Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenDIN 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 ausStützpunkten Leiterseilen= Maste, Gründungen, = oberirdische Leiter (nicht isoliert)

Erdungen Isolatoren mit jeweiligem Zubehör(Armaturen)

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenPlanung 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!

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenMastformen

a) NS-Holzmast mit Nullleiter

b) MS-Leitung mit Stützenisolatoren

c) Betonmastleitung bis 110kV

d) Donaumast bis 1150kVe) Einebenenmast

bis 220kV

f) Tonnenmast bis 1150kV

g) Mehrfachleitung 380kV (4Systeme, Viererbündel)

h) Portalmast bis 750kVi) Y-Mast bis 1500kV

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenMastgestaltung

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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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenLeitungsaufbau

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AluminiumanteilLeiter + KorrosionsschutzStahlanteilTragen des Eigengewichtes

Al-St 240/40 mm2

Al-Gesamtquerschnitt = 240mm2

Stahlquerschnitt = 40mm2

PKkW

ue U in kV

KoronaverlustePK – Verluste aus Koronaue - Koronaeinsatzspannung

0,7-1,5 kW/km

Elektrisches Feld um den Leiter

Material:Kupfer, Aluminium, Aluminium-Stahl

Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenKoronaerscheinungen

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenBündelleiter

• Bündel-Ausführung ab 220 kV• Haben gleiche Wirkung wie ein

Ersatzleiter mit dem Radius rB

arrB *=aa

a

a

aa a

a

a

3 2*arrB =

24 *2 arrB =

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenErsatzschaltbilder für elektrische Leitungen

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R – Betriebswiderstand (Resistanz)GA – Leitwert der AbleitstreckenXb – BetriebsreaktanzCb - Betriebskapazität Xb

Offene Gleichstromleitung mit Hin- und Rückleitung Wechsel- und Drehstromleitung

bis 30 kV

Xb

GA2

Cb2

Cb2

GA2

Drehstromleitung über 30 kV Drehstromleitung ab 60 kV

Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenKenngrößen elektrischer Leitungen

Resistanz eines Leiters mit Länge l und Querschnitt A

Ω

bzw.

Wirkwiderstandsbeleg = Widerstand pro km Leitungslängeρ= spezifischer Widerstand Ω mm2/mκ= elektrische Leitfähigkeit = 1/ρ

Bei Bündelleitern = Parallelschaltung der n TeilleiterRB = R/n

AlR *ρ

=

AlR*κ

=

Betriebsreaktanz - für Normalbetrieb bei symmetrischerBelastung

iLrDnm

bL += ln2πµa b c

Dab

Dac

Dbc

r

3 ** DacDbcDabnmD =

kmHrDL nmb /10*21/ln2 4−⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

Betriebsinduktivität

Betriebsreaktanz Xb

inm

bb Xr

DfLX +== ln*** µω

kmr

Dnm /10*21ln2* 4Ω⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ += −ω

Gilt für symmetrisches Dreiphasensystem!Verdrillte Leitung!

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenVerdrillung von Leitungen

• Beseitigung von Unsymmetriender Induktivitäten und Kapazitätender einzelnen Leiter über die Gesamt-länge der Leitung

• Beachtung der Leiterreihenfolgeam Ende!

α- Verdrillung Einfachleitung

γ2 - Verdrillung Doppelleitung

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenWellenwiderstand und natürliche Leistung

Wellenwiderstand = von den Leistungskonstanten abhängige Größe

'

''''

CjGLjRZW ω

ω++

=

Bei ωL>>R und ωCB>>GA (erfüllt für HS-Leitungen)

''

CLZW =

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

Pnat ist Wirkleistung wird nur dann übertragen, wenn der Verbraucher am Ende der Leitung aufcosϕ = 1 kompensiert wird

W

sternnat Z

UP2

*3=

W

Dreiecknat Z

UP2

=L

CUP benat2=

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenDurchhangsberechnung von Leitungen

Seillinie im geraden Spannfeld

a – Spannweite (m)H – horizontale Zugkraft = S*AS – SeilzugspannungA – Seilflächem – bezogenes Seilgewicht (kg/m)g – Erdbeschleunigung f - Durchhang

a

Durchhang = lotrechter Abstandzwischen der Verbindungslinie der beiden Befestigungspunkte des Leiters und dem Leiter selbst(Leitertemperatur +40o)

Hagmf *8

**max =

2

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenBelastungen von Leitungen

Einwirkung (Belastung) direkt (Wirkung auf Tragwerke Gründungen, Armaturen, festeZubehörteileindirekt (aufgezwungene oder verhinderte Verformung durch Temperatur änderungen, Grundwasserbewegung, ungleiche Setzungen o.ä. führt zu Belastungen)

Zeitliche Änderung ständige Einwirkungen (Eigengewicht der Tragwerke mit Zubehör)veränderliche Einwirkungen (Windlast, Eislast, o.a. äußere Lasten)

DIN VDE 0210 beschreibt Berechnungsmöglichkeiten von Wind- und Eislasten auf Tragwerke, Masten, Seile entscheidend für mechanische Auslegung der Freileitungen

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenThermische Bemessung von Leitungen

Leiter müssen mit zulässigen Temperaturen betrieben werdenbei Überschreitung erfolgt Entfestigung des Materials

ϑL < ϑL Grenz

Temperaturen resultieren aus Eigenverlusten und SonneneinstrahlungTemperaturabgabe durch Konvektion und StrahlungWV + Wso = WK + WStr

tRItPW VV *** '2ϑ==

Kurzschluss – kurze Dauer (Schutzabschaltungen)keine Wärmeabgabe starke Erwärmung des Leiters

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenBau von Leitungen

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Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenBau von Leitungen

Anlagen der Energieübertragung - FreileitungenBlitzschutz für Leitungen

• Blitzschutz realisiert durch optimale Blitzschutzerdung• Erseil ist eine Komponente – unter dem Erdseil bildet sich ein Blitzschutzraum

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 kannzu Überschlägen auf betriebsmäßigspannungsführende Teile führen(rückwärtiger Überschlag)

Stoßerdungswiderstand

Rst < Ust/ Ist

RSt = Stoßerdungswiderstand der Masterdung Ust = Blitzstehspannung der IsolierungIst = Scheitelwert des Blitzstromes im Mast

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