JAHRESBERICHT 2009 - EA - Technische Universität Wien

Simulation von Mehrfachausfällen in Mittelspannungs- Kabelnetzen
Gerhard Theil
1. Einleitung
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Auf Grund von Alterung der Betriebsmittel elektrischer Energienetze werden insbesondere in
Mittelspannungs- Kabelnetzen mit zunehmender Häufigkeit Mehrfachausfälle beobachtet.
Diese treten beispielsweise unmittelbar nach einem ersten Ereignis als Folge des dadurch
bewirkten Kurschlussstroms auf. Der Kurzschlussstrom ruft dynamische Kräfte hervor,
welche zum Ausfall von Muffen führen können. Hierbei sind insbesondere gealterte oder
infolge von früheren Ereignissen vorbelastete Muffen gefährdet. Eine weitere Ursache für das
Auftreten von Mehrfachausfällen ist die nach einpoligen Erdfehlern auftretende
Verlagerungsspannung. Für den Netzbetreiber ist es daher von besonderem Interesse, die
zukünftige Entwicklung der Ausfallhäufigkeit, insbesondere jener von Mehrfachausfällen, zu
prognostizieren, um zeitgerecht Gegenmaßnahmen treffen und eine unzulässig hohe
Verschlechterung der Versorgungszuverlässigkeit vermeiden zu können.
In der vorliegenden Veröffentlichung werden Methoden zur Ermittlung der Zeitreihen der
Betriebsmittel-Ausfallhäufigkeiten, zur Modellierung der Vorbelastungen der Betriebsmittel
und zur Abschätzung der Mehrfachausfallhäufigkeiten als Funktion der Vorbelastungen
vorgestellt. Die von den Verfahren bereitgestellten Daten werden von der
Systemzuverlässigkeitsanalyse zu Prognosewerten für die Versorgungszuverlässigkeit
elektrischer Energienetze verarbeitet.
2. Verfahren
Zur Prognose der Entwicklung der Ausfallhäufigkeit von Betriebsmitteln sind folgende
Aufgaben zu lösen.
- Modellierung der zeitlichen Zunahme der Ausfallhäufigkeit, im Fall einer Kabelstrecke mit
Berücksichtigung des Reparaturmuffenzuwachses. Hierbei ist der Einfluss von
Instandhaltungsmaßnahmen zu berücksichtigen.
- Modellierung der Vorbelastung (der Stresseinwirkung) der Betriebsmittel als Funktion der
Einsatzdauer.
- Modellierung der Häufigkeit von Mehrfachausfällen als Funktion der der Vorbelastung (des
Stressfaktors).
- Zuverlässigkeitsanalyse für elektrische Energienetze.
Auf die Modellierung der zeitlichen Entwicklung der Ausfallhäufigkeiten wird in [1], [2]
eingegangen. Die Modellierung der Vorbelastung eines Betriebsmittels mit der Kennung k
erfolgt mittels Gl. (1).
S
t
i. k
(
,
j
t)
= ∑ hi
( j − ei
).[ cI
. I
i,
k
( j)
+ cU
. U
i k
( j)].
sh(
t − )
j= beg
(1)
Gl. (1) gilt unter der Voraussetzung, dass die Betriebsmittel i und k zum Beginn des
Beobachtungszeitraums, welcher mit "beg" bezeichnet wird, existieren, und dass
Betriebsmittel i seit dem Zeitpunkt e i in Betrieb ist. Das Ende des Beobachtungszeitraums t
kann beliebig, und zwar entweder mit dem Jahr der Gegenwart oder mit einem in der Zukunft