DE19746593A1 - Freileitung mit Kompensationsschleifen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenleitern eines Drehstromsystems, wobei die Phasenleiter längs mindestens eines ausgewählten Abschnittes der Freileitung von Kompensations­ schleifen umfaßt werden und die Phasenlagen und Amplituden der in den Kompen­ sationsschleifen mittels einer treibenden Spannung erzeugten Kompensationsströ­ me derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektri­ schen Felder den von den Phasenströmen erzeugten magnetischen und elektri­ schen Feldern entgegenwirken.

In der Umgebung von Freileitungen zur Elektroenergieübertragung werden - bedingt durch die Übertragungsströme - Magnetfelder und elektrische Felder erzeugt. Das Magnetfeld ist unter anderem durch den Effektivwert seiner magnetischen Induktion gekennzeichnet.

Um schädliche Wechselwirkungen des Magnetfeldes und des elektrischen Feldes mit der menschlichen Gesundheit zu verhindern, sollten diese Felder an Orten, die nicht nur zum vorübergehenden Aufenthalt von Menschen bestimmt sind, möglichst niedrig sein und dürfen in Empfehlungen vereinbarte und/oder festgesetzte gesetzli­ che Grenzwerte keinesfalls überschreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freileitung mit Kompensationsschlei­ fen anzugeben, die in mindestens einem ausgewählten Abschnitt der Leitung im Be­ reich unterhalb der Leiter und in der Nähe der Erdoberfläche ein wesentlich redu­ ziertes elektrisches und magnetisches Feld erzeugt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfindungs­ gemäß alternativ durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1, 2 und 3 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl das Maximum des Effektivwertes der magnetischen Induktion im Bereich bis zu 2 bis 3 m Höhe über der Erdoberfläche als auch der Abstand zu der Freileitungsachse, bei dem der Effektivwert der magnetischen Induktion in 2 m Höhe über der Erdober­ fläche den Wert 0,2 µT erreicht und für größere Abstände unterschreitet, extrem re­ duziert werden. Desgleichen wird auch das elektrische Feld extrem reduziert.

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

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht der Grundanordnung,

Fig. 2 einen Schnitt durch die Grundanordnung,

Fig. 3 eine Variante mit nicht gekreuzten Kompensationsschleifen (Schnitt),

Fig. 4 eine Variante mit einem gemeinsamen Leiter beider Kompensationsschlei­ fen (Schnitt),

Fig. 5 eine Variante mit V-förmig zusammengesetzten Kompensationsschleifen (Schnitt),

Fig. 6 eine Variante mit parallel angeordneten Kompensationsschleifen (Schnitt),

Fig. 7, 8 Varianten, bei denen die Kompensationsschleifen aus gesplitteten Pha­ senleitern gebildet werden (Schnitte).

In Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht der Grundanordnung dargestellt. Es sind drei übereinander angeordnete Phasenleiter L1, L2, L3 eines Drehstromsystems (mit drei je 120° phasenverschobenen Strömen, wobei sich die Phasenwinkel um je 120° unterscheiden) zu erkennen, wobei die Phasenleiter längs eines ausgewählten Ab­ schnitts der Freileitung von zwei Kompensationsschleifen 1, 7 umschlossen werden. Der horizontale obere Leiter 2 der ersten Kompensationsschleife 1 verläuft oberhalb des oberen Phasenleiters L3, während sich der horizontale untere Leiter 3 dieser ersten Kompensationsschleife 1 seitlich neben dem unteren Phasenleiter L1 er­ streckt. Oberer Leiter 2 und unterer Leiter 3 sind über zwei seitliche Verbindungslei­ ter 4, 5 elektrisch miteinander verbunden, wobei zweckmäßig im Leitungszug des Verbindungsleiters 4 ein Reihenkondensator 6 angeordnet ist. Die Erdoberfläche ist mit Ziffer 13 bezeichnet.

In ähnlicher Art und Weise verläuft der horizontale obere Leiter 8 der zweiten Kom­ pensationsschleife 7 oberhalb des oberen Phasenleiters L3, während sich der hori­ zontale untere Leiter 9 dieser zweiten Kompensationsschleife 7 seitlich neben dem unteren Phasenleiter L1 erstreckt. Oberer Leiter 8 und unterer Leiter 9 sind über zwei seitliche Verbindungsleiter 10, 11 miteinander verbunden, wobei zweckmäßig im Leitungszug des Verbindungsleiters 10 ein Reihenkondensator 12 angeordnet ist.

Wie in der Fig. 1 gut zu erkennen ist, sind die beiden Kompensationsschleifen 1, 7 in Form eines Daches symmetrisch über und neben den Phasenleitern L1, L2, L3 angeordnet, wobei die rechte "Dachhälfte" von der ersten Kompensationsschleife 1 und die linke "Dachhälfte" von der zweiten Kompensationsschleife 7 gebildet wer­ den. Dabei können sich die von den beiden oberen Leitern 2, 8 gebildeten oberen horizontalen "Dachkanten" etwas überlappen bzw. überkreuzen, d. h. der obere Leiter 2 liegt auf der linken "Dachhälfte", während der Leiter 8 auf der rechten "Dachhälfte" angeordnet ist. Hierdurch kreuzen sich die Verbindungsleiter 4, 10 und 5, 11. Die durch die beiden unteren Leiter 3, 9 gebildeten unteren horizontalen "Dachkanten" weisen jeweils einen geringeren Abstand zur Erdoberfläche 13 auf als der untere Phasenleiter L1.

In Fig. 2 ist ein Schnitt durch die Grundanordnung dargestellt. Es sind die drei über der Erdoberfläche 13 übereinander angeordneten Phasenleiter L1, L2, L3 sowie die beiden relativ eng nebeneinander liegenden oberen Leiter 2, 8 und die beiden mit gleichem Abstand zur Erdoberfläche nebeneinander angeordneten unteren Leiter 3, 9 der beiden Kompensationsschleifen 1, 7 zu erkennen. Im Vergleich zur Anordnung gemäß Fig. 1 ist das von den beiden Kompensationsschleifen geformte "Dach" beim Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 wesentlich steiler, d. h. der Abstand zwischen den unteren Leitern 3, 9 ist bei der Anordnung nach Fig. 2 geringer als bei der An­ ordnung nach Fig. 1.

Um zu verdeutlichen, welche Leiter eine Schleife bilden, sind die entsprechenden Leiter in den Fig. 2 bis 8 gestrichelt verbunden.

In Fig. 3 ist eine Variante mit nicht gekreuzten Kompensationsschleifen dargestellt. Bei dieser Variante liegen die beiden horizontalen oberen Leiter 2, 8 nahe beieinan­ der, ohne sich dabei jedoch zu überkreuzen.

In Fig. 4 ist eine Variante mit einem gemeinsamen Leiter beider Kompensations­ schleifen dargestellt. Bei dieser Variante sind die beiden horizontalen oberen Leiter 2, 8 zum gemeinsamen Leiter 14 zusammengefaßt.

In Fig. 5 ist eine Variante mit V-förmig zusammengesetzten Kompensationsschleifen dargestellt. Bei dieser Variante ist der Abstand zwischen den beiden horizontalen unteren Leitern 3, 9 geringer als der Abstand zwischen den beiden horizontalen oberen Leitern 2, 8. Selbstverständlich ist auch bei dieser Variante ein Überkreuzen der Kompensationsschleifen möglich. Des weiteren ist es auch bei dieser Variante möglich, die beiden horizontalen unteren Leiter 3, 9 durch einen gemeinsamen Lei­ ter 14 zu ersetzen.

In Fig. 6 ist eine Variante mit parallel nebeneinander angeordneten, jeweils vertikal ausgerichteten Kompensationsschleifen dargestellt. Bei dieser Variante ist der Ab­ stand zwischen den beiden horizontalen unteren Leitern 3, 9 gleich dem Abstand zwischen den beiden horizontalen oberen Leitern 2, 8.

In den Fig. 7 und 8 sind Varianten dargestellt, bei denen die Kompensationsschlei­ fen aus gesplitteten Phasenleitern gebildet werden. Bei Fig. 7 ist der Phasenleiter L3 in drei Teilleiter L3.1, L3.2, L3.3 aufgesplittet, wobei beispielhaft eine Konfiguration gemäß Fig. 4 mit dachförmig angeordneten Kompensationsschleifen gebildet wird. Der Teilleiter L3.1 übt die Funktion des gemeinsamen Leiters 14 aus, während Teilleiter L3.2 dem unteren Leiter 3 und Teilleiter L3.3 dem unteren Leiter 9 ent­ spricht.

Bei Fig. 8 ist der Phasenleiter L1 in drei Teilleiter L1.1, L1.2, L1.3 aufgesplittet, wo­ bei beispielhaft eine Konfiguration mit V-förmig angeordneten Kompensationsschlei­ fen und gemeinsamem Leiter gebildet wird (analog zur Ausführungsform gemäß Fig. 5). Der Teilleiter L1.1 übt die Funktion des unteren, gemeinsamen Leiters aus, wäh­ rend die Teilleiter L1.2 und L1.3 den beiden oberen Leitern entsprechen.

Auch bei der Variante gemäß Fig. 6 können die Kompensationsschleifen selbstver­ ständlich aus gesplitteten Teilleitern der Phasenleiter gebildet sein, wobei dann eine Aufsplittung eines Phasenleiters in vier Teilleiter auftritt.

In den Schnittbildern gemäß den Fig. 2 bis 8 sind die zur Bildung von Schleifen notwendigen Verbindungsleiter (siehe beispielsweise die Verbindungsleiter 4, 5, 10, 11 in Fig. 1) sowie die Reihenkondensatoren (siehe Ziffern 6 und 12 in Fig. 1) nicht dargestellt. Diese Baukomponenten sind jedoch selbstverständlich in der Realisie­ rung enthalten.

Die dachförmig über, V-förmig unter oder parallel neben dem ausgewählten Ab­ schnitt der Freileitung angeordneten Kompensationsschleifen 1, 7 bewirken eine extreme Reduktion sowohl des magnetischen Feldes als auch des elektrischen Fel­ des. Dabei können die zur Erzeugung von Kompensationsströmen in den beiden Kompensationsschleifen 1, 7 erforderlichen treibenden Spannungen durch das Drehstromsystem selbst erzeugt werden. Alternativ hierzu ist es auch möglich, den Kompensationsstrom mittels einer regelbaren Stromquelle für Betrag und Phasenla­ ge einzuspeisen oder mindestens eine Zusatzschleife zur Erzeugung der treibenden Spannung vorzusehen, welche mindestens einen Phasenleiter umschließt und mit den Kompensationsschleifen verbunden ist, wie dies in der DE 196 54 001 A1 vor­ geschlagen ist.

Die vorgesehenen Reihenkondensatoren 6, 12 kompensieren die induktiven Span­ nungsabfälle in den Kompensationsschleifen in solcher Weise, daß die gewünschte Phasendrehung der Kompensationsströme in Verbindung mit dem ohmschen Wi­ derstand der Leiter in die erforderlichen Phasenlagen erreicht wird.

Die Amplituden der in den Kompensationsschleifen 1, 7 induzierten Leerlaufspan­ nungen sind unter anderem von der Länge der Kompensationsschleifen, d h. von der Länge der Leiter 2, 3, 8, 9, 14 bzw. der Teilleiter bei gesplitteten Anordnungen abhängig. Die in den Kompensationsschleifen 1, 7 fließenden Kompensationsströme erzeugen magnetische und elektrische Felder, die derart gerichtet sind, daß die von den Phasenleitern L1, L2, L3 produzierten magnetischen und elektrischen Felder unterhalb des Drehstromsystems im Bereich von 2 bis 3 m oberhalb der Erdoberflä­ che 13 und darunter durch Überlagerungen zum Teil kompensiert und hierdurch sehr stark reduziert werden.

Zur richtigen Gestaltung der hinsichtlich des Magnetfeldes und des elektrischen Feldes optimal reduzierten Freileitung werden in einem ersten Schritt bei vorgege­ bener Anordnung der Phasenleiter L1, L2, L3 und gewählter Anordnung der Kom­ pensationsschleifen 1, 7 die notwendigen Kompensationsströme nach Betrag und Phase bestimmt. In einem zweiten Schritt werden die erforderlichen Leerlaufspan­ nungen in den Kompensationsschleifen 1, 7 nach Betrag und Phase ermittelt. In ei­ nem dritten Schritt werden die Induktivitäten der Kompensationsschleifen unter Be­ achtung der Gegeninduktivitäten zur Drehstromanordnung bestimmt. In einem vier­ ten Schritt werden aus den Amplituden und Phasenlagen von Leerlaufspannungen und Kompensationsströmen sowie den Induktivitäten die erforderlichen Kapazitäten der Reihenkondensatoren 6, 12 und der erforderliche ohmsche Widerstand der Kompensationsschleifen 1, 7 bestimmt. Bei Festlegung des notwendigen Leiterquer­ schnittes der Kompensationsschleifen ist der Skin-Effekt zu berücksichtigen.

In den Ausführungsbeispielen ist lediglich ein ausgewählter Abschnitt mit Kompen­ sationsschleifen zur Reduktion des magnetischen und elektrischen Feldes vorhan­ den. Es können jedoch längs einer Freileitung auch mehrere derartiger Abschnitte mit Kompensationsschleifen vorgesehen sein.

Claims (7)

1 Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenlei­ tern eines Drehstromsystems, wobei die Phasenleiter längs mindestens eines aus­ gewählten Abschnittes der Freileitung von Kompensationsschleifen umfaßt werden und die Phasenlagen und Amplituden der in den Kompensationsschleifen mittels einer treibenden Spannung erzeugten Kompensationsströme derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegen­ wirken, dadurch gekennzeichnet, daß je ausgewähltem Abschnitt zwei in Form eines Daches zusammengesetzte, die Phasenleiter (L1, L2, L3) überdeckende Kompensa­ tionsschleifen (1, 7) vorgesehen sind, jeweils bestehend aus einem über dem obe­ ren Phasenleiter (L3) angeordneten horizontalen oberen Leiter (2, 8), einem sich seitlich unter dem unteren Phasenleiter (L1) befindlichen horizontalen unteren Leiter (3, 9) und zwei seitlichen Verbindungsleitern (4, 5; 10, 11).

2. Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenlei­ tern eines Drehstromsystems, wobei die Phasenleiter längs mindestens eines aus­ gewählten Abschnittes der Freileitung von Kompensationsschleifen umfaßt werden, und die Phasenlagen und Amplituden der in den Kompensationsschleifen mittels einer treibenden Spannung erzeugten Kompensationsströme derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegen­ wirken, dadurch gekennzeichnet, daß je ausgewähltem Abschnitt zwei V-förmig zu­ sammengesetzte, die Phasenleiter (L1, L2, L3) überdeckende Kompensationsschlei­ fen (1, 7) vorgesehen sind, jeweils bestehend aus einem seitlich über dem oberen Phasenleiter (L3) angeordneten horizontalen oberen Leiter (2, 8), einem sich unter dem unteren Phasenleiter (L1) befindlichen horizontalen unteren Leiter (3, 9) und zwei seitlichen Verbindungsleitern (4, 5; 10, 11).

3. Freileitung mit drei vorzugsweise übereinander angeordneten Phasenlei­ tern eines Drehstromsystems, wobei die Phasenleiter längs mindestens eines aus­ gewählten Abschnittes der Freileitung von Kompensationsschleifen umfaßt werden und die Phasenlagen und Amplituden der in den Kompensationsschleifen mittels einer treibenden Spannung erzeugten Kompensationsströme derart ausgebildet sind, daß die hierdurch erzeugten magnetischen und elektrischen Felder den von den Phasenströmen erzeugten magnetischen und elektrischen Feldern entgegen­ wirken, dadurch gekennzeichnet, daß je ausgewähltem Abschnitt zwei parallele, die Phasenleiter (L1, L2, L3) seitlich überdeckende Kompensationsschleifen (1, 7) vor­ gesehen sind, jeweils bestehend aus einem seitlich über dem oberen Phasenleiter (L3) angeordneten horizontalen oberen Leiter (2, 8), einem sich seitlich unter dem unteren Phasenleiter (L1) befindlichen horizontalen unteren Leiter (3, 9) und zwei seitlichen Verbindungsleitern (4, 5; 10, 11).

4. Freileitung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Kompensationsschleifen (1, 7) überkreuzen.

5. Freileitung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Kompensationsschleifen (1, 7) einen gemeinsamen horizontalen Leiter (14) aufweisen.

6. Freileitung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die horizontalen Leiter der Kompensationsschleifen (1, 7) aus gesplitteten Teil­ leitern (L1.1, L1.2, L1.3, L3.1, L3.2, L3.3) der Phasenleiter gebildet sind.

7. Freileitung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reihenkondensator (6, 12) in jeder Kompensationsschleife (1, 7) angeord­ net ist.