Beispiel: Hochspannungskabel A2XK2Y 1x630 RM 76/132kV N Normtyp A Aluminiumleiter 2X Isolierung VPE, vernetztes Polyethylen K Schirm aus Blei 2Y

Transkript

1 Seite 05.1 von 05.23

2 Seite 05.2 von 05.23

3 Seite 05.3 von 05.23

4 Seite 05.4 von 05.23

5 Beispiel: Hochspannungskabel A2XK2Y 1x630 RM 76/132kV N Normtyp A Aluminiumleiter 2X Isolierung VPE, vernetztes Polyethylen K Schirm aus Blei 2Y Äußere Schutzhülle PE-Mantel, thermoplastisches Polyethylen RM Mehrdrähtiger Rundleiter (Pirelli, Kabel und Leitungen, Seite 157, 158) Seite 05.5 von 05.23

6 Seite 05.6 von Beispiel für das Hochspannungskabel A2XK2Y 1x630 RM 76/132kV: U 0 = 76 kv U n = 123 kv U m = 145 kv A = 630 mm 2 d K = 71 mm d L = 31,2 mm δ ILS = 1 mm δ I = 12 mm δ ALS = 1 mm δ BM = 2,1 mm ε r = 2,4 Spannung gegen Erde Netznennspannung (rated voltage) Höchste zulässige Betriebsspannung Querschnitt Außendurchmesser des Kabels Leiterdurchmesser, Aluminum Innere Leitschicht = leitfähiger Feldsteuerbelag Dicke der Isolierung, VPE Äussere Leitschicht = leitfähiger Feldsteuerbelag Dicke des Bleimantels Dielektrikum VPE

7 Seite 05.7 von 05.23

8 Seite 05.8 von 05.23

9 Seite 05.9 von 05.23

10 N Normtyp 2X Isolierung VPE, vernetztes Polyethylen S Schirm aus Kupfer 2Y Äußer Schutzhülle PE-Mantel, thermoplastisches Polyethylen Seite von Beispiel für ein Mittelspannungskabel: U 0 = 12 kv U n = 20 kv U m = 24 kv A = 70 mm 2 d K = 33 mm d L = 10 mm δ ILS = 0,3 mm δ I = 5,5 mm d S = 21,9 mm δ A = 2,5 mm ε r = 2,3 Spannung gegen Erde Netznennspannung (rated voltage) Höchste zulässige Betriebsspannung Querschnitt Außendurchmesser des Kabels Leiterdurchmesser, Kupfer Innere Leitschicht = leitfähiger Feldsteuerbelag Dicke der Isolierung Durchmesser über Isolierhülle Dicke des Außenmantels Dielektrikum

11 Seite von 05.23

12 Seite von 05.23

13 Seite von 05.23

14 Seite von Elektrostatische Größen Potentialverlauf im Isolierstoff VPE: (r)=(u 1 U 2 ) $ ln r 2 r ln r 2 r1 = U 12 $ ln r 2r ln r 2 r1 Feldstärkeverlauf: E(r)= U 1 U 2 Außerhalb der koaxialen Leitung existiert kein elektrisches Feld. r$ln r 2 = U 12 r1 r$ln r 2 r1 Amplitude der Betriebsfeldstärke Ê am Innenleiter bei 50Hz Betriebswechselspannung Ê(r i )=2, 5...4, 1 kv mm Kapazitätsbelag: C = C l = 2 0 r ln r 2 r1 ε 0 = 8,8542*10-12 As/Vm Herstellerangabe, Siemens Kabel Teil 2, Seite 262 C' = 0,196 µf/km bei Leiterquerschnitt 70 mm 2 L' = 0,695 mh/km bei Leiterquerschnitt 70 mm 2

15 Magnetische Größen Seite von Annahme: Der Strom fließt im Innenleiter hin zum Verbraucher und über den Kabelmantel zurück zur Quelle. Dann ergeben sich die folgenden Parameter. H-Feld im Innenleiter: H(r) = I 2 $r 1 2 $ r H-Feld zwischen den Radien r 2 und r3 H(r) = I 2 $r H-Feld im Außenleiter, H(r) = I Bild HTV1 Kapitel $r $ r 3 2 r 2 r 2 3 r2 2 Induktivität allgemein: L = I Induktivitätsbelag falls der gesamte Strom durch den Außenmantel zurückfließt (trifft normalerweise nicht zu): L = L l = 0 4 $ 2 $ ln r 2 r2 2 r r $ ln 3 r 2 r 2 3 r 3 2 r 2 2 r 3 2 r 2 2 Induktivitätsbelag für Hochfrequenzvorgänge mit Skin-Effekt: L = L l = 0 2 $ ln r 2 r 1 Induktivitätsbelag: Herstellerangabe, Siemens Kabel Teil 2, Seite 262 L' = 0,695 mh/km bei 70 mm 2

16 Seite von Magnetisches Feld in einer koaxialen Leitung 4.5 Feldverlauf H(r) in einer koaxialen Leitung 2,5 2 1,5 1 0, HTV10405.PRS H(r) im Koaxialkabel, I=100A ; r1=7cm ; r2=13cm : r3=15cm r = 0 bis 7 cm r = 7 bis 13 cm r = 13 bis 15 cm Innenleiter Feldraum zwischen Innen- und Außtenleiter Außenleiter Außerhalb der koaxialen Leitung existiert kein Magnetfeld, wenn der Strom über den Innenleiter hinfließt und dergleiche Strom über der Außenleiter zurückfließt.

17 Seite von Ericssen

18 Seite von 05.23

19 Seite von Kapazität des Kabels C = C l = 2 0 r ln r 2 r1 Vereinfachte Formel, falls Skineffekt auftritt: L = L l = 0 2 $ ln r 2 r 1 Genaue Berechnung für f=50hz: L = L l = 0 4 $ 2 $ ln r 1 r0 + 2 r2 2 r 2 2 r $ ln r 2 2 r 1 r 2 r 2 2 r2 1 Wellenimpedanz: Z = L C Geschwindigkeit v = 1 L C ε 0 = 8,8542*10-12 As/Vm µ 0 = 4*π*10-7 Vs/Am

20 N Normtyp 2X Isolierung VPE, vernetztes Polyethylen S Schirm aus Kupfer 2Y Äußer Schutzhülle PE-Mantel, thermoplastisches Polyethylen Seite von Kupferleiter Beispiel für ein Mittelspannungskabel: U 0 = 12 kv U n = 20 kv U m = 24 kv A = 70 mm 2 d K = 33 mm d L = 10 mm δ ILS = 0,3 mm δ I = 5,5 mm d S = 21,9 mm δ A = 2,5 mm ε r = 2,3 Spannung gegen Erde Netznennspannung (rated voltage) Höchste zulässige Betriebsspannung Querschnitt Außendurchmesser des Kabels Leiterdurchmesser, Kupfer Innere Leitschicht = leitfähiger Feldsteuerbelag Dicke der Isolierung Durchmesser über Isolierhülle Dicke des Außenmantels Dielektrikum

21 Seite von Möglichkeiten der Erdung der Metallmäntel

22 Seite von 05.23

23 Aufgabe Seite von Beschreiben Sie den Aufbau eines 20kV-Kabels! 5.2 Berechnen Sie die Feldstärke Ê(r L ) an der Oberfläche des Feldsteuerbelages für a U 0 = 12 kv Spannung gegen Erde b U n = 20 kv Netznennspannung (rated voltage), gesundes System c U n = 20 kv Netznennspannung (rated voltage), Einphasenerdschluß d U m = 24 kv Höchste zulässige Betriebsspannung, gesundes System e U m = 24 kv Höchste zulässige Betriebsspannung, Einphasenerdschluß 5.3 Wird der zulässige Wert der Betriebsfeldstärke Ê B < 7 kv/mm überschritten? 5.4 Berechnen Sie die Betriebskapazität C'! 5.5 Berechnen Sie die Betriebsinduktivität L'! 5.6 Berechnen Sie den Wellenwiderstand Z! 5.7 Berechnen Sie die Ausbreitungsgeschwindigkeit v! 5.8 Berechnen Sie den kapazitiven Ladestrom für l = 1000m! 5.9 Ermitteln Sie die Strombelastbarkeit bei 90 C, Schirme an beiden Enden verbunden, flach verlegt in Erde 5.10 Berechnen Sie die übertragbare Leistung!