University Duisburg-Essen 1 Freileitungen und Kabel zur Hochspannungsübertragung Heiner Brakelmann, Universität Duisburg-Essen Energy -Transport and -Storage

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University Duisburg-Essen

Freileitungen und Kabel zur Hochspannungsübertragung

Heiner Brakelmann, Universität Duisburg-Essen

Energy -Transport and -Storage

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Aktuelle Aufgabenstellung:Verstärkung der Netze in Nord-deutschland zur Übertragung von Windenergie dringend erforderlich

Problem:Für Freileitungstrassen besteht geringe Akzeptanz > > > Verzögerungen wahrscheinlichFrage:Geht das auch mit Kabeln, und istdas bezahlbar ?

3


Freileitungen 1

4


Freileitungen 2

5


Kabel-Konstruktion und -Fertigung

6


Kabel-Garnituren

7


VPE-Kabel bis zu 550 kV verfügbar

8


UIU = 0r

UII

UIII

3 21 3

l 0

3 l 0

l 0 l 0

U I U II

U III

I IIIII

Cross-Bonding der Cu-Schirme

9


32

1

0

100

200

300

400

500M V A

I

1 6 0 0

A

2 5 0 0

1 2 0 0

m = 1 ,0v = 0 ,0 m / s

32

1

0

100

200

300

400

500M V A

I

1 6 0 0

A

2 5 0 0

1 2 0 0

m = 1 ,0v = 1 0 ,0 m / s

m=1,0 m/s0,10v

s

s

Übertragungsleistungen von 110 kV-VPE-Kabeln

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University Duisburg-Essen Vorlast rel. Überlast

3 Tage rel. Überlast 1 Tag

% % % 30 125,4 141,5 40 122,7 136,3 50 119,5 130,5 60 115,9 124,2 70 112,1 117,9 80 108,1 111,7 90 104,0 105,7

ÜberlastbarkeitenÜberlastbarkeiten von110kV-Kabeln

Überlastbarkeiten vonFreileitungen

5 15 25 35

0

25

50

75

100

125

150

°C

u

% v = 0,6 m/s DIN EN 50182

U

5 15 25 35

0

25

50

75

100

125

150

175

200

°C

% v = 1,8 m/sDIN EN 50182

U

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Größe Einheit 110 kV 220 kV 380 kV Freiltg. Kabel Freiltg. Kabel Freiltg. Kabel AL mm2 2*265/35 1400 2*265/35 1400 4*265/35 1400 Stherm. MVA 260 280 520 550 1.790 925 Snat MVA 34 347 136 1250 600 3290 R´ m/km 109 17,7 0,109 17,6 0,028 17,5 L´ mH/km 1,2 0,3 1,0 0,3 0,8 0,3 G´ nS/km 40 78 30 67 15 56 C´ nF/km 9,5 250 11 210 14 180 Zw 355 35 302 39 240 44

Elektrische Kenngrößen

12


Transformator

C1

C2

C1

C2+

L

LöschspuleKompensations-spulen

Kompensations-spulen

L

K1

C1

K2

Probleme bei Kabeln:

Blindstromkompensation Erdschlußstrom-Kompensation Transformator oder Drosseln für Lastfluß ? Transformator als Sternpunktbildner ?

Zusatzkosten und Verluste !

0 10 20 30 40 500,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1

km

x

PP0

110 kV220 kVU =380 kV

Netzprobleme I

13


FL / K

1 2

A

B

FL / K

0

1

2

I0

I

2 2

2

1 1 1

FL/FL K/K FL/K

B

F

110 kV

380 kV

220 kV

Netzprobleme II

14


-20 -15 -10 -5 0 5 10 15 200

4

8

12

16

20

m

T

x

B1,0m 2*1360 A

1*1360 A

1

4

32 Kennlinie 1: Kabel, gebündelt, 1360 A

Kennlinie 2: Dreieck, 1 System 1360 A Kennlinie 3: Dreieck, 2 Systeme 1360 A Kennlinie 4: Ebene, 1 System 1360 A

Magnetische Induktionen

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xFeldreduzierung auf weniger als 0,2 µT

m

T

B

132-kV-Kabel

16

University Duisburg-Essen Leitungstyp Masthöhe Mastbreite Breite des

Schutz- streifens

m m m 110 kV Doppelleitung Einebenenmast

26,0 21,0 51

110 kV Doppelleitung Donaumast

33 14,8 44

380 kV Doppelleitung Einebenenmast

37,0 41,8 70...85

380 kV Doppelleitung Donaumast

50 32,0 60...75

(nach [6])

Optische Beeinträchtigungen/Gefährdungen

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Kabelverlegung (in ländlichem Gebiet)

18


19


Übertragungsaufgabe:

30km A-B-Verbindung

110 kV: 260 MVAAl/St 2*264-AL1/34-ST1A

220 kV: 520 MVAAl/St 2*264-AL1/34-ST1A

380 kV: 1790/900 MVAAl/St 4*264-AL1/34-ST1A

110 kV: 280 MVA2XSY 3*1*1400/50

220 kV: 550 MVA2XSY 3*1*1400/50

380 kV: 925 MVA2XSY 3*1*1400/50

220 kV: 520 MVA

380 kV: 900 MVA

110 kV: 260 MVA

20


P´

0

20

40

60

80

100

kW/km

0

50

100

150

200

kW/km

P´

OL Kabel Kabel/LD OL Kabel Kabel/LD

PD´

380 kV 110 kV

PK´

PI´

PI´

P´

380 kV 110 kV

P´ / LD

OL Kabel Kabel/LD OL Kabel Kabel/LD

0

500

1000

1500

2000

1 Freileitg. 2 Freileitgn. 1 Kabel 2 Kabel

T€/km

110 kV

B´

OSR / EEG

0

500

1000

1500

2000

2500

3000380 kV

OSR / EEG

1 Freileitg. 2 Freileitgn. 1 Kabel 2 Kabel

T€/km

B´

21


Doppelter Seilquerschnitt

B

1 Freileitg.

0

10

20

30

40

50

60

2 Freileitgn. 1 Kabel 2 Kabel

Mio.€110 kV

OSR / 3,5 c/kWh

B

1 Freileitg.

0

10

20

30

40

50

60

2 Freileitgn. 1 Kabel 2 Kabel

Mio.€110 kV

OSR / 3,5 c/kWh2*511/45

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Vergleich: - Report der Europäischen Kommission (150 kV/ 220 kV/ 380 kV)

- Ergebnisse der Studie (110 kV/ 220 kV/ 380 kV)

15-25-UK (E&W)

-7,7Irland (ESB National Grid

8-Österreich (Verbund APG Steiermark)

6,54,5Norwegen (Statnett)

5,95,5Italien (El. Authority)

102,2...3Frankreich (RTE)(für ländliche Bereiche)

2,2...2,7 (4,4...5,4)(1 Kabel/2 Freiltgn.)4,0...4,5 (8...9)(2 Kabel/2 Freiltgn.)/1,7...2,6 (3,5...5,2)(1 Kabel/2 Freiltgn.)2,4...3,6 (5...7,2)(2 Kabel/2 Freiltgn.)

7,21,2...1,4(1 Kabel/2 Freiltgn.)2,0...2,2(2 Kabel/2 Freiltgn.)/1,1...1,5(1 Kabel/2 Freiltgn.)1,4...1,9(2 Kabel/2 Freiltgn.)

0,9...1,0(1 Kabel/2 Freiltgn.)1,5...1,7(2 Kabel/2 Freiltgn.)/0,9...1,4 (1 Kabel/2 Freiltgn.)1,2...1,6 (2 Kabel/2 Freiltgn.)

4,0Dänemark Eltra/Elkraft

Studie: Invest./Barwert

380 kV

380 kVStudie: Invest./Barwert110 kV 220 kV

150/220 kV

Kostenfaktor Kabel/FreileitungLand/ Institution

15-25-UK (E&W)

-7,7Irland (ESB National Grid

8-Österreich (Verbund APG Steiermark)

6,54,5Norwegen (Statnett)

5,95,5Italien (El. Authority)

102,2...3Frankreich (RTE)(für ländliche Bereiche)

2,2...2,7 (4,4...5,4)(1 Kabel/2 Freiltgn.)4,0...4,5 (8...9)(2 Kabel/2 Freiltgn.)/1,7...2,6 (3,5...5,2)(1 Kabel/2 Freiltgn.)2,4...3,6 (5...7,2)(2 Kabel/2 Freiltgn.)

7,21,2...1,4(1 Kabel/2 Freiltgn.)2,0...2,2(2 Kabel/2 Freiltgn.)/1,1...1,5(1 Kabel/2 Freiltgn.)1,4...1,9(2 Kabel/2 Freiltgn.)

0,9...1,0(1 Kabel/2 Freiltgn.)1,5...1,7(2 Kabel/2 Freiltgn.)/0,9...1,4 (1 Kabel/2 Freiltgn.)1,2...1,6 (2 Kabel/2 Freiltgn.)

4,0Dänemark Eltra/Elkraft

Studie: Invest./Barwert

380 kV

380 kVStudie: Invest./Barwert110 kV 220 kV

150/220 kV

Kostenfaktor Kabel/FreileitungLand/ Institution

Kostenvergleiche

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