Die Bestimmung induzierter Spannungen und Ströme verursacht durch parallel geführte Leitungssysteme

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Hildegard Boer
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1 1 W I S S E N n T E C H N I K n L E I D E N S C H A F T Die Bestimmung induzierter Spannungen und Ströme verursacht durch parallel geführte Leitungssysteme Raunig, Schmautzer, Fickert, Emmer (Referent), Institut für Elektrische Anlagen TU Graz u

2 2 Inhaltsverzeichnis - Motivation - Problemstellung - Methodik - Beispiele - Zusammenfassung

3 3 Motivation - Steigender Energiebedarf höhere Transportkapazität - Vermehrte Konzentration von Anlagen der Energieübertragung auf gemeinsamen oder engbenachbarten Trassen - Vermehrter Einsatz von Steuer- und Sicherheitstechnik (z.b. Signaleinrichtungen) - Wirkung von Reduktionsleitern und Erdungssystemen

4 Problemstellung - Durch räumliche Nähe treten

elektromagnetische Wechselfeld in Interaktion -

Gefährdung von Personen und Betriebsmitteln -

Beeinflussungssenke Andere Starkstromanlagen (z.

) Fernmeldeanlagen, elektronische Einrichtungen

4 4 Problemstellung - Durch räumliche Nähe treten einzelne Systeme bedingt durch das elektromagnetische Wechselfeld in Interaktion - Störquelle und senke - Ausschluss von - Gefährdung von Personen und Betriebsmitteln - Störungen Beeinflussungsquelle Starkstromanlage Beeinflussungssenke Andere Starkstromanlagen (z.b. Niederspg.) Fernmeldeanlagen, elektronische Einrichtungen Gas-, Öl-, Wasserleitungen Seilbahnen, Sessellifte, Schlepplifte Draht-, Zaunanlagen, Bäder, Sportanlagen

5 FL S2 5 Methodik (1) Beispiel anhand einer Freileitung I 1E I 2E E I 3E E 55 m I S1L1 FL S1L1 FL S1L1 FL S2L1 I S1 I S1 FL S1-8 m 8 m I S2L1 FL S1 FL S2L1 I S2 FL S1 FL S2 FL S2-11,5 m 11,5 m I S2 I TK TK FL S1-8,5 m 8,5 m FL S2 3 m 41,5 m U q,s1l1 U i1,e U l1,e U i2,e U l2,e U i3,e U l3,e Z 1,E U i1,s1l1 U l1,s1l1 U i2,s1l1 U l2,s1l1 U i3,s1l1 U l3,s1l1 U Ph,S1L1 U Ph,S1 U q,s1 U i1,s1 U i2,s1 U i3,s1 U q,s1 U i1,s1 U i2,s1 U i3,s1 U Ph,S1 U q,s2l1 U i1,s2l1 U i2,s2l1 U i3,s2l1 U Ph,S2L1 U Ph,S2 U Ph,S2 Z 1,S1L1 ϱ 1 ϱ 2 ϱ 3 Z 2,E Z 2,S1L1 Z 3,E E TK 19,5 m -1 m 1 m U l1,s1 Z 1,S1 U l2,s1 Z 2,S1 Z 3,S1L1 U l3,s1 Z 3,S1 FL S1L1 15 m U l1,s1 Z 1,S1 U l2,s1 U l3,s1 FL S1 U l1,s2l1 Z 2,S1 U l2,s2l1 Z 3,S1 U l3,s2l1 FL S1 Z 1,S2L1 Z 2,S2L1 Z 3,S2L1 U q,s2 U i1,s2 U l1,s2 U i2,s2 U l2,s2 U i3,s2 U l3,s2 FL S2L1 Z 1,S2 Z 2,S2 Z 3,S2 U q,s2 U i1,s2 U l1,s2 Z 1,S2 U i2,s2 U l2,s2 Z 2,S2 U i3,s2 U l3,s2 Z 3,S2 U i1,tk U l1,tk Z 1,TK U i2,tk U l2,tk Z 2,TK U i3,tk U l3,tk l 1 l 2 l 3 Z 3,TK U i FL S2 FL S2 TK

6 6 Methodik (2) - Programm IBEL-GUI (Matlab basierend, inkl. GUI) - Ansatz nach dem Impedanzmatrixverfahren bzw. Hybridmatrixverfahren - Koppelimpedanzen nach J.R. Carson, Pollaczek und Dubanton - Modellbildung der gesamten untersuchten Leitungskonfiguration - Beeinflussungs- bzw. Näherungsabschnitte - Berücksichtigung von Phasenbelegungen, Lastströmen, Fehlerströmen - Erdseile, Reduktionsleiter und reduzierende Erdungsanlagen

7 I S1L1 I S1 I S1 I S2L1 I S2 I S2 I TK E FL S1L1 FL S1 FL S1 FL S2L1 FL S2 FL S2 TK E TK 7 Methodik (3) I 1E I 2E I 3E Vollständige Matrix der Impedanzen der Beeinflussungskonfiguration - Aktive Leiter (Index p) - Passive Leiter (Index q), z.b. Erdseil, Reduktionsleiter - Induzierte Leiter (Index i), z.b. IKT-Leiter U Ph,S1L1 U Ph,S1 U Ph,S1 U Ph,S2L1 U Ph,S2 U Ph,S2 U q,s1l1 U q,s1 U q,s1 U q,s2l1 U q,s2 U q,s2 U i1,e U i1,s1l1 U i1,s1 U i1,s1 U i1,s2l1 U i1,s2 U i1,s2 U i1,tk U l1,e Z 1,E U l1,s1l1 Z 1,S1L1 U l1,s1 Z 1,S1 U l1,s1 Z 1,S1 U l1,s2l1 Z 1,S2L1 U l1,s2 Z 1,S2 U l1,s2 Z 1,S2 U l1,tk Z 1,TK ϱ 1 U i2,e U i2,s1l1 U i2,s1 U i2,s1 U i2,s2l1 U i2,s2 U i2,s2 l 1 l 2 U i2,tk U l2,e Z 2,E U l2,s1l1 Z 2,S1L1 U l2,s1 Z 2,S1 U l2,s1 Z 2,S1 U l2,s2l1 Z 2,S2L1 U l2,s2 Z 2,S2 U l2,s2 Z 2,S2 U l2,tk Z 2,TK ϱ 2 ϱ 3 U i3,e U i3,s1l1 U i3,s1 U i3,s1 U i3,s2l1 U i3,s2 U i3,s2 U i3,tk U l3,e Z 3,E U l3,s1l1 Z 3,S1L1 U l3,s1 Z 3,S1 U l3,s1 Z 3,S1 U l3,s2l1 Z 3,S2L1 U l3,s2 Z 3,S2 U l3,s2 Z 3,S2 U l3,tk Z 3,TK l 3 U i FL S1L1 FL S1 FL S1 FL S2L1 FL S2 FL S2 U Z Z Z I p pp pq pi p U = Z Z Z I U q i qp qq qi q Z Z Z I ip iq ii i Bedingung auf Grund der Erdungsbehandlung à U I i q = = U = Z I + Z I i i ip p iq q 1 ( ) U = Z Z Z Z I ip iq qq qp p

8 8 Methodik (4) Bewertung der Reduktionswirkung - Reduktionsfaktor r r = U U i mitre duktionswirkung i ohnere duktionswirkung

9 9 Beispiel 1a Reduktionswirkung eines mitgeführten Reduktionsleiters Erdseil 55 m L1-8 m 8 m L1-11,5 m 11,5 m -8,5 m 8,5 m 19,5 m 3 m 41,5 m mit Erdungssystem, h TK mit Erdungssystem, h TK mit Erdungssystem, h TK = 5 m ohne Erdungssystem, h TK ohne Erdungssystem, h TK 5 m -6 m Reduktionsleiter 6 m 1 m 1 cm TK U ind in V/km ohne Erdungssystem, h TK = 5 m in φ Uind

10 1 Beispiel 1b Wirkung von ausgedehnten Erdungssystemen Erdseil 55 m L1-8 m 8 m L1-11,5 m 11,5 m -8,5 m 8,5 m 19,5 m 3 m 41,5 m mit Erdungssystem, h TK mit Erdungssystem, h TK mit Erdungssystem, h TK = 5 m ohne Erdungssystem, h TK ohne Erdungssystem, h TK 5 m -6 m 1 m 6 m TK 29 m Erdungssystem -2 m Reduktionsleiter -38 m U ind in V/km ohne Erdungssystem, h TK = 5 m in φ Uind

11 11 Reduktionsleiterströme L1 Erdseil -8 m 8 m -11,5 m 11,5 m -8,5 m 8,5 m L1-6 m 1 m 6 m TK 29 m Erdungssystem -2 m Reduktionsleiter -38 m 5 m 55 m 19,5 m 3 m 41,5 m Betrag I i in A/km Phase 1. Erdungsleiter (-38 m) 4,36 33,9 2. Erdungsleiter (-36 m) 4,9 12,6 3. Erdungsleiter (-34 m) 6,23 -,4 4. Erdungsleiter (-32 m) 8,16-8,6 5. Erdungsleiter (-3 m) 1,78-14, 6. Erdungsleiter (-28 m) 14,28-17,7 7. Erdungsleiter (-26 m) 19,5-2,1 8. Erdungsleiter (-24 m) 25,76-21,4 9. Erdungsleiter (-22 m) 35,77-21,2 1. Erdungsleiter (-2 m) 52,94-18,2 Reduktionsleiter (29 m) 5,26-3,5 Tabelle: Reduktionsleiterströme Gegenseitige Beeinflussung der Reduktionsleiter nicht berücksichtigt!!!

12 -2 m -1 m 12 Beispiel 2a Wirkung der Kabelschirme 5 m -6 m TK 6 m 1 m 4 Schirme beidseitig geerdet, h TK Reduktionsleiter -,5 m -2,5 m 2,5 m L1 L1-1,5 m 1,5 m -3,5 m 3,5 m U ind in V/km Schirme beidseitig geerdet, h TK Schirme beidseitig geerdet, h TK = 5 m Schirme einseitig geerdet, h TK Schirme einseitig geerdet, h TK Schirme einseitig geerdet, h TK = 5 m in φ Uind

13 -2 m -1 m 13 Beispiel 2b Reduktionswirkung von Begleiterdern 5 m -6 m TK 6 m 1 m 18 ohne Reduktionsleitern, h TK Reduktionsleiter -,5 m -2,5 m 2,5 m L1 L ohne Reduktionsleitern, h TK ohne Reduktionsleitern, h TK = 5 m mit Reduktionsleitern, h TK mit Reduktionsleitern, h TK mit Reduktionsleitern, h TK = 5 m -3,5 m -1,5 m 1,5 m 3,5 m U ind in V/km in φ Uind

14 14 Zusammenfassung - Globale Erdungssysteme besitzen eine gute Reduktionswirkung - Teils hohe Ströme in den Reduktionsleitern (zusätzliche Magnetfelder, Magnetfeldverzerrung) - Reduktionswirkung - Freileitung (höhere Induktionswirkung) - Kabel (gute Schirmwirkung, i.a. durch Schirmimpedanz) - Vektorielle Überlagerung muss berücksichtigt werden

15 15 W I S S E N n T E C H N I K n L E I D E N S C H A F T Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit. Raunig, Schmautzer, Fickert, Emmer (Referent), Institut für Elektrische Anlagen TU Graz u

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