CH679618A5 - - Google Patents

Description

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CH 679 618 A5

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Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Einhaltung der Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit der Freileitungsseile für eine Hochspannungsfrei-ieitung. Die Richtwerte sind normiert und werden nach Massgabe definierter Bedingungen ermittelt. Die Erfindung betrifft fernerhin ein Freileitungsseil für die Durchführung des Verfahrens, welches eine Dauerstrombelastbarkeit mit vorgegebenen Richtwerten aufweist.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Massnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, können die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombe-iastbarkeit im Netzbereich nicht ohne Einschränkung aufrechterhalten werden, es sei denn, es werden beachtliche Risiken in Kauf genommen. Das beruht darauf, dass der Dauerstrom zu Temperaturerhöhungen der Freileitungsseile führt, die Richtwerte aber nach Massgabe einer zulässigen Seiltemperatur beschränkt sind. Die zulässige Seiltemperatur hängt von der Legierung und dem Verseilungsaufbau ab. Die unter Dauerstrom sich einstellende Seiltemperatur hängt demgegenüber von Umgebungseinflüssen, wie Lufttemperatur, Sonneneinstrahlung, Windgeschwindigkeit und Emissionskoeffizienten der Seile ab. Von diesen Parametern sind in DIN 48 204, Ausgabe April 1967, lediglich eine Windgeschwindigkeit von 0,6 m/s im Sinne eines Mindestwertes und eine Umgebungsausgangstemperatur von 35°C im Sinne eines Maximalwertes genannt. Das hat zur Folge, dass z.B. bei starker Sonneneinstrahlung und Windstille die Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit bei be-slimmungsgemässem Netzbetrieb nicht ausgenutzt werden können, was die Dispositionsmöglichkeiten des Netzbetriebes erheblich beeinträchtigt.

Im einzelnen ist zu diesen Zusammenhängen in be-zug auf die Bundesrepublik Deutschland folgendes vorzutragen: Im Hochspannungsfreileitungsbau werden Aluminium/Stahl-Seile und für besondere Anwendungsfälle auch Aldrey/Stahl-Seile bzw. auch reine Aldrey-Seile verwendet. Bei dem Werkstoff Aldrey handelt es sich' um eine besondere Aluminiumlegierung erhöhter Festigkeit, die in die entsprechenden Normen Eingang gefunden hat. Die Freileitungsseile werden von den Herstellern als blanke Seile geliefert und werden auch als blanke Seile verlegt. In DIN 48 204, Ausgabe April 1967, werden den einzelnen Leiterquerschnitten erstmals feste Dauerstrombelastbarkeiten zugeordnet. Das gilt bis auf einige Ausnahmen noch heute und geht aus von Alfred Webs «Dauerstrombelastbarkeit von nach DIN 48 201 gefertigten Freileitungsseilen aus Kupfer, Aluminium und Aldrey» (Elektrizitätswirtschaft, 1962, Heft 23). Die in DIN 48 204 angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit unterliegen Einschränkungen. Es wird in DIN 48 204 ausdrücklich betont, dass die Richtwerte bis 60 Hz nur gültig sind bei einer Windgeschwindigkeit von 0,6 m/s und Sonneneinwirkung für eine Umgebungsausgangstemperatur von 35°C und einer Seil-Endtemperatur von 80°C. Für besonders gelagerte Fälle bei ruhender Luft sind die Richtwerte im Mittel um 30% herabzusetzen. In allen Fällen darf die Temperatur des Freileitungsseils im Dauerbetrieb 80°C nicht überschreiten. Für den Kurzschlussfall gelten besondere Vorschriften. In den letzten Jahren sind unter anderem in der Bundesrepublik Deutschland Freileitungsseile auf den Markt gekommen, für die die angegebenen Normen nicht gelten. Diese Freileitungsseile bestehen aus Dräh- {

ten einer besonderen, temperaturstabilen Alumini-umiegierung sowie einer Stahlseele. Die mechani- % sehen Festigkeitswerte sind bis zu einer Freileitungstemperatur von 150°C stabil. Bei höheren Temperaturen treten jedoch erhebliche Probleme auf: Die mechanische Festigkeit fällt aufgrund irreversibler Veränderungen im kristallinen Aufbau der Drähte in beachtlichem Masse bleibend ab.

Im Ergebnis ist festzustellen, dass Freileitungsseile aus den heute üblichen und angegebenen Werkstoffen in betrieblichen Normalschaltungen nicht über längere Zeit mit den in DIN 48 204 oder vom Hersteller angegebenen Strömen belastet werden dürfen, wenn anders erhebliche Risiken auftreten würden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie vorzugehen ist, damit die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen risikofrei genutzt werden können.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungs-gemäss die Freileitungsseile mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet sowie dadurch mit einem Emissionskoeffizienten von grösser 0,60, vorzugsweise grösser 0,90, versehen und werden die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen eingehalten. - Die Erfindung nutzt die bekannte physikalische Tatsache, dass ein sogenannter schwarzer Strahler seiner absoluten Temperatur entsprechende Wärmestrahlen in einer durch das Plancksche Strahlungsgesetz (spektrale Emission) bzw. das Stefan-Boltzmannsche Gesetz (Gesamtemission) gegebenen höchstmöglichen Stärke abstrahlt. Der Emissionskoeffizient des schwarzen Strahlers ist bekanntlich 1. Die Erfindung approximiert die Freileitungsseile durch die schwarze Oberfläche einem solchen schwarzen Strahier. Folglich findet erfin-dungsgemäss eine wesentlich verbesserte Wärme-abstrahlung statt, und zwar so, dass es überraschenderweise möglich ist, die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen risikofrei einzuhalten. Es versteht sich, dass man sich bemühen wird, den schwarzen Strahler möglichst weitgehend zu approximieren.

Schon mit einem Emissionskoeffizienten von 0,60 können die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit ohne wesentliche Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen eingehalten werden.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Im allgemeinen ist es ausreichend,

dass lediglich die freiliegenden Flächen der Freileitungsseile mit einer schwarzen Oberfläche ausge5

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rüstet werden. Im Rahmen der Erfindung können die Freileitungsseile so auch im montierten Zustand mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet werden. Man kann aber auch die einzelnen Drähte in den Freileitungsseilen, d.h. in den verschiedenen Drahtlagen und/oder im Kern, umlaufend mit einer schwarzen Oberfläche ausrüsten.

Gegenstand der Erfindung sind auch Freileitungsseile für die Durchführung des erfindungsge-mässen Verfahrens, welche eine Dauerstrombelastbarkeit mit vorgegebenen Richtwerten aufweisen. Diese Freileitungsseile sind dadurch gekennzeichnet, dass sie vor der Montage mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind und einen Emissionskoeffizienten von grösser 0,60, vorzugsweise grösser 0,90, aufweisen. Im einzelnen bestehen im Rahmen dieser Grundkonzeption verschiedene Möglichkeiten. So kann mit Legierungen gearbeitet werden, die mit Hilfe besonderer Legierungselemente schwarz und folglich auch mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind. Man kann aber auch die schwarze Oberfläche durch eine Be-schichtung bilden. Im einfachsten Falle lehrt die Erfindung, dass die Beschichtung aus einem Farbstoff besteht, der mechanisch aufgebracht ist. Die Beschichtung kann aber auch elektrolytisch aufgebracht sein. Dabei kann mit allen üblichen Methoden der Galvanotechnik gearbeitet werden, und zwar sowohl stromlos als auch unter Strom. Zu guten Ergebnissen in bezug auf den Emissionskoeffizienten kommt man auch dadurch, dass die einzelnen Drähte in den verschiedenen Drahtlagen und/oder im Kern bzw. der Kern mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die schwarze Oberfläche matt ausgebildet.

Im folgenden werden die Erfindung und erreichte Vorteile anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert:

Zunächst wurden übliche Freileitungsseile mit blanker Oberfläche untersucht, und zwar unter den realen Bedingungen, denen ein Freileitungsseil unter atmosphärischen Einwirkungen unterliegt. Dabei wurden unter Dauerstrom gemäss DIN 48 204 Übertemperaturen bis zu 65°C gemessen. Durch derartige Übertemperaturen kann die Festigkeit der üblichen Freileitungsseile auf 79% und weiter absinken. Je nach der Legierung treten dabei bleibende Beeinträchtigungen der Festigkeit auf, die ein Risiko darstellen.

Unter den gleichen Versuchsbedingungen wurden danach die Freileitungsseile gleicher Provenienz und Konstruktion untersucht, die jedoch mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet waren. Die Schwärzung wurde mit handelsüblichem, temperaturbeständigem Mattlack vorgenommen. Der Mattlack wurde aus Sprühdosen aufgetragen. Der Emissionskoeffizient der so behandelten Freileitungsseile lag bei 0,98. Die Versuche zeigten, dass durch die Schwärzung der Oberfläche der Freileitungsseile auch bei Windgeschwindigkeiten von unter 0,6 m/s die vom zulässigen Dauerstrom hervorgerufene Seiltemperatur erheblich abgesenkt werden konnte. Die Absenkung war stets so gross, dass die zulässigen Seiltemperaturen nicht überschritten wurden. Das bedeutet, dass die in DIN 48 204 angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit bzw. die vom Hersteller angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit ohne jede Einschränkung durch Umgebungsbedingungen im Netzbetrieb risikofrei eingehalten werden können. Es versteht sich, dass die Abstrah-lung von Wärme aus einem mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüsteten Freileitungsseil umso intensiver ist, je höher die sich einstellende Temperatur ist, denn die Abstrahlung geht mit der vierten Potenz der Temperatur.

Die Versuche zeigen, dass erfindungsgemäss eine erhebliche Verbesserung in bezug auf den Netzbetrieb erreicht wird, der risikofrei ohne Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen möglich ist. Darüber hinaus erreicht die Erfindung weitere beachtliche Vorteile: Ein Vorteil ergibt sich bei der konstruktiven Auslegung einer Hochspannungsfreileitung, wenn diese erfindungsgemäss eingerichtet wird. Für die Ermittlungen der notwendigen Höhen der Leitungsmaste ist die Durchhangsver-grösserung der Freileitungsseile mit wachsender Seiltemperatur ein wichtiges Auslegungskriterium. Kann die nach den Bestimmungen zugrundezulegende Auslegungstemperatur niedriger angesetzt werden, so können die Masthöhen entsprechend vermindert werden, was im Rahmen der Erfindung in erheblichem Masse ausnutzbar ist. Von besonderer Bedeutung ist die Lehre der Erfindung auch bei der Umbeseilung vorhandender Hochspannungsleitungen, wenn zur Erhöhung des Übertragungsvermögens die Freileitungsseile mit höheren Strömen und damit mit höheren Temperaturen betrieben werden sollen. In aller Regel müssen wegen des dann grösseren Durchhanges der Freileitungsseile eine grössere Anzahl von Leitungsmasten durch Zwischenschüsse erhöht oder neu erstellt werden. Verfährt man nach der Lehre der Erfindung, so lässt sich die Zahl dieser Mäste erheblich vermindern.

Es versteht sich, dass die Wärmeabstrahlung auch Einfluss auf die Ohmschen Verluste in einer Hochspannungsfreileitung hat. Über Temperaturkoeffizienten steigt der Ohmsche Widerstand der Freileitungsseile bekanntlich linear mit der Seiltemperatur. Senkt man bei gegebenen Strömen durch Schwärzen der Oberfläche der Freileitungsseile deren Temperatur, so nehmen entsprechend die Verluste linear ab. Bei weitgehender Windstille, bei der das Wärmeabstrahlungsvermögen der Seile für die Wärmebilanz und damit für die Temperatur der Freileitungsseile dominierend ist, tritt dieser Effekt am deutlichsten zutage. Die Verminderung der Verlustleistung kann 8% und sogar 28% und mehr betragen, je nach der eingestellten Seiltemperatur, die erfindungsgemäss eingehalten wird, wenn der Netzbetrieb mit den Richtwerten der Dauerstrombelastung erfolgt. Insoweit ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Reduzierung der Ohmschen Verluste der Freileitungsseile einer Hochspannungsleitung im üblichen Netzbetrieb.

Claims (12)

Patentansprüche

1. Verfahren zur Einhaltung der Richtwerte der

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Dauerstrombelastbarkeit der Freileitungsseile für eine Hochspannungsfreileitung unabhängig von Umgebungsbedingungen, wobei die Freileitungssei-ie mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet und dadurch mit einem Emissionskoeffizienten von grösser 0,60 versehen werden, um damit die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen einzuhalten.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Freileitungsseile mit einem Emissionskoeffizienten von grösser 0,90 versehen werden.

3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei lediglich die freiliegenden Flächen der Freileitungsseile mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die einzelnen Drähte in den Freileitungsseilen umlaufend mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet werden.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die montierten Freileitungsseile mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet werden.

6. Freileitungsseil für die Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, welches eine Dauerstrombelastbarkeit mit vorgegebenen Richtwerten aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass es mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet ist und einen Emissionskoeffizienten von grösser 0,60 aufweist.

7. Freileitungsseil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass es einen Emissionskoeffizienten von grösser 0,90 aufweist.

8. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die schwarze Oberfläche durch eine Beschichtung gebildet ist.

9. Freileitungsseil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung aus einem Farbstoff besteht, der mechanisch aufgebracht ist.

10. Freileitungsseil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung elektrolytisch aufgebracht ist.

11. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 6 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die einzelnen Drähte in den verschiedenen Drahtlagen und/oder im Kern bzw. die einzelnen Drähte des Kerns mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind.

12. Freileitungsseil nach einem der Ansprüche 6 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die schwarze Oberfläche matt ausgebildet ist.

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