DE3810997A1

DE3810997A1 - Method for setting up and operating a high-voltage overhead line and overhead-line cables set up for implementing the method

Info

Publication number: DE3810997A1
Application number: DE3810997A
Authority: DE
Inventors: Arno Dipl Ing Kohlmeyer; Hubert Dipl Ing Brueninghoff
Original assignee: RHEINISCH-WESTFAELISCHES ELEKTRIZITAETSWERK AG 4300 ESSEN DE; Rheinisch Westfaelisches Elektrizitaetswerk AG
Current assignee: RWE Energie AG
Priority date: 1988-03-31
Filing date: 1988-03-31
Publication date: 1989-10-19
Also published as: FR2629627B1; BE1003901A3; IT8919873A0; FR2629627A1; NO891318L; CH679618A5; NO891318D0; FI891367A0; IT1228821B; LU87466A1; NL8900657A; DE3844933C2; FI891367A

Abstract

Method for setting up and operating a high-voltage overhead line having a plurality of overhead-line cables which have a constant-current-carrying capacity with predetermined recommended values. The overhead-line cables are given a black surface and thereby provided with an emission coefficient of greater than 0.60, and preferably greater than 0.90. The recommended values of the constant-current-carrying capacity can be employed in mains operation without risk and without problematic limitations due to ambient conditions.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Einrichten und zum Betrieb einer Hochspannungsfreileitung mit einer Mehrzahl von Freileitungsseilen, die eine Dauerstrombelastbarkeit mit vor gegebenen Richtwerten aufweisen. Die Richtwerte sind normiert und werden nach Maßgabe definierter Bedingungen ermittelt. Die Erfindung betrifft fernerhin Freileitungsseile aus ge eigneten Legierungen und geeignetem Verseilungsaufbau, die für das erfindungsgemäße Verfahren besonders geeignet sind.The invention relates to a method for setting up and Operation of a power transmission line with a plurality of Overhead cables that have a continuous current carrying capacity given given guide values. The guide values are standardized and are determined in accordance with defined conditions. The invention further relates to overhead line cables from ge suitable alloys and suitable stranding structure, the are particularly suitable for the method according to the invention.

Im Rahmen der aus der Praxis bekannten Maßnahmen, von denen die Erfindung ausgeht, können die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb nicht ohne Einschrän kung aufrechterhalten werden, es sei denn, es werden beacht liche Risiken in Kauf genommen. Das beruht darauf, daß der Dauerstrom zu Temperaturerhöhungen der Freileitungsseile führt, die Richtwerte aber nach Maßgabe einer zulässigen Seil temperatur beschränkt sind. Die zulässige Seiltemperatur hängt von der Legierung und dem Verseilungsaufbau ab. Die unter Dauerstrom sich einstellende Seiltemperatur hängt demgegenüber von Umgebungseinflüssen, wie Lufttemperatur, Sonnenein strahlung, Windgeschwindigkeit und Emissionskoeffizient der Seile ab.As part of the measures known from practice, of which the invention is based, the predetermined guide values of Continuous current carrying capacity in mains operation is not without restrictions be maintained unless attention is paid to it accepted risks. This is because the Continuous current to increase the temperature of the overhead line cables leads, but the guideline values according to a permissible rope temperature are limited. The permissible rope temperature depends on the alloy and the structure of the stranding. The below In contrast, the continuous current of the rope temperature depends of environmental influences, such as air temperature, sunshine radiation, wind speed and emission coefficient of the Ropes off.

Von diesen Parametern sind in DIN 48 204, Ausgabe April 1967, lediglich eine Windgeschwindigkeit von 0,6 m/s im Sinne eines Mindestwertes und eine Umgebungsausgangstempe ratur von 35°C im Sinne eines Maximalwertes genannt. Das hat zur Folge, daß z.B. bei starker Sonneneinstrahlung und Wind stille die Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit bei be stimmungsgemäßem Netzbetrieb nicht ausgenutzt werden können, was die Dispositionsmöglichkeiten des Netzbetriebes erheblich beeinträchtigt. Of these parameters are in DIN 48 204, edition April 1967, only a wind speed of 0.6 m / s in the sense of a minimum value and an ambient output temperature temperature of 35 ° C in the sense of a maximum value. That has with the consequence that e.g. in strong sunlight and wind silence the guideline values of the continuous current carrying capacity at be cannot be used in accordance with the intended network operation, what the disposition options of network operation considerably impaired.

Im einzelnen ist zu diesen Zusammenhängen in bezug auf die Bundesrepublik Deutschland folgendes vorzutragen: Im Hochspan nungsfreileitungsbau werden Aluminium/Stahl-Seile und für be sondere Anwendungsfälle auch Aldrey/Stahl-Seile bzw. auch reine Aldrey-Seile verwendet. Bei dem Werkstoff Aldrey handelt es sich um eine besondere Aluminiumlegierung erhöhter Festigkeit, die in die entsprechenden Normen Eingang gefunden hat. Die Freileitungsseile werden von den Herstellern als blanke Seile geliefert und werden auch als blanke Seile verlegt. In DIN 48 204, Ausgabe April 1967, werden den einzelnen Leiterquerschnit ten erstmals feste Dauerstrombelastbarkeiten zugeordnet. Das gilt bis auf einige Ausnahmen noch heute und geht aus von Alfred Webs "Dauerstrombelastbarkeit von nach DIN 48 201 ge fertigten Freileitungsseilen aus Kupfer, Aluminium und Aldrey" (Elektrizitätswirtschaft, 1962, Heft 23). Die in DIN 48 204 angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit unter liegen Einschränkungen. Es wird in DIN 48 204 ausdrücklich betont, daß die Richtwerte bis 60 Hz nur gültig sind bei einer Windgeschwindigkeit von 0,6 m/s und Sonneneinwirkung für eine Umgebungsausgangstemperatur von 35°C und einer Seil-Endtem peratur von 80°C. Für besonders gelagerte Fälle bei ruhender Luft sind die Richtwerte im Mittel um 30% herabzusetzen. ln allen Fällen darf die Temperatur des Freileitungsseils im Dauerbetrieb 80°C nicht überschreiten. Für den Kurzschluß fall gelten besondere Vorschriften. In den letzten Jahren sind unter anderem in der Bundesrepublik Deutschland Freileitungs seile auf den Markt gekommen, für die die angegebenen Normen nicht gelten. Diese Freileitungsseile bestehen aus Drähten einer be sonderen, temperaturstabilen Aluminiumlegierung sowie einer Stahlseele. Die mechanischen Festigkeitswerte sind bis zu einer Freileitungstemperatur von 150°C stabil. Bei höheren Temperaturen treten jedoch erhebliche Probleme auf: Die mechanische Festigkeit fällt aufgrund irreversibler Verände rungen im kristallinen Aufbau der Drähte in beachtlichem Maße bleibend ab.In particular, this is related to the Federal Republic of Germany to present the following: In high chip Overhead line construction will be aluminum / steel ropes and for be special applications also Aldrey / steel ropes or pure Aldrey ropes used. The material is Aldrey a special aluminum alloy with increased strength, which has found its way into the relevant standards. The Overhead cables are from the manufacturers as bare ropes supplied and are also laid as bare ropes. In DIN 48 204, April 1967 edition, the individual conductor cross-section Fixed permanent current ratings have been assigned for the first time. The is still valid today with a few exceptions and is based on Alfred Webs "continuous current carrying capacity according to DIN 48 201 ge made overhead lines from copper, aluminum and Aldrey " (Elektrizitätswirtschaft, 1962, Issue 23). The in DIN 48 204 specified guideline values for the continuous current carrying capacity under there are restrictions. It is expressly stated in DIN 48 204 emphasizes that the guide values up to 60 Hz are only valid for one Wind speed of 0.6 m / s and sun exposure for one Ambient outlet temperature of 35 ° C and a rope end temperature temperature of 80 ° C. For particularly stored cases with dormant Air are the guideline values to reduce on average by 30%. ln In all cases, the temperature of the overhead line cable in the Continuous operation should not exceed 80 ° C. For the short circuit In this case, special regulations apply. In recent years inter alia in the Federal Republic of Germany ropes came on the market for which the specified standards Not apply. These overhead line cables consist of wires of a be special, temperature-stable aluminum alloy and one Steel soul. The mechanical strength values are up to an overhead line temperature of 150 ° C stable. At higher However, temperatures pose significant problems: The mechanical strength drops due to irreversible changes in the crystalline structure of the wires to a considerable degree staying off.

Im Ergebnis ist festzustellen, daß Freileitungsseile aus den heute üblichen und angegebenen Werkstoffen in betrieblichen Normalschaltungen nicht über längere Zeit mit den in DIN 48 204 oder vom Hersteller angegebenen Strömen belastet werden dürfen, wenn anders erhebliche Risiken auftreten würden.As a result, it can be seen that overhead cables from the Today's usual and specified materials in operational Normal circuits do not last longer than those in DIN 48 204 or currents specified by the manufacturer allowed, if otherwise significant risks would arise.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, anzugeben, wie vor zugehen ist, damit die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrom belastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen risikofrei genutzt werden können.The invention has for its object to provide as before is to be reached, so that the specified guide values of the continuous current Resilience in network operation without disturbing restrictions can be used risk-free due to environmental conditions can.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden erfindungsgemäß die Frei leitungsseile mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet sowie dadurch mit einem Emissionskoeffizienten von größer 0,60, vor zugsweise größer 0,90, versehen und werden die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen einge halten. - Die Erfindung nutzt die bekannte physikalische Tat sache, daß ein sogenannter schwarzer Strahler seiner absoluten Temperatur entsprechende Wärmestrahlen in einer durch das Plancksche Strahlungsgesetz (spektrale Emission) bzw. das Stefan-Boltzmannsche Gesetz (Gesamtemission) gegebenen höchst möglichen Stärke abstrahlt. Der Emissionskoeffizient des schwarzen Strahlers ist bekanntlich 1. Die Erfindung approxi miert die Freileitungsseile durch die schwarze Oberfläche einem solchen schwarzen Strahler. Folglich findet erfindungs gemäß eine wesentlich verbesserte Wärmeabstrahlung statt, und zwar so, daß es überraschenderweise möglich ist, die vorge gebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbarkeit im Netzbetrieb ohne störende Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen risikofrei einzuhalten. Es versteht sich, daß man sich be mühen wird, den schwarzen Strahler möglichst weitgehend zu approximieren. Schon mit einem Emissionskoeffizienten von 0,60 können die vorgegebenen Richtwerte der Dauerstrombelastbar keit ohne wesentliche Einschränkungen durch Umgebungsbe dingungen eingehalten werden.To solve this problem, according to the invention, the free line cables equipped with a black surface as well thereby with an emission coefficient of greater than 0.60 preferably greater than 0.90, and the specified Guideline values for continuous current carrying capacity in mains operation without disturbing restrictions due to environmental conditions hold. - The invention uses the known physical act thing that a so-called black spotlight of its absolute Corresponding heat rays in a through the Planck's law of radiation (spectral emission) or the Stefan-Boltzmann's law (total emission) is the highest radiates possible strength. The emission coefficient of the black radiator is known to be 1. The invention approxi lubricates the overhead line cables through the black surface such a black spotlight. Consequently, fiction according to a significantly improved heat radiation instead, and so that it is surprisingly possible, the pre given guideline values for continuous current carrying capacity in network operation without disturbing restrictions due to environmental conditions to be observed without risk. It goes without saying that one is will strive to close the black spotlight as much as possible approximate. Even with an emission coefficient of 0.60 can withstand the specified guideline values of continuous current without significant restrictions due to the environment conditions are observed.

Im einzelnen bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglich keiten der weiteren Ausbildung und Gestaltung. Im allgemeinen ist es ausreichend, daß lediglich die freiliegenden Flächen der Freileitungsseile mit einer schwarzen Oberfläche ausge rüstet werden. Im Rahmen der Erfindung können die Freilei tungsseile so auch im montierten Zustand mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet werden. Man kann aber auch die ein zelnen Drähte in den Freileitungsseilen, d. h. in den ver schiedenen Drahtlagen und/oder im Kern, umlaufend mit einer schwarzen Oberfläche ausrüsten. There are several possible options within the scope of the invention further training and design. In general it is sufficient that only the exposed surfaces of the overhead line cables with a black surface be prepared. Within the scope of the invention, the free part cable in the assembled state with the black one Surface. But you can also use the one individual wires in the overhead lines, d. H. in the ver different wire layers and / or in the core, all around with one equip black surface.

Gegenstand der Erfindung sind auch Freileitungsseile für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, welche eine Dauerstrombelastbarkeit mit vorgegebenen Richtwerten auf weisen. Diese Freileitungsseile sind dadurch gekennzeichnet, daß sie vor der Montage mit einer schwarzen Oberfläche aus gerüstet sind und einen Emissionskoeffizienten von größer 0,60, vorzugsweise größer 0,90, aufweisen. Im einzelnen be stehen im Rahmen dieser Grundkonzeption verschiedene Mög lichkeiten. So kann mit Legierungen gearbeitet werden, die mit Hilfe besonderer Legierungselemente schwarz und folglich auch mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind. Man kann aber auch die schwarze Oberfläche durch eine Beschichtung bil den. Im einfachsten Falle lehrt die Erfindung, daß die Be schichtung aus einem Farbstoff besteht, der mechanisch aufge bracht ist. Die Beschichtung kann aber auch elektrolytisch aufgebracht sein. Dabei kann mit allen üblichen Methoden der Galvanotechnik gearbeitet werden, und zwar sowohl stromlos als auch unter Strom. Zu guten Ergebnissen in bezug auf den Emissionskoeffizienten kommt man auch dadurch, daß die ein zelnen Drähte in den verschiedenen Drahtlagen und/oder im Kern bzw. der Kern mit der schwarzen Oberfläche ausgerüstet sind. Nach bevorzugter Ausführungsform der Erfindung ist die schwarze Oberfläche matt ausgebildet.The invention also relates to overhead cables for Implementation of the method according to the invention, which a Continuous current carrying capacity with specified guide values point. These overhead line cables are characterized by that they have a black surface before mounting are equipped and have an emission coefficient of greater 0.60, preferably greater than 0.90. In detail be there are various possibilities within this basic concept options. So you can work with alloys that with the help of special alloy elements black and consequently are also equipped with a black surface. One can but also the black surface with a bil coating the. In the simplest case, the invention teaches that the Be Layering consists of a dye that is mechanically opened is brought. The coating can also be electrolytic be upset. It can be done with all the usual methods of Electroplating work, both without current as well as under power. For good results regarding the Emission coefficients also come from the fact that the one individual wires in the different wire layers and / or in Core or the core equipped with the black surface are. According to a preferred embodiment of the invention black surface matte.

Im folgenden werden die Erfindung und erreichte Vorteile an hand eines Ausführungsbeispiels erläutert:The following are the invention and advantages achieved explained using an exemplary embodiment:

Zunächst wurden übliche Freileitungsseile mit blanker Ober fläche untersucht, und zwar unter den realen Bedingungen, denen ein Freileitungsseil unter atmosphärischen Einwirkungen unterliegt. Dabei wurden unter Dauerstrom gemäß DIN 48 204 Übertemperaturen bis zu 65°C gemessen. Durch derartige Über temperaturen kann die Festigkeit der üblichen Freileitungs seile auf 79% und weiter absinken. Je nach der Legierung treten dabei bleibende Beeinträchtigungen der Festigkeit auf, die ein Risiko darstellen.At first, conventional overhead line cables with a bare top area, under real conditions, which an overhead line rope under atmospheric influences subject to. Thereby under constant current according to DIN 48 204 Overtemperature measured up to 65 ° C. Through such over The strength of the usual overhead line can reach temperatures ropes to 79% and sink further. Depending on the alloy permanent impairments of strength occur, that pose a risk.

Unter den gleichen Versuchsbedingungen wurden danach die Frei leitungsseile gleicher Provenienz und Konstruktion untersucht, die jedoch mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüstet waren. Die Schwärzung wurde mit handelsüblichem, temperaturbestän digem Mattlack vorgenommen. Der Mattlack wurde aus Sprühdosen aufgetragen. Der Emissionskoeffizient der so behandelten Frei leitungsseile lag bei 0,98. Die Versuche zeigten, daß durch die Schwärzung der Oberfläche der Freileitungsseile auch bei Windgeschwindigkeiten von unter 0,6 m/s die vom zulässigen Dauerstrom hervorgerufene Seiltemperatur erheblich abgesenkt werden konnte. Die Absenkung war stets so groß, daß die zu lässigen Seiltemperaturen nicht überschritten wurden. Das be deutet, daß die in DIN 48 204 angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit bzw. die vom Hersteller angegebenen Richtwerte für die Dauerstrombelastbarkeit ohne jede Ein schränkung durch Umgebungsbedingungen im Netzbetrieb risiko frei eingehalten werden können. Es versteht sich, daß die Ab strahlung von Wärme aus einem mit einer schwarzen Oberfläche ausgerüsteten Freileitungsseil umso intensiver ist, je höher die sich einstellende Temperatur ist, denn die Abstrahlung geht mit der vierten Potenz der Temperatur. After that, the free were released under the same experimental conditions cables of the same provenance and construction examined, but which were equipped with a black surface. The blackening was with commercially available, temperature resistant made of matt varnish. The matt paint was made from spray cans applied. The emission coefficient of the free treated in this way line ropes were 0.98. The experiments showed that by the blackening of the surface of the overhead cables also Wind speeds of less than 0.6 m / s from the permissible Continuous current caused rope temperature significantly reduced could be. The drop was always so great that the allowable rope temperatures were not exceeded. That be indicates that the guide values given in DIN 48 204 for the Continuous current carrying capacity or those specified by the manufacturer Guide values for the continuous current carrying capacity without any on limitation due to environmental conditions in network operation risk can be freely observed. It is understood that the Ab radiation of heat from one with a black surface equipped overhead line rope is the more intense, the higher the temperature that arises, because the radiation goes with the fourth power of temperature.

Die Versuche zeigen, daß erfindungsgemäß eine erhebliche Ver besserung in bezug auf den Netzbetrieb erreicht wird, der risikofrei ohne Einschränkungen durch Umgebungsbedingungen möglich ist. Darüber hinaus erreicht die Erfindung weitere beachtliche Vorteile: Ein Vorteil ergibt sich bei der kon struktiven Auslegung einer Hochspannungsfreileitung, wenn diese erfindungsgemäß eingerichtet wird. Für die Ermittlungen der notwendigen Höhen der Leitungsmaste ist die Durchhangs vergrößerung der Freileitungsseile mit wachsender Seiltempe ratur ein wichtiges Auslegungskriterium. Kann die nach den Bestimmungen zugrundezulegende Auslegungstemperatur niedriger angesetzt werden, so können die Masthöhen entsprechend ver mindert werden, was im Rahmen der Erfindung in erheblichem Maße ausnutzbar ist. Von besonderer Bedeutung ist die Lehre der Erfindung auch bei der Umbeseilung vorhandender Hoch spannungsleitungen, wenn zur Erhöhung des Ubertragungsver mögens die Freileitungsseile mit höheren Strömen und damit mit höheren Temperaturen betrieben werden sollen. In aller Regel müssen wegen des dann größeren Durchhanges der Freilei tungsseile eine größere Anzahl von Leitungsmasten durch Zwischenschüsse erhöht oder neu erstellt werden. Verfährt man nach der Lehre der Erfindung, so läßt sich die Zahl dieser Maste erheblich vermindern.The experiments show that a significant ver improvement in network operation is achieved risk-free without restrictions due to environmental conditions is possible. In addition, the invention achieves others considerable advantages: there is an advantage with the con structural design of a power transmission line, if this is set up according to the invention. For the investigation the necessary height of the line masts is the sag Extension of the overhead line cables with increasing cable temperature ratur an important design criterion. Can that after the Design temperature based on determinations lower the mast heights can be adjusted accordingly be reduced, which is significant within the scope of the invention Dimensions is exploitable. Teaching is particularly important of the invention also in the existing high rope power lines if to increase the transmission rate like the overhead line cables with higher currents and thus to be operated at higher temperatures. In all Rule because of the greater sag of the free part cable ropes through a larger number of cable poles Intermediate shots are increased or newly created. You do it according to the teaching of the invention, the number of these Reduce masts considerably.

Es versteht sich, daß die Wärmeabstrahlung auch Einfluß auf die Ohmschen Verluste in einer Hochspannungsfreileitung hat. Über Temperaturkoeffizienten steigt der Ohmsche Widerstand der Freileitungsseile bekanntlich linear mit der Seiltempe ratur. Senkt man bei gegebenen Strömen durch Schwärzen der Oberfläche der Freileitungsseile deren Temperatur, so nehmen entsprechend die Verluste linear ab. Bei weitgehender Wind stille, bei der das Wärmeabstrahlungsvermögen der Seile für die Wärmebilanz und damit für die Temperatur der Freileitungs seile dominierend ist, tritt dieser Effekt am deutlichsten zutage. Die Verminderung der Verlustleistung kann 8% und sogar 28% und mehr betragen, je nach der eingestellten Seiltempe ratur, die erfindungsgemäß eingehalten wird, wenn der Netz betrieb mit den Richtwerten der Dauerstrombelastung erfolgt. Insoweit ist Gegenstand der Erfindung auch ein Verfahren zur Reduzierung der Ohmschen Verluste der Freileitungsseile einer Hochspannungsleitung im üblichen Netzbetrieb.It is understood that the heat radiation also affects which has ohmic losses in a power transmission line. The ohmic resistance rises above temperature coefficients the overhead line cables are known to be linear with the cable temperature maturity. If given currents are reduced by blackening the Take the surface of the overhead line cables and their temperature accordingly the losses decrease linearly. With extensive wind silence, in which the heat radiation capacity of the ropes for the heat balance and thus for the temperature of the overhead line ropes is dominant, this effect occurs most clearly come to light. The loss of power loss can be 8% and even 28% and more, depending on the rope temperature set rature, which is observed according to the invention when the network operation with the guideline values of the continuous current load. To this extent, the invention also relates to a method for Reduction of the ohmic losses of the overhead line cables High-voltage line in normal network operation.

Claims

1. Procedure for setting up and operating a high power line with a plurality of overhead lines ropes that have a continuous current carrying capacity with specified Have guide values, the overhead line cables with a black surface and therefore with a Emission coefficients greater than 0.60, preferably greater 0.90 and the specified guide values of the continuous current Resilience in network operation without disturbing restrictions be adhered to by environmental conditions.

2. The method of claim 1, wherein only the exposed the areas of the overhead line cables with a black top surface.

3. The method of claim 1, wherein the individual wires in the overhead lines with a black top surface.

4. The method according to any one of claims 1 or 2, wherein the mon cable lines with the black surface be prepared.

5. Overhead cable for carrying out the procedure after one of claims 1 to 3, which a continuous current load availability with predetermined guide values, thereby characterized records that it is assembled with a black top surface and an emission coefficient of greater than 0.60, preferably greater than 0.90.

6. overhead line cable according to claim 5, characterized in that the black surface is formed by a coating is.

7. overhead line rope according to claim 6, characterized in that the coating consists of a dye which is mechanically applied.

8. overhead line cable according to claim 6, characterized in that that the coating is applied electrolytically.

9. overhead line cable according to one of claims 5 to 8, characterized characterized in that the individual wires in the different Wire layers and / or in the core or the core with the black Surface are equipped.

10. overhead line cable according to one of claims 5 to 9, there characterized in that the black surface is matt forms is.