Erdbebensicherheit Hochspannungsanlagen, Transformatoren

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1 Erdbebensicherheit Hochspannungsanlagen, Transformatoren ETG UNTERWEGS, 18. Juni 2013, ETH Zürich Pascal Müller, ewz

2 Agenda Erdbebensicherheit Einleitung Lifelines, Grundlagen Erdbebensicherheit in der elektrischen Energieverteilung Transformatoren Allgemein Innenleben und Anbauten Verankerungen

3 Beteiligte / Quellen Betreiber Hersteller Fachstellen, Spezialisten BABS, BAFU, BAV, BWL, ESTI

4 Erdbeben Verteilung der Epizentren:

5 Erdbeben Einteilung: Richter Magnituden Einteilung der Erdbebenstärke Erdbebenauswirkungen Häufigkeit der Ereignisse weltweit < 2,0 Mikro Mikro-Erdbeben, nicht spürbar mal pro Tag 2,0 < 3,0 Extrem leicht Generell nicht spürbar, jedoch gemessen mal pro Tag 3,0 < 4,0 Sehr leicht Oft spürbar, Schäden jedoch sehr selten 4,0 < 5,0 Leicht 5,0 < 6,0 Mittel Sichtbares Bewegen von Zimmergegenständen, Erschütterungsgeräusche; meist keine Schäden Bei anfälligen Gebäuden ernste Schäden, bei robusten Gebäuden leichte oder keine Schäden mal pro Jahr (geschätzt) mal pro Jahr (geschätzt) 800-mal pro Jahr 6,0 < 7,0 * Stark Zerstörung im Umkreis bis zu 70 km 120-mal pro Jahr 7,0 * < 8,0 * Groß Zerstörung über weite Gebiete 18-mal pro Jahr 8,0 * < 9,0 * Sehr groß Zerstörung in Bereichen von einigen hundert Kilometern 1-mal pro Jahr 9,0 * < 10,0 * Extrem groß Zerstörung in Bereichen von tausend Kilometern alle 1 bis 20 Jahre 10,0 * Globale Extrem selten Noch nie registriert Katastrophe (unbekannt) * Die Richterskala ist messtechnisch nach oben auf Magnitude 6,5 begrenzt. Höhere Magnituden stärkerer Beben werden mit der Momenten-Magnituden-Skala (M W ) bestimmt.

6 Lifelines Realität

7 Grundlagen

8 Grundlagen

9 Erdbebensicherheit der elektrischen Energieverteilung Leiterverbindungen Hochspannungsapparate Anlagen in Schrankbauweise Sekundärsysteme Gebäude Transformatoren Unterwerk

10 Prozess-Sicht Unterwerk (Bsp.) Folie 10

11 Wichtigkeit Ereignis BCM Folie 11

12 Prozess Unterwerk (Bsp.) N-1 (heiss) vermascht N-1 (kalt) N-1 (kalt) N-1 (kalt) N-1 (kalt) N-1 (kalt) N-1 (heiss) Ring N-1 (heiss) N-1 (heiss) N-1 (kalt)

13 Schnittstellen gegenseitige Abhängigkeit Folie 13

14 Standards International IEEE Std IEC IEC TS IEC TR Recommended Practice for Seismic Design of Substations. Hochspannungs-Schaltgeräte und Schaltanlagen Bushing Seismic qualification High-voltage switchgear and controlgear Schweiz SIA Tragwerksnormen Für Energieversorgung zu wenig spezifisch Erstellung einer Richtlinie Richtlinie vorhanden

15 Richtlinie

16 Leiterverbindungen Interaktionskräfte Lose für freies Schwingen elektr. Mindestabstände Kurzschlussfestigkeit

17 Hochspannungsapparate Seismische Qualifikation (AF2,3,5) Spektralbeschleunigung Reserve-Apparate! Lose Isolator Stiel Verankerung Fundament

18 Rohrschienen Folie 18

19 150-kV-GIS Folie 19

20 Anlagen in Schrankbauweise Befestigung Ersatzkraftverfahren: Fhoriz = 20% * Eigengewicht * g (Fhoriz: Angriff am Massenschwerpunkt) Folie 20

21 Anlagen in Schrankbauweise intern Umrichter Folie 21

22 11/22-kV-Schaltanlage Folie 22

23 Feststoffisolierte Verbindungen Folie 23

24 Sekundärsysteme Verschraubung kontrollieren Band & Einlage Verstrebung Verankerung Doppelböden allseitig eingespannt Stützen am Boden verschraubt

25 Steuerschränke, NS-Anlagen, Kommunikation, Doppelboden Folie 25

26 Transformatoren allgemein Bedeutung Herzstück in der Kette massgeschneidert Nach einem Beben Wiederbeschaffungszeit Kosten Transport Redundanz

27 Eigenfrequenz Eigenfrequenz im Plateaubereich des Antwortspektrums eff. Spektralbeschleunigung 3 * max. Bodenbeschleunigung

28 Transformator Innenleben Werte für die Dimensionierung aufgrund von Transportbeschleunigungen ( ) - Werte gelten für USA in Längsrichtung 1,0 g (5 g) in Querrichtung 0,8 g (2 g) in vertikaler Richtung 1,5 g (5 g)

29 Transformatordurchführung

30 Transformator Kessel und Anbauten

31 Verankerung?

32 Forderung an eine Verankerung (trafoseitig) Übertragen und Einleiten der Rückhaltekräfte in das Fundament Leichte Konstruktion (bevorzugter Lastfall: Zugbelastung) Zahlreiche, verteilte Anker (Verringerung der Punktlast an Kessel und Fundament) Feste Teile dürfen das Tauschen des Transformators nicht behindern Konstruktion muss wartungsfrei, korrosionsbeständig usw. sein.

33 Forderung an eine Verankerung (bauseits)

34 Transformatoren Verankerung (bestehende, neue)

35 Transformatoren Verankerung (bestehende, neue) Böcke Radblockierung

36 Verankerung

37 EB-Trf. auf Oelauffangblech Verkeilung Radblockierung Winkelfixierung Folie 37

38 EB-Trf. mit Oelauffangblech Folie 38

39 Zusammenfassung Allgemein: Grösste Schäden bei Anlagen in Freiluftbauweise Je höher die Spannung desto grösser das Risiko Transformatoren Ursachen sind: Interaktionskräfte aufgrund der Relativverschiebung von Apparaten die über Leiter verbunden sind Trägheitskräfte von Stößen aufgrund flexibler Verankerung Trägheitskräfte infolge der seismischen Bodenbeschleunigungen Überprüfung mit ESTI-Richtlinie Schnittstellen genau festlegen Unternehmer auf Einhaltung verpflichten

40 Danke für Ihre Aufmerksamkeit!

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