Durchhangsberechnung von Leitungen

Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
DIN VDE 0210 (EN 50341) – März 2002
Europäische Norm (50341-1) ergänzt durch nationale normative Festlegungen (50341-3-4)
FREILEITUNG =
die Gesamtheit einer Anlage zur oberirdischen Fortleitung von
elektrischer Energie bestehend aus
Stützpunkten Leiterseilen
= Maste, Gründungen, = oberirdische Leiter (nicht isoliert)
Erdungen Isolatoren mit jeweiligem Zubehör
(Armaturen)
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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 1

Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Planung und Bau von Freileitungen
Notwendige Genehmigungen
• Antrag auf Raumordungsverfahren durch EVU
• Freigabeerklärung durch Energieaufsichtsbehörde
• Planung für Raumordnungsverfahren (ROV)
• ROV erfolgt durch Landesministerien – meistens Umweltverträglichkeitsprüfung
• Zustimmung/ Ablehnung
• Gemeindebefragung
• Befragung Grundeigentümer (Eintragung „Grunddienstbarkeit“ im Grundbuch für EVU erforderlich)
Erforderliche Bauplanung
• Trassenführung - möglichst wenig Winkelpunkte, keine extremen Standorte
• Bodenprofil, Verkehrswege – Bodenwerte, Kreuzungen möglichst rechtwinklig
• Besitzverhältnisse
• Leitermaterial, Querschnitt, Isolatoren, Armaturen
• Mastkopfbilder, Mastart
• Gründung, Erdung
Minimale Kosten!
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Mastformen
a) NS-Holzmast mit
Nullleiter
b) MS-Leitung mit
Stützenisolatoren
c) Betonmastleitung
bis 110kV
d) Donaumast bis 1150kV
e) Einebenenmast
bis 220kV
f) Tonnenmast
bis 1150kV
g) Mehrfachleitung 380kV
(4Systeme, Viererbündel)
h) Portalmast bis 750kV
i) Y-Mast bis 1500kV
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Mastgestaltung
Freileitung mit 6 Stromkreisen (Systemen)
und Erdseil
2 x 380 kV (oben)
2 x 220 kV (Mitte)
2 x 110 kV (unten)
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Leitungsaufbau
Material:
Kupfer, Aluminium, Aluminium-Stahl
Aluminiumanteil
Leiter + Korrosionsschutz
Stahlanteil
Tragen des Eigengewichtes
Al-St 240/40 mm 2 �
Al-Gesamtquerschnitt = 240mm 2
Stahlquerschnitt = 40mm 2
P K
kW
Elektrisches Feld um den Leiter
Koronaverluste
P K – Verluste aus Korona
u e - Koronaeinsatzspannung
0,7-1,5 kW/km
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u e
U in kV

Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Koronaerscheinungen
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Bündelleiter
r B
=
a
r * a
• Bündel-Ausführung ab 220 kV
• Haben gleiche Wirkung wie ein
a
Ersatzleiter mit dem Radius r B
r B =
a
3 2
r *a
a
a
r B =
4
2r * a
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a
a
2
a

Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Ersatzschaltbilder für elektrische Leitungen
Offene Gleichstromleitung
mit Hin- und Rückleitung
R – Betriebswiderstand (Resistanz)
G A – Leitwert der Ableitstrecken
X b – Betriebsreaktanz
C b - Betriebskapazität X b
Wechsel- und Drehstromleitung
bis 30 kV
Drehstromleitung über 30 kV Drehstromleitung ab 60 kV
G A
2
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C b
2
C b
2
X b
G A
2

zw.
Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Kenngrößen elektrischer Leitungen
Resistanz eines Leiters
mit Länge l und Querschnitt A
Wirkwiderstandsbeleg = Widerstand pro km
Leitungslänge
ρ= spezifischer Widerstand Ω mm 2 /m
Ω
κ= elektrische Leitfähigkeit = 1/ρ
Bei Bündelleitern = Parallelschaltung der n Teilleiter
R B = R/n
R
=
ρ * l
A
l
R =
κ * A
Betriebsreaktanz - für Normalbetrieb bei symmetrischer
Belastung
r
a b c
D ab
D nm =
D ac
D bc
3 Dab Dbc*
* Dac
µ
L = ln +
b
2π
Dnm
r
Betriebsinduktivität
⎛
1 ⎞
Lb = ⎜2
ln Dnm
/ r + ⎟*
10
⎝
2 ⎠
� Betriebsreaktanz X b
D
r
nm
X b = ω * Lb
= µ * f * ln +
⎛ Dnm 1 ⎞ −4
= ω * ⎜2
ln + ⎟*
10 Ω / km
⎝ r 2 ⎠
X
i
−4
L
i
H / km
Gilt für symmetrisches Dreiphasensystem!
Verdrillte Leitung!
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Verdrillung von Leitungen
• Beseitigung von Unsymmetrien
der Induktivitäten und Kapazitäten
der einzelnen Leiter über die Gesamt-
länge der Leitung
• Beachtung der Leiterreihenfolge
am Ende!
γ 2 - Verdrillung Doppelleitung
α- Verdrillung Einfachleitung
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Z W
Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Wellenwiderstand und natürliche Leistung
Wellenwiderstand = von den Leistungskonstanten abhängige Größe
=
R'+
jωL'
G'+
jωC'
'
Bei ωL>>R und ωC B >>G A (erfüllt für HS-Leitungen)
Z W =
L'
C '
Natürliche Leistung – wird dann übertragen, wenn die Leitung mit ihrem Wellenwiderstand
belastet wird
P
P
nat
nat
=
3*
U
=
Z
U
Z
W
2
stern
W
2
Dreieck
P
nat
= U
P nat ist Wirkleistung � wird nur dann übertragen,
wenn der Verbraucher am Ende der Leitung auf
cosϕ = 1 kompensiert wird
2
e
C
L
b
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Durchhangsberechnung von Leitungen
Seillinie im geraden Spannfeld
a – Spannweite (m)
H – horizontale Zugkraft = S*A
S – Seilzugspannung
A – Seilfläche
m – bezogenes Seilgewicht (kg/m)
g – Erdbeschleunigung
f - Durchhang
a
Durchhang = lotrechter Abstandzwischen der Verbindungslinie der beiden
f max =
*
Befestigungspunkte des Leiters und dem Leiter selbst
(Leitertemperatur +40 o )
m*
g*
a
8 H
2
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Belastungen von Leitungen
Einwirkung (Belastung) � direkt (Wirkung auf Tragwerke Gründungen, Armaturen, feste
Zubehörteile
� indirekt (aufgezwungene oder verhinderte Verformung durch
Temperatur änderungen, Grundwasserbewegung, ungleiche
Setzungen o.ä. führt zu Belastungen)
Zeitliche Änderung � ständige Einwirkungen (Eigengewicht der Tragwerke mit
Zubehör)
� veränderliche Einwirkungen (Windlast, Eislast, o.a. äußere
Lasten)
� DIN VDE 0210 beschreibt Berechnungsmöglichkeiten von Wind- und Eislasten auf
Tragwerke, Masten, Seile
� entscheidend für mechanische Auslegung der Freileitungen
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Thermische Bemessung von Leitungen
Leiter müssen mit zulässigen Temperaturen betrieben werden
� bei Überschreitung erfolgt Entfestigung des Materials
ϑ L < ϑ L Grenz
Temperaturen resultieren aus Eigenverlusten und Sonneneinstrahlung
Temperaturabgabe durch Konvektion und Strahlung
W V + W so = W K + W Str
WV = PV
* t
Kurzschluss – kurze Dauer (Schutzabschaltungen)
=
I
2
* R
'
ϑ
* t
keine Wärmeabgabe � starke Erwärmung des Leiters
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Bau von Leitungen
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Bau von Leitungen
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Anlagen der Energieübertragung - Freileitungen
Blitzschutz für Leitungen
• Blitzschutz realisiert durch optimale Blitzschutzerdung
• Erseil ist eine Komponente – unter dem Erdseil bildet sich ein Blitzschutzraum
� Entladungen in Erdseil oder in Erde geleitet
• weitere Komponente = Masterdung – muss so ausgelegt sein, dass bei Ableitung des
Blitzstromes in die Erde keine unzulässigen Überspannungen auftreten
• Blitzeinschlag in geerdete Teile kann
zu Überschlägen auf betriebsmäßig
spannungsführende Teile führen
(rückwärtiger Überschlag)
� Stoßerdungswiderstand
R st < U st / I st
R St = Stoßerdungswiderstand der Masterdung
U st = Blitzstehspannung der Isolierung
I st = Scheitelwert des Blitzstromes im Mast
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