DE19642677A1

DE19642677A1 - Drehstrom-Freileitung zur Elektroenergieübertragung

Info

Publication number: DE19642677A1
Application number: DE1996142677
Authority: DE
Inventors: Helmut Prof Dr Ing Boehme; Gerd Dipl Ing Fitterer; Rolf Prof Dr Paschen; Gernot Dipl Ing Schlayer
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1996-10-16
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 1998-04-23

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehstrom-Freileitung zur Elektroenergieübertra gung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In der Umgebung von Drehstrom-Freileitungen wird - bedingt durch den Übertra gungsstrom - unvermeidlich ein Magnetfeld erzeugt. Es ist gekennzeichnet durch seine magnetische Induktion B. Um schädliche Wechselwirkungen dieses Magnetfeldes mit der menschlichen Gesundheit zu vermeiden, sollte es an Orten, die nicht nur zum vor übergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind, möglichst niedrig sein und darf festgesetzte (gesetzliche) Grenzwerte keinesfalls überschreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drehstrom-Freileitung zur Elektroener gieübertragung anzugeben, die insbesondere in der Nähe der Erdoberkante, vorzugs weise bis zu einer Höhe von 2 bis 3 m über der Oberfläche, ein wesentlich reduziertes Magnetfeld und elektrisches Feld erzeugt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs gemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß der von den Gegenphasenströmen erzeugte Magnetfluß dem von den Phasenströmen erzeug ten Magnetfluß entgegenwirkt und hierdurch sowohl das Maximum des Effektivwertes der magnetischen Induktion B_effmax sowie der elektrischen Feldstärke in 2 bis 3 m Höhe über dem Erdboden als auch der senkrechte Abstand x(0,2 µT) zu dem Punkt von der zur Erdoberfläche gerichteten Leitungsachse, bei dem der Effektivwert der magneti schen Induktion den Wert 0,2 µT erreicht und für größere Abstände unterschreitet, sehr stark reduziert werden. Falls die Rückleiter geerdet sind, was bei einigen der Ausführungsformen möglich ist, wirken sie zusätzlich als Schirm für das elektrische Feld und reduzieren dieses oberhalb der Erdoberkante. Insgesamt wird eine sehr um weltfreundliche Drehstrom-Freileitung zur Elektroenergieübertragung geschaffen.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 bis 9 verschiedene Anordnungen von magnetfeldreduzierten Drehstrom- Freileitungen,

Fig. 10 eine Anordnung mit drei vertikal untereinander angeordneten Phasenlei tern,

Fig. 11 eine Anordnung mit im Dreieck (mit der Spitze nach unten) angeordne ten Phasenleitern,

Fig. 12 eine Anordnung mit drei horizontal nebeneinander angeordneten Pha senleitern,

Fig. 13 die Abhängigkeit der magnetischen Induktion unterhalb einer Freileitung vom Abstand zur Leitungsachse.

In den Fig. 1 bis 9 sind verschiedene Anordnungen von magnetfeldreduzierten Freilei tungen dargestellt. In allen Figuren sind drei Phasenleiter L1, L2, L3 einer Drehstrom- Freileitung mit drei je 120° phasenverschobenen Phasenströmen i_R1, i_S1, i_T1 zu erken nen. Diese Phasenleiter L1, L2, L3 sind mit Sekundärwicklungen 1, 2, 3 eines Dreh strom-Netztransformators oder mit Generatoren verbunden. Die Ziffern 1 bis 3 reprä sentieren allgemein die Komponenten der Quelle oder Einspeisung.

Die Phasenleiter L1, L2, L3 sind mit Primärwicklungen 4, 5, 6 eines Drehstrom- Netztransformators oder eines Verbrauchers verbunden. Die Ziffern 4 bis 6 repräsentie ren allgemein die Komponenten der Senke.

Zur Reduktion des unterhalb der Drehstrom-Freileitung im Bereich der Erdoberfläche auftretenden Magnetfelds sind die Komponenten 1, 2, 3 und/oder 4, 5, 6 an Rückleiter 7, 8, 9 (Gegenphasen) der Freileitung angeschlossen, die jeweils unterhalb der Pha senleiter L1, L2, L3 angeordnet sind. In diesen Rückleitern 7, 8, 9 fließen Gegenpha senleiter L1, L2, L3 angeordnet sind. In diesen Rückleitern 7, 8, 9 fließen Gegenpha senströme i_R2, i_S2, i_T2, welche zwar die Amplituden und Phasen lagen der Phasenströme i_R1, i_S1, i_T1 aufweisen, jedoch in Gegenrichtung zu diesen Phasenströmen fließen. Das von den Gegenphasenströmen i_R2, i_S2, i_T2 erzeugte Magnetfeld überlagert das von den Phasenströmen erzeugte Magnetfeld derart kompensierend, daß das in einer Höhe von 2 bis 3 m über der Erdoberfläche und darunter auftretende Magnetfeld sehr stark redu ziert ist.

Wie bereits aus den vorstehenden Erläuterungen hervorgeht, gilt für alle Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 9 die grundlegende Bedingung, daß jeweils paarweise Hin- und Rückströme in den Leitern L1 und 7 bzw. L2 und 8 bzw. L3 und 9 entstehen, deren Magnetfelder sich weitgehend kompensieren. Grundvoraussetzung dabei ist es, daß entweder auf der Seite der Quelle und/oder auf der Seite der Senke die drei Wicklun gen oder Generatoren oder Verbraucher einzeln, d. h. nicht miteinander verschaltet, vorkommen.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind sowohl die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Generatoren) der Quelle als auch die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Ver braucher) der Senke einzeln ausgeführt.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 2 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle in Sternschaltung mit vorzugsweise geerdetem Sternpunkt 10 und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbraucher) der Senke einzeln ausge führt, wobei alle Rückleiter 7, 8, 9 am vorzugsweise geerdeten Sternpunkt 10 ange schlossen sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 3 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle einzeln und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbrau cher) der Senke in Sternschaltung mit vorzugsweise geerdetem Sternpunkt 10 ausge führt, wobei alle Rückleiter 7, 8, 9 am vorzugsweise geerdeten Sternpunkt 10 ange schlossen sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 4 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle in Dreieckschaltung und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbraucher) der Senke in Sternschaltung ausgeführt, wobei sich jedoch der vor zugsweise geerdete Sternpunkt 10 auf der Seite der Quelle befindet und alle Rückleiter 7, 8, 9 an diesem vorzugsweise geerdeten Sternpunkt 10 angeschlossen sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 5 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle in Sternschaltung und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbraucher) der Senke in Dreieckschaltung ausgeführt, wobei sich jedoch der vor zugsweise geerdete Sternpunkt 10 auf der Seite der Senke befindet und alle Rückleiter 7, 8, 9 an diesem vorzugsweise geerdeten Sternpunkt 10 angeschlossen sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 6 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle in Dreieckschaltung und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbraucher) der Senke einzeln ausgeführt, wobei die Rückleiter 7, 8, 9 mit den Anschlüssen der Dreieckschaltung verbunden sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 7 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle einzeln und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbrau cher) der Senke in Dreieckschaltung ausgeführt, wobei die Rückleiter 7, 8, 9 mit den Anschlüssen der Dreieckschaltung verbunden sind.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 8 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle in Sternschaltung mit beispielsweise nicht geerdetem Sternpunkt 11 und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbraucher) der Senke einzeln ausgeführt, wobei die Rückleiter 7, 8, 9 derart mit den Anschlüssen der Komponenten 1, 2, 3 verbunden sind, daß den Komponenten 4, 5, 6 die verketteten Spannungen zu geführt werden.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 9 sind die Komponenten 1, 2, 3 (Wicklungen oder Ge neratoren) der Quelle einzeln und die Komponenten 4, 5, 6 (Wicklungen oder Verbrau cher) der Senke in Sternschaltung mit beispielsweise nicht geerdetem Sternpunkt 11 ausgeführt, wobei die Rückleiter 7, 8, 9 derart mit den Anschlüssen der Komponenten 4, 5, 6 verbunden sind, daß ein Anschluß an die verketteten Spannungen gegeben ist.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsformen sind die Varianten gemäß Fig. 2 und 3 bzw. 4 und 5 bzw. 6 und 7 bzw. 8 und 9 identisch, wenn Quelle und Senke ver tauscht werden.

Da bei den Varianten gemäß Fig. 2, 3, 4 und 5 die Rückleiter vorzugsweise auf Erdpo tential liegen, schirmen sie zusätzlich das von den Phasenströmen erzeugte elektrische Feld ab.

Die vorstehenden Ausführungen gelten sowohl für vertikal untereinander angeordnete Phasenleiter, als auch für mit im Dreieck (mit der Spitze nach unten) angeordnete Pha senleiter und für drei horizontal nebeneinander angeordnete Phasenleiter.

In Fig. 10 ist eine Drehstrom-Freileitungs-Anordnung mit drei vertikal untereinander an geordneten Phasenleitern gezeigt. Von oben nach unten sind der Phasenleiter L3, der Rückleiter 9, der Phasenleiter L2, der Rückleiter 8, der Phasenleiter L1 und der Rücklei ter 7 untereinander angeordnet.

In Fig. 11 ist eine Drehstrom-Freileitungs-Anordnung mit im Dreieck (mit der Spitze nach unten) angeordneten Phasenleitern dargestellt. Unterhalb der oberen Phasenlei ter L3, L2 liegen die beiden Rückleiter 9, 8, wobei der Phasenleiter L1 zwischen diesen beiden Rückleitern angeordnet ist. Unterhalb des Phasenleiters L1 liegt der Rückleiter 7.

In Fig. 12 ist eine Drehstrom-Freileitungs-Anordnung mit drei horizontal nebeneinander angeordneten Phasenleitern dargestellt. Wie zu erkennen ist, liegen unterhalb der ne beneinander angeordneten Phasenleiter L3, L2, L1 die Rückleiter 9, 8, 7.

Für alle Varianten gilt, daß die erforderlichen Abstände zwischen den Phasenleitern und den Rückleitern bei der Freileitung durch die herrschenden Potentialdifferenzen bestimmt sind. Die Seilstärke der Rückleiter 7, 8, 9 entspricht vorzugsweise der Seil stärke der Phasenleiter L1, L2, L3.

In Fig. 13 ist die Abhängigkeit der magnetischen Induktion unterhalb der Freileitung vom Abstand zur Leitungsachse gezeigt, und zwar beispielhaft für eine Höhe von 2 m über der Erdoberfläche. Beim Punkt x = 0 m verläuft die senkrecht auf der Erdoberflä che stehende Leitungsachse der Freileitung. Der Effektivwert der Induktion B_eff weist bei x = 0 m sein Maximum B_effmax auf und verringert sich zu beiden Seiten von x = 0 m aus. Bei den Abständen x = +x(0,2µT) und x = -x(0,2µT) zur Leitungsachse erreicht B_eff den das Magnetfeld kennzeichnenden niedrigen Wert 0,2 µT.

Claims

1. Drehstrom-Freileitung zur Elektroenergieübertragung, dadurch gekenn zeichnet, daß unterhalb der drei Phasenleiter (L1, L2, L3) jeweils Rückleiter (7, 8, 9) angeordnet sind, welche zum Anschluß von Komponenten (1, 2, 3) der Quelle, wie Transformatorwicklungen oder Generatoren, und/oder von Komponenten (4, 5, 6) der Senke, wie Transformatorwicklungen oder Verbraucher, dienen, wobei in diesen Rückleitern Gegenströme (i_R2, i_S2, i_T2) mit gleichen Amplituden, aber Gegenphasen lagen zu den Phasenströme (i_R1, i_S1, i_T1) fließen.

2. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß so wohl die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle als auch die Komponenten (4, 5, 6) der Senke einzeln ausgeführt sind (Fig. 1).

3. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle in Sternschaltung mit vorzugsweise geerdetem Sternpunkt (10) und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke einzeln ausgeführt sind, wobei alle Rückleiter (7, 8, 9) am vorzugsweise geerdeten Sternpunkt angeschlos sen sind (Fig. 2).

4. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle einzeln und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke in Sternschaltung mit vorzugsweise geerdetem Sternpunkt (10) ausgeführt sind, wo bei alle Rückleiter (7, 8, 9) am vorzugsweise geerdeten Sternpunkt angeschlossen sind (Fig. 3).

5. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle in Dreieckschaltung und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke in Sternschaltung ausgeführt sind, wobei sich der vorzugsweise geerdete Sternpunkt (10) auf der Seite der Quelle befindet und alle Rückleiter (7, 8, 9) am vor zugsweise geerdeten Sternpunkt angeschlossen sind (Fig. 4).

6. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle in Sternschaltung und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke in Dreieckschaltung ausgeführt sind, wobei sich der vorzugsweise geerde te Sternpunkt (10) auf der Seite der Senke befindet und alle Rückleiter (7, 8, 9) am vorzugsweise geerdeten Sternpunkt angeschlossen sind (Fig. 5).

7. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle in Dreieckschaltung und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke einzeln ausgeführt sind, wobei die Rückleiter (7, 8, 9) mit den Anschlüs sen der Dreieckschaltung verbunden sind (Fig. 6).

8. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle einzeln und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke in Dreieckschaltung ausgeführt sind, wobei die Rückleiter (7, 8, 9) mit den Anschlüs sen der Dreieckschaltung verbunden sind (Fig. 7).

9. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle in Sternschaltung mit Sternpunkt (11) auf der Seite der Quelle und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke einzeln ausgeführt sind, wobei die Rückleiter (7, 8, 9) derart mit den Anschlüssen der Komponenten (1, 2, 3) der Quelle verbunden sind, daß den Komponenten (4, 5, 6) der Senke die verketteten Spannungen zugeführt werden (Fig. 8).

10. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Komponenten (1, 2, 3) der Quelle einzeln und die Komponenten (4, 5, 6) der Senke in Sternschaltung mit Sternpunkt (11) auf der Seite der Senke ausgeführt sind, wobei die Rückleiter (7, 8, 9) derart mit den Anschlüssen der Komponenten (4, 5, 6) der Senke verbunden sind, daß ein Anschluß an die verketteten Spannungen gegeben ist (Fig. 9).