DE19831178A1

DE19831178A1 - Drehstrom-Freileitung mit mindestens einer Kompensationsschleife

Info

Publication number: DE19831178A1
Application number: DE1998131178
Authority: DE
Inventors: Helmut Boehme; Arnaldo Bertazzi; Rolf Paschen
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1998-07-11
Filing date: 1998-07-11
Publication date: 2000-01-13

Abstract

Es wird eine Drehstrom-Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenleitern (R, S, T) eines Drehstrom-Systems vorgeschlagen, wobei die Phasenleiter längs mindestens eines ausgewählten Abschnittes von einer Kompensationsschleife (1) umfaßt, werden und die Phasenlage und Amplitude des in der Kompensationsschleife fließenden Kompensationsstromes (i¶SH¶) derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen (i¶R¶, i¶S¶, i¶T¶) erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegenwirken. Es ist ein Strom-Transformator (2, 3, 4) vorgesehen, dessen Primärwicklung sich im Leitungszug eines Phasenleiters (R, S, T) befindet und dessen Sekundärwicklung mit der Kompensationsschleife (1) verbunden ist. Parallel und/oder in Serie zur Kompensationsschleife (1) ist ein Bauelement (L¶P¶, C¶C¶, C¶P¶) und/oder parallel zur Kompensationsschleife eine Zusatzschleife (7) mit vorgebbarer Impedanz (L¶Z¶, C¶Z¶, R¶Z¶) vorgesehen. Alternativ können auch zwei Strom-Transformatoren (2, 3, 4) in unterschiedlichen Phasenleitern (R, S, T) vorgesehen sein, deren Sekundärwicklungen parallelgeschaltet sind.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehstrom-Freileitung mit mindestens einer Kompensationsschleife zur Reduktion des elektrischen und insbesondere des ma gnetischen Feldes in deren Nähe gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten An sprüche 1 und 7.

In der Umgebung von Drehstrom-Freileitungen zur Elektroenergieübertragung wer den - bedingt durch die Übertragungsströme - Magnetfelder und elektrische Felder erzeugt. Das Magnetfeld ist unter anderem durch den Effektivwert seiner magneti schen Induktion gekennzeichnet. Um schädliche Wechselwirkungen des Magnetfel des und des elektrischen Feldes mit der menschlichen Gesundheit zu verhindern, sollten diese Felder an Orten, die nicht nur zum vorübergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind, möglichst niedrig sein und dürfen in Empfehlungen ver einbarte und/oder festgelegte gesetzliche Grenzwerte keinesfalls überschreiten.

Aus der DE 196 45 001 A1 ist hierzu eine Freileitung zur Elektroenergieübertragung mit einer zusätzlichen, mindestens einen Phasenleiter umschließenden Schleife an gegeben, wobei in diese Kompensationsschleife mittels einer treibenden Spannung ein Kompensationsstrom eingespeist wird, dessen Phasenlage und Amplitude derart bezüglich der Phasenlage und Amplitude des im Phasenleiter fließenden Phasen stromes eingestellt sind, daß der hierdurch erzeugte Magnetfluß dem vom Phasen strom erzeugten Magnetfluß insbesondere in den Gebieten, in denen sich Menschen aufhalten können, entgegenwirkt. Die treibende Spannung für den Kompensati onsstrom wird in der Kompensationsschleife und in mindestens einer Zusatzschleife erzeugt, welche einen Phasenleiter umschließt und mit der Kompensationsschleife verbunden ist, so daß die Freileitung in mindestens zwei Hauptabschnitte unterteilt ist, nämlich in einen Abschnitt mit Kompensationsschleife und in mindestens einen Abschnitt mit Zusatzschleife. Ein Reihenkondensator kann in mindestens einer Zu satzschleife angeordnet sein.

Dabei darf jedoch der ohmsche Widerstand der Kompensationsschleife pro Län geneinheit hohe Werte nicht überschreiten (beispielsweise 0,1 Ω/km), um die Effek tivität der Konfiguration sicherzustellen und die gewünschten Eigenschaften zu erzie len. Dies erfordert den Einsatz von relativ schweren und teuren Leitern mit relativ großem Querschnitt zur Bildung der Kompensationsschleife.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine wenig kostenträchtige Dreh strom-Freileitung mit mindestens einer Kompensationsschleife der eingangs genannten Art anzugeben, die in mindestens einem ausgewählten Abschnitt der Leitung im Bereich unterhalb der Phasenleiter und in der Nähe der Erdoberfläche ein wesentlich redu ziertes elektrisches und magnetisches Feld erzeugt.

Diese Aufgabe wird alternativ in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 und 7 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß im Be reich der Kompensationsschleife sowohl das magnetische als auch das elektrische Feld drastisch reduziert werden. Dabei ist der Leiter der Kompensationsschleife le diglich nach der erforderlichen Stromtragfähigkeit zu bemessen. Deshalb kann der ohmsche Widerstand der Kompensationsschleife pro Längeneinheit einen relativ hohen Wert von beispielsweise 0,3 Ω/km aufweisen, denn dies ist ausreichend, um die Effektivität der Konfiguration sicherzustellen und die gewünschten Eigenschaften zu erzielen. Dies ermöglicht den Einsatz von leichten und preiswerten Leitern mit relativ kleinem Querschnitt zur Bildung der Kompensationsschleife, vorzugsweise von Leitern, wie sie üblicherweise als Erdseile verwendet werden.

Dabei ist es alternativ möglich, ein oder zwei Strom-Transformatoren einzusetzen, wobei es bei Verwendung lediglich eines Strom-Transformators zusätzlich erforder lich ist, den in der Kompensationsschleife einzuprägenden Strom mittels eines Bau elementes parallel und/oder in Serie zur Kompensationsschleife oder einer parallelen Schleife einzustellen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1-3 unterschiedliche Anordnungen mit zwei Strom-Transformatoren zur Spei sung einer Kompensationsschleife,

Fig. 4-7 unterschiedliche Anordnung mit einem Strom-Transformator zur Speisung der Kompensationsschleife,

Fig. 8, 9 Anordnungen mit Kompensationsschleife und Zusatzschleife,

Fig. 10 die Lage des Kompensationsstromes im Vektorbild.

In Fig. 1 ist eine erste Anordnung mit zwei Strom-Transformatoren zur Speisung ei ner Kompensationsschleife dargestellt. Es sind drei übereinander angeordnete Pha senleiter R, S, T eines Drehstromsystems mit drei je 120° phasenverschobenen Phasenströmen i_R, i_S, i_T zu erkennen, wobei die Phasenleiter R, S, T längs eines ausgewählten Abschnitts der Freileitung von einer Kompensationsschleife 1 um schlossen werden. Der horizontale obere Leiter der Kompensationsschleife 1 verläuft oberhalb des oberen Phasenleiters T, während sich der horizontale untere Leiter der Kompensationsschleife 1 unter dem unteren Phasenleiter R erstreckt. Der Kompen sationsstrom in der Kompensationsschleife 1 beträgt i_SH. Oberer und unterer Leiter der Kompensationsschleife 1 sind über zwei seitliche Verbindungsleiter elektrisch miteinander verbunden. Die Erdoberfläche ist mit Ziffer 6 bezeichnet. Die vorstehen den Ausführungen sind auch für die weiteren Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 2 bis 9 gültig.

Die Erzeugung des Kompensationsstromes i_SH erfolgt bei den Ausführungsbeispielen gemäß den Fig. 1, 2, 3 unter Einsatz von zwei in unterschiedlichen Phasenleitern angeordneten Strom-Transformatoren, wobei sich die Primärwicklungen der Strom-Trans formatoren im Leitungszug der Phasenleiter befinden und die Kompensations schleife 1 mit den parallelgeschalteten Sekundärwicklungen der Strom-Transforma toren verbunden ist. Das zu wählende Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundärwicklung hängt von der Leitungskonfiguration ab. Der Wicklungssinn ist jeweils in den Figur angegeben.

Bei der Anordnung gemäß Fig. 1 sind ein Strom-Transformator 2 im Phasenleiter S und ein Strom-Transformator 3 im Phasenleiter R angeordnet. In Fig. 2 ist eine zweite Anordnung mit zwei Strom-Transformatoren zur Speisung der Kompensati onsschleife dargestellt, bei der sich ein Strom-Transformator 2 im Phasenleiter S und ein Strom-Transformator 4 im Phasenleiter T befinden. In Fig. 3 ist eine dritte Anord nung mit zwei Strom-Transformatoren zur Speisung der Kompensationsschleife dar gestellt bei der ein Strom-Transformator 3 im Phasenleiter R und ein Strom-Trans formator 4 im Phasenleiter T angeordnet sind.

Für alle drei Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 1, 2, 3 gilt, daß der mittels der Strom-Transformatoren erzeugte, eingeprägte Kompensationsstrom i_SH weder von der in der Kompensationsschleife 1 selbst induzierten Spannung noch von der In duktivität oder vom ohmschen Widerstand der Kompensationsschleife beeinflußt wird. Der Leiter der Kompensationsschleife 1 ist vorteilhaft lediglich hinsichtlich der erforderlichen Stromtragfähigkeit zu bemessen.

In Fig. 4 ist eine erste Anordnung mit einem Strom-Transformator zur Speisung der Kompensationsschleife dargestellt, wobei der einzige Strom-Transformator 4 im Phasenleiter T angeordnet ist. In Fig. 5 ist eine zweite Anordnung mit einem Strom-Trans formator zur Speisung der Kompensationsschleife dargestellt, wobei der einzi ge Strom-Transformator 2 im Phasenleiter S angeordnet ist. In Fig. 6 ist eine dritte Anordnung mit einem Strom-Transformator zur Speisung der Kompensationsschleife dargestellt, wobei der einzige Strom-Transformator 3 im Phasenleiter R angeordnet ist. Vorteilhaft ist eine Anordnung des Strom-Transformators in demjenigen Phasen leiter, dessen Strom hinsichtlich des Phasenwinkels dem erforderlichen Phasenwin kel in der Kompensationsschleife am nächsten kommt.

Für alle Ausführungsbeispiele gemäß den Fig. 4, 5, 6 gilt, daß ein paralleler Leiter 5 mit einer zusätzlichen Induktivität L_P (siehe Fig. 4) oder mit einer zusätzlichen Ka pazität C_P (siehe Fig. 5, 6) parallel zur Kompensationsschleife 1 vorzusehen ist. Die zusätzliche Induktivität L_P oder die zusätzlichen Kapazität C_P sind zur Einstellung des notwendigen Phasenwinkels des Kompensationsstromes i_SH erforderlich. Ferner wir ken sich auch die in der Kompensationsschleife 1 durch das Magnetfeld der Phasen leiter R, S, T induzierte Spannung U_C sowie ohmscher Widerstand R_C und Induktivi tät L_C der Kompensationsschleife 1 auf den Kompensationsstromes i_SH aus.

In Fig. 7 ist eine vierte Anordnung mit einem Strom-Transformator zur Speisung der Kompensationsschleife dargestellt. Diese Anordnung unterscheidet sich vom Aus führungsbeispiel gemäß Fig. 6 lediglich dadurch, daß eine zusätzliche Kapazität C_C in der Kompensationsschleife 1 selbst vorgesehen ist. Der Vorteil dieser Konfigurati on besteht darin, daß das Übersetzungsverhältnis zwischen Primär- und Sekundär wicklung des Strom-Transformators 3 fest vorgegeben werden kann. Die Amplitude wie auch der Phasenwinkel des Kompensationsstromes i_SH werden durch Wahl der Kapazitäten C_C und C_P eingestellt.

In den Fig. 8 und 9 sind Anordnungen mit Kompensationsschleife und Zusatzschleife dargestellt. Bei beiden Anordnungen liegt der Kompensationsschleife 1 eine Zusatz schleife 7 parallel. Die in der Zusatzschleife 7 induzierte Spannung ist mit u_Z, der ohmsche Widerstand der Kompensationsschleife ist mit R_Z und die Induktivität der Zusatzschleife ist mit L_Z bezeichnet. Der Unterschied der beiden Anordnungen liegt darin, daß bei der Anordnung gemäß Fig. 8 eine zusätzliche Kapazität C_Z in der Zu satzschleife 7 und bei der Anordnung gemäß Fig. 9 eine zusätzliche Kapazität C_C in der Kompensationsschleife 7 vorgesehen sind. In den beiden Ausführungsbeispielen ist der Strom-Transformator 4 im Phasenleiter T angeordnet, es ist jedoch auch möglich, den Strom-Transformator im Phasenleiter R oder S anzuordnen.

In Fig. 10 ist für die bevorzugte Konfiguration "übereinander angeordnete Phasenlei ter" die Lage des Kompensationsstromes i_SH im Vektorbild dargestellt. Die Amplitude des Kompensationsstromes i_SH steht in einem fest vorgegebenen Verhältnis zu den Amplituden der Phasenströme i_R, i_S, i_T. Der Phasenwinkel des Kompensationsstro mes i_SH ist fest bezüglich der Phasenwinkel der um 120° gegeneinander versetzten Phasenströme i_R, i_S, i_T vorgegeben. Amplitude wie auch Phasenlage des Kompensa tionsstromes i_SH werden durch die vorstehend erläuterten Maßnahmen eingestellt.

Claims

1. Drehstrom-Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenleitern (R, S T) eines Drehstrom-Systems, wobei die Phasenleiter längs min destens eines ausgewählten Abschnittes von einer Kompensationsschleife (1) um faßt werden und die Phasenlage und Amplitude des in der Kompensationsschleife fließenden Kompensationsstromes (i_SH) derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen (i_R, i_S, i_T) erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegenwirken, dadurch ge kennzeichnet, daß ein Strom-Transformator (2, 3, 4) vorgesehen ist, dessen Pri märwicklung sich im Leitungszug eines Phasenleiters (R, S, T) befindet und dessen Sekundärwicklung mit der Kompensationsschleife (1) verbunden ist, wobei parallel und/oder in Serie zur Kompensationsschleife (1) ein Bauelement (L_P, C_C, C_P) und/oder parallel zur Kompensationsschleife eine Zusatzschleife (7) mit vorgebbarer Impedanz (L_Z, C_Z, R_Z) vorgesehen ist.

2. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (5) mit einer zusätzlichen Induktivität (L_P) parallel zur Kompensationsschleife (1) vorgesehen ist.

3. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Leiter (5) mit einer zusätzlichen Kapazität (C_P) parallel zur Kompensationsschleife (1) vorgesehen ist.

4. Drehstrom-Freileitung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, daß eine zusätzliche Kapazität (C_C) in der Kompensationsschleife (1) vorgesehen ist.

5. Drehstrom-Freileitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch ge kennzeichnet, daß eine zur Kompensationsschleife parallele Zusatzschleife (7) vor gesehen ist.

6. Drehstrom-Freileitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ei ne Kapazität (C_Z) in der Zusatzschleife (7) vorgesehen ist.

7. Drehstrom-Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenleitern (R, S, T) eines Drehstrom-Systems, wobei die Phasenleiter längs min destens eines ausgewählten Abschnittes von einer Kompensationsschleife (1) um faßt werden und die Phasenlage und Amplitude des in der Kompensationsschleife fließenden Kompensationsstromes (i_SH) derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen (i_R, i_S i_T) erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegenwirken, dadurch ge kennzeichnet, daß zwei Strom-Transformatoren (2, 3, 4) in unterschiedlichen Pha senleitern (R, S, T) vorgesehen sind, deren Primärwicklungen sich im Leitungszug der Phasenleiter (R, S, T) befinden und deren Sekundärwicklungen parallelgeschal tet und mit der Kompensationsschleife (1) verbunden sind.