DE3036757C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drehstrom- Einfachleitung der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen, aus der US-PS 32 49 773 bekannten Art.

Energieübertragungsleitungen mit Bündelleitern enthalten in jedem Bündelleiter mehrere blanke Teilleiter, üblich Stahlaluminiumleiter. Diese Teilleiter sind, im Querschnitt der Leitung gesehen, durch metallische Abstandshalter zu einer bestimmten Kontur Bündelleitern vereinigt. Die Bündelleiter sind mittels Isolatoren an den Masten der Leitung, an Strecken, End-, Winkel-, Abspannmasten u. ä. befestigt. Derartige Leitungen mit Bündelleitern weisen einen geringeren Wellenwiderstand gegenüber solchen Leitungen auf, bei denen jede Phase aus nur einem Leiter besteht. Daher zeichnen sie sich durch eine erhöhte Übertragungsfähigkeit, d. h. durch eine höhere natürliche Leistung aus.

Im Zusammenhang mit der Zunahme der Leistungen, die über Leitungen fortgeleitet werden, werden die Forderungen an die Erhöhung der Übertragungsfähig­ keit der Leitung höher, welche unter Gewährleistung einer ausreichender Wirtschaftlichkeit er­ füllt werden müssen.

Eine der Maßnahmen zur Erhöhung der Übertragungs­ fähigkeit von Leitungen mit Bündelleitern ist die Vergrößerung der Teilleiterzahl in den Bündelleitern. Jedoch führt die Vergrößerung der Teilleiterzahl mit der Verkleinerung der Durchmesser der Teilleiter zur Verkürzung der Spannweiten, während die Vergrößerung der Teilleiterzahl ohne Verkleinerung des Teilleiterdurchmessers bei den bekannten Übertragungsleitungen eine schnelle Dämpfung der Zunahme der Übertragungsfähigkeit dieser Leitungen bedingt, was in wirtschaftlicher Hinsicht unvorteilhaft ist.

Bekannt ist eine Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern, deren Teilleiterzahl größer als die bei den üblichen bekannten Übertragungsleitungen solcher Art ist (Aleksandrov G. N., Krylov S. V., Lisochkina G. V., Lyskov Ju. I., Redkov V. P., "Zur Zweckmäßigkeit der Schaffung von Wechselstrom-Freileitungen mit vergrößerten Leiterbündelradien", Zeitschrift "Elektricheskie stantsii", Verlag "Energiia", Moskau, Nr. 8, 1973, Seiten 48-53). Diese Übertragungsleitung enthält Lei­ ter, die an metallischen Abstandhaltern befestigt sind, die in der zur Achse der Leitung senkrechten Ebene Bündelleiter mit einer bestimmten Querschnittskontur bilden, Maste und Iso­ latoren, mit denen die Bündelleiter an den Masten befestigt sind. Bei dieser Leitung stellen die Konturen der Bündelleiter Kreislinien mit gleichem Durchmesser dar, die in hori­ zontaler Richtung voneinander entfernt sind, wobei zwi­ schen ihnen Maststützen angeordnet sind.

In jedem Bündel einer solchen Übertragungs­ leitung, wie auch bei anderen bekannten Leitungen mit Bündelleitern, ist die Zahl der Teilleiter gleich groß und diese befinden sich in gleichem Abstand voneinander, d. h. der Teilleiter­ abstand ist in jedem Bündel unveränderlich und gleich­ bleibend für alle Phasen. Jedoch ist die Teilleiterzahl in jedem Bündel der bekannten Leitung im Vergleich mit der Teilleiterzahl in den Bündelleitern anderer bekannter Leitungen vergrößert: auf 9 statt üblicher 4-5 Teilleiter bei einer 750-kV-Übertragungsleitung und auf 12-13 statt üblicher 8 Teilleiter bei einer 1150-kV-Übertragungs­ leitung. Entsprechend der Vergrößerung der Teilleiterzahl in den Bündelleitern sind auch die Radien r _p der Kreisli­ nien auf denen die Teilleiter jedes Bündels angeordnet sind, vergrößert, um den üblichen Teilleiterabstand im Bündel einzuhalten. Ein Abstand S zwischen den Bündeln der beschriebenen Übertragungsleitung ist dersel­ be, wie bei anderen bekannten Leitungen, d. h. er beträgt 17 bis 20 m bei einer 750-kV-Übertragungsleitung und 23 bis 25 m bei einer 1150-kV-Übertragungsleitung. Die Vergrößerung der Radien der Kreise, auf denen die Teilleiter jedes Bündels angeord­ net sind, d. h. die Vergrößerung der Leiterbündelradien ermöglicht eine Verringerung des Wellenwiderstandes bis auf 150 Ohm und damit eine Steigerung der natürlichen Leistung der 750-kV-Übertragungsleitung von 2 auf 3,5 GW und bei den 1150-kV-Übertragungsleitungen von 5 auf 9 GW, d. h. um 70 bis 80%.

In der beschriebenen Übertragungsleitung sind die Abstände zwischen den Leitern sämtlicher benachbarter Bündel einander nicht gleich und schwanken zwischen S und S+4 · r _p . Dieser Umstand sowie ein großer Bündelabstand und das Vorhandensein von geerdeten Masten zwischen den Bündelleitern verursachen eine Inhomogenität des elektri­ schen Feldes in allen Räumen zwischen den Bündelleitern.

In einem solchen elektrischen Feld tritt, wenn die Über­ spannungen die zulässigen Werte überschreiten, ein elektri­ scher Durchschlag zwischen den Bündelleitern, in einer Leit­ entladungsform auf, die sich durch Bildung eines Luft­ kanals im Raum zwischen den Bündelleitern kennzeichnet, über welchen der elektrische Durchschlag erfolgt. Um eine erforderliche Durchschlagfestigkeit unter diesen Verhält­ nissen zu gewährleisten, müssen die Bündelleiter in einem verhältnismäßig großen Abstand voneinander entfernt lie­ gen. All dies führt zur erheblichen Vergrößerung der Ab­ messungen und der Herstellungskosten der Maste sowie zur Erweiterung der Trassenfeldbreite, was aus wirtschaftli­ chen Überlegungen unvorteilhaft ist, wobei auch zu berück­ sichtigen ist, daß die Steigerung der natürlichen Leistung relativ gering ist.

Einer der Wege zur Verbesserung der Übertragungsfähig­ keit der Leitung ist die Vergrößerung der Phasenzahl. So ist beispielsweise eine Sechsphasen- Übertragungsleitung für eine Spannung von 462 kV bekannt ("Electra", Nr. 61, 1978 (Paris): L.O. Barthold "Round table on transmission of electricity in the beginning of the 21st century" p. 32-35).

Bei dieser Leitung ist jede Phase in vier Teilleiter aufgeteilt, die an metallischen Abstandshaltern gleichmäßig um das Zentrum der Phase herum angeordnet sind. Die Phasen dieser Übertragungsleitung sind ebenfalls um das gesamte Zentrum angeordnet, während die Bauteile der Ma­ ste außerhalb des Raums montiert sind, der durch die Pha­ sen und den Luftstrom zwischen denselben besetzt ist. Der Abstand zwischen den Achsen benachbarter Phasen beträgt 4,9 m und zwischen deren nächstliegenden Teilleitern 4,4 m. Hierbei macht die elektrische Feldstärke dieser Leitung beim Scheitelwert der Betriebsspannung 1,5 kV/cm aus.

Bei dieser Leitung sind die Teil­ leiter aller benachbarten Phasen, wie auch bei der vorste­ hend beschriebenen Leitung, in verschiedenen Abständen von­ einander angeordnet, so daß das elektrische Feld zwischen den Bündeln ebenfalls inhomogen ist.

Bei der behandelten Leitung zeich­ nen sich die Maste durch relativ kleine Abmessungen aus und die natürliche Leistung dieser Leitung beträgt 6 GW. Jedoch erfordert die Sechsphasen-Übertragungsleitung die Anwendung von Transformatoren mit in der Gleichrichtertech­ nik verwendeten Schaltungen, was eine solche Leitung komplizierter macht und ihre Kosten erhöht.

Aus der eingangs erwähnten US-PS 32 49 773 ist eine weitere Maßnahme zur Erhöhung der Übertragungsfähigkeit einer Wechselstrom-Übertragungs­ leitung mit Bündelleitern bekannt, bei welcher ein schwach inhomo­ genes Feld in den Räumen zwischen den Bündelleitern aufge­ baut wird. Es sind zwei Übertragungsleitungen von denen die eine eine Einphasen-Einfachleitung mit Bündelleitern darstellt, die zwei Reihen von Leitern enthält, die an metallischen Abstandshaltern befestigt sind, sowie π-förmige Streckenmaste und Isolatoren, von denen die einen Isola­ toren, durch die die untere Reihe der Leiter am Mast be­ festigt ist, Hängeisolatorketten sind und die anderen Isolatoren, durch die die obere Reihe der Leiter befestigt ist, Stützenisolatoren darstellen. Bei dieser Übertra­ gungsleitung sind die Leiterreihen symmetrisch zur hori­ zontal liegenden Masttraverse angeordnet, so daß sich die­ se innerhalb des Raums befindet, den der Luftraum zwischen den Bündelleitern besetzt. Die Leiterzahl in jeder Reihe ist gleich groß und diese Leiter sind voneinander in gleichen Abständen entfernt.

Bei dieser Einphasen-Einfachleitung führt das Vor­ handensein eines Bauteils des Mastes im Bündelleiterzwi­ schenraum, wie auch bei den anderen bekannten Energieüber­ tragungsleitungen mit derartiger Mastanordnung, zu einer Verminderung der Homogenität des elektrischen Fel­ des zwischen den Bündelleitern und zur Notwendigkeit, den Abstand zwischen diesen zu vergrößern. All dies begrenzt die Übertragungsfähigkeit einer solchen Leitung, welche von vornherein nicht groß ist, weil diese Leitung einpha­ sig ausgeführt ist. Darüber hinaus muß man wegen der in der bekannten Übertragungsleitung vorhandenen Stützisolatoren, die eine relativ geringe Festigkeit unter Einwirkung von in den Leitern auftretenden Längs­ beanspruchungen aufweisen, die Spannweite verkürzen und als Folge davon die Anzahl von Masten vergrößern, was eine Erhöhung der Kosten der Übertragungsleitung be­ dingt.

Bei der aus Fig. 4 der US-PS 32 49 773 bekannten und im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Drehstrom-Einfach­ leitungen ist das elektrische Feld zwischen den Bündelleitern schwach inhomogen. Die Kontur der Bündelleiter dieser Leitung ist V-förmig und besitzt einen an der Spitze liegenden Winkel von 120°C, was die Gruppierung der Leiter um deren gemeinsames Zentrum derart ermöglicht, daß in jedem Bündelleiter die eine ge­ rade Hälfte der V-förmigen Kontur dieses Bündelleiters parallel zu einer der geraden Hälften der V-förmigen Kon­ tur des zweiten Bündelleiters und die andere gerade Hälfte der V-förmigen Kontur des ersten Bündelleiters parallel zu einer der geraden Hälften der V-förmigen Kontur des dritten Bündelleiters angeordnet ist. In allen Bündellei­ tern sind die Leiter in gleichen Abständen voneinander an­ geordnet und einer der Leiter jedes Bündels ist an der Spitze der V-förmigen Kontur des Bündels angeordnet. Um die kapazitive Kopplung mit Erde unter diesen Bedingungen zu reduzieren, liegen alle Bündelleiter über dem Mast und sind an diesem mittels Stützisolatoren befestigt.

Bei einer solchen Drehstrom-Einfachleitung befin­ den sich die Bündelleiter in einem kürzeren Abstand im Vergleich mit den anderen bekannten Übertragungs­ leitungen. Weil alle drei Bündelleiter am gemein­ samen Zentrum konvergieren und die Leiter in jedem Bündel voneinander in gleichem Abstand angeordnet sind, ist im Bereich des gemeinsamen Zentrums das elektrische Feld nicht schwach inhomogen, so daß dort bei auf der Energieüber­ tragungsleitung auftretenden Überspannungen ein Durchschlag auftreten kann. Deswegen muß man die Übertragungsfähigkeit einer solchen Leitung begrenzen. Außerdem führt die Anwen­ dung der Stützisolaten, wie oben erwähnt, zur Notwen­ digkeit, die Spannweiten zu verkürzen und die Anzahl der Streckenmasten zu vergrößern, was die Kosten der Leitung steigert und diese wenig geeignet für Übertragungsleitungen mit höheren Spannungen und großer Leistung macht, welche eine große Anzahl an schwe­ ren Leitern in jedem Bündel haben.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrun­ de, eine Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern für Hoch-, Höchst-, und Ultrahöchstspannungen zu schaffen, bei der die Querschnittskonturen der Bündelleiter so gestaltet und die Leiter in denselben derart angeordnet und verteilt sind, daß das elektrische Feld in den Räumen zwischen den Bündelleitern so homogen wie möglich bleibt und die Ener­ giedichte darin und damit die Übertragungsfähigkeit bei hohen wirtschaftlichen Kennziffern maximal erhöht wird.

Diese Aufgabe wird ausgehend von der gattungsgemäßen Drehstrom-Einfachlei­ tung erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merk­ male des Patentanspruchs 1 gelöst.

Bei der erfindungsgemäßen Leitung treten bei Über­ spannungen Durchschläge inform der sog. Streamerentladung auf. Dabei handelt es sich um eine sukzessive Serie reproduzierbarer Elektronen­ lawinen im Bündelleiterzwischenraum, die relativ zu­ einander zeitlich und räumlich verschoben sind. Bei einer solchen Durchschlagsform entsteht gleichsam ein Wellenvorgang, bei dem der Bereich mit der höchsten Ioni­ sierungsintensität sich mit einer Geschwindigkeit von 10⁸ cm/s durch dominierende Einwirkung von Fotoionisations­ vorgängen bewegt. Die mittlere Überschlagsfeldstärke des elektrischen Feldes ist bei der Streamerform des Durch­ schlags höher als bei der Leitform des Durchschlags und beträgt 4 bis 5 kV/cm. Die Streamerform des Durchschlags ist also ein quantitatives Maß, durch das der Homogenitäts­ grad des elektrischen Feldes charakterisiert wird.

Weil im gesamten Volumen der Räume zwischen den Bündel­ leitern ein elektrischer Durchschlag nur in Streamerentla­ dungsform auftreten kann, wird mit der vorliegenden Erfin­ dung eine optimale Erhöhung der Homogenität des elektri­ schen Feldes sichergestellt. Dies ermöglicht eine wesent­ liche Steigerung der Übertragungsfähigkeit der Hoch-, Höchst- und Ultrahöchstspannungsübertragungsleitungen.

Bevorzugte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der er­ findungsgemäßen Drehstrom-Einfachleitung sind Gegenstand der Patentansprüche 2 bis 18.

Im Patentanspruch 2 ist als "Überspannungsfaktor" das Verhältnis derjenigen Überspannung zur Nennspannung gemeint, bei der einmal in zehn Jahren ein Überschlag auftritt. Es handelt sich hierbei um einen Projektierungsfaktor zur Berechnung der Isolation, der maximal zu 3,0 angenommen wird und sich durch besondere Maßnahmen, zum Beispiel den Einbau von speziellen Spannungsbegrenzern auf Minimalwerte von etwa 1,3 herabdrücken läßt.

Die Ausführungsform gemäß Patentanspruch 3 kann die größte Leiterzahl umfassen, auf die die Bündelleiter aufge­ teilt werden. Diese Ausführungsform ist daher für Leitungen zweckmäßig, über die höchste natürliche Leistungen übertragen werden sollen.

Weil sich der untere Teil der Kontur des äußeren und der folgenden Bündelleiter näher an Erde befindet und eine höhere Kapazität aufweist als der obere, ist die Verteilung gemäß Patentanspruch 4 zum Ausgleich der Ladungen und Ströme in den Leitern, zur Verbesserung der Homogenität des elektrischen Feldes und zur Verringerung der Verluste in den Leitern am vorteilhaftesten. Besonders bevorzugt ist dabei die Ausfüh­ rungsform gemäß Patentanspruch 5.

Eine gemäß Patentanspruch 6 ausgebildete Drehstrom- Einfachleitung gestattet es, die Masthöhe unter geringer Verminderung der natürlichen Leistung (um etwa 10%) gegen­ über einer Übertragungsleitung zu verkleinern, bei der alle Bündelleiter konzentrische, insbesondere kreisförmige Kontur haben.

Die Weiterbildung der erfindungsgemäßen Drehstrom- Einfachleitung gemäß Patentanspruch 7 ermöglicht es, ein gewünschtes Verhältnis zwischen der Länge der Konturen und dem Bündelleiterabstand bei einer geringeren natürlichen Leistung im Vergleich mit einer erfindungsgemäßen Einfach­ leitung zu erhalten, bei der alle Konturen geschlossen sind. Besonders zweckmäßig ist hierbei die Ausführungsform gemäß Patentanspruch 8, die es ebenso wie die Ausführungsform ge­ mäß Patentanspruch 4 ermöglicht, Ladungen und Ströme in den Leitern auf einfache Weise auszugleichen, die Verluste in diesen zu vermindern und die Homogenität des elektrischen Feldes zu verbessern.

Die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 9 ermöglicht eine besonders einfache Aufhängung der Bündelleiter am Mast.

Die Weiterbildung der Drehstrom-Einfachleitung gemäß Patentanspruch 10 wird für Leitungen bevorzugt, deren natür­ liche Leistung kleiner ist als die der zuvor beschriebenen Ausführungen. Dabei bewirkt die Ausgestaltung gemäß Patent­ anspruch 11 eine Vermeidung lokaler Koronaentladungen an den Enden der offenen Konturen der Bündelleiter und gewährleistet gleichstarke Ladungen und Ströme in den Leitern. Die Ausfüh­ rungsform gemäß Patentanspruch 12 ermöglicht hierbei eine ein­ fache Aufhängung am Mast.

Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 13 ermöglicht es, die von der Drehstrom-Einfachleitung herrührende elektrische Feldstärke maximal zu vermindern und die Breite der von der Leitung besetzten Trasse zu verringern.

Die Ausgestaltungen nach den Patentansprüchen 14, 15 und 16 werden bevorzugt für Drehstrom-Einfachleitungen verwendet, die für verhältnismäßig niedrige Spannungen dimensioniert sind und in denen längs der Kanten der Bündelleiter keine lokale Koronaentladung entsteht. Bei der Ausgestaltung gemäß den Patentansprüchen 14, 15 und 16 ist die Weiterbildung gemäß Patentanspruch 17 besonders zweckmäßig, um die Kapazitäten aller drei Bündelleiter einander anzugleichen und in diesen einen gleichhohen Spannungsabfall zu gewährleisten.

Die Merkmale des Patentanspruchs 18 schließlich ermöglichen eine bessere Halterung der Bündelleiter. Hierdurch werden Schwingungen vermieden, was eine Verringerung der Breite der Streckenmaste ermöglicht.

Die erfindungsgemäße Drehstrom-Einfachleitung kann mehrere parallele Leitungen herkömmlicher Art ersetzen. Dabei werden Gewicht und Kosten für Stützen und Fundamente eingespart, die Trassenbreite wird um ein Mehrfaches verringert und die Beinträchtigung der Umwelt durch die Übertragung elektrischer Leistung wird vermindert. Die erfindungsgemäße Leitung kann ferner eine Leitung einer höheren Spannungsklasse ersetzen, wodurch sich die Kosten für Unterstationen einsparen lassen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Drehstrom-Einfachleitung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 im Diagramm die natürliche Leistung P _n vom Drehstrom-Einfachleitungen mit Bündelleitern in Abhängigkeit von der Teilleiterzahl n im Bündelleiter,

Fig. 2a bis 2d Ausführungsform und Beispiele für die gegenseitige Anordnung der Bündelleiter (a, b, c) der Drehstrom-Einfachleitungen mit Bündelleitern und dazugehörige Diagramme (d) für die natürliche Leistung P _n , bezogen auf die Breite B der Trasse, die durch die Leitung besetzt ist,

Fig. 3 die Abhängigkeit der 50%igen Durchschlagspannung und der 50%igen Durchschlagfeldstärke von der Länge der Lufträume zwischen den Bündelleitern, die eine Kontur in Form von Geraden haben, bei Schaltüberspannungsimpulsen mit einer Flankendauer von 3000 µs,

Fig. 4 eine Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern, deren Konturen als konzentrisch angeordnete Kreise gestaltet ist,

Fig. 5 das gleiche wie Fig. 4, aber mit einer anderen Ausbildung der Streckenmaste,

Fig. 6 das gleiche wie Fig. 4 und 5, mit einer weiteren Ausführungsform des Mastes,

Fig. 7 das gleiche wie Fig. 4, 5 und 6, mit einer anderen Mastausführung,

Fig. 8 eine Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern, von denen einer in zwei Bündelleiterhälften geteilt ist,

Fig. 9 eine Drehstrom-Einfachleitung, bei der die Kontur einer der Bündelleiter geschlossen ausgebildet ist, während die Konturen der übrigen Bündelleiter offen gestaltet sind,

Fig. 10 eine Leitung, bei der die Konturen sämtlicher Bündelleiter als nichtgeschlossene Kurven ausgebildet sind,

Fig. 11 das gleiche wie Fig. 10, jedoch sind die Konturen sämtlicher Bündelleiter im wesentlichen als Geraden ausgebildet, die horizontal liegen,

Fig. 12 das gleiche wie Fig. 11 mit vertikaler Anordnung der Konturen der Bündelleiter,

Fig. 13 eine Baugruppe zum Feststellen der Lage der Bündelleiter bei der Ausführungsform nach Fig. 12 in den Spannfeldern der Leitung,

Fig. 14 das gleiche wie Fig. 11, aber für Drehstrom-Einfachleitungen einer niedrigeren Spannung,

Fig. 15 wie Fig. 12, aber für Drehstrom-Einfachleitungen einer niedrigeren Spannung,

Fig. 16 die Verteilung der Leiter in den Bündelleitern der nach Fig. 12 ausgeführten Energieübertragungsleitung,

Fig. 17 im Diagramm die Abhängigkeit des Verhältnisses der natürlichen Leistung P _n einer erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung zur natürlichen Leistung P einer bekannten Übertragungsleitung für gleiche Spannung vom Verhältnis der Länge l des mittleren Bündelleiters zum Bündelleiterabstand S,

Fig. 18 im Diagramm die Abhängigkeit des Wellenwiderstandes Zb und der Betriebskapazität C der Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern vom Verhältnis l/S,

Fig. 19 eine Übertragungsleitung mit einem Streckenmast, der eine V-förmige Stütze zur Befestigung der Bündelleiter besitzt, deren Konturen die Form konzentrischer Kreise haben,

Fig. 20 eine Übertragungsleitung mit einem Endmast und

Fig. 21 den Schnitt XXI-XXI der Fig. 20 mit einer axialen Ansicht dieser Leitung.

Als allgemeine Bedingung für die Wirtschaftlichkeit der Drehstrom-Freileitungen wird eine effektive Ausnutzung ihrer Leiter angesehen, deren Kriterium die Übertragung elektrischer Energie bei wirtschaftlicher Stromdichte in den Leitern ist.

Gemäß den Bedigungen für die Begrenzung der Koronaentladung, um Koronaentladungsverluste, Rundfunkstörungen, den Störpegel u. ä. in den zulässigen Grenzen einzuhalten, darf die elektrische Feldstärke an der Oberfläche der Leiter die zulässige Feldstärke F _zul nicht überschreiten, die vom Radius l _o der Teilleiter abhängig ist, aus denen die Bündelleiter der Energieübertragungsleitungen bestehen.

Unter Berücksichtigung dieser Bedingung und der Bedingung für die maximale Ausnutzung der Leiteroberfläche kann man die zulässige Ladung q _zul am Leiter aus folgender Formel ermitteln:

worin n die Zahl der Teilleiter im Bündelleiter,
ε _o die Dielektrizitätskonstante der Luft,
K _H ein Faktor der Ungleichmäßigkeit der Verteilung der elektrischen Feldstärke auf der Oberfläche der Leiter ist. Der Faktor K ist ein Produkt von zwei Faktoren:

K _H = K _{H 1} · K _{H 2} (2)

wobei K _{H 1} ein Faktor der Ungleichmäßigkeit der Verteilung der Ladung über die Teilleiter eines Bündelleiters, welcher gleich dem Verhältnis der maximalen zu einer mittleren Ladung ist,
K _{H 2} ein Faktor der Ungleichmäßigkeit der Verteilung der elektrischen Feldstärke auf der Oberfläche eines Leiters mit maximaler Ladung, welcher gleich dem Verhältnis der maximalen zur mittleren elektrischen Feldstärke für den betreffenden Leiter ist,

Um die Oberfläche der Leiter vollständig auszunutzen, muß die Betriebskapazität der Energieübertragungsleitung so bemessen sein, daß bei einer Phasenspannung U _Phas die Ladung am Leiter einen zulässigen Wert q _zul aufweist:

Aus der Formel (3) ist ersichtlich, daß die Betriebskapazität C mit der Zunahme der Teilleiterzahl im Bündelleiter ansteigen muß.

Der Wellenwiderstand Zb der Leitung errechnet sich wie folgt:

hierin bedeutet
Vw Fortpflanzungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle längs der Leiter, die nahe an der Lichtgeschwindigkeit liegt und ungefähr 3.10⁸ m/s beträgt.

Durch Einsetzen des Ausdruckes (3) für die Bestimmung der Betriebskapazität C in die Formel (4) erhält man, daß

ist.

Die natürliche Leistung P _n der Energieübertragungsleitung kann aus der bekannten Formel unter Berücksichtigung der Formel (5) bestimmt werden, d. h.

Aus dieser Formel (6) folgt, daß unter der Bedingung der maximalen Ausnutzung der Oberfläche der Leiter, die ihrerseits durch gleichmäßige Verteilung von Ladungen und Strömen über die Leiter bedingt ist, die über die Drehstromleitung übertragene Leistung direkt proportional der Teilleiterzahl n ist und bei ein und derselben Spannung theoretisch unendlich erhöht werden kann. Dabei beläuft sich die spezifische natürliche Leitung P _n.sp. , die für einen Leiter ausgelegt ist, auf:

Nun betrachten wir Fig. 1. In dieser Figur ist auf der Abszisse die Teilleiterzahl n je Bündelleiter und auf der Ordinate die natürliche Leistung in GW für Drehstrom-Einfachleitungen aufgetragen, die beispielsweise mit gleicher Nennspannung von 500 kV genommen sind. Die Teilleiter in allen diesen Leitungen sind als Stahlaluminiumleiter angenommen, bei denen die Querschnittsfläche des aus Aluminium bestehenden Teils 240 mm², der Außendurchmesser 2,24 cm und der Durchmesser des Stahlkernes 0,96 cm beträgt.

In Fig. 1 zeigt die Gerade t theoretische Grenzwerte der natürlichen Leistung der Übertragungsleitungen, wenn die Zahl der Leiter im Bündelleiter zunimmt und diese im günstiger Weise längs Kreisen mit optimalen Durchmesser angeordnet sind, wobei die Leiter dieser Leitungen in gleicher Höhe aufgehängt sind. Die Kurve a zeigt die natürlichen Leistungen der Leitungen bei üblicher Anordnung der Bündelleiter und Teilleiter in diesen (Fig. 2a), bei denen die Teilleiter jedes Bündelleiters längs eines Kreises mit einem Leiterbündelradius r _p =0,4 m angeordnet sind. Wie aus der Kurve a (Fig. 1) ersichtlich ist, steigt mit Vergrößerung der Teilleiterzahl n für diese Leitungen ihre natürliche Leistung in geringem Maß an. So beträgt beispielsweise bei n=10 die natürliche Leistung 1,125 GW, d. h. sie wird um Vergleich mit der herkömmlichen Übertragungsleitung um 26% erhöht, bei der die Teilleiterzahl je Bündelleiter gleich 3 ist und deren natürliche Leistung bei einer Spannung von 500 kV 900 MW beträgt. Wird der Leiterbündelradius r _p bis 0,7 m (Fig. 2b) vergrößert und ist dabei die Teilleiterzahl im Bündelleiter gleich 10, so wird die natürliche Leistung P _n etwas höher (Kurve b in Fig. 1) gesteigert im Vergleich mit einer Leitung, bei der der Leiterbündelradius 0,4 m beträgt, und zwar um 53% erhöht. Jedoch ist eine solche Erhöhung der natürlichen Leistung ebenfalls relativ unbedeutend und ermöglicht keine optimale Ausnutzung des Leiterquerschnittes. Wenn der Leiterbündelradius auf 2,5 m zunimmt und die Leiterzahl bis 10 vergrößert wird, kann man eine theoretisch maximale natürliche Leistung in der Leitung gewinnen, welche etwa 2,7 GW beträgt oder um das 3fache größer als die der üblichen herkömmlichen 500-kV-Übertragungsleitung (Fig. 2a) ist. Jedoch werden bei einer solchen Vergrößerung des Durchmessers der Bündelleiter, d. h. bis 5 m, die Abmessungen der Maste gegenüber den herkömmlichen Energieübertragungsleitungen erheblich vergrößert, und zwar wird die Masthöhe um 5 m und die Mastbreite um 15 m größer. Eine solche Übertragungsleitung erweist sich als allzu robust und teuer und ist daher unwirtschaftlich. Ausgehend von den oben angeführten Überlegungen kann man zum Schluß kommen, daß es in wirtschaftlicher Hinsicht unvorteilhaft ist, die natürliche Leistung der Übertragungsleitung durch bloße Vergrößerung der Leiterzahl im Bündelleiter oder sogar durch Vergrößerung der Leiterzahl und des Leiterbündelradius in den üblichen herkömmlichen Übertragungsleitungen zu steigern.

Aus den Formeln (6) und (4) kann man ableiten:

P _n = 3 · U² _Phas V _w · C (8)

Aus dieser Beziehung folgt, daß die natürliche Leistung der Übertragungsleitung direkt proportional zu deren Betriebskapazität C ist. Angewandt auf die konventionellen Übertragungsleitungen, bei denen die Leiter der Bündel längs Kreisen angeordnet sind, die in horizontaler Richtung voneinander entfernt angeordnet sind, kann man die Betriebskapazität C aus folgender Beziehung bestimmen:

worin D der geometrische Mittelabstand zwischen den Achsen der Teilleiter verschiedener Bündel ist.

Wie aus der Beziehung (9) zu erkennen ist, nimmt mit der Vergrößerung der Teilleiterzahl in den Bündelleitern einzeln oder zusammen mit der Vergrößerung des Leiterbündelradius r _p die Betriebskapazität C in Abhängigkeit des Logarithmus der Änderung der angegebenen Werte n und r _p zu und ändert sich dementsprechend relativ langsam. Deswegen ändert sich die natürliche Leistung der Übertragungsleitung, wie erwähnt, unausreichend, um zusätzliche Kosten zu kompensieren, wenn man die Leiterzahl im Bündel einzeln oder gleichzeitig damit den Leiterbündelradius vergrößert.

Die angeführten Schlußfolgerungen ergeben, daß durch Vergrößerung der Leiterzahl in den Bündelleitern zwecks Steigerung der natürlichen Leistung bei den herkömmlichen Übertragungsleitungen, trotz der theoretischen Begründungen, keine gewünschten Ergebnisse erreicht sind, weil derartige Energieübertragungsleitungen keine guten wirtschaftlichen Kennziffern gewährleisten.

Die vorliegende Erfindung basiert auf einem anderen Weg zur Steigerung der natürlichen Leistung der Energieübertragungsleitung.

Aus der Formel (8) folgt, wie erwähnt, daß die natürliche Leistung der Übertragungsleitung direkt proportional zu deren Betriebskapazität ist. Bei herkömmlichen Ausführungen und üblicher gegenseitiger Anordnung der Bündelleiter steigt die Betriebskapazität mit der Vergrößerung der Leiterzahl in diesen Bündeln langsam an. Jedoch ist bekannt, daß die Betriebsspannung auch von der Konfiguration und der gegenseitigen Anordnung der Bündelleiter in der Drehstromübertragungsleitung abhängig ist. Daraus folgt, daß bei einer bestimmten Konfiguration und gegenseitigen Anordnung der Bündelleiter erreicht werden kann, daß die Betriebskapazität der Übertragungsleitung entsprechend der Formel (8) direkt proportional zur Leiterzahl in den Bündelleitern ist.

Eine Einzellösung dieses Problems ist in den beschriebenen Sechs- und Dreiphasenübertragungsleitungen nach der US-PS 32 49 773 gefunden worden, wo diese Lösung dadurch realisiert wird, daß man die Bündelleiter einander näher bringt. Diese Übertragungsleitungen lösten jedoch dieses Problem nicht vollständig, weil die Konfiguration und die gegenseitige Anordnung der Phasen nicht optimal sind.

Nach dem dargelegten Wesen der Erfindung sind die Bündelleiter nicht nur einander näher gebracht, sondern auch im wesentlichen über die ganze Lösung der Bündelleiter in einem gleichen Abstand angeordnet, wobei die Leiter in den Bündelleitern in solchen Abständen voneinander entfernt liegen, daß sie ungefähr gleich starke Ladungen und Ströme sichern. Die durchgeführten Untersuchungen ergaben, daß die mittlere Betriebskapazität C einer solchen Leitung angenähert gleich ist:

hierin bedeuten:
S den Abstand zwischen den benachbarten Bündelleitern,
l die Länge des Raums längs der Konturen der einander näher gebrachten Bündelleiter, die für den mittleren Bündelleiter gemessen ist.

Aus dieser Formel (10) geht hervor, daß die Betriebskapazität der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung umgekehrt proportional zum Abstand zwischen den benachbarten Bündelleitern ist.

Ein schwach inhomogenes Feld, das in dem gesamten Volumen zwischen den Bündelleitern in der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung erzeugt wird, die durch die Beziehungen (8) und (10) bestimmt wird, kennzeichnet sich quantitativ dadurch, daß die elektrische Entladung in diesem Feld bei die Durchschlagfestigkeit des Luftraums zwischen den Bündelleitern überschreitenden Spannungen in Streamerform auftritt.

In Fig. 3 sind Ergebnisse angeführt, die bei experimentellen Untersuchungen der Lufträume zwischen den Bündelleitern einer der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitungen erhalten sind, bei der die Konturen der Bündelleiter im wesentlichen als vertikal angeordnete Geraden (Fig. 2c) gestaltet sind. Längs der Abszisse sind die Abstände S (in m) zwischen den benachbarten Bündelleitern und längs der Ordinate die Werte der 50%igen Entladespannung U _50% in MV sowie die Werte für die 50%ige Durchschlagfeldstärke E _50% des elektrischen Feldes in kV/cm aufgetragen.

Die in Fig. 3 gezeigte Kurve U stellt die funktionelle Abhängigkeit U _50%=f(S) dar. Wie sich aus Fig. 3 ergibt, liegt die 50%ige Durchschlagfeldstärke des elektrischen Feldes (Kurve E) in der zu untersuchenden Übertragungsleitung zwischen 4,9 bis 4,1 kV je nach dem Abstand S. Mit Rücksicht auf Reservefaktoren für eine auf der Übertragungsleitung auftretende Überspannung, welche darunter auch das Annähern der Bündelleiter unter Einwirkung von Wind- und Eislasten berücksichtigen, können die benachbarten Bündelleiter der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung einander auf einen Abstand S angenähert werden, bei dem die elektrische Feldstärke im Raum zwischen den Bündelleitern von 1,65 kV/cm bei Übertragungsleitungen mit maximalen Überspannungsfaktor bis 3,15 kV/cm bei Energieübertragungsleitungen mit minimalem Überspannungsfaktor schwankt. Hierbei errechnet sich die elektrische Feldstärke bei der Betriebsspannung zu:

worin U _n die Nennspannung der Übertragungsleitung und der Amplitudenfaktor für die effektiven Betriebsspannung ist.

In Anbetracht des Dargelegten wird erfindungsgemäß für Übertragungsleitungen mit einer Nennspannung von 150 kV und einem Überspannungsfaktor von 3,0 die untere Grenze der Feldstärke E _Betr gleich 1,65 kV/cm voreingestellt, während der Abstand zwischen den benachbarten Bündelleitern gleich 128 cm ist. Für eine erfindungsgemäße Übertragungsleitung mit einer Nennspannung von 1150 kV und einem Überspannungsfaktor von 1,3 ist die obere Grenze der Feldstärke E _Betr gleich 3,15 kV/cm dimensioniert, wobei der Abstand zwischen den benachbarten Bündelleitern 515 cm beträgt. Zu Vergleichszwecken kann man folgende Daten anführen. Bei herkömmlichen Drehstrom- Fernleitungen mit Bündelleitern, in denen die Leiter auf Kreisen angeordnet sind, die in horizontaler Richtung voneinander entfernt angeordnet sind, beträgt die Feldstärke E _Betr : 0,65 kV/cm bei einer Spannung von 500 kV und bei einem Abstand von 11 m zwischen den benachbarten Bündelleiter; 0,69 kV/cm bei einer Spannung von 220 kV und einem Abstand von 4,5 m zwischen den benachbarten Bündelleitern; 1,08 kV/cm bei einer Spannung von 500 kV und einem Abstand von 6,5 m zwischen den benachbarten Bündelleitern. Bei der beschriebenen Sechsphasen-Fernleitung mit einer Spannung von 462 kV und einem Abstand von 4,4 m zwischen den benachbarten Phasen beträgt die Feldstärke E _Betr 1,48 kV/cm.

Die Abstände zwischen den benachbarten Bündelleitern für eine erfindungsgemäße Übertragungsleitung, welche wie oben beschrieben dimensioniert sind, gewährleisten eine ausreichende Durchschlagfestigkeit des Luftraums zwischen den Bündelleitern auch bei Einwirkung von Windlasten, die zum Annähern der Bündelleiter innerhalb der Grenzen führen, die durch die angenommenen berechneten Windlastwerte festgelegt werden. Um eine höhere Zuverlässigkeit der erfindungsgemäßen Drehstromfernleitung mit einander näher gebrachten Bündelleitern dadurch zu gewährleisten, daß das unzulässige Annähern der Bündelleiter unter Einwirkung von Windlasten, das "Hochspringen" der Leiter beim Abwurf einer Vereisung und das "Tanzen" der Leiter vermieden werden, können folgene bekannte Maßnahmen getroffen werden: Anordnung von metallischen Abstandshaltern in den Spannfeldern, an denen die Leiter des Bündelhalters befestigt werden, Anordnung von isolierenden Abstandhaltern zwischen den Bündelleitern, Befestigung der Leiter der Bündelleiter in den Spannfeldern an im Boden befindlichen Ankern mittels Stangen, deren Isolierung für die Phasenspannung ausgelegt ist. Dank einer großen Anzahl möglicher Kombinationen von Konturen für die Bündelleiter und von gegenseitigen Anordnungen derselben kann man außerdem solche Kombinationen für die konkreten Bedingungen und Parameter wählen, bei denen der Wind auf das Annähern der Bündelleiter einen minimalen Einfluß ausübt.

Die angegebenen Maßnahmen gestatten es, die Bündelleiter der Übertragungsleitung auf einen kürzeren Abstand einander näher zu bringen. Diese Maßnahme wird zugleich durch Verminderung des Überspannungsfaktors der Übertragungsleitung erleichtert, z. B. durch Verwendung von Spannungsbegrenzern (SU-A-5 04 270).

Die erfindungsgemäße Drehstromfernleitungen, die den behandelten theoretischen Begründungen entsprechen, zeichnen sich durch folgende Kennziffern aus.

In Fig. 1 ist eine gerade Linie c gezeigt, durch die die natürliche Leistung charakterisiert wird, die bei einer Spannung von 500 kV über eine erfindungsgemäße Energieübertragungsleitung fortgeleitet werden kann, deren Schema in Fig. 2c je nach der Leiterzahl n in jedem Bündelleiter abgebildet ist. Wie aus Fig. 1 ersichtlich ist, beträgt die natürliche Leistung, wenn die Leiterzahl in jedem Bündelleiter gleich 10 ist, erfindungsgemäß 2,6 GW, d. h. sie liegt sehr nahe am theoretisch möglichen Grenzwert von 2,7 GW und kann mit diesem bei einem optimalen Faktor K _H zusammenfallen.

In Fig. 2d sind Vergleichsdiagramme für die natürlichen Leistungen von Übertragungsleitungen gezeigt, deren Schemen mit Abmessungen in Fig. 2a, b, c dargestellt sind, die sich auf die Feldbreite der durch diese Leitungen besetzten Trassen beziehen. Auf der Abszisse in Fig. 2d ist die Feldbreite B der Trassen und auf der Ordinate die Dichte für die über die Leitung übertragene Leistung aufgetragen. Die Fläche der Rechtecke repräsentiert natürliche Leistungen in Übereinstimmung mit deren Bezeichnung im oberen Teil der Fig. 2. Wie aus den Diagrammen 2 d zu ersehen ist, übersteigt die natürliche Leistung der in Fig. 2c gezeigten erfindungsgemäßen Leitung erheblich die der herkömmlichen, in Fig. 2a und 2b gezeigten Übertragungsleitungen. Darüber hinaus ist die Feldbreite der Trasse der erfindungsgemäßen Leitung nach Fig. 2c bedeutend geringer als die Feldbreite der Trassen der herkömmlichen Übertragungsleitungen nach Fig. 2a und 2b.

In Fig. 4 ist eine der möglichen Drehstrom-Einfachleitungen mit Bündelleitern gezeigt, die erfindungsgemäß ausgeführt ist und zur Übertragung von Hoch-, Höchst- und Ultrahöchstspannungen verwendet werden kann.

Diese Drehstrom-Einfachleitung enthält drei Bündelleiter 1, 2 und 3, die je aus 12 Teilleitern 4 bestehen. Die Teilleiter 4 jedes Bündelleiters sind an metallischen Abstandshaltern 5 befestigt, die aus einem leichten Metall, z. B. aus einer Aluminiumlegierung hergestellt sind. Die Abstandshalter 5 bilden in der senkrecht zur Achse der Leitung verlaufenden Ebene Konturen für die Bündelleiter. Wie aus Fig. 4 ersichtlich ist, sind bei dieser Ausführungsform die Abstandshalter 5 so gestaltet, daß hierbei die Konturen der Bündelleiter 1, 2, 3 geschlossen sind und die Form von Kreisen haben. Die Abstandshalter 5 stehen miteinander mittels Isolatoren 6 in Verbindung, so daß eine einheitliche Konstruktion gebildet wird. Die Abstandshalter 5 sind mittels Isolatorenketten 7 am Streckenmast befestigt, dessen Bauteile, wie aus der Zeichnung ersichtlich, außerhalb des Raums eingebaut sind, der durch die Bündelleiter und den Luftraum zwischen denselben besetzt ist. Hierbei sind sämtliche Kreise, die Konturen für die Bündelleiter darstellen, konzentrisch so angeordnet, daß die Abstände S zwischen den Bündelleitern zweier Maste, die an den Masten benachbarter Bündelleiter 1-2 und 2-3 aufgehängt sind, über die ganze Streckenlänge längs der Konturen dieser Bündelleiter gleich groß sind. Der Abstand S ist derart bemessen, daß die elektrische Feldstärke zwischen den Bündelleitern in jedem der genannten Paare bei der Betriebsspannung von 1,65 kV/cm bei maximalem Überspannungsfaktor bis 3,15 kV/cm bei minimalem Überspannungsfaktor auf der Leitung schwankt.

Bei der betrachteten Ausführungsform enthalten die Bündelleiter, wie erwähnt, eine gleiche Zahl von Leitern 4. Die letzteren sind jedoch längs der Kontur dieser Bündelleiter unterschiedlich verteilt. So sind in den Bündelleiter 2 und 3 die Teilleiter 4 mit einem gleichen Abstand angeordnet. Jedoch sind in dem äußeren Bündelleiter die Teilleiter 4 in unterschiedlich großen Abständen voneinander entfernt. In Fig. 4 ist gezeigt, daß in der oberen Konturhälfte des äußeren Bündelleiters 1 fünf Teilleiter und in dessen unterer Konturhälfte sieben Teilleiter enthalten sind. Also sind die Teilleiter in der unteren Konturhälfte des Bündelleiters 1 mit einem geringeren Abstand als die Teilleiter in der oberen Konturhälfte angeordnet. Bei einer solchen Verteilung der Teilleiter 4 sind elektrische Ladungen und Ströme in diesen nahe an den mittleren Werten.

Bei der betrachteten Ausführungsform ist das elektrische Feld im gesamten Volumen der Lufträume zwischen den Bündelleitern schwach inhomogen, in welchem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Die Isolatoren 7 können aus Ketten von tellerartigen Isolatoren oder aus Langstabilisatoren, z. B. aus Porzellan oder einem Glasfaserkunststoff ausgeführt sein.

Die Isolatoren 6 können nicht an den nächstliegenden Punkten, sondern an den weiter entfernten Punkten der kreisförmigen Abstandshalter 5 befestigt werden, um die Isolationsfestigkeit durch Luft und entlang Leckwegen durch einen Isolierstab zu gewährleisten, der mit einer gewellten Oberfläche ausgeführt und analog zu Fahrradspeichen angeordnet werden kann, um die Leckweglänge zu verlängern.

Die Festigkeit der Abstandhalter 5 und Isolatoren 6 und 7 muß unter Berücksichtigung des Gewichtes sämtlicher Leiter innerhalb einer Spannweite der Übertragungsleitung sowie des Gewichts von Eis auf den Leitern berechnet sein.

Der in Fig. 4 gezeigte Streckenmast, an dem die Bündelleiter 1, 2, 3 aufgehängt sind, ist mit zwei Stützen 8 versehen, die von der Achse der Leitung nach außen geneigt sind und sich auf Gelenke 9 abstützen, die auf Fundamenten 10 befestigt sind. Die Stützen 8 sind oben durch eine Traverse oder einen biegsamen Verband 11 untereinander verbunden. Um die Stützen 8 in der gewünschten Lage festzuhalten, sind äußere und innere Spannelemente 12, 13 bzw. 15, 16 vorgesehen. Die äußeren Spannelemente 12 und 13 sind auf in zwei Ebenen und mit ihren unteren Enden an Ankern 14 befestigt. Die oberen Enden der Spannelemente 12 sind mit den oberen Enden der Stützen 8 und die oberen Enden der Spannelemente 13 mit den mittleren Teilen der Stützen 8 verbunden. Die unteren Enden der Spannelemente 15 und 16 sind auf den Fundamenten 10 befestigt und deren obere Enden sind mit den mittleren Teilen der Stützen 8 in gleicher Höhe verbunden, wie die oberen Enden der Spannelemente 13.

Wie aus der Zeichnung zu ersehen ist, sind die Isolatorenketten 7 an den oberen Enden der Stützen 8 befestigt und bilden untereinander einen Winkel von etwa 120°. Dies gestattet es, das Schwingen der am Mast aufgehängten Bündelleiter durch Wind zu verringern und damit den Abstand zwischen den Stützen 8 zu verkleinern. Hinzu kommt, daß durch die Abstandshalter 5 verhindert wird, daß die Leiter 4 und die Bündelleiter 1, 2 und 3 aneinander angenähert werden.

Um das unzulässige Annähern der Leiter verschiedener Bündel sowie das Zusammenschlagen der Leiter in einem Bündel in den Spannfeldern der Energieübertragungsleitung zu vermeiden, können darin metallische Abstandshalter und Isolatoren angeordnet sein, die analog zu den Abstandshaltern 5 und Isolatoren 6, aber leichter als diese sind, weil sie keinen durch das Leitergewicht hervorgerufenen Beanspruchungen ausgesetzt werden und die auf sie wirkenden Kräfte gering sind. Die Abstände zwischen solchen Abstandshaltern und Isolatoren in den Spannfeldern werden derart gewählt, daß die Bündelleiter über die Länge der Leitung zwischen den Abstandshaltern beim Abwurf einer Vereisung von den Leitungen, beim "Tanzen" der Leiter durch Einwirkung von Wind und anderen Faktoren in geringem Maß aneinander angenähert werden, wobei der verbliebene Abstand zwischen den Bündelleitern in allen Fällen ausreichend ist, um die Isolationsfestigkeit sicherzustellen.

Bei der beschriebenen Übertragungsleitung sind die Maste mit einer oder zwei Seilstützen (nicht gezeigt) versehen. Ein oder mehrere Leiter dieser Leitungen können gegen Metallbauteile isoliert sein, um diese Leiter als Fernmeldeleitungen benutzen zu können. Es ist möglich, andere zusätzliche übliche Mittel anzuwenden, die bei bekannten Übertragungsleitungen verwendet werden.

Die behandelte Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern weist eine erhöhte Betriebskapazität und damit einen geringeren Wellenwiderstand sowie eine gesteigerte natürliche Leistung dadurch auf, daß zwischen ihrem benachbarten Bündelleitern ein relativ kurzer Abstand vorhanden ist, der durch Erzeugung eines schwach inhomogenen elektrischen Feldes zwischen den Bündelleitern sichergestellt wird.

Als konkretes Beispiel betrachten wir eine 500 kV- Übertragungsleitung, bei der der Durchmesser der Kontur des inneren Bündelleiters 1 m, der Abstand zwischen den benachbarten Bündelleitern 2,5 m, der Durchmesser der Kontur des mittleren Bündelleiters 6 m und deren Länge 18,9 m beträgt. Bei dieser Übertragungsleitung besteht jeder Bündelleiter aus 26 Stahlaluminiumleitern mit einem Außendurchmesser von 2,9 cm, wobei die Querschnittsfläche des aus Aluminium bestehenden Leiterteils 400 mm², der Durchmesser des Stahlkernes 1,25 cm und die Stromdichte 1 A/mm² beträgt. Bei dieser Übertragungsleitung ist die natürliche Leistung gleich 8 GW, d. h. sie überschreitet die natürliche Leistung der herkömmlichen 500-kV-Leitung um das 9fache, deren Wert dementsprechend 0,9 GW beträgt.

Ein anderes konkretes Beispiel bezieht sich auf eine Übertragungsleitung für eine Spannung von 330 kV, die nach Fig. 4 ausgeführt ist und bei der der Durchmesser der Kontur des inneren Bündelleiters 0,7 m beträgt, der Abstand S zwischen den benachbarten Bündelleitern 1,5 m und die Länge der Kontur des mittleren Bündelleiters 7 m ausmachen. In dieser Übertragungsleitung besteht jeder Bündelleiter aus 13 Stahlaluminiumleitern mit einem Außendurchmesser von 2,24 cm, wobei die Querschnittsfläche des aus Aluminium bestehenden Leiterteils gleich 240 mm² ist, der Durchmesser des Stahlkernes 0,94 cm und die Stromdichte 1 A/mm² betragen. Die natürliche Leistung dieser Übertragungsleitung ist gleich 1,8 GW, d. h. um das 5,9fache höher als die 360 MW betragende natürliche Leistung der herkömmlichen Übertragungsleitung.

Diese Beispiele zeigen, daß die in Fig. 4 gezeigte Drehstrom-Einfachleitung eine natürliche Leistung aufweist, die die Leistung sämtlicher bekannter Wechselstromübertragungsleitungen erheblich überschreitet, gleichzeitig damit hat die erfindungsgemäße Leitung eine recht kompakte und damit wirtschaftliche Bauweise.

Anhand Fig. 4 wurde nur eine der Bauarten von Streckenmasten behandelt. Jedoch muß man bemerken, daß bei der beschriebenen Anordnung der Bündelleiter und Aufhängen derselben am Mast andere Mastbauarten in Betracht kommen. So ist z. B. in Fig. 5 die Verwendung eines Π- förmigen Mastes 17 mit einer geraden, horizontal liegenden Traverse, in Fig. 6 im wesentlichen ein Π-förmiger Mast 18 mit einer abgerundeten Traverse, in Fig. 7 ein V-förmiger Mast 19 mit an der Mastgründung konvergierenden Stützen gezeigt.

Bei allen obenbeschriebenen und nachfolgenden Ausführungsformen sind die Leiter 4 an den Abstandshaltern 5 mittels Klemmen 20 (in Fig. 4 ist schematisch nur eine Klemme gezeigt) befestigt.

Die Anordnung und Anzahl der Isolatoren 6 und 7 können wie auch die in dieser Ausführungsform genannten Mastbauarten je nach den Klimaverhältnissen für die Leitungstrasse anders sein, müssen aber in allen Fällen sichere Befestigung der Leitern und deren Isolierung gewährleisten.

Fig. 8 zeigt eine andere Ausführungsform einer Übertragungsleitung, bei ebenfalls die Konturen der Bündelleiter geschlossen und als Kreise gestaltet sind. Jedoch ist in dieser Ausführungsform einer der Bündelleiter in zwei Bündelleiterhälften 3 a und 3 b geteilt, deren Konturen ebenfalls Kreise darstellen. Hierbei enthält jede Bündelleiterhälfte 3 a bzw. 3 b eine gleich große Zahl von Teilleitern 4, nämlich sechs bei einer vollständigen Anzahl von zwölf Teilleitern in jedem Bündelleiter. Wie sich aus der Zeichnung ergibt, sind die Bündelleiterhälften 3 a und 3 b innerhalb der Konturen der Bündelleiter 1 bzw. 2 angeordnet. Die Konturkreise der Bündelleiterhälften 3 a und des Bündelleiters 1 und die Konturkreise der Bündelleiterhälften 3 b und des Bündelleiters 2 sind in diesem Falle konzentrisch zueinander angeordnet. Die Abstände S und die Verteilung der Leiter in den äußeren Bündelleitern 1 und 2 sind die gleichen wie bei der oben beschriebenen Ausführungsform, wodurch die Erzeugung eines schwach inhomogenen elektrischen Feldes sichergestellt wird, in dem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Die Bündelleiterhälften 3 a und 3 b sind an den Enden der Leitung oder an anderen dazu geeigneten Stellen elektrisch miteinander verbunden.

Die übrigen Bauteile dieser Leitung sind in gleicher Weise ausgeführt, wie es in der vorhergehenden Ausführungsform beschrieben ist.

Diese Übertragungsleitung kann eine natürliche Leistung aufweisen, die um etwa 10% geringer als die der in der vorhergehenden Ausführungsform beschriebenen Übertragungsleitung. Im Vergleich mit dieser ermöglicht die in Rede stehende Leitung eine Verkleinerung der Masthöhe.

In Fig. 9 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung dargestellt, bei der eine der Konturen, auf denen im Querschnitt der Leitung gesehen - die Leiter der Bündelleiter angeordnet sind, und zwar die Kontur des inneren Bündelleiters 3, geschlossen ausgebildet und als Oval gestaltet ist, während die Konturen der anderen zwei Bündelleiter 1 und 2 offen und als Kurven gestaltet sind, durch die die Kontur des Bündelleiters 1 umfaßt ist. Hierbei sind die Konturen der Bündelleiter 1 und 2, wie aus der Zeichnung ersichtlich, unten so angeordnet, daß ihre konvexen Teile nach unten gerichtet sind. Aus der Zeichnung kann man auch ersehen, daß die Konfiguration der Leitung nach dieser Ausführungsform gleichsam aus der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform durch Schneiden und Auseinanderführen zweier äußerer Bündelleiter gebildet wird.

Jeder der Bündelleiter 1, 3 und 4 nach der ergebenen Ausführungsform enthält je 15 Teilleiter 4. Jedoch kann die Teilleiterzahl im mittleren und im unteren Bündelleiter 2 bzw. 1 oder in einem von diesen größer als im oberen Bündelleiter 3 sein, was zweckmäßig sein kann, weil der untere Bündelleiter 1 eine hohe Kapazität infolge seiner großen Abmessungen aufweist und/oder der mittlere Bündelleiter eine relativ erhöhte Kapazität infolge seiner Anordnung zwischen den beiden Bündelleitern 1 und 3 hat. Eine solche Aufteilung der Bündelleiter, bei der sie eine unterschiedlich große Anzahl von Teilleitern 4 haben, ermöglicht eine gleichmäßigere Verteilung der durch die Teilleiter 4 fließenden Ströme und damit eine Herabsetzung der Energieverluste auf der Leitung.

Wie aus Fig. 9 ersichtlich ist, sind die Teilleiter 4 in dem mittleren und im äußeren Bündelleiter 2 bzw. 1 mit einem unterschiedlich großen Abstand längs der Konturen dieser Bündelleiter angeordnet. So sind im mittleren Teil der Konturen der Bündelleiter 1 und 2 die Teilleiter im Vergleich mit der gegenseitigen Anordnung der Teilleiter 4 in den äußeren Teilen der Konturen dieser Bündelleiter in einem geringeren Abstand voneinander entfernt. Dies erlaubt es, Ladungen und Ströme in den Teilleitern 4 gleichmäßig zu verteilen. Außerdem werden durch Verkleinerung des Abstandes zwischen den Leitern an den Enden der offenen Konturen der Bündelleiter 1 und 2 die elektrische Feldstärke an diesen Enden ausgeglichen, sogenannte "Endeffekte" verringert und damit die Bildung einer örtlichen Koronaentladung an den äußeren Leitern der Konturen der Bündel 1 und 2 vermieden. Zum gleichen Zweck sind an den Enden der Konturen der Bündelleiter 1 und 2 Teilleiter 4 beiderseits des Abstandshalters 5 vorgesehen.

Diese Maßnahmen gegen unerwünschte "Endeffekte" zu ergreifen, ist besonders wichtig für Hoch-, Höchst- und Ultrahöchstübertragungsleitungen.

Die Abstände S zwischen den benachbarten Bündelleiter 1-2 und 2-3 sind dieselben wie bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Dadurch sowie durch die angegebene Konfiguration und Anordnung der Bündelleitung und Teilleiter in diesen ist bei der gegebenen Ausführungsform, wie auch bei den oben beschriebenen, im gesamten Volumen der Räume zwischen den Bündelleitern das elektrische Feld schwach inhomogen, in dem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform möglich ist.

Die aufhängbaren Isolatorketten 7 sind gegebenenfalls mit den Enden der Abstandshaltern 5 der offenen Bündelleiter 1 und 2 verbunden und verlaufen zu den Winkeln und der Traverse 11 des Π-förmigen Mastes hin entlang Linien, die nahe einer Tangente an die Enden der Konturen der Bündelleiter 1 und 2 sind.

Die übrigen Bauelemente sind in dieser Ausführungsform der Leitung ebenso wie bei der ersten Ausführungsform ausgeführt.

Die Übertragungsleitung nach Fig. 9 weist eine kleinere Übertragungsfähigkeit gegenüber den Leitungen nach Fig. 4 und 8 aus, weil das Verhältnis von Länge l der Kontur des mittleren Bündelleiters 2 zu Abstand S zwischen den Bündelleitern dieser Leitung geringer ist als bei den vorhergehenden Ausführungsformen. Jedoch wird in vielen Fällen eine solche Ausführungsform dann bevorzugt, wenn eine zu hohe natürliche Leistung nicht erforderlich ist, weswegen die Verwendung der ersten betrachteten Ausführungsform in wirtschaftlicher Hinsicht nicht zweckmäßig ist.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform sind sämtliche Konturen, auf denen, im Querschnitt der Leitung gesehen, die Teilleiter der Bündelleiter 1, 2 und 3 angeordnet sind, geschlossen ausgebildet. Dabei haben die Konturen der Bündelleiter, wie aus der Zeichnung ersichtlich, im wesentlichen die Form von Geraden, deren konvexe Teile nach unten zeigen. Die Konfiguration der Leitung nach Fig. 10 ist, im Querschnitt gesehen, gleichsam durch Schneiden des Bündelleiters 3 in Fig. 9 und Auseinanderführen der Ende aller Bündelleiter erhalten.

Bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform enthält jeder Bündelleiter 1, 2 und 3 je 12 Teilleiter 4. Jedoch kann wie auch bei der in Fig. 9 wiedergegebenen Ausführungsform die Teilleiterzahl im mittleren und im unteren Bündelleiter 2 bzw. 1 oder in einem dieser beiden größer als im oberen Bündelleiter 1 sein, um die Ströme in diesen Leitern möglichst gleichmäßig zu verteilen.

Wie aus Fig. 10 ersichtlich ist, sind die Leiter 4 in den mittleren Teilen der Bündelleiter 1 und 2 in einem größeren Abstand voneinander entfernt als die Teilleiter 4 in den äußeren Teilen dieser Bündelleiter, d. h. ebenso wie bei der vorangehenden Ausführungsform.

Die Abstände S zwischen den benachbarten Bündelleitern in den Paaren 1-2 und 2-3 werden ebenso wie bei den obenbeschriebenen Beispielen gewählt. Dabei ist, wie bei den obenbeschriebenen Ausführungsformen, im gesamten Volumen der Räume zwischen den Bündelleitern das elektrische Feld schwach inhomogen, in dem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Die obere Traverse 11 ist, wie aus Fig. 10 ersichtlich, vieleckig ausgebildet. Die Abstandshalter 5 mit den Leitern 4 sind an geneigten Seiten dieser Traverse 11 mittels Isolatorenketten 7 aufgehängt, deren Neigungswinkel zum Horizont von oberen Bündelleiter 3 zum unteren Bündelleiter 1 abnimmt. In der gegebenen Ausführungsform sind die Abstandshalter 5 nicht miteinander mittels Isolatoren verbunden, wie es bei den vorhergehenden Ausführungsformen der Fall war. Dies ist dadurch möglich, daß dank der bei dieser Ausführung gewählten Form der Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 und Anordnung der Isolatorenketten 7 Windlasten nicht gefährlich sind. Unter konkreten Bedingungen der Anwendung der Übertragungsleitung kann man bei Bedarf bei der hier zu betrachtenden Ausführungsform, wie auch bei den vorhergehenden Ausführungsform Isolatoren zwischen den Abstandshaltern sowie metallische Abstandshalter mit Isolatoren zwischen diesen in den Spannfeldern der Leitung anwenden.

Die in Fig. 10 gezeigte Übertragungsleitung ist wie auch die nach Fig. 9 für solche Anwendungsfälle geeignet, bei denen eine geringere Übertragungsfähigkeit als die der Leitung nach Fig. 4 ausreichend ist.

In Fig. 11 ist eine Ausführungsvariante der Übertragungsleitung abgebildet, die sich von der nach Fig. 10 dadurch unterscheidet, daß die Konturen der Bündelleiter 1, 2, 3 begradigt sind. Wie aus Fig. 11 zu ersehen ist, ist der größere Teil der Konturen der Bündelleiter 1, 2, 3 als horizontal liegende Geraden gestaltet.

In der gegebenen Ausführungsform sind die Zahl der Teilleiter 4 in jedem Bündelleiter 1, 2 und 3, deren Verteilung und der Abstand S zwischen den benachbarten Bündelleitern 1-2 und 2-3 dieselben wie bei der in Fig. 10 gezeigten Ausführungsform. Daher ist bei dieser Ausführungsform im gesamten Volumen der Bündelleiterzwischenräume das elektrische Feld schwach inhomogen, in dem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Wie aus Fig. 11 ersichtlich ist, sind die Streckenmasten bei dieser Ausführungsform als zwei vertikale Stützen 8 ausgebildet, die sich auf die Gelenke 9 der Fundamente 10 abstützen. Die Stützen 8 sind an ihren oberen Enden untereinander durch einen biegsamen Verband 11 verbunden und mittels Spannelemente 12 und 13 befestigt, die in Ankern 14 verankert sind. An den oberen Enden der Stützen 8 und an dem biegsamen Verband 11 sind Blitzschutzseile 21 vorgesehen. Die Anzahl der Blitzschutzseilen 21 kann je nach den konkreten Bedingungen geändert werden. In Fig. 11 ist gezeigt, daß die Abstandshalter 5 mit den Leitern 4 bei dieser Ausführungsform an den Stützen 8 mittels der Isolatorenketten 7 befestigt sind. Die Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 und die Lage der Isolatorenketten 7 sind günstiger gegenüber der Ausführungsform nach Fig. 10, was es gestattet, in vielen Fällen ohne Isolatoren zur Verbindung der Abstandshalter 5 auszukommen.

Die in Fig. 11 gezeigte Übertragungsleitung ist wie auch die in Fig. 10 gezeigte Leitung zum Einsatz mit einer geringeren Übertragungsfähigkeit gegenüber der Leitung nach Fig. 4 bestimmt. Die in Fig. 11 gezeigte Leitung ist jedoch einfacher herstellbar als die Leitung nach der vorhergehenden Ausführungsform.

In Fig. 12 ist eine Übertragungsleitung gezeigt, bei der die Konturen der Bündelleiter offen und im wesentlichen als vertikal angeordnete Geraden gestaltet sind.

Die Konfiguration des Querschnitts der Leitung nach Fig. 12 wird aus Fig. 4 gleichsam dadurch erhalten, daß sämtliche Kreise, auf denen die Leiter der Bündel angeordnet sind, vertikal geschnitten und anschließend drei Halbkreise begradigt werden.

Bei der in Fig. 12 gezeigten Ausführungsform stellt die Kontur des mittleren Bündelleiters 2 einen Abschnitt einer Geraden dar, an deren Enden senkrecht zum aus Metall bestehenden Hauptabstandshalter 5 zusätzliche metallische Abstandshalter 22 mit einer kürzeren Länge angebracht sind. Die Konturen der zwei äußeren Bündelleiter 1 und 3 sind entlang des größeren Teils der Länge gerade Linien; ihre Enden sind nach außen in bezug auf den mittleren Bündelleiter 2 abgebogen.

Bei dieser Ausführungsform sind die Abstandshalter 5 am Mast mittels ihrer Enden befestigt, wobei die oberen Enden der Abstandshalter 5 für gewöhnlich mittels Isolatorenketten 7 an der oberen Traverse 11 des Π-förmigen Mastes und die unteren Enden der Abstandshalter 5 mittels Isolatoren 23 an einer zusätzlichen unteren Traverse 24 befestigt sind, mit der der Π- förmige Mast versehen ist. In den letzteren der genannten Verbindungen können Dämpfer 25, z. B. Federdämpfer vorgesehen sein, um Beschädigungen der Isolatoren 22 beim Bruch eines der Leiter 4 zu verhindern.

Wie aus Fig. 12 ersichtlich ist, sind die Leiter 4 in den mittleren Teilen der Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 in größeren Abständen als an den Enden der Konturen dieser Bündelleiter voneinander entfernt. Um die Bildung von lokalen Koronaentladungen zu verhindern, ist an den Enden der Konturen der Bündelleiter 1 und 3 je ein zusätzlicher Leiter angebracht, der auf der Seite des Abstandshalters 5 angeordnet ist, die von allen übrigen Leitern des entsprechenden Bündelleiters abgewandt ist. Im mittleren Bündelleiter 2 sind die zusätzlichen Leiter an den Enden der Abstandshalter 22 befestigt. Alle diese Maßnahmen gegen unerwünschte Endeffekte sind besonders notwendig für Hoch-, Höchst- und Ultrahöchstübertragungsleitungen.

Die Abstände S zwischen den jeweils benachbarten Bündelleitern 1-2 und 2-3 sind entlang des größeren Teils der Länge der Konturen ebenso dimensioniert, wie es bei den vorhergehenden Ausführungsformen beschrieben ist. Dadurch sowie durch die genannte Konfiguration und Anordnung der Bündelleiter und der Teilleiter in diesen ist bei der hier zu behandelnden Ausführungsform, wie auch bei den oben beschriebenen Ausführungsformen, im gesamten Volumen der Bündelleiterzwischenräume das elektrische Feld schwach inhomogen, in dem ein elektrischer Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Zum Unterschied von den zwei vorhergehenden Ausführungsformen sind für diese Ausführungsform Isolatoren 6 zwischen den Abstandshaltern 5 notwendig. Die Isolatoren 6 zusammen mit den Isolatorenketten 7 und 23 verhindern das unzulässige Annähern der Bündelleiter 1, 2 und 3 unter der Wirkung von Wind. Um das unzulässige Annähern der Bündelleiter und das Zusammenschlagen der Leiter eines Bündelleiters in den Spannfeldern der Leitung zu verhindern, können in diesen ebensolche Abstandshalter 5 und Isolatoren 6 vorgesehen sein, die aber leichter sind, weil sie keinen durch das Leitergewicht bedingten Beanspruchungen ausgesetzt sind. An Stelle der Isolatoren 6 können in den Spannfeldern der Leitung Stangen 26 angeordnet werden, die mit Rücksicht auf die Phasenspannung isoliert und an Ankern 27 (Fig. 13) befestigt sind.

Die beschriebene Übertragungsleitung besitzt im Vergleich mit den anderen eine schmalere Trassenbahn und gestattet es gleichzeitig, die gleichen natürlichen Leistungen wie bei den in Fig. 9 bis 11 gezeigten Leitungen zu erreichen.

In Fig. 14 und 15 sind Übertragungsleitungen dargestellt, bei denen die Konturen der Bündelleiter über ihre ganze Länge entlang gerader Linien angeordnet sind. Die Konfiguration der Querschnitte der Leitungen nach Fig. 14 und 15 unterscheidet sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich, von der der Leitungen nach Fig. 11 und 12 dadurch, daß die Enden der Konturen der Bündelleiter geradegebogen sind.

Bei diesen beiden Ausführungsformen enthält jeder Bündelleiter je fünf Teilleiter. Solche Leitungen können bei einer verhältnismäßig niedrigen Nennspannung, z. B. bei 150 . . . 220 kV angewandt werden, in denen Leiter mit einem solchen Durchmesser eingesetzt werden können, den üblich die Leiter in den Leitungen zur Übertragung einer solchen Spannung haben, bei der keine örtliche Koronaentladung an den Teilleitern entsteht. Bei diesen beiden Ausführungsformen wird der Abstand S zwischen den Konturen der benachbarten Bündelleiter 1, 2 und 3 ebenso wie bei den obenbetrachteten Ausführungsformen gewählt. Deshalb ist das elektrische Feld in dem gesamten Volumen der Bündelleiterzwischenräume schwach inhomogen, in dem elektrisch ein Durchschlag bei auf der Leitung entstehenden Überspannungen, die die zulässigen überschreiten, nur in Streamerentladungsform auftreten kann.

Die Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 der in Fig. 14 und 15 gezeigten Leitungen sind auf verschiedene Weise angeordnet.

Bei der Leitung nach Fig. 14 sind die Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 als gerade Linienabschnitte gestaltet und horizontal angeordnet, während die Abstandshalter 5 mit ihren Enden mittels der Isolatorenketten 7 an den Tragstützen 8 des Mastes befestigt sind. In den meisten Fällen ist es nicht notwendig, in solchen Übertragungsleitungen Isolatoren zwischen den Abstandshaltern 5, darunter auch in den Spannfeldern der Leitung zu installieren, weil der Wind in der Regel parallel zum Boden weht und die Leiter praktisch nicht zusammengedrückt werden.

Bei der Übertragungsleitung nach Fig. 15 sind die Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 als gerade Linienabschnitte gestaltet und vertikal angeordnet, wobei die Abstandshalter 5 mit ihrem einen Ende mittels der Isolatorenketten 7 an der Traverse 11 aufgehängt sind. In dieser Ausführungsform sind die Abstandshalter 5 untereinander durch die Isolatoren 6 verbunden. In den Spannfeldern einer solchen Übertragungsleitung können leichtere Abstandshalter 5 und 6 angeordnet werden. Da die Leiterzahl in den Bündeln und die Länge ihrer Konturen bei dieser Leitung gering sind, ist es nicht notwendig, die unteren Enden der Abstandshalter 5 mittels Isolatoren zu befestigen, wie es bei den in Fig. 12 und 13 gezeigten Ausführungsform der Fall war.

Bei Leitungen, bei denen die Konturen aller Bündelleiter in Übereinstimmung mit Fig. 10 bis 15 offen ausgebildet sind, ist es zweckmäßig, daß die Konturen der mittleren Bündelleiter 2 eine geringere Länge als die Konturen der äußeren Bündelleiter 1 und 3 aufweisen. Dies dient zum Ausgleich von Kapazitäten und Spannungsabfällen in allen Bündelleitern einer Leitung, bei der die Kapazität des mittleren Bündelleiters 2 höher als die Kapazität der äußeren Bündelleiter 1 und 3 ist. Dadurch wird die Anzahl der Verdrillungszyklen auf die Werte vermindert, die den bekannten herkömmlichen Leitungen entsprechen.

In Fig. 16 ist in einem für die Länge der Konturen der Bündelleiter 1, 2 und 3 gewählten Maßstab gezeigt, wie in diesen die Leiter 4 bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform der Leitung mit einer Spannung von 500 kV angeordnet sind.

Wie aus Fig. 16 hervorgeht, sind die Abstände zwischen den Leitern 4 in den mittleren Teilen der Bündelleiter 1, 2 und 3 größer als in den äußeren Teilen dieser Bündelleiter. Wie schon oben erwähnt wurde, wird es durch eine solche Anordnung der Teilleiter in den Bündeln ermöglicht, Ladungen und Ströme in den Leitern auszugleichen und damit in den Lufträumen zwischen den Bündelleitern ein schwach inhomogenes elektrisches Feld mit erhöhter Homogenität zu erzeugen. Eine solche Verteilung der Leiter in den Leiterbündeln ermöglicht es auch, die Leistungs- und Energieverluste herabzusetzen. Außerdem kann man durch Annäherung der Leiter 4 an den Enden der Konturen der Bündelleiter die Bildung von örtlichen Koronaentladungen verhindern.

Die Länge der Kontur des mittleren Bündelleiters 2 beträgt 3,0 m und die Länge der Konturen der äußeren Bündelleiter 1 und 3 ist gleich 3,5 m, d. h. die Länge der Kontur des mittleren Bündelleiters 2 ist geringer als die Länge der Konturen der äußeren Bündelleiter 1 und 3. Dies erlaubt es, Kapazitäten und Spannungsabfälle in allen Bündelleitern der Leitung auszugleichen und damit die Anzahl von Verdrillungszyklen der Leitung auf einen Wert zu vermindern, der für bekannte Übertragungsleitungen typisch ist.

In Fig. 16 ist auch ersichtlich, daß die Zahl der Leiter 4 in mittleren Bündelleiter 2 gleich 12 und in den äußeren Bündelleitern 1 und 3 gleich 9 ist. Eine solche Vergrößerung der Zahl der Leiter 4 im mittleren Bündel 2 ermöglicht den Ausgleich der Ströme in den Leitern, weil der Strom im mittleren Bündelleiter den Strom in den äußeren Bündelleitern dadurch übersteigt, daß der mittlere Bündelleiter 2 durch die beiden äußeren Bündelleiter kapazitiv beeinflußt wird.

Alle bei der Beschreibung von Fig. 16 angegebenen Besonderheiten sind besonders wesentlich, wenn die Teilleiterzahl in den Bündelleiter groß ist.

Eine der in Fig. 12 und 16 gezeigten Übertragungsleitungen weist folgende Kenndaten auf.

Die Spannung dieser Leitung beträgt 500 kV. Die Gesamtzahl der Leiter 4 in der Leitung ist gleich 30. Die Leiter 4 sind aus Stahl und Aluminium hergestellt und haben einen Außendurchmesser von 2,24 cm, wobei der aus Aluminium bestehende Leiterteil eine Querschnittsfläche von 240 mm² hat und der Durchmesser des Stahlkernes der Leiter gleich 0,94 cm ist. Der Abstand zwischen den Bündelleitern beträgt 3 m, die Länge der Konturen der äußeren Bündelleiter 1 und 3 ist gleich 3,5 m und die Länge der Kontur des mittleren Bündelleiters mach 3,0 m aus. Im mittleren Bündelleiter 2 sind 12 Leiter 4 und in den äußeren Bündelleitern je 9 Leiter 4 angeordnet. Die an der Teilleiteroberfläche wirksame elektrische Feldstärke ist gleich 21,1 kV/cm, die unter der Leitung in Manneshöhe gemessene elektrische Feldstärke beträgt 9 kV/m. Die Koronaverluste machen in dieser Leitung 14 kV/km aus. Die Breite der Trasse unter den Leitern ist gleich etwa 6,5 m. Die natürliche Leistung einer solchen Leitung ist gleich 2,6 GW, d. h. um das 3fache höher als die der herkömmlichen Leitung gleicher Spannung, deren natürliche Leistung 900 MW beträgt.

Bei Drehstromübertragungsleitungen mit offenen Konturen für die Bündelleiter nach Fig. 10 bis 16 kann man eine übliche Länge l der Konturen der Bündelleiter in Übereinstimmung mit dem Abstand zwischen diesen wählen. Dies bietet die Möglichkeit, eine beliebige natürliche Leistung in einem weiten Bereich zu gewinnen, die sich z. B. zu den natürlichen Leistungen der herkömmlichen Übertragungsleitungen für gleiche Spannung wie 1 : 1 bis 5 : 1 verhält.

Bei sämtlichen oben beschriebenen Übertragungsleitungen gehören zu wichtigen Parametern der Abstand S zwischen den benachbarten Bündelleitern, die Länge l der Konturen der Bündelleiter und deren Verhältnis.

Aus der Formel (10) folgt, daß die Betriebskapazität C der erfindungsgemäßen Übertragungsleitungen direkt proportional dem Verhältnis l/S ist. Diese Abhängigkeit ist in Fig. 17 dargestellt. Darin ist auf der Abszisse das Verhältnis l/S und auf der Ordinate das Verhältnis der natürlichen Leistung P _n der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitungen zur natürlichen Leistung P der herkömmlichen Übertragungsleitungen aufgetragen, d. h. P _n /P. Dabei sind die P- Werte je nach der Nennspannung der Leitungen, die zu Vergleichszwecken herangezogen wurden, in folgender Tabelle angeführt:

Aus Fig. 17 geht hervor, daß die Abhängigkeit P _n /P=f(l/S) nahe einer linearen und die natürliche Leistung der erfindungsgemäßen Übertragungsleitung in weiten Grenzen verändert werden kann, wobei sie gegenüber der natürlichen Leistung der herkömmlichen Übertragungsleitungen für gleiche Spannungshöhe um ein Mehrfaches gesteigert werden kann.

Nachdem man einen Wert für den Abstand S zwischen den Bündelleitern bei vorgegebener Spannungshöhe gewählt hat, wird die Länge l der Kontur des mittleren Bündelleiters je nach der erforderlichen natürlichen Leistung der Leitung und dem Verhältnis derselben zu der natürlichen Leistung einer herkömmlichen Leitung bestimmt. In diesem Falle sind erfindungsgemäß Übertragungsleitungen mit offenen Konturen für Bündelleiter am vorteilhaftesten, für welche ein beliebiges Verhältnis P _n /P von 1 : 1 bis 5 : 1, d. h. in einem Bereich, der in den meisten Fällen von praktischen Interesse ist, oder in einem noch weiteren Bereich gewählt werden kann.

In Fig. 18 sind die Abhängigkeit der Hauptgrößen C und Zb, durch die die natürliche Leistung der Leitung beeinflußt wird, vom Verhältnis l/S gezeigt.

Die Zahl n von Leitern in den Bündelleitern der erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitung wird aus den Formeln (10) und (3) wie folgt bestimmt:

Durch Zusammenfassung des Obengesagten kann man zum Schluß kommen, daß die Berechnung der Übertragungsleitung folgendermaßen vorgenommen wird. Bei einer vorgegebenen natürlichen Leistung P _n und einer vorbestimmten Spannung U _Phas ermittelt man die Stromstärke, worauf aufgrund der angenommenen wirtschaftlichen Stromdichte ein notwendiger Gesamtquerschnitt der Leiter in jedem Bündelleiter der Übertragungsleitung berechnet wird. Nach Fig. 3 ermittelt man unter Berücksichtigung einer zulässigen Überspannungshöhe den Abstand S, dann errechnet sich aus der in Fig. 17 gezeigten Kurve das Verhältnis l/S, mit dessen Hilfe die Länge l der Konturen der Bündelleiter gewählt wird. Danach wird aus der Formel (12) die Leiterzahl n bestimmt.

Danach wird eine genauere Berechnung unter Berücksichtigung der Feldstärke an der Oberfläche aller Leiter, des Faktors K _H und anderer Parameter bei der nach den Werten l/S und n gewählten Querschnittsform der Übertragungsleitung vorgenommen. Man muß beachten, daß die Leiter mit gleichen Querschnitt gewählt werden müssen, um einen gleich großen Durchhang für die Leiter in den Spannfeldern der Leitungen sicherzustellen.

Wie aus dem Obengesagten folgt, zeichnen sich die erfindungsgemäßen Energieübertragungsleitungen durch einen sehr wichtigen Vorteil aus, welcher darin besteht, daß die Vergrößerung der Teilleiterzahl in den Bündelleitern ohne merkliche Vergrößerung der Abmessungen des Querschnittes der Leitung es gestattet, die natürliche Leistung in einem Verhältnis zu erhöhen, das nahe dem theoretischen ist.

In Fig. 19 ist eine Übertragungsleitung gezeigt, bei der durch Anordnung der Konturen der Bündelleiter in Form von konzentrischen Kreisen Streckenmaste anderer Bauart angewandt werden können, als sie oben gezeigt und beschrieben sind.

Der Mast nach Fig. 19 ist mit zwei V-förmig angeordneten Stützen 8 versehen, die sich gegen ein Gelenk 9 des Mastfußes stützen. Der Mastfuß enthält drei geneigte Stützen 28, die - in Draufsicht gesehen - unter einem Winkel von 120°C auseinandergehen und sich auf drei Außenfundamentplatten 29 abstützen. Eine der geneigten Stützen 28 ist, wie aus Fig. 19 folgt, längs der Achse der Übertragungsleitung angeordnet, was sowohl vom Gesichtspunkt eventueller Belastungen des Mastes aus als auch zum Hochziehen des Mastes unter Ausrichten desselben in bezug auf die Achse der Leitung bevorzugt ist.

Die oberen Enden der Stützen 8 sind miteinander durch einen biegsamen Verband 11 verbunden. Außerdem sind jedes obere Ende der Stützen 8 mit den unteren Enden der zwei geneigten Stützen 28 und die unteren Enden dieser Stützen 28 miteinander durch einen gemeinsamen biegsamen Verband 30 verbunden, dessen Einscherung so durchgeführt ist, daß der biegsame Verband 30 von einem einzigen Punkt aus gespannt werden kann. Eine solche Spannung gewährleistet einen gleichmäßigen Zug in sämtlichen Abschnitten des biegsamen Verbands 30 und zugleich im biegsamen Verband 11. Hierbei werden auch die Stützen 8 und die geneigten Stützen 28 des Mastfußes gespannt. Dies gestattet es, eine gewünschte Steifigkeit der Mastform sicherzustellen und das Material zur Herstellung sämtlicher Stützen sparsam zu benutzen, da auf diese wirkende Kräfte axial gerichtet sind.

Der beschriebene Mast ist standfest, weil die Kombination der Leiter ein beträchtliches Gewicht hat, durch das der Mast zu Boden niedergedrückt wird. Die Fundamentplatten 29 sind bei Bedarf im Boden eingebettet.

Dieser Mast bietet die Möglichkeit, den Metallbedarf gegenüber den anderen bekannten Masten, darunter auch den oben beschriebenen, um 30 bis 60% herabzusetzen. Ein weiterer Vorteil des Mastes besteht darin, daß die gesamte Konstruktion mit Hilfe eines einzigen Taljereeps mechanisch gespannt werden kann. Darüber hinaus wird durch Anwendung von Fundamentplatten die Herstellung der Fundamente vereinfacht und verbilligt.

In Fig. 20 und 21 ist ein Endmast für eine Übertragungsleitung gezeigt, bei der die Leiter der Bündelleiter - im Querschnitt dieser Leitung gesehen - auf drei konzentrischen Kreisen angeordnet sind. Bei einer solchen Übertragungsleitung ist es sehr kompliziert, die Leiter der Bündelleiter herauszuführen, wenn man die üblichen Endmaste, insbesondere Π-förmige Endmaste mit einem Paar von Stützen anwendet.

Der in Fig. 20 und 21 gezeigte Π-förmige Endmast enthält drei Protalteile 31, 32 und 33 (Fig. 20). Diese Portalteile sind einer nach dem anderen in axialer Richtung der Leitung angeordnet. Die Höhe dieser Portalteile nimmt hintereinander in Richtung auf das Ende der Leitung ab. Die oberen Enden der Portalteile 31, 32 und 33 sind mittels eines Balkens 34 starr miteinander verbunden, während sich die unteren Enden auf Fundamente 35 abstützen. Zur Sicherstellung der Stabilität und Festigkeit des ganzen Endmastes sind die Portalteile 31, 32 und 33 untereinander mittels starrer Verbindungen 36 verbunden. Darüber hinaus verfügt jeder Portalteil 31, 32 und 33 über starre Verbindungen 37 und 38 (Fig. 21) zwischen den Stützen 8 und über Streben 39.

Die Teilleiter 4 der Bündelleiter, deren Konturen die Form von Kreisen haben, sind phasenweise mittels Spannisolatorenketten 40 (für jeden Teilleiter wird je eine Kette von Spannisolatoren 40 angewandt) an einem der Portalteile 31, 32 und 33 befestigt.

Hierbei sind am in Übertragungsrichtung der Leitung gesehen ersten Portalteil 31 die Leiter des Bündelleiters 1, am zweiten Portalteil 32 die Leiter des mittleren Bündelleiters 2 und am dritten Portalteil 33 die Leiter des inneren Bündelleiters 3 befestigt.

In Fig. 21 ist der Schnitt XXI-XXI der Fig. 20 in Richtung auf den zweiten Portalteil 32 gezeigt. Fig. 21 zeigt, wie der innere Bündelleiter geführt ist und an welchen Stellen die Leiter des mittleren Bündelleiters 2 durch die Spannisolatorenketten 40 befestigt sind. Außerdem zeigt Fig. 21, wie die Abgänge der Bündelleiter der Leitung an eine Umspannfunktion (die Abgänge des inneren Bündelleiters 3 sind der Anschaulichkeit der Zeichnung halber nicht gezeigt) hergestellt sind.

Da alle Leiter in einem Bündelleiter ein gleich hohes Potential führen und an den für jeden Bündelleiter gemeinsamen Abstandshaltern in den Streckenmasten und Spannfeldern befestigt sind, entfällt die Isolierung der Leiter gegeneinander innerhalb eines jeden Bündelleiters, jedoch müssen die Leiter von den Masten und den Leitern der anderen Bündelleitern isoliert sein. Daher ist in jedem Portalteil 31, 32 und 33 an den Ketten von Isolatoren 41 je ein metallischer Abstandshalter 42 aufgehängt, der jeweils gemeinsam für alle Leiter eines der Bündelleiter ist. In jedem Bündelleiter sind dessen Leiter 4 mit dem Abstandshalter 42 mittels Schlaufen 43 verbunden. Das obere Ende dieser Schlaufen 43 ist mit Hilfe von Klemmen an den Leitern befestigt, geht frei nieder und ist, nachdem sämtliche Schlaufen 43 des einen Bündelleiters mittels eines metallischen Abstandshalters 44 (Fig. 20), untereinander verbunden sind, an dem entsprechenden Abstandshalter 42 befestigt, der am Mast aufgehängt ist. In Fig. 21 ist dargestellt, daß dabei die oberen Leiter mittels Klemmen und Leiterabschnitte 45 mit den benachbarten darunterliegenden Leitern verbunden werden können, von denen die Schlaufe 43 abgeführt ist. In diesem Falle wird die Anzahl der Schlaufen 43 vermindert, aber die Schlaufen, die mehrere Leiter mit dem Abstandshalter verbinden, müssen mit einem größeren Querschnitt ausgeführt werden.

Von jedem Abstandshalter 42 können die Leiter jedes Bündelleiters ohne weiteres an die Umspannstation als horizontal verlaufende Reihen 46, 47 und 48 (Fig. 20) für die jeweiligen Bündelleiter 1, 2 und 3 geführt werden.

Auf ähnliche Weise können Abspann- und Winkelmaste hergestellt werden, von denen jeder je zwei Portale enthält, von denen jedes seinerseits mit drei Portalteilen ausgerüstet ist, wie es bei dem Endmast beschrieben wurde.

Die beschriebenen Verankerungsarten der Leiter können nicht nur für Übertragungsleitungen, bei denen die Konturen der Bündelleiter auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind, sondern auch für die in Fig. 9 und 10 dargestellten Übertragungsleitungen eingesetzt werden.

Claims (18)

1. Drehstrom-Einfachleitung mit Bündelleitern (1, 2, 3), deren einzelne Leiter (4) an metallischen, in der zur Achse der Leitung senkrechten Ebene die Kontur der Bündelleiter (1, 2, 3) bildenden, wenigstens teilweise parallel verlaufenden Abstandshaltern (5) befestigt sind, und mit Masten (8) an denen die Bündelleiter (1, 2, 3) mittels Isolatoren (7) befestigt und deren Elemente außerhalb des durch die Bündelleiter (1, 2, 3) und die Lufträume zwischen ihnen besetzten Raumes angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Abstände (S) zwischen den Bündelleitern (1, 2, 3) im Querschnitt der Bündelleiterkontur gesehen entlang des größten Teils der Länge der Leitung gleich groß sind, und daß die Leiter (4) wenigstens eines Bündelleiters (1, 2, 3) derart in unterschiedlichen Abständen voneinander angeordnet sind, daß die elektrischen Ladungen der Leiter (4) gleich groß sind.

2. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bündelleiter (1, 2, 3) in einem Abstand voneinander angeordnet sind, bei dem die elektrische Feldstärke zwischen denselben bei der Betriebsspannung zwischen 1,65 kV/cm bei maximalem Überspannungsfaktor und 3,15 kV/cm bei minimalem Überspannungsfaktor der Leitung liegt.

3. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Konturen der Bündelleiter (1, 2, 3) geschlossen ausgebildet sind (Fig. 4).

4. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterzahl in der unteren Hälfte des äußeren und/oder inneren Bündelleiters (1, 3) größer als die in der oberen Hälfte der Kontur dieses Bündelleiters ist (Fig. 4).

5. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (4) der Bündelleiter (1, 2, 3), im Querschnitt der Leitung gesehen, auf konzentrischen Kreisen angeordnet sind (Fig. 4).

6. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (4) eines der Bündelleiter (3) in zwei gleiche Teilbündelleiter (3 a, 3 b) geteilt sind, deren jede Kontur, im Querschnitt der Leitung gesehen, einen Kreis darstellt, der konzentrisch zu einem Kreis verläuft, auf dem einer der zwei anderen Bündelleiter (1, 2) angeordnet ist (Fig. 8).

7. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Konturen, auf denen, im Querschnitt der Leitung gesehen, die Leiter (4) der Bündelleiter angeordnet sind, geschlossen ausgebildet ist, während die übrigen Konturen offen sind und die erste Kontur teilweise umfassen (Fig. 9).

8. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Leitern (4) im mittleren Teil der Kontur mindestens eines offenen äußeren Bündelleiters (1) geringer als in den äußeren Teilen der Kontur dieses Bündelleiters ist (Fig. 9).

9. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß im Querschnitt der Leitung die Kontur des oberen Bündelleiters (3) als Oval gestaltet ist und die Konturen der unteren Bündelleiter (2, 1) als nichtgeschlossene Kurven gestaltet sind, deren konvexe Seiten nach unten gerichtet sind (Fig. 9).

10. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß sämtliche Konturen, auf denen, im Querschnitt der Leitung gesehen, die Leiter (4) der Bündelleiter (1, 2, 3) angeordnet sind, offen ausgebildet sind (Fig. 10-15).

11. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiter (4) in den mittleren Teilen der Konturen der Bündelleiter (1, 2, 3) in größeren Abständen voneinander als die Leiter (4) entfernt sind, die auf den äußeren der Konturen angeordnet sind (Fig. 11-15).

12. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen aller Bündelleiter, im Querschnitt der Leitung gesehen, längs Kurven angeordnet sind, deren konvexe Seiten nach unten gerichtet sind (Fig. 10, 11).

13. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen aller Bündelleiter (1, 2, 3), im Querschnitt der Leitung gesehen, im wesentlichen vertikal angeordnet sind, wobei die Enden der äußeren Bündelleiter (1, 3) in bezug auf den mittleren Bündelleiter (2) nach außen abgebogen sind, während an den Enden des mittleren Bündelleiters (2) Leiter (4) vorhanden sind, die längs der Linien angeordnet sind, die im Querschnitt der Leitung gesehen, senkrecht zur Kontur des Hauptteils dieses Bündelleiters sind (Fig. 12, 13).

14. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen der Bündelleiter (1, 2, 3), im Querschnitt gesehen, im wesentlichen die Form von Geraden haben (Fig. 14, 15).

15. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen aller Bündelleiter (1, 2, 3) horizontal angeordnet sind (Fig. 14).

16. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Konturen aller Bündelleiter, die Geraden darstellen, vertikal angeordnet sind (Fig. 15).

17. Drehstrom-Einfachleitung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur des mittleren Bündelleiters (2) kürzer ist als die der äußeren Bündelleiter (16).

18. Drehstrom-Einfachleitung nach Anspruch 13 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die unteren Enden der Bündelleiter (1, 2, 3) mittels Isolatoren (23) an einer zusätzlichen, am Mast (8) angebrachten Traverse (24) befestigt sind (Fig. 12).