DE19906457A1

DE19906457A1 - Elektrische Energieübertragungsstrecke

Info

Publication number: DE19906457A1
Application number: DE1999106457
Authority: DE
Inventors: Christian Tuttas
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1999-02-16
Filing date: 1999-02-16
Publication date: 2000-08-31
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: DE19906457B4

Abstract

Ein Leitungsfehler beeinträchtigt im elektrischen Versorgungsnetz den Energietransport zu den Verbrauchern. Die neue Energieübertragungsstrecke gestattet eine unterbrechungsfreie Stromversorgung auch dann, wenn ein Leitungskurzschluß auftritt. DOLLAR A Der Energietransport erfolgt über zwei parallele, galvanisch getrennte Leitungen (1), die am Anfang und Ende von Transformatoren gespeist werden. Diese erzwingen mit ihren Wicklungen (4), (2), (3) und (5) gleiche Leiterströme im Normalbetrieb und Fehlerfall. Bei einem Leitungskurzschluß fließen nur geringe Fehlerströme, die nicht zwangsläufig abgeschaltet zu werden brauchen. DOLLAR A Die elektrische Energieübertragungsstrecke eignet sich insbesondere zur Versorgung sicherheitsrelevanter und empfindlicher Verbraucher (z. B. Kraftwerkseigenbedarfsanlagen, chemische Reaktoren, Krankenhäuser, usw.). Hier können schon kurze Stromunterbrechungen zu großen Schäden und Regreßansprüchen führen.

Description

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf eine elektrische Energieübertragungsstrecke.

Stand der Technik

Die elektrische Energie wird heute üblicherweise durch dreiphasige Wechselstrom systeme (Drehstromsysteme) übertragen. Daneben gibt es aber auch ein- und zwei phasige Systeme, die überwiegend zur Bahnstromversorgung dienen.

Eine Energieübertragungsstrecke besteht in der Regel aus einem Eingangstransfor mator zum Anschluß des Generators, einer Leitung (Freileitung, Kabel) für den Ener gietransport und einem Ausgangstransformator zum Anschluß der Verbraucher.

Selbst bei sorgfältiger Planung und Ausführung einer Übertragungsstrecke können im Betrieb Leitungsfehler auftreten. So haben zwei- und dreipolige Fehler auf einer Drehstromleitung kurzschlußartige Ströme zur Folge. Sie müssen innerhalb we niger 100 ms durch Abschaltung oder dreipolige Kurzunterbrechung (KU) beseitigt werden, um Personen und Anlagenteile nicht zu gefährden. Das Auftreten eines mehr poligen Fehlers ist immer mit einer Beeinträchtigung des Energietransports zum Ver braucher verbunden. Selbst kurze Versorgungsunterbrechungen können in Industriebe trieben technologische Prozesse empfindlich stören und hohe Folgeschäden verursa chen.

Bei einpoligen Fehlern liegen die Verhältnisse etwas anders. Zwar können auch hier kurzschlußartige Ströme auftreten. Sie lassen sich aber durch spezielle Maßnahmen auf relativ kleine Werte begrenzen. Dazu müssen die Sternpunkte von Ein- und Ausgangs transformator isoliert oder über Petersenspulen geerdet werden. Man spricht dann nicht mehr von einem Kurzschluß, sondern von einem Erdschluß. Dieser ist durch einen ge ringen Fehlerstrom im "kranken" Leiter und überhöhte Erdspannungen an den beiden "gesunden" Leitern gekennzeichnet. Eine erdschlußbehaftete Leitung braucht nicht un bedingt abgeschaltet zu werden. Sie läßt sich weiter zum Energietransport nutzen.

Aufgabe

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine elektrische Energieübertragungsstrecke so aufzubauen, daß bei einem ein- oder mehrpoligen Leitungsfehler keine kurzschluß artigen, sondern nur geringe, erdschlußartige Fehlerströme fließen, die nicht zwangs läufig abgeschaltet zu werden brauchen.

Lösung

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An spruchs 1 gelöst. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind den abhängigen Ansprüchen zu entnehmen.

Vorteile

Die durch die Erfindung erzielten Vorteile liegen insbesondere in der Erhöhung der Versorgungszuverlässigkeit von Energieübertragungsstrecken. Bei einem Leitungsfeh ler und KU-Maßnahmen zu seiner Beseitigung wird der Energiefluß zum Verbraucher nicht beeinträchtigt.

Darstellung der Erfindung

Die Erfindung wird nachstehend anhand in der Zeichnung schematisch dargestellter Ausführungsbeispiele näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 die grundsätzliche Ausbildung der erfindungsgemäßen elektrischen Energie übertragungsstrecke mit zwei einphasigen Leitungen,

Fig. 2 die Strom- und Spannungsverteilung längs der Energieübertragungsstrecke im ungestörten Betrieb,

Fig. 3 die Strom- und Spannungsverteilung längs der Energieübertragungsstrecke bei einem Leitungsfehler,

Fig. 4 eine abweichende Ausbildung der Energieübertragungsstrecke mit Spartrans formatoren,

Fig. 5 eine weitere Ausbildung der Energieübertragungsstrecke mit zwei dreiphasigen Leitungen.

Die Ausbildung nach Fig. 1 besteht aus zwei einphasigen, vorzugsweise gleich auf gebauten Energieübertragungsstrecken, die an ihren Ein- und Ausgängen in Reihe geschaltet sind. Jede Teilstrecke setzt sich zusammen aus einem Eingangstransformator mit der Primärwicklung 4 und der Sekundärwicklung 2, einer Leitung 1 sowie einem Ausgangstransformator mit der Primärwicklung 5 und der Sekundärwicklung 3. Die Leitung I ist mit den Sekundärwicklungen 2 und 3 verbunden. Die beiden Teilstrecken sind am Ein- und Ausgang miteinander verknüpft. Dabei bilden die in Reihe geschalte ten Primärwicklungen 4 der Eingangstransformatoren die Eingangsklemmen 6 der Energieübertragungsstrecke. Auf die Ausgangsklemmen 7 sind die in Reihe geschalte ten Primärwicklungen 5 der Ausgangstransformatoren geführt. Der Generator wird mit dem Eingang, die Verbraucher werden mit dem Ausgang der Übertragungsstrecke ver bunden.

Fig. 2 zeigt das Verhalten des Systems im ungestörten Betrieb unter der Voraussetzung, daß alle Transformatoren gleich aufgebaut sind und ein Übersetzungsverhältnis von

Primärspannung : Sekundärspannung = 1 : 2

aufweisen. Die sich einstellende Strom- und Spannungsverteilung braucht nicht weiter kommentiert zu werden.

Interessanter ist das Verhalten im Fehlerfall. Fig. 3 stellt die Strom- und Spannungsver teilung bei einem Leitungskurzschluß dar. Die fehlerbehaftete Leitung fällt für den Energietransport aus, da die Leiterspanung näherungsweise auf Null zusammenbricht. Die Energie wird nun vollständig von der "gesunden" Leitung übertragen, deren Lei terspannung auf den doppelten Wert von 2 U ansteigt. Die in Reihe geschalteten Transformatorprimärwicklungen erzwingen auf ihren Sekundärseiten eine Stromver verteilung, die auch durch einen Leitungsfehler nicht gestört wird. Somit ergibt sich ein Kurzschlußstrom von I_k = 0. Die Leitung braucht daher nicht abgeschaltet zu werden.

Ein Fehlerstrom von I_k = 0 ist nur theoretisch möglich. Aufgrund der in Fig. 3 angedeuteten Leitungskapazitäten C wird sich immer ein geringer Reststrom ein stellen:

I_k = I_F = 2 U ω C.

Dieser Wert läßt sich noch weiter reduzieren, wenn die Leiterkapazitäten durch Lade stromkompensationsdrosselspulen kompensiert werden.

Im Energieübertragungssystem nach Fig. 1 sind KU-Maßnahmen zur Fehlerbeseitigung möglich, ohne daß es zu einer Unterbrechung des Energietransports kommt. Der Feh lerstrom erlischt, wenn die fehlerbehaftete Leitung am Anfang und Ende kurzgeschlos sen wird. Nach Aufhebung des Kurzschlusses stehen dann wieder beide Leitungen für den Energietransport zur Verfügung. Das günstige Fehlerverhalten der Energieübertra gungsstrecke ist nicht mehr gegeben, wenn auf beiden Leitungen gleichzeitig ein Kurz schluß auftritt. In diesem Fall fließen große Fehlerströme, die eine sofortige Abschal tung beider Leitungen notwendig machen.

An der Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Energieübertragungsstrecke ändert sich nichts, wenn statt zwei n Teilstrecken eingangs- und ausgangsseitig in Reihe ge schaltet werden. Bei einer Transformatorübersetzung von 1 : n steigt im Fehlerfall die Spannung UF an den "gesunden" Leitern nur noch auf

U_F = (n U)/(n+1)

an, der Fehlerstrom I_F erhöht sich dagegen auf

I_F = n U ω C.

Nach Fig. 4 können die Transformatoren am Ein- und Ausgang der Energieübertra gungsstrecke auch durch kostengünstigere Spartransformatoren 8 und 9 ersetzt wer den. Mit dieser Ausführungsform lassen sich aber nur zwei Teilstrecken speisen.

Die elektrische Energieübertragungsstrecke kann sinngemäß auch mehr phasig aufgebaut sein. So ist die Ausbildung nach Fig. 5 durch zwei ein- und ausgangs seitig in Reihe geschaltete, dreiphasige Übertragungsstrecken gekennzeichnet. Die Mehrphasigkeit hat keinen Einfluß auf das Fehlerverhalten des Systems. Auch hier kön nen sich bei einem Leitungsfehler (ein-, zwei- oder dreipolig) nur geringe, erdschlußar tige Ströme ausbilden, die nicht unbedingt abgeschaltet zu werden brauchen.

Claims

1. Elektrische Energieübertragungsstrecke mit deutlich reduzierten Kurzschlußströmen bei einem Leitungsfehler, dadurch gekennzeichnet, daß zwei möglichst gleich aufgebaute, m-phasige Leitungen (1) am Anfang und Ende auf die Sekundärwicklungen (2) und (3) von zwei m-phasigen Transformatoren geführt sind, die auf jeder Seite baugleich ausgeführt sein sollten und deren in Reihe geschalte ten Primärwicklungen (4) und (5) den Eingang (6) und Ausgang (7) der Energieüber tragungsstrecke bilden.

2. Elektrische Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur weiteren Reduktion der Fehlerströme die Leitungen (1) mit Ladestromkompen sationsdrosselspulen versehen sind, die die Leitungskapazitäten kompensieren.

3. Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß drei, vier oder mehr Leitungen (1) am Anfang und Ende von jeweils drei, vier oder mehr Transformatoren gespeist werden, deren Primärwicklungen (4) und (5) in Reihe geschaltet sind.

4. Energieübertragungsstrecke nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwei m-phasige Leitungen (1) am Anfang und Ende von jeweils zwei m-phasi gen Spartransformatoren (8) und (9) gespeist werden.