Innovative Freileitungskonzepte Erhöhung der Übertragungskapazität Dr. Heinrich Pohlmann, SAG GmbH Leiter Versuchs- und Technologiezentrum, Langen

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1 Innovative Freileitungskonzepte Erhöhung der Übertragungskapazität Dr. Heinrich Pohlmann, SAG GmbH Leiter Versuchs- und Technologiezentrum, Langen Hannover, Technik-Dialog der Bundesnetzagentur

2 Agenda 1. Erhöhung der Übertragungskapazität 2. Nachrüstung bestehender Leitungen mit heissen Seilen 3. Studie: Bauweisen von Hochspannungsmasten im In- und Ausland für 50 Hertz Transmission 4. Innovative Freileitungskonzepte 1

3 Erhöhung der Energieübertragung in bestehenden Leitungen Heisse Seile Anforderung: Höhere Strombelastbarkeit Keine Veränderung der mechanischen Eigenschaften Geringe Längenausdehnung bei erhöhter Temperatur 2

4 Auslegung der Seiltemperaturen 250 Leiterseiltemperatur [ C] Al/St-Seile HT-TAL- Seile TAL-Seile

5 Heisse Seile Unterschiedliche Typen TAl/Stalum Keine Fettung; bis 150 C Geschwärztes Tal/Stalum ZTAl/Hacin Gap-Seil ACSS ACCC ACCR bessere Wärmeabgabe bis 210 C; geringere Wärmeausdehnung Stahlkern kann höher vorgespannt werden Stahlkern mit Weichaluminiumdrähten Kohlefaserkern mit Weichaluminiumdrähten Keramikfaserkerndrähte mit TAl-Drähten 4

6 GTACSR Gap Type Heat Resistant Aluminium Conductor Steel Reinforced TAL-Gap-Seil temperaturbeständiges Al/St Seil mit Luftspalt zum Stahlkern 5

7 ACCC Aluminium Conductor Composite Core Aluminiumseil mit Kohlefaserkern 6

8 ACCR Aluminium Conductor Composite Reinforced Aluminiumseil mit faserverstärkten Aluminiumdrähten 7

9 Studie: Bauweisen von Hochspannungsmasten im In- und Ausland für 50 Hertz- Transmission 8

10 Bauweisen von Hochspannungsmasten im In- und Ausland Donaumastbild 9

11 Häufig vorkommende 1-systemige Lyramaste 10

12 400-kV Mast in Vollwandbauweise 11

13 Einsystemiger Portalmast mit 5 Stützen 12

14 Einsystemige Portalmaste mit Seilabankerung 13

15 Bauweise von Hochspannungsmasten im In- und Ausland Ergebnisse der Studie ausländische Bauformen sind auf deutsche Verhältnisse kaum übertragbar, weil: optisch gefällige Maste meist nur mit einem Stromkreis errichtet werden kostengünstige, filigrane Bauformen mit Seilen dauerhaft abgeankert werden müssen alle untersuchten Bauformen und Leitungen keine nennenswerte Verringerung der Trassenbreite zulassen Ansatzpunkte für sehr schlanke und filigrane Bauweisen findet man bei Masten mit reinen Druckstützenkonstruktionen. Ergebnis der Recherche führt zu weiteren Überlegungen hinsichtlich Verkleinerung der Mastgestänge und neuen Ansätzen zur Raumoptimierung. 14

16 Innovative Freileitungskonzepte 15

17 Innovative Freileitungskonzepte Konventionelle Bauweise 16

18 Geringere Masthöhe und schmalere Trassenbreite durch kürzere Spannfelder 17

19 Innovation Durchhangsreduktion Seildurchhang dominierender Faktor für Masthöhe Seildurchhang in Abhängigkeit der Spannfeldlänge und der Temperatur Feldlänge m ,6 2,0 1,3 6,2 5,1 4,2 9,7 8,6 11,0 17,2 15,8 14,6 34,3 32,7 31,5 23,4 24,9 22,2 10 C 40 C 80 C Durchhang m Der Durchhang und damit die Masthöhe wachsen überproportional mit der Spannfeldlänge 18

20 Innovative Freileitungskonzepte Seildurchhang f=12m (80 C) f=9m (10 C) 13,0 m 300,0 m 63,0 m Seildurchhang ist dominierender Faktor für Masthöhe Seildurchhang steigt in Abhängigkeit der Spannfeldlänge und der Temperatur Beispiel: Spannfeldlänge 300m, Temperatur 80 C; Durchhang: 12m erforderliche Masthöhe: 63m Durchhang und damit Masthöhe wächst überproportional zur Spannfeldlänge Beispiel: Spannfeldlänge 500m, Temperatur 80 C; Durchhang: 25m erforderliche Masthöhe: 76m Reduktion des Seildurchhanges ist der Schlüsselfaktor für den Bau kompakterer Freileitungen. 19

21 Innovative Freileitungskonzepte Technische Neuheit f=2,7m (80 C) f=1,2m (10 C) 13,3 m 100,0 m 100,0 m 100,0 m 47,0 m zentrale Neuheit des Ansatzes: Abhängen der Leiterseile Abhängen am straff gespannten Stahlseil etwa alle 100m reduziert den Gesamtdurchhang drastisch damit deutliche Reduktion der Masthöhen möglich Phasenabstände lassen sich in dem ausgesteiften System ebenfalls deutlich verringern Die Zwischenisolatoren werden optisch aus einiger Entfernung nicht mehr wahrgenommen Durchhang steigt bei größeren Spannfeldern bis 600m nur unwesentlich mechanische und thermische Entkopplung des Leiterseils vom Tragseil mechanisch höhere Zugspannung thermisch höhere Leiterseiltemperaturen Die Zwischenabhängung mit GFK-Isolatoren etwa alle 100 Meter ermöglicht die Reduktion der Masthöhe um rund 16 Meter. 20

22 Innovation Abhängen der Leiterseile Deutliche Reduktion der Masthöhen möglich Design Prinzip des Abhängens Visualisierung Die Zwischenabhängung etwa alle 100m mit GFK- Isolatoren ermöglicht die Reduktion der Masthöhe um ca. 16m 21

23 Einebenenanordnung mit Stahltragseilen und Zwischenabhängungen 22

24 Vergleich der Masthöhen 23

25 Innovation: abgehängte Leiterseile Einebenanordnung mit enger Seilführung im Spannfeld Kompakte Bauform Kettenanordnung am Abhängepunkt Visualisierung Neben dem Abhängen werden die Tragseile zusammengezogen. Dies ermöglicht sehr kompakte Bauformen mit niedrigen Masten und engen Schutzstreifen 24

26 Optische Wahrnehmung von Isolatoren im Spannfeld 25

27 Höhere Akzeptanz durch Raumoptimierung Vollwandmaste mit zwei Stahltragseilen Abhängen der Leiterseile am Stahltragseil mittels GFK-Isolatoren führt zu niedrigen Masten und äußerst schmalen Trassen. Vielzahl neuer Freileitungskonzepte mit SAG Know-how durchdacht und skizziert Ziel: Verringerung der Raum-wirkung von HöS-Freileitungen Grundidee: Straff gespanntes Stahltragseil Reduktion der Masthöhe durch sigknifikante Durchhangsreduktion Hochhängen der Seile am Tragseil reduziert die Masthöhe um ca. 16 m bei einem 300-m-Spannfeld Verwendung von Zwischenisolatoren zum Hochhängen und Aussteifen des Systems ermöglicht kompakteste Schutzstreifen Notwendige Entwicklungsarbeit an Isolatoren und Armaturen in einem Forschungsprojekt im Rahmen der Energiewende geplant Neubau einer 400-kV-Leitung scheint mit diesem Konzept mit akzektablen Mehrkosten in bestehenden 110 kv- und 220-kV-Trassen möglich. 26

28 Verschiedene Mastvarianten mit abgehängten Leiterseilen Y-Mastvariante mit asymmetrischen V- Ketten Visualisierung 27

29 Innovative Freileitungskonzepte durch Optimierung der Schutzstreifen Deutliche Reduktion der Masthöhen und des Schutzstreifens möglich Annahme: Alle notwendigen N-S- Verbindungen werden sich nicht als reine Neubaustrecken realisieren lassen Bei Nutzung einer vorhandenen Trasse mit einer neuen 380-kV-Leitung erhöht sich die Übertragungsleistung um bis zu Faktor 20 Mit dem neuen Tragseilkonzept lässt sich die Leitung in dem üblichen Schutzstreifen einer110 kv bzw. 220-kV-Leitung errichten 28

30 SAG-Lösung mit Abhängen der Leiterseile Designvariante Ähnlichkeiten im Brückenbau 29

31 Modifikation von Masttypen Geschwungene Y-Mastvariante Visualisierung 30

32 weitere Lösungen und Visualisierungen Darstellung der wesentlichen Ideen zu neuen Leitungskonzepten

33 Innovation mit Druckstäben V-Form für 2 Systeme Italien, Leiterseil an Leiterseil abgehängt SAG-Lösung für 2 Systeme nebeneinander angeordnet Visualisierung Reiner Druckstab mit Kugelgelenk und Abankerungen ermöglicht filigranes, unauffälliges Fachwerk 32

34 Innovation mit Isoliertraversen Variante mit Abankerung und Auslage nach einer Seite Visualisierung Isoliertraversen anstatt Stahltraversen lassen geringe Phasenseilabstände zu 33

35 Leiterbündel in der Abankerung integriert Druckstabmast mit Stabilisierungsseil Leiterbündel in seitlicher Abankerung integriert Abankerung Visualisierung 34

36 Abgehängte Leiterseile an Tragseilen aus Stahl Variante mit symmetrischer Bauweise - keine Seitenabankerung erforderlich Visualisierung Das Abhängen ermöglicht sehr kompakte Bauformen mit schlanken Schutzstreifen und deutlicher Reduktion der Masthöhe 35

37 Innovation mit Abhängen der Leiterseile Feld- und raumoptimierte Variante Raum- und Feldoptimiert Visualisierung Beispiel ohne abgehängtem Seil in Gitterbauweise (Schweiz) 36

38 Innovation minimiert den Schutzstreifen SAG-Tragseilkonzept bleibt unter 50m Breite Donaumast Spannfeld 500m 94m Schutzstreifenbreite Donaumast Spannfeld 300m 71m Schutzstreifenbreite SAG-Lösung Spannfeld 300m 43m Schutzstreifenbreite 37

39 Die innovativen Freileitungskonzepte sind hinsichtlich aller Anforderungen der Normen und extremen klimatischen Beanspruchungen zu testen. 38

40 Beherrschung der klimatischen Beanspruchungen Extreme Zusatzlasten durch Naßschnee 39

41 Beherrschung der klimatischen Beanspruchung Dynamische Belastung durch Rauhreifabwurf 40