DIN VDE 0210 (EN 50341) – März 2002

DIN VDE 0210 (EN 50341) – März 2002

Europäische Norm (50341-1) ergänzt durch nationale normative Festlegungen (50341-3-4)

FREILEITUNG =

die Gesamtheit einer Anlage zur oberirdischen Fortleitung von elektrischer Energie bestehend aus

Stützpunkten Leiterseilen

= Maste, Gründungen, = oberirdische Leiter (nicht isoliert) Erdungen Isolatoren mit jeweiligem Zubehör

(Armaturen)

Planung und Bau von Freileitungen

Notwendige Genehmigungen

• Antrag auf Raumordungsverfahren durch EVU

• Freigabeerklärung durch Energieaufsichtsbehörde

• Planung für Raumordnungsverfahren (ROV)

• ROV erfolgt durch Landesministerien – meistens Umweltverträglichkeitsprüfung

• Zustimmung/ Ablehnung

• Gemeindebefragung

• Befragung Grundeigentümer (Eintragung „Grunddienstbarkeit“ im Grundbuch für EVU erforderlich)

Erforderliche Bauplanung

• Trassenführung - möglichst wenig Winkelpunkte, keine extremen Standorte

• Bodenprofil, Verkehrswege – Bodenwerte, Kreuzungen möglichst rechtwinklig

• Besitzverhältnisse

• Leitermaterial, Querschnitt, Isolatoren, Armaturen

• Mastkopfbilder, Mastart

• Gründung, Erdung

Minimale Kosten!

FH Lausitz – EV 1

Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 2

Mastformen

a) NS-Holzmast mit Nullleiter

b) MS-Leitung mit Stützenisolatoren c) Betonmastleitung

bis 110kV

d) Donaumast bis 1150kV e) Einebenenmast

bis 220kV

f) Tonnenmast bis 1150kV

g) Mehrfachleitung 380kV (4Systeme, Viererbündel) h) Portalmast bis 750kV i) Y-Mast bis 1500kV

Mastgestaltung

Freileitung mit 6 Stromkreisen (Systemen) und Erdseil

2 x 380 kV (oben) 2 x 220 kV (Mitte) 2 x 110 kV (unten)

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 4

Leitungsaufbau

Aluminiumanteil

Leiter + Korrosionsschutz Stahlanteil

Tragen des Eigengewichtes Al-St 240/40 mm² Ô

Al-Gesamtquerschnitt = 240mm² Stahlquerschnitt = 40mm²

P_K kW

u_e U in kV

Koronaverluste

P_K – Verluste aus Korona u_e - Koronaeinsatzspannung

0,7-1,5 kW/km

Elektrisches Feld um den Leiter

Material:

Kupfer, Aluminium, Aluminium-Stahl

Koronaerscheinungen

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 6

Bündelleiter

• Bündel-Ausführung ab 220 kV

• Haben gleiche Wirkung wie ein Ersatzleiter mit dem Radius r_B

a r r

= *

a a

a

a

a a a

a a

3 2

*a r r_B =

2 4 2r*a r_B =

Ersatzschaltbilder für elektrische Leitungen

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 8 R – Betriebswiderstand (Resistanz)

G_A – Leitwert der Ableitstrecken X_b – Betriebsreaktanz

C_b- Betriebskapazität _X

b

Offene Gleichstromleitung

mit Hin- und Rückleitung Wechsel- und Drehstromleitung

bis 30 kV

X_b

G_A 2 C_b

2 C_b

2 G_A

2

Drehstromleitung über 30 kV Drehstromleitung ab 60 kV

Kenngrößen elektrischer Leitungen

Resistanzeines Leiters mit Länge l und Querschnitt A

Ω bzw.

Wirkwiderstandsbeleg = Widerstand pro km Leitungslänge

ρ= spezifischer Widerstand Ω mm²/m κ= elektrische Leitfähigkeit = 1/ρ

Bei Bündelleitern = Parallelschaltung der n Teilleiter R_B= R/n

A R ₌ ρ * l

A R l

κ *

=

Betriebsreaktanz - für Normalbetrieb bei symmetrischer Belastung

Li

r Dnm

L

=

2π

a b c µ

D_ab

D_ac

D_bc

r

3 Dab*Dbc*Dac

D

km H

r D

L

* 10 /

2 / 1

ln

2 ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

Betriebsinduktivität

Æ Betriebsreaktanz X_b

i nm

b

b

X

r f D

L

X = ω * = µ * * ln +

r km D_nm

/ 10

2 * ln 1

2

* ⎟ ⁴Ω

⎠

⎜ ⎞

⎝

⎛ +

=

ω

Gilt für symmetrisches Dreiphasensystem!

Verdrillte Leitung!

Verdrillung von Leitungen

• Beseitigung von Unsymmetrien der Induktivitäten und Kapazitäten der einzelnen Leiter über die Gesamt- länge der Leitung

• Beachtung der Leiterreihenfolge am Ende!

α- Verdrillung Einfachleitung

γ₂- Verdrillung Doppelleitung FH Lausitz – EV 1

Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 10

Wellenwiderstand und natürliche Leistung

Wellenwiderstand = von den Leistungskonstanten abhängige Größe

'

' '

' '

C j G

L j Z

R

ω ω +

= +

Bei ωL>>R und ωC_B>>G_A (erfüllt für HS-Leitungen)

' ' C Z

= L

Natürliche Leistung – wird dann übertragen, wenn die Leitung mit ihrem Wellenwiderstand belastet wird

P_nat ist Wirkleistung Æ wird nur dann übertragen, wenn der Verbraucher am Ende der Leitung auf cosϕ = 1 kompensiert wird

W stern

nat

Z

P U

2

*

= 3

W Dreieck

nat

Z

P U

=

L U C

P

=

Durchhangsberechnung von Leitungen

Seillinie im geraden Spannfeld

a – Spannweite (m)

H – horizontale Zugkraft = S*A S – Seilzugspannung

A – Seilfläche

m – bezogenes Seilgewicht (kg/m) g – Erdbeschleunigung

f - Durchhang

a

Durchhang= lotrechter Abstandzwischen der Verbindungslinie der beiden Befestigungspunkte des Leiters und dem Leiter selbst

(Leitertemperatur +40^o)

H a g

f ^{max =} m ₈ ^* _* ^*

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 12

Belastungen von Leitungen

Einwirkung (Belastung) c direkt (Wirkung auf Tragwerke Gründungen, Armaturen, feste Zubehörteile

d indirekt (aufgezwungene oder verhinderte Verformung durch Temperatur änderungen, Grundwasserbewegung, ungleiche

Setzungen o.ä. führt zu Belastungen)

Zeitliche Änderung c ständige Einwirkungen (Eigengewicht der Tragwerke mit Zubehör)

d veränderliche Einwirkungen (Windlast, Eislast, o.a. äußere Lasten)

Æ DIN VDE 0210 beschreibt Berechnungsmöglichkeiten von Wind- und Eislasten auf Tragwerke, Masten, Seile

Æ entscheidend für mechanische Auslegung der Freileitungen

Thermische Bemessung von Leitungen

Leiter müssen mit zulässigen Temperaturen betrieben werden Æ bei Überschreitung erfolgt Entfestigung des Materials

ϑ_L < ϑ_{L Grenz}

Temperaturen resultieren aus Eigenverlusten und Sonneneinstrahlung Temperaturabgabe durch Konvektion und Strahlung

W_V + W_so = W_K + W_Str

t R

I t

P

W

=

* =

*

*

Kurzschluss – kurze Dauer (Schutzabschaltungen)

keine Wärmeabgabe Æ starke Erwärmung des Leiters

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 14

Bau von Leitungen

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Prof. Dr.-Ing. Kathrin Lehmann EET, Abschnitt 8 - Folie 16

Bau von Leitungen

Blitzschutz für Leitungen

• Blitzschutz realisiert durch optimale Blitzschutzerdung

• Erseil ist eine Komponente – unter dem Erdseil bildet sich ein Blitzschutzraum Æ Entladungen in Erdseil oder in Erde geleitet

• weitere Komponente = Masterdung – muss so ausgelegt sein, dass bei Ableitung des Blitzstromes in die Erde keine unzulässigen Überspannungen auftreten

• Blitzeinschlag in geerdete Teile kann zu Überschlägen auf betriebsmäßig spannungsführende Teile führen (rückwärtiger Überschlag)

Æ Stoßerdungswiderstand R_st < U_st/ I_st

R_St = Stoßerdungswiderstand der Masterdung U_st = Blitzstehspannung der Isolierung I_st = Scheitelwert des Blitzstromes im Mast