DE19512018C1 - Schaltungsanordnung für Drehstromkabel - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für Drehstrom­ kabel mit Auskreuzungsbeschaltung nach dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.

Das Auskreuzen der Metallmäntel oder -schirme von Hoch- oder Höchstspannungskabeln geschieht über Auskreuzungsmuffen. Von dort aus gehen relativ kurze Verbindungskabel zu etwas entfern­ teren Verschaltungskästen. Vorzugsweise werden in diesen Ver­ schaltungskästen die schaltungstechnischen Maßnahmen vorgenom­ men. Ein Bespiel einer Beschaltung findet sich in EP-A 71 435.

In der jüngsten Zeit sind von elektrischen Leitungen erzeugte Magnetfelder besonders in die öffentliche Diskussion getreten. Stromleiter erzeugen in ihrer unmittelbaren Umgebung Magnetfel­ der, die andere elektrische Leiter (z. B. Fernmeldekabel) oder in der Nähe vorhandene elektronische Einrichtungen (z. B. Bild­ schirmgeräte) beeinflussen können. Solche Störeinflüsse können durch bestimmte Maßnahmen verringert werden. Dazu gehören Abschirmungen der beeinflußten Einrichtungen, Einhalten eines Mindestabstands, Verlegung eines Erdkabels in besonderer Tiefe oder - im Extremfall - Beschränkung der Last auf dem Kabel. Solche Maßnahmen sind aufwendig oder führen zu Einschränkungen des wirtschaftlichen Betriebs des Kabels.

Da sich bei erdverlegten Hochspannungs-Einleiterkabeln das mag­ netische Feld nicht durch Abschirmung beseitigen läßt, kann man jedoch durch die Art der Verlegung eine Verminderung erreichen. Man verlegt die drei Phasen-Leiter möglichst eng und in gleich­ mäßigem Abstand zueinander (in Flach- oder Dreiecksverlegung). Bei gleicher Belastung der Phasen entsteht eine weitgehende Kom­ pensation der von den Einzelkabeln erzeugten Magnetfelder.

Bei Drehstrom-Einleiterkabeln hoher Spannung (über 100 kV) ist aus Gründen der thermischen Belastbarkeit ein etwas größerer Abstand der Einzeladern nötig. Wodurch die Kompensationswirkung geringer wird.

Es ist die Aufgabe der Erfindung, eine Schaltungsanordnung an­ zugeben, womit der in den Kabelschirmen oder -mänteln induzierte Strom von Drehstromsystemen mit Auskreuzungsbeschaltung derart gesteuert werden kann, daß sich das Magnetfeld in der Umgebung des Drehstromsystems verringern läßt.

Die Schaltungsanordnung besteht vornehmlich darin, die Ströme in den Kabelschirmen oder -mänteln induktiv zu steuern, so daß deren Magnetfeld zu einer Kompensation des Magnetfelds der Lei­ terströme führt, vorzugsweise außerhalb des Erdbodens oberhalb des Kabelgrabens. Im besonderen liegt mindestens jedem spannungs­ begrenzenden Bauelement eine Impedanz parallel. Vorzugsweise wird diese Beschaltung symmetrisch vorgenommen, d. h. jedem spannungsbegrenzenden Bauelement wird dieselbe Impedanz parallelgeschaltet.

Vorzugsweise werden die schaltungstechnischen Maßnahmen in den Verschaltungskästen vorgenommen, in die die von den Auskreuzungsmuffen kommenden Verbindungskabel geführt sind.

In einer besondere Ausgestaltung werden den spannungs­ grenzenden Bauelementen der Kabelschirme oder -mäntel steuerbare Dros­ seln parallel geschaltet. Die Impedanzen bestehen aus stromabhän­ gigen Induktivitäten oder aus Spulen mit Eisenkern oder aus Spu­ len mit motorisch verstellbaren Abgriff. Die Beschaltung mit Impedanzen wird vorzugsweise für jeden Strompfad identisch vor­ genommen.

Die Drosseln können abhängig vom Betriebsstrom des Drehstrom­ systems gesteuert werden, so daß sich besonders bei Betriebs­ zuständen mit hohen Lasten eine Verringerung des magnetischen Umfeldes erzielen läßt. Man kann auch so vorgehen, daß erst oberhalb bestimmter Lastströme die Magnetfeldkompensation akti­ viert wird, so daß die Zusatzbeschaltung in der Regel über den größten Teil der Betriebszeit abgeschaltet bleibt.

Den Impedanzen kann ein Schalter in Reihe zugeordnet sein, der abhängig vom Leiterstrom schließbar ist, oder es ist jeder Impe­ danz ein Kurzschlußpfad zugeordnet, der abhängig vom Leiterstrom schließbar ist. Die Impedanzen werden hinzugeschaltet, entweder durch Schließen ihres zugeordneten Schalters oder durch Öffnen des Kurzschlußpfads.

Die Steuerung der stromabhängigen Induktivitäten erfolgt über elektromagnetische oder elektrooptische Sensoren für die Last auf dem Drehstromsystem.

Die Dimensionen der Drosseln werden nach den zu erwartenden Lasten ausgelegt. Man muß davon ausgehen, daß Leistungen bis zu etwa 10 kVA von den Drosseln getragen werden müssen.

Als besonderer Vorteil der Schaltungsanordnung wird angespro­ chen, daß die bei Strom- oder Spannungsstößen verursachten Wan­ derwellen mit Überspannungen keine besondere Gefährdung der Schaltung darstellen, weil die Drosseln beim Auftreffen der Wanderwellen zunächst kapazitiv wirken.

Betrachtet man als typischen Fall ein Einleiterkabel für 110 kV, so hat dieses Kabel folgende Dimensionierung. Es hat einen Kup­ ferleiterquerschnitt von 1600 mm² (Millikenleiter), es ist VPE- isoliert (18 mm) und hat einen Aluminium-Wellmantel mit einer Wanddicke von 3,2 mm. Mit dem darüberliegenden Korrosionsschutz entsteht ein Außendurchmesser von 120 mm. Es kann sich notwendig erweisen - insbesondere bei Höchstspannung, daß der Querschnitt des Mantels eines solchen Kabels vergrößert werden muß, um den Widerstand für die induzierten Ströme zu verringern. Die Ver­ größerung des Metallmantelquerschnitts ist nicht angezeigt, da sich dadurch die Wirbelstromverluste vergrößern. Es wird daher in weiterer Ausgestaltung ein weiterer Kabelschirm (Koaxialschirm) vorge­ sehen, der als Gewebe oder Wicklung koaxial zum Metallmantel liegt. Der zusätzliche Kupferquerschnitt kann bis zu 2000 mm² betragen. Der zusätzliche Schirm wird ebenfalls in die Auskreuz­ beschaltung einbezogen, so daß er elektrisch zum Metallmantel parallel liegt. Diese Maßnahme wird vorzugsweise für jedes Kabel des Kabelsystems vorgenommen.

Mit den angegebenen Maßnahmen können höhere Lasten gefahren werden und/oder geringere Verlegetiefen benutzt werden. Weiter­ hin zeigt sich, daß auf eine Vergrößerung des Verlegeachsabstan­ des verzichtet werden kann.

In der einzigen Figur ist ein Drehstromkabelsystem mit Auskreuz­ beschaltung 10 (Cross-Bonding) dargestellt. Die Kabel 1′ können eben oder im Dreieck verlegt sein. Nach jedem dritten Kabelab­ schnitt sind die Kabelmäntel 1 fest miteinander verbunden und geerdet. In den dazwischenliegenden Abschnitten befinden sich die Kreuzverbindungen mit Auskreuzungsmuffen und mit spannungsbegrenzenden Bauelementen 11, generell in der Form von spannungsabhängigen nichtlinearen Widerständen. Den Widerständen 11 sind Impedanzen 21 parallel geschaltet. Die Crossbonding-Beschaltung befindet sich in Verschaltungskästen 10. Diese Verschaltungs­ kästen können auch die zusätzlich vorgesehene Schaltungsanord­ nung 20 aufnehmen. Den Impedanzen können Kurzschlußpfade 23 mit einem Schalter 24 zugeordnet sein. Weiterhin ist dargestellt, daß den Impedanzen ein Schalter 22 in Reihe gelegt ist (in der Figur nicht alle gezeichnet). Die Kurzschlußpfade 23 oder die Schalter 22 können automatisch betätigt werden, wobei das Betä­ tigungssignal über eine Lastüberwachung (in der Schaltwarte) geliefert wird.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung für ein Hochspannungsdrehstromkabel bestehend aus Einleiterkabeln, deren Mäntel oder Schirme an min­ destens einer Stelle ihrer Länge geerdet und an mindestens einer weiteren Stelle ihrer Länge untereinander verbunden und über spannungsbegrenzende Bauelemente (11) geerdet sind, dadurch gekennzeichnet, daß den spannungsbegrenzenden Bauelementen (11) Impedanzen (21) parallel geschaltet werden.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß den spannungsbegrenzenden Bauelementen (11) jeweils dieselbe Impedanz (21) parallelgeschaltet ist.

3. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß den Impedanzen (21) ein Schalter (22) in Reihe zugeordnet ist, der abhängig vom Leiterstrom schließbar ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, da­ durch gekennzeichnet, daß jeder Impedanz (21) ein Kurzschlußpfad (23) zugeordnet ist, der abhängig vom Leiterstrom schließbar ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, da­ durch gekennzeichnet, daß erst bei Überschreiten eines bestimm­ ten Leiterstroms die Impedanzen (21) hinzugeschaltet werden.

6. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (21) aus stromabhän­ gigen Induktivitäten bestehen.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (21) aus Spulen mit Eisenkern bestehen.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Impedanzen (21) aus Spulen mit motorisch verstellbarem Abgriff bestehen.

9. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerung der stromabhängigen Induktivi­ täten (21) über Sensoren für die Last auf dem Drehstromsystem erfolgt.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß über einem ersten Metallmantel (1) jeden Einleiterkabels (1′) ein weiterer koaxialer Kabelschirm vorhanden ist und daß beide miteinander parallel geschaltet sind.