den nye bryteren i disse to ulike miljøene vil derfor gi gode svar på bryterens egenskaper.

Dagali: gammelt anlegg med behov for oppgraderinger

Dagali luftisolerte transformatorstasjon ligger på Hardangervidda, 900 meter over havet. Stasjonen ble bygget i 1978, og dagens installerte høyspenningsutstyr er aldrende. Det er derfor nødvendig med reinvestering for å sikre strømforsyningen.

Transformatorstasjonen drives på 420 kV og består av én transformatorseksjon på 120 MVA og fire luftledningsseksjoner som overfører kraft over Hardangervidda, på tvers av høye fjell og fjorder.

Den nye SF₆-frie bryteren 3AV2FI 420 kV skal installeres i Dagali–Sima 420 kV-seksjonen. Denne 50 km lange luftledningen krysser Hardangervidda, og mastene når opp til 1450 meter over havet.

I tillegg til de kalde vintertemperaturene og temperaturspennet på 70 grader (fra minus 50 til pluss 20 grader), har denne transformatorstasjonen en av de høyeste forekomstene av jordfeil og kortslutninger mellom faser i Norge. Dette gjør den derfor til en svært relevant lokasjon for en slik pilotinstallasjon.
I tillegg kan adkomsten til stasjonen være vanskelig for Statnett-personell om vinteren på grunn av snø og is, noe som forsterker behovet for en robust løsning som minimerer utfall og nedetid for sluttbrukerne.

Det franske piltoprosjektet

Transformatorstasjonen Marsillon ligger i den sørvestlige  delen av Frankrike, mellom Pau og Bayonne. Regionen har et maritimt klima og høye sommertemperaturer, påvirket både av Atlanterhavet og Pyreneene. Om sommeren kan temperaturen i området overstige 30 °C i flere timer om dagen.

400 kV-stasjonen er tilkoblet Frankrikes systemoperatør RTEs transmisjonsnett via to 400 kV luftledninger (Cazaril 1 og 2). To transformatorer på 240 MVA og én autotransformator på 600 MVA forsyner regionens 90 kV- og 225 kV-nett.

Som en del av MISSION-prosjektet har RTE som mål å erstatte én av de to 400 kV effektbryterne på Marsillon–Cazaril-luftledningen med en ny 400 kV vakuumbryter utviklet av Siemens Energy. Den nåværende effektbryteren har vært i drift siden 1986 og inneholder 50 kg SF₆, tilsvarende 1 215 tonn CO₂. Den drives av et hydraulisk drivsystem – en utdatert teknologi.

Effektbryteren skal sikre beskyttelse av luftledningen som forbinder de to 400 kV-stasjonene, Marsillon og Cazaril. Denne luftledningen er over 100 km lang og har hatt minst én kortslutning per år de siste ti årene. En rask autoreclose-funksjon er også nødvendig for denne effektbryteren.

– Ved å delta i prosjektet ønsker RTE å demonstrere at det er mulig å erstatte aldrende SF₆-effektbrytere med SF₆-frie teknologier – uten å gå på kompromiss med ingeniørarbeid og drift og vedlikehold", sier Minh Nguyen hos den franske systemoperatøren RTE. 

Om MISSION-prosjektet

MISSION (Emission-free HV and MV transmission switchgear for AC and DC) er et EU-prosjekt ledet av SINTEF Energi, med 12 partnere fra 9 ulike land. 

MISSION skal utvikle og teste tre SF₆-frie bryterteknologier til bruk i ulike deler av kraftnettet:

• 420 kV AC luftisolert live-tank vakuumbryter. Denne skal akselerere overgangen til SF₆-frie koblingsanlegg i det europeiske HVAC-overføringsnettet.
• 550 kV HVDC gassisolert koblingsanlegg med trykksatt teknisk luft for sikker drift av HVDC-forbindelser og strømnett
• 12 kV MVDC luftisolert bryter for fremtidige MVDC-nett, inkludert superledernett

Bakgrunn

På grunn av avkarbonisering for å nå klimamålene vil det i de kommende årene være et stort behov for å utvikle og bygge ut kraftnettet i både Norge og Europa.

Etter 2028 må alle nye bryteranlegg i Europa på opptil 145kV være SF₆-frie, og tilsvarende årstall for over 420 er 2031, ifølge EUs reviderte F-gassregler.

Ved å utvikle brytere til bruk for ulike deler av kraftsystemet bidrar prosjektet til å redusere klimagassutslipp og legge til rette for at overføring av ny fornybar energi kan gjøres på en sikker og bærekraftig måte.  

Partnerne i prosjektet: 

• SINTEF Energi
• WavEC Offshore Renewables – Centio de Energia Offshore
• NTNU
• University of Aberdeen
• Swiss Federal Institute of Technology Switzerland (ETHZ)
• Siemens Energy
• G&W Electric
• Statnett
• RTE
• 50Hertz
• Red Electrica
• SuperNode Limited