Hochspannungstechnik als Grundlage für die zukünftige Entwicklung von Übertragungsnetzen

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Nele Schenck
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Uwe SCHICHLER Institut für Technische Universität Graz 13.

1 Hochspannungstechnik als Grundlage für die zukünftige Entwicklung von Übertragungsnetzen Univ.-Prof. Dr.-Ing. Uwe SCHICHLER Institut für Technische Universität Graz 13. Symposium Energieinnovation Institut für Elektrizitätswirtschaft und Energieinnovation Technische Universität Graz Graz,

2 Übersicht Hochspannungstechnik - Isolierstoffe und Isoliersysteme: Beanspruchungen und Eigenschaften - Elektrische Felder: statisch und transient - Hochspannungsprüfungen (AC, DC, SI/LI) - Hochspannungsmesstechnik - Elektrische Betriebsmittel Übertragungsnetze: Gegenwart und Ausblick - Erste Gleichstromübertragung, Erste Drehstromübertragung, HGÜ-Anwendungen - HVDC GIS/GIL - UHV: 1100 (1200) kv AC - Alternative Isoliergase - GIL und Freileitungen 2

3 Hochspannungstechnik - Übersicht Physik Mathematik Maschinenbau Elektrotechnik Elektronik Hochspannungsprüfungen Eigenschaften von Isolierstoffen und Isoliersystemen Beanspruchung von Isolierstoffen und Isoliersystemen Hochspannungstechnik Elektrische Betriebsmittel Elektrische Felder (statisch und transient) Hochspannungsmesstechnik Chemie Verfahrenstechnik Materialwissenschaften Informationstechnik 3

4 Elektrische Feldberechnung mit FEM-Tools Untersuchung des Öl/Papier-Isoliersystems eines HGÜ-Transformators Wechselspannung Gleichspannung Polaritätswechsel Quelle: Muhr, TU Graz,

5 Grundlagenforschung an Isolierstoffen Untersuchungen an alternativen Isoliergasen Quelle: Imamovic/Muhr, ETG-Fachtagung,

6 Hochspannungsprüfung an VPE-Kabeln Materialtests, Qualitätssicherung und Untersuchung der Lebensdauer Quelle: Muhr, TU Graz,

7 Hochspannungsprüfungen Entwicklungsprüfungen an Prototypen 500-kV-HGÜ-Isolatorketten mit Mastnachbildung 800-kV-Durchführung Quelle: Muhr, TU Graz,

8 Blitzeinschlag und Blitzschutzmaßnahmen Spannungsbeanspruchung und Schutz von Betriebsmitteln bzw. Gebäuden Quelle: Muhr, TU Graz,

9 Zustandsbewertung an Betriebsmitteln Diagnosemessungen für die Ermittlung des Betriebszustands (Alterungsverhalten der Isoliersysteme) Quelle: Muhr, TU Graz,

10 Hochspannungstechnik und Übertragungsnetze Quelle: Siemens, ABB, TransnetBW, Kelag, APG, DENA (alle Internet) 10

11 Erste Gleichstromübertragung: Miesbach - München, 1882 Länge = 57 km, U = 2 kv, P = 1,5 PS Quelle: Wikipedia 11

12 Erste Gleichstromübertragung: Miesbach - München, 1882 Quelle: Wikipedia 12

13 Erste Drehstromübertragung: Lauffen - Frankfurt/Main, 1891 später: Volt Quelle: Wikipedia 13

14 Erste Drehstromübertragung: Lauffen - Frankfurt/Main, 1891 Drehstromgenerator in Lauffen mit Schalttafel Quelle: Wikipedia 14

15 Erste Drehstromübertragung: Lauffen - Frankfurt/Main, 1891 Quelle: Wikipedia 15

16 Erste Drehstromübertragung: Lauffen - Frankfurt/Main, 1891 Quelle: Wikipedia 16

17 Erste Drehstromübertragung: Lauffen - Frankfurt/Main, 1891 ø 230 mm, ölgefüllt 175 km, 3000 Masten, 9000 Öl-Isolatoren, 60 t Kupferdraht (Ø 4 mm) Quelle: Wikipedia 17

18 HGÜ - Ergebnis des Netzentwicklungsplans Quelle: Rusek, Amprion,

19 HGÜ - Hybridtower Quelle: Rusek, Amprion,

20 HGÜ - Feldversuch in Datteln (Hybridtower) Quelle: Rusek, Amprion,

21 HGÜ - Anlagentechnik HGÜ Xiangjiaba - Shanghai, China: ± 800 kv DC, km, MW Quelle: Siemens,

22 HGÜ - Freileitung für ± 800 kv DC 57 m 40 m Quelle: Siemens,

23 HGÜ - HVDC GIS/GIL DC GIS Bedarf DC GIL Quelle: Siemens,

24 HGÜ - HVDC GIS/GIL Feldverteilung kapazitiv resistiv DC GIS AC DC DC GIL Quelle: Riechert, ABB, 2013 Quelle: Siemens,

25 HGÜ - HVDC GIS/GIL: Entwicklungsprüfung DC GIS DC GIL DC GIL Quelle: Riechert, ABB, 2013 Quelle: Siemens,

26 UHV 1100 kv AC 1100 kv Jin Dong Nan Substation, China (seit 2009 in Betrieb) Quelle: ABB, CIGRE,

27 UHV 1200 kv AC ca m 1200-kV-Teststation in Bina, Indien und 1200-kV-Hybrid-GIS (ABB) Quelle: CIGRE,

28 Zukünftige GIS mit Funktionswerkstoffen (FGM) Reduzierung der max. Feldstärke um 30 % >>> GIS-Durchmesser kleiner Quelle: Okubo,

29 Gasisolierte Übertragungsleitung (GIL) GIL im Kavernenkraftwerk Wehr, Schluchsee, kv, 2000 A, 700 m, 100% SF6 Quelle: Siemens,

30 Gasisolierte Übertragungsleitung (GIL) GIL der 2. Generation GIL München, 380 kv, 2014 N 2 /SF 6 -Mischgas: 80% / 20% Quelle: Siemens,

31 Gasisolierte Übertragungsleitung (GIL) GIL Kelsterbach, Frankfurt/Main 380 kv, 2750 A, 950 m, erdverlegt, 2011 Quelle: Siemens,

32 Gasisolierte Übertragungsleitung (GIL) 100% SF 6 0,5 MPa Gehäuse Ø 400 mm 20% SF 6 / 80% N 2 0,5 MPa Gehäuse Ø 560 mm 20% SF 6 / 80% N 2 0,7 MPa Gehäuse Ø 400 mm 100% N 2 2,0-2,5 MPa Gehäuse Ø 400 mm 100% N 2 0,5 MPa Gehäuse Ø 1600 mm Quelle: Siemens,

SF6 und alternative Isoliergase NEU: Novec 1230 TM 1,7

33 SF6 und alternative Isoliergase NEU: Novec 1230 TM 1, low BP, Toxicity Quelle: Kieffel, Alstom,

34 Freileitungen Optimierte 380-kV-Freileitungen (Mastbild und Seildurchhang) Quelle: SAG,

35 Freileitungen 380-kV-Freileitung mit Raumbedarf einer 110-kV-Trasse durch optimierte Verbundisolatoren (ESKOM, Südafrika) Quelle: Lapp,

36 Energiewende und Hochspannungstechnik 36

37 Hochspannungstechnik ist Basis für Übertragungsnetze Quelle: Siemens, ABB, TransnetBW, Kelag, APG, DENA (alle Internet) 37

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