Hybride Freileitungen – technische Optimierung und

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Christian M. Franck, Martin Pfeiffer, Sören Hedtke, Pascal Bleuler, Christos StamatopoulosETH Zürich, D-ITET, High Voltage Laboratory

Science Brunch Hybridleitungen – Technik und Akzeptanz, 06. Juni 2019, Zürich

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Hybride Freileitungen –technische Herausforderungen und Lösungen

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Agenda

• Einführung und Motivation• Freileitungskorona• Messungen

• Labor• Aussenprüffeld

• Exemplarische «Hybrideffekte»• Kombinierte Technik/Akzeptanz-Optimierung• Einfluss Leiterseiloberfläche auf Korona• Zusammenfassung und Ausblick

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Motivation - Umrüstung für mehr Übertragungsleistung

[swissgrid, «Strategisches Netz 2025», Abb. 8.3 «um EU-Vorhaben erweitert»]

Hintergrund: Dezentrale Erneuerbare Energie Bedarf: mehr Übertragungskapazität Geringe Akzeptanz Netzausbau

Konzept: Umrüsten bestehender Masten Mastoptik kaum verändert AC/DC Hybrid

Mehr Übertragungsleistung AC Knoten verbleiben

Herausforderung: AC/DC Kopplung

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Was ist eine hybride Freileitung?

Source: Axpo AGSource: Axpo AG

Foto: Axpo AG

Conventional ACTower

Hybrid AC/DCTower

AC AC AC DC

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Abschätzung Erhöhungskapazität

~ +

−~

~

oo

n

~ +

−~

~

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Technische Fragen

Auswahl/Position der Leiter für AC und DC Wahl HGÜ-Spannungsniveau Ionenstromkopplung und elektrische Felder am Boden (Hybride) Geräuschemission Isolatoren für Hybridfelder Netzschutz und Instandhaltung Netzplanung und -betrieb

o

n

~ +

−~

~

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Hybrid OHL

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Methods

Laboratory

electrical

Ion current

TE/RIV

optical

UV

Drops

acoustical

Noise level

Spectrum

Simulation

numerical

Field

Ion current

empirical

Noise level

Foto: Long time exposure shot at HVL

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Koronaentladungen an Freileitungen

Ionisation: Keine Entladungen an sauberen & trockenen Leiterseilen Felderhöhung durch inhomogene Oberfläche (Regen, Eis, Schmutzpartikel) Lokale Ionisation der Luft

Elektrischer Impuls (Funkstörung), Akustischer Impuls (Knistern), UV Wichtige Faktoren: Netzspannung, Anzahl/Radius Leiterseile, Bodenabstand

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Unterschiedliche Koronaeffekte bei AC & DC

AC Korona: Verluststrom durch Ionisation Breitband-Geräusch durch Pulse Brumm-Geräusch durch Ionen Ionen driften nur in Leiternähe

DC-Korona: Ionen driften im Gleichfeld

Einkopplung in andere Bündel Ionenstromdichte am Boden Erhöhtes E-Feld am Boden

Polaritätseffekt Geräuschemission Neg. Pol meist vernachlässigbar Worst-Case: trockenes Wetter

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AC/DC Wechselwirkungen auf Hybridmast

AC DC

Induktive Kopplung: AC Einkopplung in DC

Kapazitive Kopplung: AC Einkopplung in DC AC Feldripple auf DC DC Feldbias auf AC

Ionenstromkopplung: DC Einkopplung in AC

Abstandsabhängigkeit

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Versuchsaufbau: Labor

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Versuchsaufbau: Labor

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Beispiel für Hybrid-Effekt: Ionenstromkopplung

0 50 100 150 200 250

DC voltage in kV

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

DC

cur

rent

in A

C li

ne

A/m

AC + DC coronaDC coronaAC corona Hybrid-Effekt:

Verstärkter Effekt bei gleichzeitiger AC & DC Korona

Höhere Einkopplungen, Einfluss auf Korona-Effekte (Geräusch)?

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Iterative Method of Characteristics (IMoC) :Validity of Stationary Approach

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Full Scale Model

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Full Scale Model: Maximum E-Field and Ion Current Density at Ground Level

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Full Scale Model: Impact of Wind (Ground)

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Versuchsaufbau: Aussenprüffeld FKH (Däniken)

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Messtechnik (Ionenstrom, Akustik, Korona)

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Optimization of hybrid line on existing tower (minimizing emissions from hybrid line – because of volatile acceptance)

[Hedtke et al., Cigre Session 2018, B2-302]

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Optimization of hybrid line on existing tower (minimizing emissions from hybrid line – because of volatile acceptance)

[Hedtke et al., Cigre Session 2018, B2-302]

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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche

A

C

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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche

[Stampatopoulos et al., Langmuir 35(14), 2019]

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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche

[Stampatopoulos et al., Langmuir 35(14), 2019]

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Zusammenfassung & Ausblick

• Akzeptanz für neue Technologien prinzipiell vorhanden, aber sehr volatil. exakte Vorhersage aller möglichen Effekte unabdingbar.

• Auslegung hybrider Freileitung technisch optimiert unter besonderer Berücksichtigung der Akzeptanzvolatilität nötig.

• Studien zur Kopplung von HVAC und HVDC Korona wichtig.(Ionenkopplung, Ströme und Felder am Boden, Geräuschentwicklung)

• Weiterer Optimierungsbedarf bei Leiterseiloberflächen (Potential vorhanden).

Weitere Details und alle Publikationen frei verfügbar unter: www.hvl.ee.ethz.ch

Acknowledgements for support & cooperation:

Thanks for your attention.