DE19959572A1 - Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem - Google Patents
Schaltungsanordnung für ein DrehstromübertragungssystemInfo
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Abstract
Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem, bei dem für jeden Phasenleiter (10) eine elektrische Isolierung (15), eine metallische Abschirmung (20) oder ein metallischer Mantel vorhanden sind. Drehstromübertragungssysteme werden zunehmend mit Oberschwingungen belastet, wodurch eine Verminderung der Versorgungsqualität entsteht. Es wird daher vorgeschlagen, daß mindestens einem Teil (12) der Länge des Kabels (10) dem Metallschirm (20) ein kapazitiver Blindwiderstand (100) in Reihe geschaltet ist und die Impedanz des Blindwiderstandes (100) so gewählt oder so wählbar ist, daß die Ausbreitung von Oberschwingungen im Drehstromübertragungssystem gemindert oder sogar minimiert ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem, insbe
sondere mit Drehstromkabel mit einem äußeren Metallmantel bzw. Metallschirm.
Durch den stark anwachsenden Einsatz der Leistungselektronik in der elektrischen Energietech
nik, z. B. bei den alternativen Energiequellen, werden die Versorgungsnetze zunehmend mit
Oberschwingungen belastet, die ein Abweichen von Strom und Spannung vom sinusförmigen
Verlauf und mithin eine Verminderung der Versorgungsqualität bewirken.
Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zu beschreiben, die Ausbreitung von Oberschwin
gungen längs des Kabels zu behindern.
Die Lösungen zielen darauf ab, durch geeignete Beschaltungen des Mantel- bzw. Schirm-Kreises
eines Kabels oder aber mit Hilfe von Umbauwandlern seine Längsimpedanz gegenüber Schwin
gungen ausgewählter Frequenzen zu erhöhen und dadurch die Ausbreitung dieser Oberschwin
gungen längs des Kabels zu behindern.
Dies kann realisiert werden, ohne daß die Kabelleiter kontaktiert werden müssen, d. h. die Filter-
bzw. Kompensationseinrichtungen müssen nicht für die hohe Übertragungsspannung des Kabel
systems ausgelegt werden.
Abb. 1 zeigt eine Ader 10 mit Isolierung 15 eines Drehstromkabels, die einen äußeren Metall
mantel 20 aufweisen soll. Vorschlagsgemäß bildet dieser Metallmantel in bestimmten Abständen
12 mit dem Rückleiter eine Schleife 22, wobei in die Kurzschlußverbindungen an den Mantel
abschnittsenden 21, 21' eine Kapazität C (100) geschaltet werden soll.
Abb. 1b zeigt - unter Vernachlässigung der Leitungsquerzweige - das Ersatzschaltbild des
Kabels: betrachtet wird ein Oberschwingungsstrom Iν als Komponente des Transportstroms. Die
ser Oberschwingungsstrom Iν, der die Frequenz fν = nf0 (z. B. f0 = 50 Hz; n = ganze Zahl) auf
weist, durchfließt zunächst die Induktivität Lk und baut damit ein magnetisches Feld zwischen
Leiter und Metallmantel auf. In Reihe hierzu liegt die Induktivität Lh, die ein Maß für das außer
halb des Metallmantels herrschende Magnetfeld ist. Bei offenem Mantelkreis wird die Indukti
vität Lh vom vollen Strom Iν durchflossen.
Bei der Schaltung nach Abb. 1b fließt im Mantelkreis ein Strom I2, der ein Magnetfeld außerhalb
der Kabelader über dieselbe Induktivität Lh ν aufbaut wie der Leiterstrom. Dieser Mantelstrom I2
muß außerdem den ohmschen Widerstand des Mantelkreises R2 sowie die Kapazität Cν überwin
den.
Damit muß nach Abb. 1b der Transportstrom insgesamt die folgende Längsimpedanz überwin
den (ohmsche Widerstände vernachlässigt):
mit ων = 2πfν der Kreisfrequenz der ν-ten Oberschwingung.
Diese Längsimpedanz wird sehr groß - sie wird allein durch die beteiligten ohmschen Wider
stände begrenzt - , wenn die Kapazität gegen die Resonanzbedingung strebt:
Die Längsimpedanz Zl ν, wird dann allein durch den ohmschen Widerstand R2 begrenzt und hat
die Größe:
Wird also der Widerstand R2 des Mantelkreises hinreichend klein gewählt, so können sehr große
Impedanzen hinsichtlich der betrachteten Oberschwingungsfrequenz aufgebaut werden. Sollen
mehrere Oberschwingungsfrequenzen unterdrückt werden, so muß die beschriebene Resonanz
schaltung in mehreren Mantelabschnitten des Kabels realisiert werden, wobei jeweils unter
schiedliche, der zu unterdrückenden Frequenz fν angepaßte Filterkapazitäten Cν in die Mantel
kreise zu schalten sind.
Um die erforderliche Kompensationskapazität Cν zu verringern, wird eine Schaltung nach Abb.
2a vorgeschlagen. Hier wird die Kurzschlußverbindung 24 an einem Ende des Mantelabschnitts
21" durch einen Trafokern 30 geführt, der sekundärseitig mit w Windungen belegt ist.
Abb. 2b zeigt das resultierende Ersatzschaltbild. Der im Wesentlichen erreichte Effekt besteht
darin, daß die erforderliche Filterkapazität Cν jetzt im Mantelkreis um den Faktor w2 - also um
das Quadrat der Windungszahl w - vergrößert erscheint, der Aufwand für die kapazitive Filte
rung also verringert werden kann. Es gilt:
Der zuvor beschriebene transformatorische Effekt läßt sich auch dadurch erreichen, daß parallel
zum Hochspannungskabel mehradrige Kabel 40 entsprechend Abb. 3a verlegt sind, die durch
entsprechende Hintereinanderschaltung ihrer Leiter 42 eine Spule im Magnetfeld des Hochspan
nungskabels bilden, die in Reihe mit der Filterkapazität (C3) liegt.
Auch in diesem Fall wird die erforderliche Filterkapazität um w2 - also um das Quadrat der Win
dungszahl w, verringert.
Ein besonderer Vorteil dieser Variante kann darin bestehen, daß mit der Filtermaßnahme über
haupt nicht mehr in die Konstruktion bzw. Beschaltung des Hochspannungskabels eingegriffen
wird.
Die in den Parallelkabeln 40 entstehenden Verluste könnten zudem durch eine Zwangskühlung
abgeführt werden, so daß das Hochspannungskabel weder durch zusätzliche Mantelstrom-Verlu
ste noch durch sonstige zusätzliche Verlustwärme im Kabelgraben gestört wird.
Eine andere Ausführungsart dieses Prinzips kann darin bestehen, die mehradrigen Parallelkabel
direkt in die Kabelkonstruktion zu integrieren, was beispielsweise durch einen Schirm aus iso
lierten Einzeldrähten realisiert werden kann.
Zur Verringerung der erforderlichen Kompensationskapazität C wird außerdem eine Schaltung
nach Abb. 4 vorgeschlagen. Hier wird die Kurzschlußverbindung 26 an einem Ende des Mantel
abschnitts 21''' über eine Stromrichterschaltung SR geführt. Durch die geregelte Halbleiter
schaltung (VSI = voltage sourced inverters) kann erreicht werden, daß der Stromfluß verzögert
einsetzt oder vorzeitig abbricht, d. h. gegenüber der treibenden Spannung voreilt oder nacheilt. Je
nach Regelung der Schaltung wirkt diese also kapazitiv oder induktiv.
Enthält die Stromrichterschaltung zusätzlich einen Transformator, so wirkt die Anordnung bei
entsprechender Ansteuerung wie eine vergrößerte Kapazität. Eine ausführliche Beschreibung
einer solchen Schaltung wird in
B. Kastenny, C. Hatziadoniu, A. Funk: VSI-Based Series Compensation Scheme for Transmis sion Lines in ETEP Vol. 9 No. 2, March/April 1999, pp. 101-104
gegeben. Im Ersatzschaltbild der Abb. 4b erscheint dann eine entsprechend vergrößerte Kom pensationskapazität C*, so daß der Aufwand für die kapazitive Kompensation verringert wird.
B. Kastenny, C. Hatziadoniu, A. Funk: VSI-Based Series Compensation Scheme for Transmis sion Lines in ETEP Vol. 9 No. 2, March/April 1999, pp. 101-104
gegeben. Im Ersatzschaltbild der Abb. 4b erscheint dann eine entsprechend vergrößerte Kom pensationskapazität C*, so daß der Aufwand für die kapazitive Kompensation verringert wird.
Eine weitere Möglichkeit besteht darin, die Stromrichterschaltung nach Abb. 4a so anzusteuern,
daß sie dem Mantelkreis - und damit transformatorisch auch dem Kabelleiter - den Oberschwin
gungsströmen gleichgroße, entgegengerichtete Ströme einprägt, so daß durch die Stromrichter
schaltung eine Kompensation der Oberschwingungsströme bewirkt wird.
Der beschriebene Einsatz von Stromrichterschaltungen zur Filterung oder zur Kompensation von
Oberschwingungsströmen kann in unterschiedlichen Schaltungen realisiert werden, - ähnlich wie
zuvor für die Filterkapazität beschrieben.
Infrage kommen folgende Anordnungen bzw. Schaltungen:
- - Transformator mit Stromrichterschaltung im Mantelkreis nach Abb. 4
- - mehradrige, parallele Induktionsleiterkabel mit Stromrichterschaltung nach Abb. 5
- - Umbauwandler mit Stromrichterschaltung nach Abb. 6
Ausführungsformen der Erfindung werden in den Figuren wiedergegeben. Es zeigen
Kabel mit Filterkapazität im Mantelkreis
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
10
Leiter
15
Isolierung
20
Mantel/Schirm
22
Kurzschlußverbindung
Kabel mit Transformator und Filterkapazität im Mantelkreis
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
30
Transformator
Kabel
20
mit mehradrigen Parallelkabeln (
40
), deren Leiter zu einer Wicklung
geschaltet sind, und Filterkapazität
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
Kabel mit Stromrichterschaltung im Mantelkreis
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
Kabel mit Umbauwandler
52
und Filterkapazität C5
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
50
Wandlerkern
60
Wandlerwicklung
Kabel mit Umbauwandler
52
und Stromrichterschaltung SR'
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
a) Schaltung
b) Ersatzschaltbild für den Leitungs-Längszweig
50
Wandlerkern
60
Wandlerwicklung
Die vorgeschlagenen Maßnahmen erlauben Beeinflussungen der Übertragungseigenschaften von
Kabeln bezüglich oberschwingungshaltiger Transportströme. Insbesondere der Einsatz von Fre
quenzumrichtern erscheint hierbei für die Zukunft des in rasanter Entwicklung befindlichen
Gebiets der Leistungs-Halbleiter vielversprechend.
Claims (15)
1. Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem, bei dem für jeden Phasenleiter
(10) eine elektrische Isolierung (15), eine metallische Abschirmung (20) oder ein metallischer
Mantel vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens einer Länge (12) einer
Abschirmung (20) oder eines Mantels ein Blindwiderstand (100) in Reihe geschaltet ist und
die Impedanz des Blindwiderstandes (100) so gewählt oder so wählbar ist, daß die Ausbrei
tung von Oberschwingungen im Drehstromübertragungssystem gemindert oder sogar mini
miert ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an jedem Phasenleiter
(10) des Übertragungssystems die Maßnahme gemäß Anspruch 1 vorgenommen ist.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß verschiedene
Abschnitte einer Länge (12) mit jeweils einem Blindwiderstand (100) in Reihe geschaltet sind
und die jeweilige Impedanz (100) des Blindwiderstands (100) einer Länge (12) auf eine Ober
schwingung abgestimmt ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Blindwiderstand (100) aus mindestens einem Kondensator (C) besteht.
5. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Blindwiderstand (100) aus mehreren Kondensatoren (C) besteht, die in Abhängigkeit von der
Last des Übertragungssystems zu- oder abschaltbar sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der
Blindwiderstand (100) aus einer Schaltungsanordnung besteht, die einen Kondensator (C')
nachbildet.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet; daß die einen Kondensator
(C') nachbildende Schaltungsanordnung aus einer Kurzschlußverbindung (26) besteht, die
über einen Stromrichter (SR) geführt ist, der die Netzfrequenz des Übertragungssystems auf
eine um einen Faktor erhöhte Frequenz umsetzt und mit einer Kapazität (C4) belastet ist.
8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kondensator
(C') nachbildende Schaltungsanordnung aus einer Kurzschlußverbindung (24) besteht, die
über einen Transformatorkern (30) geführt ist, der sekundärseitig mit einer Anzahl (w) von
Windungen belegt und mit einer Kapazität (C2) belastet ist.
9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Transformatorkern
(30) als Kabel-Umbautransformatorkern ausgebildet ist.
10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Sekundärseite des
Transformators gemäß Anspruch 7 über einen Stromrichter (SR) geführt ist.
11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die einen Kondensator
(C') nachbildende Schaltungsanordnung aus einer Induktivität (40) mit einer Anzahl (w') von
Windungen (42) besteht, die in Reihe mit einer Kapazität (C3) liegt.
12. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität (40)
aus mindestens einem Kabel mit mehreren Einzelleitern (42) besteht, die zu einer Spule hin
tereinander geschaltet sind.
13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Einzelleiter (42)
zu einem mehradrigen Kabel zusammengefaßt sind.
14. Schaltungsanordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das mehradrige Kabel
zwangsgekühlt ist.
15. Schaltungsanordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Induktivität aus
im Schirm des Kabels (10) liegenden Einzelleitern besteht, die zu einer Spule hintereinander
geschaltet sind.
Priority Applications (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999159572 DE19959572A1 (de) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem |
EP00117048A EP1076394A3 (de) | 1999-08-10 | 2000-08-09 | Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE1999159572 DE19959572A1 (de) | 1999-12-10 | 1999-12-10 | Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE19959572A1 true DE19959572A1 (de) | 2001-06-13 |
Family
ID=7932135
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE1999159572 Withdrawn DE19959572A1 (de) | 1999-08-10 | 1999-12-10 | Schaltungsanordnung für ein Drehstromübertragungssystem |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE19959572A1 (de) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8138637B2 (en) | 2005-12-07 | 2012-03-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical energy transmission device |
-
1999
- 1999-12-10 DE DE1999159572 patent/DE19959572A1/de not_active Withdrawn
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US8138637B2 (en) | 2005-12-07 | 2012-03-20 | Siemens Aktiengesellschaft | Electrical energy transmission device |
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
8141 | Disposal/no request for examination |