DE19701040A1 - Drehstromfreileitung mit zumindest teilweise in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehstromfreileitung mit zumindest teilweise in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern gemäß dem Oberbegriff der nebengeordneten Ansprüche 1, 3, 5. Unter dem Begriff "in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern" werden dabei insbesondere gesplittete Phasenleiter verstanden.

Drehstromfreileitungen werden hinsichtlich eines niedrigen Magnetfeldes in der Nä­ he der Erdoberkante meist derart gestaltet, daß das Magnetfeld unter sowie seitlich neben der Freileitung, d. h. das gesamte Magnetfeldprofil, global niedrig ist. Ein ef­ fektives, allgemein anerkanntes Optimierungskriterium für diese Zielstellung lautet, daß die möglichen Maxima des Magnetfeldprofiles minimiert werden. Dabei ist der Wert für die maximale Induktion in einer vereinbarten Höhe von beispielsweise 1 m oder 1,8 m oder 2 m oberhalb der Erdoberkante ein allgemein genutzter Parameter für den Vergleich verschiedener Freileitungsausführungen.

In speziellen Einsatzfällen soll aber das Magnetfeld entweder innerhalb bestimmter Bereiche neben der Freileitung, d. h. im Nahbereich, oder insbesondere in größerer Entfernung von der Freileitung, d. h. im Fernbereich, besonders niedrig sein. Derar­ tige spezielle Einsatzfälle sind beispielsweise Schulen, Kindergärten oder Kranken­ häuser.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, Ausführungen für Drehstromfreileitungen mit zumindest teilweise in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern der eingangs genannten Art anzugeben, die entweder im Nahbereich längs einer vorge­ gebenen Achse parallel zur Freileitung ein "ausgelöschtes" Magnetfeld und in unmit­ telbarer Nähe dieser Achse ein stark reduziertes Magnetfeld oder in großer Entfer­ nung (Fernbereich) ein stark reduziertes Magnetfeld aufweisen.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes alternativ erfindungsgemäß durch die in den Kennzeichen der Ansprüche 1, 3, 5 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß auf­ grund der speziellen Leiterkonfigurationen eine Überlagerung der Magnetfelder er­ folgt, die von den in den einzelnen Leitern fließenden Strömen erzeugt werden. Die­ se Überlagerung löscht das Magnetfeld längs der vorgegebenen Achse parallel zur Freileitung und reduziert das im Bereich dieser Achse auftretende Magnetfeld sehr stark. Vorteilhaft können in diesen Bereichen Schulen, Kindergärten oder Kranken­ häuser vorgesehen werden. Die Bereiche mit extrem reduziertem Magnetfeld kön­ nen durch entsprechende geometrische Gestaltung der Leiterkonfiguration wahl­ weise sowohl im Nahbereich als auch im Fernbereich der Freileitung angeordnet sein.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiele erläutert. Es zeigen:

Fig. 1, 2, 3 drei unterschiedliche, insbesondere für den Nahbereich geeignete Ausführungsformen im Querschnitt,

Fig. 4, 5, 6 drei unterschiedliche, insbesondere für den Fernbereich geeignete Ausführungsformen im Querschnitt.

In den Fig. 1, 2 und 3 sind drei insbesondere für den Nahbereich geeignete Ausfüh­ rungsformen dargestellt. Es sind jeweils eine Drehstromfreileitung (mit drei je 120° phasenverschobenen Strömen, wobei Phasenwinkel ϕ(iR) = 0°, Phasenwinkel ϕ(iS) = -120°, Phasenwinkel ϕ(iT) = -240°) mit einem ersten Phasenleiter L₁ (beispiels­ weise Phase R), einem zweiten, in zwei Teilleiter L_2a, L_2b gesplitteten Phasenleiter (beispielsweise Phase S) sowie einem dritten, in zwei Teilleiter L_3a, L_3b gesplitteten Phasenleiter (beispielsweise Phase T) zu erkennen. Die Phasenleiter der Dreh­ stromfreileitung sind dabei jeweils derartig angeordnet, daß das Magnetfeld längs einer vorgegebenen Achse P₁ - beispielsweise zwei Meter über der Erdoberkante EOK - parallel zur zentralen Achse P_L der Drehstromfreileitung zu jedem Zeitpunkt ausgelöscht wird. Für eine symmetrisch belastete Drehstromfreileitung wird dies mit Hilfe der unterschiedlichen, in den Fig. 1, 2 und 3 gezeigten und nachstehend näher beschriebenen Leiterkonfigurationen erreicht.

Für alle Ausführungsformen gilt, daß mindestens zwei der drei Phasenleiter in je mindestens zwei Teilleiter, d. h. mindestens ein Teilleiterpaar, zu splitten sind - siehe beispielsweise L_2a, L_2b, L_3a, L_3b. Ein Phasenleiter - siehe beispielsweise L₁ - kann un­ gesplittet auf die zentrale Achse P_L der Drehstromfreileitung gelegt werden. Es ist jedoch auch möglich, alle drei Phasenleiter in mindestens je zwei Teilleiter, d. h. mindestens ein Teilleiterpaar, zu splitten. Des weiteren ist auch eine Aufsplittung der Phasenleiter bzw. eines Teils der Phasenleiter in vier, sechs, acht oder allgemein in eine beliebige geradzahlige Anzahl, d. h. eine beliebige Anzahl Teilleiterpaare, möglich. Die Teilleiterpaare sind anzuordnen, wie nachstehend erläutert ist.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 bildet der Abstand zwischen der zentralen Achse P_L der Drehstromfreileitung und der vorgegebenen Achse P₁ (mit "ausgelöschtem" Magnetfeld) den Durchmesser eines geraden Kreiszylinders ZY. Die durch P_L und P₁ aufgespannte und begrenzte ebene Fläche F durchschneidet diesen Kreiszylinder, so daß zwei symmetrische Halbzylinder entstehen. Die in der Mitte der Ebene F parallel zu P_L und P₁ verlaufende Zentralachse des Kreiszylinders ZY weist das Bezugszeichen Z auf. Alle Teilleiter L_2a, L_2b, L_3a, L_3b der gesplitteten Phasenleiter sind derart auf der Mantelfläche des Kreiszylinders ZY angeordnet, daß die Teilleiter eines Teilleiterpaares mit Strömen gleicher Phasenlage symme­ trisch zu beiden Seiten der Fläche F auf der Kreiszylinder-Mantelfläche liegen. Die Abstände zwischen den einzelnen Teilleitern unterschiedlicher Phasenlage (d. h. unterschiedlichen Potentials) untereinander sowie zwischen den Teilleitern und dem ungesplitteten Phasenleiter L₁ werden von der notwendigen elektrischen Isolation bestimmt. Wird der Phasenleiter L₁ ebenfalls gesplittet, sind die einzelnen Teilleiter analog zu den vorstehenden Ausführungen anzuordnen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 2 wird eine durch P_L und P₁ aufgespannte, je­ doch durch diese beiden Achsen nicht begrenzte Ebene E definiert. Die einzelnen Teilleiter sind derart auf dieser Ebene E parallel zu P_L und P₁ angeordnet, daß min­ destens jeweils ein Teilleiter der Teilleiterpaare mit Strömen unterschiedlicher Pha­ senlage zwischen den Achsen P₁ und P_L liegt. Im Beispiel nach Fig. 2 liegen die Teilleiter L_2b und L_3b zwischen diesen Achsen P₁ und P_L, wobei der Teilleiter L_2b den Abstand a₂ zu P_L und der Teilleiter L_3b den Abstand a₃ zu P_L aufweist. Die weiteren Teilleiter L_2a und L_3a der Teilleiterpaare liegen nicht zwischen den Achsen P₁ und P_L, sondern auf der Ebene E oberhalb von P_L, wobei der Teilleiter L_2a den Abstand b₂ zu P_L und der Teilleiter L_3b den Abstand b₃ zu P_L aufweist.

Der Abstand b zwischen den Teilleitern und P_L ergibt sich allgemein aus dem frei wählbaren Abstand a und dem Abstand d zwischen P₁ und P_L zu

und damit speziell zu

Die Abstände zwischen den einzelnen Teilleitern unterschiedlicher Phasenlage (d. h. unterschiedlichen Potentials) untereinander sowie zwischen den Teilleitern und dem ungesplitteten Phasenleiter L₁ werden wiederum von der notwendigen elektri­ schen Isolation bestimmt. Wird der Phasenleiter L₁ ebenfalls in ein oder mehrere Teilleiterpaare gesplittet, sind die einzelnen Teilleiter analog zu den vorstehenden Ausführungen anzuordnen.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 3 sind die Ausführungsformen gemäß den Fig. 1 und 2 miteinander kombiniert. Die Teilleiter L_3a, L_3b eines Phasenleiters liegen auf dem Kreiszylinder ZY entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 1 und die Teillei­ ter L_2a, L_2b eines weiteren Phasenleiters liegen auf der Ebene E entsprechend der Ausführungsform nach Fig. 2. Die Berechnung von b₂ aus d und a₂ erfolgt wie vor­ stehend beschrieben. Der weitere Phasenleiter L₁ kann wiederum ungesplittet auf P_L liegen. Wird jedoch auch dieser Phasenleiter gesplittet, sind seine Teilleiter entwe­ der analog zur Ausführungsform nach Fig. 1 oder analog zur Ausführungsform nach Fig. 2 anzuordnen.

Für alle Ausführungsformen nach den Fig. 1, 2 und 3 ist es gemeinsam, daß das Magnetfeldprofil nicht symmetrisch zu beiden Seiten der Drehstromfreileitung ver­ läuft, sondern asymmetrisch, d. h. auf der der Achse P₁ gegenüberliegenden Seite der Drehstromfreileitung ist das Magnetfeld bei vergleichbaren Abständen im Nah­ bereich höher als im Bereich des reduzierten Feldes um die Achse P₁.

In den Fig. 4, 5 und 6 sind drei unterschiedliche Ausführungsformen mit symmetri­ schem Magnetfeldprofil gezeigt, die im Fernbereich niedrige Magnetfelder aufwei­ sen.

Alle Leiterkonfigurationen der Fig. 4, 5 und 6 ergeben sich direkt aus den Ausfüh­ rungsformen nach den Fig. 1, 2 und 3, indem die Achse P₁ weit von der Achse P_L entfernt wird (Grenzfall). Zur Verdeutlichung dieser geometrischen Überlegungen sind die Ausführungsformen nach den Fig. 4 bzw. 5 bzw. 6 jeweils direkt unter den Ausführungsformen nach den Fig. 1 bzw. 2 bzw. 3 plaziert.

Auf diese Weise ergibt sich aus der Anordnung gemäß Fig. 1 die Leiterkonfiguration gemäß Fig. 4 mit übereinander angeordneten Phasenleitern, mit einem ungesplitte­ ten Phasenleiter in der Mitte und symmetrisch darüber und darunter angeordneten gesplitteten Phasenleitern, d. h. mit einer vertikalen Leiteranordnung von unten nach oben: Teilleiter L_3a - Teilleiter L_2a - Phasenleiter L₁ - Teilleiter L_2b - Teilleiter L_3b. Es gilt:

In gleicher Weise ergibt sich aus der Anordnung gemäß Fig. 2 die Leiterkonfigurati­ on gemäß Fig. 5 mit nebeneinander angeordneten Phasenleitern, mit einem unge­ splitteten Phasenleiter in der Mitte und symmetrisch seitwärts angeordneten gesplit­ teten Phasenleitern, d. h. mit einer horizontalen Leiteranordnung von links nach rechts: Teilleiter L_3a - Teilleiter L_2a - Phasenleiter L₁ - Teilleiter L_2b - Teilleiter L_3b. Es gilt:

Desgleichen ergibt sich aus der Anordnung gemäß Fig. 3 die Leiterkonfiguration gemäß Fig. 6 mit einem ungesplitteten Phasenleiter in der Mitte und symmetrisch kreuzweise angeordneten gesplitteten Phasenleitern, d. h. mit einer vertikalen Lei­ teranordnung von unten nach oben mit Teilleiter L_3a - Phasenleiter L₁ - Teilleiter L_3b und einer horizontalen Leiteranordnung von links nach rechts mit Teilleiter L_2a - Pha­ senleiter L₁ - Teilleiter L_2b. Es gilt:

Wie bereits vorstehend erwähnt, erzeugen alle Ausführungsformen nach den Fig. 4, 5, 6 vorteilhaft ein zu beiden Seiten der Freileitung reduziertes symmetrisches Ma­ gnetfeldprofil im Fernbereich.

Bei allen Ausführungsformen nach den Fig. 1 bis 6 ist es wichtig, daß bei einer Auf­ splittung eines Phasenleiters in mehrere Teilleiter in den Teilleitern jeweils gleiche Ströme fließen, d. h. bei Aufteilung in zwei Teilleiter jeweils die Hälfte des Phasen­ stromes fließt. Ist dies wegen der elektrischen Unsymmetrie der Leiterkonfiguratio­ nen nicht gewährleistet, sind die Teilleiter in bekannter Weise abschnittsweise längs der Leitung zu verkreuzen.

Claims (6)

1. Drehstromfreileitung zur Elektroenergieübertragung mit zumindest teilwei­ se in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der drei Phasenleiter in jeweils mindestens ein Teilleiterpaar aufgeteilt sind, wobei alle Teilleiter (L_2a, L_2b, L_3a, L_3b) parallel zur zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung auf der Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders (ZY) an­ geordnet sind, dessen Durchmesser der Abstand zwischen der zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung und der vorgegebenen Achse (P₁) mit ausgelöschtem Ma­ gnetfeld ist, wobei die durch diese beiden Achsen (P_L, P₁) aufgespannte und be­ grenzte ebene Fläche (F) diesen Kreiszylinder so durchschneidet, daß zwei symme­ trische Halbzylinder entstehen und wobei die Teilleiter eines Teilleiterpaares mit Strömen gleicher Phasenlage symmetrisch zu beiden Seiten dieser Fläche (F) liegen (Fig. 1).

2. Drehstromfreileitung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Leiter­ konfiguration mit im wesentlichen senkrecht übereinander und symmetrisch zur zen­ tralen Achse der Freileitung (P_L) angeordneten Teilleitern eines zusammengehöri­ gen Teilleiterpaares (Fig. 4).

3. Drehstromfreileitung zur Elektroenergieübertragung mit zumindest teilwei­ se in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern, dadurch gekennzeichnet daß mindestens zwei der drei Phasenleiter in jeweils mindestens ein Teilleiterpaar aufgeteilt sind, wobei alle Teilleiter (L_2a, L_2b, L_3a, L_3b) parallel zur zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung auf einer durch die zentrale Achse (P_L) der Drehstromfreilei­ tung und eine vorgegebene Achse (P₁) mit ausgelöschtem Magnetfeld aufgespann­ ten, jedoch durch diese beiden Achsen nicht begrenzten Ebene (E) angeordnet sind, wobei mindestens jeweils ein erster Teilleiter der Teilleiterpaare mit Strömen unter­ schiedlicher Phasenlage zwischen diesen beiden Achsen liegt und die zweiten Teil­ leiter der Teilleiterpaare auf dem Abschnitt der Ebene (E) angeordnet sind, der nicht zwischen diesen beiden Achsen liegt, wobei sich der Abstand b eines zweiten Teil­ leiters von der zentralen Achse (P_L) aus dem frei wählbaren Abstand a eines ersten Teilleiters von der zentralen Achse (P_L) und dem Abstand d zwischen der zentralen Achse (P_L) und der vorgegebenen Achse (P₁) mit ausgelöschtem Magnetfeld wie folgt ergibt:

4. Drehstromfreileitung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Leiter­ konfiguration mit im wesentlichen horizontal nebeneinander und symmetrisch zur zentralen Achsel der Freileitung (P_L) angeordneten Teilleitern eines zusammenge­ hörigen Teilleiterpaares (Fig. 5).

5. Drehstromfreileitung zur Elektroenergieübertragung mit zumindest teilwei­ se in mindestens zwei Teilleiter aufgeteilten Phasenleitern, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens zwei der drei Phasenleiter in jeweils mindestens ein Teilleiterpaar aufgeteilt sind, wobei ein Teil der Teilleiter (L_3a, L_3b) parallel zur zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung auf der Mantelfläche eines geraden Kreiszylinders (ZY) an­ geordnet sind, dessen Durchmesser der Abstand zwischen der zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung und der vorgegebenen Achse (P₁) mit ausgelöschtem Ma­ gnetfeld ist, wobei die durch diese beiden Achsen (P_L, P₁) aufgespannte und be­ grenzte ebene Fläche (F) diesen Kreiszylinder so durchschneidet, daß zwei symme­ trische Halbzylinder entstehen und wobei Teilleiter mit Strömen gleicher Phasenlage symmetrisch zu beiden Seiten dieser Fläche (F) liegen und daß ein Teil der Teilleiter (L_2a, L_2b) parallel zur zentralen Achse (P_L) der Drehstromfreileitung auf einer durch die zentrale Achse (P_L) der Drehstromfreileitung und eine vorgegebene Achse (P₁) mit ausgelöschtem Magnetfeld aufgespannten, jedoch durch diese beiden Achsen nicht begrenzten Ebene (E) angeordnet sind, wobei mindestens jeweils ein erster Teilleiter der Teilleiterpaare mit Strömen unterschiedlicher Phasenlage zwischen diesen beiden Achsen liegt und die zweiten Teilleiter der zusammengehörigen Teil­ leiterpaare auf dem Abschnitt der Ebene (E) angeordnet sind, der nicht zwischen diesen beiden Achsen liegt, wobei sich der Abstand b eines zweiten Teilleiters von der zentralen Achse (P_L) aus dem frei wählbaren Abstand a eines ersten Teilleiters von der zentralen Achse (P_L) und dem Abstand d zwischen der zentralen Achse (P_L) und der vorgegebenen Achse (P₁) mit ausgelöschtem Magnetfeld wie folgt ergibt:

6. Drehstromfreileitung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch eine Leiter­ konfiguration mit im wesentlichen kreuzweise vertikal übereinander und horizontal nebeneinander angeordneten Teilleitern bzw. Phasenleitern, wobei die Teilleiter von zusammengehörigen Teilleiterpaaren symmetrisch zur zentralen Achse der Freilei­ tung (P_L) angeordnet sind (Fig. 6).