DE19680397C2 - Schaltungsanordnung zur Verminderung des Magnetfelds in der Nähe mehrphasiger Starkstromleitungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, die ausge­ legt ist, um das Magnetfeld zu vermindern in der Nähe einer mehrphasigen Starkstromleitung zur Übertragung elektrischen Stroms, worin zumindest eine der Phasen in zwei Zweige aufge­ trennt ist für die Übertragung eines jeweiligen Teilphasen­ stroms und zur Ausbildung einer geschlossenen Schleife ent­ lang eines Leitungsstückes, wobei in der geschlossenen Schleife ein Umlaufstrom induziert ist, um das Magnetfeld zu vermindern, und wobei zumindest eine Kompensationsvorrichtung an die geschlossene Schleife gekoppelt ist zur Einstellung des Eigenblindwiderstands der geschlossenen Schleife derart, daß das Magnetfeld in der Nähe der Starkstromleitung mini­ miert ist.

Eine solche Schaltungsanordnung ist in WO 95/20835 A1 (Vatten­ fall AB) offenbart, worin kapazitive Elemente, zum Beispiel Kondensatoren, direkt in die geschlossene Schleife als Kom­ pensationsvorrichtung geschaltet sind.

Im Vergleich mit üblichen Drehstromanordnungen reduziert eine derartige Schaltungsanordnung das Magnetfeld auf ungefähr ein Sechstel, wobei die Phasentrennung eine Verminderung auf ein Drittel liefert und die Kompensationsvorrichtung eine weitere Verminderung um 50% bereitstellt.

Solche Kompensationsvorrichtungen, die direkt an die ge­ schlossene Schleife angeschlossen sind, müssen jedoch derart bemessen werden, daß sie den primären Teilphasenstrom sowie den induzierten Umlaufstrom tragen können. Die Kondensatoren müssen deshalb zur Übertragung von 70 bis 100% des Phasen­ stroms einer Drehstromanordnung bemessen sein.

Hinzu kommt, daß die Verfügbarkeit der Starkstromleitung ge­ senkt ist aufgrund des Risikos des Ausfalls von irgendeinem der Kondensatoren.

Mit diesem Hintergrund ist es Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, bei einer Schaltungsanordnung der im ersten Absatz ge­ nannten Art eine verbesserte Kompensationsvorrichtung bereit­ zustellen, die für beträchtlich geringere Ströme bemessen werden kann und die die Verfügbarkeit der Starkstromleitung nicht beeinflußt.

Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch gelöst, daß die Kompensationsvorrichtung von einer separaten Schaltung umfaßt ist, die an die geschlossene Schleife über einen Transformator gekoppelt ist, der ausgelegt ist, um den Umlaufstrom, nicht aber die Teilphasenströme an die Kompensa­ tionsvorrichtung zu übertragen. Durch eine derartige indirek­ te Kopplung der Kompensationsvorrichtung kann diese viel kleiner und leichter ausgebildet werden, zum Beispiel in der Form eines Filters, das insbesondere einen Kondensator um­ faßt. Ein möglicher Kurzschluß oder eine Unterbrechung in der separaten Schaltung beeinflußt nicht die Starkstromleitung als solche, sondern nur die Verminderung des Magnetfelds. Folglich wird die Verfügbarkeit der Starkstromleitung nicht beeinflußt.

Diese Vorteile gleichen die Komplikationen sehr gut aus, die mit der Hinzufügung eines Transformators verbunden sind.

Vorzugsweise umfassen die beiden Zweige der geschlossenen Schleife einander entgegengesetzte Wicklungen auf einem Transformatorkern des Transformators, wobei der Kern mittels einer dritten Wicklung an die separate Schaltung gekoppelt ist. Diese dritte Wicklung kann ein beträchtlich kleineres Kabel umfassen als die beiden Leiter der Phasenzweige, insbe­ sondere in dem Falle, daß die entgegengesetzten Wicklungen derart bemessen sind, daß die Anregungen im Transformator­ kern, die von den primären Teilphasenströmen herrühren, ver­ nachlässigbar sind. Somit überträgt der Transformator nur den in der geschlossenen Schleife induzierten Umlaufstrom an die separate Schaltung und die damit verbundene Kompensa­ tionsvorrichtung. Die verschiedenen Bauteile, die davon um­ faßt werden, können deshalb für geringere Ströme bemessen werden.

Vorzugsweise sind die Bemessungen derart, daß der induzierte Umlaufstrom in der geschlossenen Schleife 15% bis 25% des jeweiligen Phasenstroms einer Drehstromanordnung ausmacht, wodurch eine Gesamtverminderung des Magnetfelds auf ungefähr ein Sechstel erhalten werden kann, so wie in der vorbekannten Schaltungsanordnung, verglichen mit einer üblichen Stark­ stromleitung mit Drehstromleitern.

Bei Freiluft-Starkstromleitungen kann die Schaltungsanord­ nung, d. h. der Transformator und die verbundene separate Schaltung und die Kompensationsvorrichtung, ebenfalls in hän­ gender Anordnung über dem Boden gehalten werden. Vergleiche hierzu die Patentansprüche 6 bis 10.

Die Erfindung wird nachfolgend in Verbindung mit einer bevor­ zugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die beiliegende Zeichnung näher erläutert.

Die Zeichnung zeigt schematisch eine Anordnung mit Drehstrom­ leitern und einer Schaltungsanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung.

Oben und unten verlaufen auf der Zeichnung Drehstromleiter R, S, T, von denen in der dargestellten Ausführungsform angenom­ men wird, daß sie eine Starkstromleitung ausbilden für die Übertragung eines Drehstroms bei einer Hochspannung (z. B. 220 kV).

Die Phasenleiter sind parallel zueinander in gleichem gegen­ seitigen Abstand an Leitungsmasten gehalten, die zum Beispiel portalartig ausgestaltet sind mit zwei Stangen und einem querverlaufenden Teil, so wie in der oben genannten WO 95/20835 A1 beschrieben. Längs eines Leitungsstücks L ist ein Phasenleiter R in zwei parallele Zweige R1 und R2 aufge­ trennt. Das Leitungsstück L entspricht einer Anzahl üblicher Abschnitte zwischen einem Paar der Leistungsmasten, zum Bei­ spiel 1 bis 10.

Die parallelen Zweige R1, R2 sind mittels querverlaufender Leiter in Form von Kabelzuschlägen R21, R22 zu einer geschlossenen Schleife verbunden, die sich somit in Längsrichtung der Starkstromleitung längs des Lei­ tungsstücks L erstreckt.

Jeder der Phasenleiter S und T überträgt einen (i) der drei Phasenströme, während die äußeren Phasenzweigleiter R1 und R2 jeweils eine Hälfte (i/2) des dritten Phasenstroms (i) über­ tragen, der durch den Phasenleiter R fließt. Durch solch eine Phasenauftrennung wird das Magnetfeld (am Boden in der Nähe der Starkstromleitung) auf ungefähr ein Drittel vermindert.

Eine weitere Magnetfeldverminderung wird dadurch geliefert, daß die unsymmetrische Leiteranordnung längs des Leitungs­ stücks L einen induzierten Umlaufstrom i_c erzeugt, der dem primären Teilströmen i/2 in der geschlossenen Schleife R1, R11, R21, R2, R22 überlagert wird. Die Größe dieses Umlauf­ stroms i_c hängt ab teils von der Induktion, die wiederum von der geometrischen Anordnung abhängt, teils vom Eigenblindwi­ derstand der geschlossenen Schleife.

Durch eine optimale Einstellung des Eigenblindwiderstands der geschlossenen Schleife kann das Magnetfeld auf ein Minimum vermindert werden, insbesondere um weitere 50%, d. h. zu ei­ nem Gesamtwert von einem Sechstel des Magnetfelds, das bei einer üblichen Anordnung von Drehstromleitern erzielt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird diese weitere Magnet­ feldverminderung mittels einer Schaltungsanordnung 1 bereit­ gestellt, die einen Transformator 2 umfaßt, mit dessen Hilfe die geschlossene Schleife R1, R11, R21, R2, R22 an eine sepa­ rate Schaltung 11 gekoppelt ist, die eine Kompensationsvor­ richtung, insbesondere einen Kondensator 12 umfaßt.

Der Transformator 2 weist einen geschlossenen ferromagneti­ schen Kern 3 auf. Ein Stück (R11) des Phasenzweigleiters R1 bildet eine erste Wicklung 4, und ein Stück des Phasen­ zweigleiters R2, nämlich der querverlaufende Verbindungslei­ ter R21, bildet eine zweite Wicklung 5. Die Wicklungen 4, 5 sind derart ausgerichtet, nämlich in entgegengesetzte Rich­ tungen bezogen auf den Kern 3, daß die parallelen Teilströme i/2 im Kern 3 entgegengerichtete Anregungen erzeugen. Im Fal­ le, daß die Anzahl der Windungen in den beiden Wicklungen 4 und 5 gleich ist, rufen die beiden Teilströme i/2, die die­ selbe Größe aufweisen, eine vernachlässigbare Anregung hervor und liefern somit keinerlei induktive Kopplung an die dritte Wicklung 10, die in der separaten Schaltung 11 enthalten ist.

Der Umlaufstrom i_c bringt jedoch über die Wicklungen 4 und 5 zwei zusammenarbeitende Anregungsbeiträge zustande, somit wird über die Wicklung 10 eine induktive Kopplung an die se­ parate Schaltung 11 und den Kondensator 12 bereitgestellt. Dementsprechend hängt der Eigenblindwiderstand der geschlos­ senen Schleife von der Kapazität des Kondensators 12 ab, und der Kondensator kann deshalb als Kompensationsvorrichtung be­ nutzt werden, ungeachtet der Teilphasenströme i/2, die paral­ lel zueinander fließen.

Im dargestellten Beispiel wird angenommen, daß die gesamte Schaltungsanordnung 1 und der querverlaufende Leiter R21 an ein und demselben Leistungsmasten am Ende des Leitungsstücks L aufgehängt sind, während der querverlaufende Leiter R 22 an einem anderen Leitungsmasten am anderen Ende des Leitungs­ stücks L aufgehängt ist und einen Leiterzuschlag aufweist.

Eine Anzahl von Abwandlungen können von Fachleuten in bezug auf die dargestellte Ausführungsform vorgenommen werden.

Die Starkstromleitung kann mehr als drei Phasen umfassen und muß nicht unbedingt im Freien gehalten werden.

Es ist möglich, daß der geschlossene Transformatorkern 3 rohrförmig ist, um ein geringeres Gewicht und geringere Ver­ luste zu erzielen. Der Transformator sollte aber so bemessen werden, daß er Strömen standhalten kann, die im Falle von Blitzen und Ausfällen auftreten und daß er gegen kurzzeitige Hochspannungen geschützt ist.

Im Prinzip kann der Kondensator 12 durch ein anderes Schal­ tungsbauteil oder eine Bauteilkombination ersetzt werden, die eine entsprechende Änderung des Eigenblindwiderstands der se­ paraten Schaltung 11 und folglich des Eigenblindwiderstands der geschlossenen Schleife R1, R11, R21, R2, R22 hervorrufen.

Claims (10)

1. Schaltungsanordnung zur Verminderung des Magnetfelds in der Nähe einer mehrphasigen Starkstromleitung für die Übertragung eines elektrischen Stroms, worin zumindest eine der Phasen (R) in zwei Zweige (R1, R2) aufgetrennt ist, die jeweils einen Teilphasenstrom (i/2) übertragen und entlang eines Leitungsstücks (L) eine geschlossene Schleife (R1, R11, R21, R2, R22) ausbilden, in der ein Umlaufstrom (i_c) induziert ist, um das Magnetfeld zu ver­ mindern, und an die eine Kompensationsvorrichtung (12) gekoppelt ist zur Einstellung des Eigenblindwiderstands der geschlossenen Schleife derart, daß das Magnetfeld in der Nähe der Starkstromleitung minimiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrichtung (12) von einer separaten Schaltung (11) umfaßt ist, die an die geschlossene Schleife über einen Transformator (2) gekoppelt ist, der ausgelegt ist, um im wesentlichen den Umlaufstrom (i_c nicht aber die Teilphasenströme (i/2) an die Kompensationsvorrichtung (12) zu übertragen.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Zweige (R1, R2) der geschlossenen Schleife entgegengesetzt ausgerichtete Wicklungen (4, 5) um einen Transformatorkern (3) des Transformators umfas­ sen, wobei der Transformatorkern über eine dritte Wick­ lung (10) an die separate Schaltung (11) gekoppelt ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß die entgegengesetzt ausgerichteten Wicklungen (4, 5) derart bemessen sind, daß die Anregungen im Trans­ formatorkern (3), die von den Teilphasenströmen (i/2) herrühren, vernachlässigbar sind.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Bemessungen derart sind, daß der induzierte Umlaufstrom (i_c) in der geschlossenen Schleife ungefähr 15% bis 25% des entsprechenden Phasenstroms (i) in ei­ ner Drehstromanordnung ausmacht.

5. Schaltungsanordnung nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsvorrich­ tung ein Filter umfaßt.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, worin das Filter mindestens einen Kondensator (12) umfaßt.

7. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, worin die Starkstromleitung mittels Leitungsmasten in hängender Anordnung über dem Boden gehalten ist und min­ destens vier, im wesentlichen parallele und gegenseitig beabstandete Phasenleiter (R1, S, T, R2) umfaßt, wobei zumindest zwei von denen durch die genannten Zweige (R1, R2) gebildet sind, dadurch gekennzeichnet, daß der Trans­ formator (2) und die verbundene separate Schaltung (11) und die Kompensationsvorrichtung (12) ebenfalls in hän­ gender Anordnung über dem Boden gehalten sind.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich­ net, daß ein Stück (R11, R21) von jedem der Zweige, die die Wicklungen (4, 5) umfassen, durch einen Leiterzu­ schlag ausgebildet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, worin die Stark­ stromleitung vier Phasenleiter umfaßt, worin die beiden äußeren Phasenleiter (R1, R2) die Zweige in der geschlos­ senen Schleife ausbilden, worin zwei innere, unaufge­ trennte Phasenleiter (S, T) in gleichförmigem Abstand in­ nerhalb der beiden äußeren Phasenleiter in einer im we­ sentlichen geraden Anordnung angeordnet sind, in einem Querschnitt gesehen, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformator (2) und die verbundene separate Schaltung (11) und die Kompensationsvorrichtung (12) an einem Lei­ tungsmasten aufgehängt sind, der die beiden Leiterzu­ schläge (R11, R21) trägt, wobei zumindest einer der Lei­ terzuschläge einen querverlaufenden Verbindungsleiter (R21) ausbildet.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeich­ net, daß die beiden Leiterzuschläge (R11, R21) an einem Ende der geschlossenen Schleife bereitgestellt werden, wobei einer der Leitungszuschläge ein querverlaufender Verbindungsleiter (R21) ist, während der andere Leitungs­ zuschlag (R11) an zwei angrenzenden Aufhängepunkten am Leitungsmasten aufgehängt ist.