Versuch HS1: Belastung von Einleiterkabeln

Größe: px

Ab Seite anzeigen:

Download "Versuch HS1: Belastung von Einleiterkabeln"

Thomas Beckenbauer
vor 6 Jahren
Abrufe

1 Praktikum Hochstromtechnik Versuch HS1: Belastung von Einleiterkabeln 9/2012 Versuchsteilnehmer: Praktikumsgr.: Abgabetermin: Protokollant: Eingangsdat.: Versuchsleiter: Testat:

2 HTW Dresden Fakultät Elektrotechnik Schaltanlagentechnik Prof. Dr.-Ing. Ralf-Dieter Rogler Hochstromtechnik Belastung von Einleiterkabeln Versuchsziel Das Ziel des Versuches besteht darin, grundlegende Kenntnisse zur Höhe des übertragbaren Stromes und damit der übertragbaren Leistung über Einleiterkabel zu vermitteln und damit das Verständnis für die thermischen Einflüsse auf die Belastbarkeit eines Kabels zu vertiefen. Im besonderen wird der Einfluss der Schirmbehandlung auf die Stromtragfähigkeit untersucht. Strombelastbarkeit von Einleiterkabel Die Höhe der übertragbaren Leistung von Einleiterkabel hängt unter anderem von der in den Kabeln erzeugten elektrischen Verlustleistung und von der Wärmeübertragung innerhalb (Isolierung und Kabelmantel) und außerhalb (Erdboden oder Freiluft) des Kabels ab. Verlustleistungen werden im Leiter des Kabels durch den Betriebsstrom und durch Strom im konzentrischen Außenleiter abhängig von der Erdung und der elektrischen Verbindung der konzentrischen Außenleiter untereinander erzeugt. Diese Verlustleistungen werden durch Wärmeleitung von den Quellen (Leiter und konzentrischer Außenleiter) in die Senke (Erdreich oder Umgebungsluft) transportiert. Abhängig von der Erdboden- und Umgebungstemperatur ( E 0) und der zulässigen Leiter- L und der Kabeloberflächentemperatur M und den Wärmewiderständen der Isolierung und des Mantels R M und der Umgebung R U und den Verlusten im Leiter P L und im Mantel P M ergibt sich der zulässige Belastungsstrom I l des Kabels. Für ein luftverlegtes 20 kv - Kabel (NA 2X S(F)2Y 1X240/25 12/20 kv RM) ist die Temperaturverteilung bei einer Strombelastung von I l = 581 A zu berechnen und zu messen.

3 Kabelparameter Bezeichnung: Leiter (Al): Außenleiter: (Cu): Leiterwiderstand bei 20 C: Wanddicke der inneren Leitschicht: Wanddicke der Isolierhülle: Durchmesser über Isolierhülle: Wanddicke der äußeren Leitschicht: Wanddicke des Außenmantels: Außendurchmesser: Betriebskapazität: Betriebsinduktivität: Kurzschlusstrom im Leiter I k : Kurzschlusstrom im Schirm I k : Strombelastbarkeit in Erde: Strombelastbarkeit in Luft: NA 2X S(F)2Y 1x240/25 12/20 kv RM A = 240 mm²; d l = 17,8 mm; A = 25 mm² 0,125 Ohm /km 0,3 mm 5,5 mm 30 mm 0,4 mm 2,5 mm 40 mm 0,31 μf/km 0,36 mh/km 22,6 ka 5,1 ka Dreierbündel 417 A parallel horizontal 455 A Dreierbündel 496 A parallel horizontal 581 A Parameter der Kabeltrasse Die drei Kabel sind frei in Luft horizontal in einer Ebene verlegt. Die Leiter und die konzentrischen Außenleiter der drei Einleiterkabel werden am Anfang kurzgeschlossen. Die konzentrischen Außenleiter werden wahlweise am Ende kurzgeschlossen oder offen gelassen. Leiterabstand 120 mm Leiterabstand 240 mm

4 Leiterabstand 60 mm Aufgaben: 1 Berechnen Sie die Ströme in den konzentrischen Außenleitern I M für den Fall, dass die konzentrischen Außenleiter beidseitig kurzgeschlossen sind für die 3 Abstände 60, 120, 240 mm (Leitungslänge 10 m und Belastungsstrom 581 A). 2 Berechnen Sie die Spannung zwischen den konzentrischen Außenleitern u M bei einseitig offenen konzentrischen Außenleitern. 3 Stellen Sie das thermische Ersatzschaltbild (Wärmenetz) zur Berechnung der Temperaturverteilung bzw. zur Berechnung der zulässigen Strombelastbarkeit auf. 2 Berechnen Sie die Verlustleistungen, Wärmewiderstände und Wärmekapazitäten der Isolierung, des Mantels eines Kabels und der Umgebung (Strahlung und Konvektion). 3 Berechnen Sie den Temperaturverlauf nach dem Einschalten. 4 Berechnen Sie die radiale Temperaturverteilung im eingeschwungenen Zustand. Stellen Sie die Temperaturen des Leiters und der Kabeloberfläche graphisch dar. Versuchsdurchführung Messung der Temperaturen und Leiter-Leiter-Mantelspannungen bei offenem Außenleiter Nutzen Sie die bereits eingeschaltete und thermisch eingeschwungene Messanordnung und messen Sie die folgenden Werte und tragen Sie Ihre Ergebnisse in die vorgefertigte Tabelle ein. Die Kabel haben einen Leitermittenabstand von 240 mm, der Mantel ist einseitig kurzgeschlossen. L L1 L L12 L L3 M L1 M L2 M L3 0 [ C] Temperaturen Abstand 60 mm 120 mm 240 mm Spannungen UA1-A2 UA1-A3 UA2-A3 UA1-SP UA2-SP UA3-SP Verändern Sie die Abstände der Kabel auf Leiter-Leiter Abstand auf 120 mm bzw. 60 mm und messen Sie erneut alle Spannungen.

5 Schlussfolgern Sie aus den gemessenen Spannungswerten auf die Kabelverlegung und erklären Sie die auftretenden Änderungen der Spannungen bei Veränderung des Abstandes. Messung der Temperaturen und Mantelströme bei geschlossenem Außenleiter Schließen Sie nun die Außenleiter der 3 Leiter kurz. Verändern Sie die Abstände der Kabel auf Leiter-Leiter Abstand auf 120 mm bzw. 60 mm und messen Sie alle Mantelströme und die Sternpunkt-Sternpunkt-Spannung. Abstand 60 mm 120 mm 240 mm Ströme IA1 [A] IA2 [A] IA3 [A] USP1-SP2 Warten Sie bei einem Leitermittenabstand von 240 mm bis zum eingeschwungenen Zustand und messen Sie anschließend alle 7 Temperaturen wie vorher. L L1 L L12 L L3 M L1 M L2 M L3 0 [ C] Temperaturen Erklären Sie die Veränderungen der Temperaturen im Vergleich zu vorher.

6 Kontrollfragen 1. Warum werden die konzentrischen Außenleiter von Einleiterkabeln wahlweise beidseitig geerdet oder nur einseitig geerdet? 2. Von welchen Größen des Kabels und der Kabeltrasse sind die Ströme in den konzentrischen Außenleitern der Einleiterkabel abhängig? 3. Mit welchen Maßnahmen können die Ströme in den konzentrischen Außenleitern verringert werden? 4. Warum haben die Ströme in den konzentrischen Außenleitern einen Einfluss auf die maximal übertragbare Leistung des Kabelsystems? 5. Welche Temperaturen im Einleiterkabel bestimmen die maximal zulässige Belastbarkeit der Kabel mit Betriebsströmen? Begründen Sie Ihre Aussage! 6. Wovon ist die Wärmeleitfähigkeit des Erdbodens abhängig? 7. Wie und warum verändert sich die Wärmeleitfähigkeit des Bettungsmaterials Sand, wenn der gewachsene Erdboden lehm- bzw. tonhaltig ist?

7 Prüfaufbau

8 Messaufbau zu den Mantelspannungen und -strömen

Ähnliche Dokumente

Kabelsysteme, Kabel und Garnituren

Kabel Einadrige VPEisolierte Kabel für Mittelspannungsnetze U 0 / U 6 / 10 kv 18 / 30 kv Kabelsysteme, Kabel und Garnituren us der Welt der Kabel in die ganze Welt Kabel sind, seit dem Beginn der Geschichte