NL1031438C1 - Hoogspanningsverbinding. - Google Patents

Description

Hoogspanningsverhindinp Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking een hoogspanningsverbinding omvattende S tenminste twee hoogspanningsmasten en hoogspanningsdraden, waarbij de hoogspanningsdraden een klokgetal hebben.

Stand van de techniek

Nieuwbouw of verzwaring van hoogspanningsmasten in bebouwd gebied en 10 bouwplannen nabij hoogspanningslijnen stuiten steeds meer op grote bezwaren van gemeenten en omwonenden. Een belangrijk punt voor bezwaar vormen de magneetvelden rondom de hoogspanningslijn, in het bijzonder de 0,4 μΤ zonebreedte. Deze zone is gedefinieerd als de strookbreedte aan weerszijden van de hoogspanningslijn waarbinnen de magnetische fluxdichtheid groter is dan 0,4 μΤ. De 15 referentiewaarde van 0,4 μΤ wordt momenteel door alle partijen als politieke keuze geaccepteerd en is door het ministerie VROM opgenomen in haar beleid voor ruimtelijke ordening. Dit beleid richt zich in het bijzonder op nieuwe situaties, te weten nieuwe bestemmingsplannen dan wel wijzigingen in bestaande, en de bouw van nieuwe bovengrondse hoogspanningslijnen.

20 Magneetvelden rondom hoogspanningslijnen spelen ook een rol in gebieden waar verschillende soorten infrastructuren dicht bij elkaar liggen, zoals het Rijnmondgebied met verschillende hoogspanningsverbindingen en buisleidingen. Door inductieve koppelingen met de hoogspanningslijnen kunnen inductiestromen in de buisleidingen geïnduceerd worden, met gevaar op corrosie en te hoge aanraakspanningen tot gevolg. 25 Magneetvelden hebben in het ontwerp van hoogspanningsverbindingen een marginale rol gespeeld. Het magneetveld rond een hoogspanningsverbinding wordt in het algemeen als vast gegeven gezien waar niets aan te veranderen is. Daarom past met tot nog toe de infrastructuur in de nabijheid van de hoogspanningsverbinding aan in plaats van de hoogspanningsverbinding aan de al aanwezige infrastructuur, wat hoge 30 kosten met zich mee brengt.

i 0314 38 2

Beschrijving van de uitvinding

De onderhavige uitvinding tracht het magneetveld rond een hoogspanningsverbinding te verbeteren.

Een hoogspanningsverbinding volgens een uitvoeringsvorm van de uitvinding 5 heeft het kenmerk dat het klokgetal van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetische veld in de nabijheid van de hoogspanningsverbinding.

De bestaande hoogspanningsverbindingen door woonwijken voldoen vaak niet aan de gestelde regelgeving. Magneetvelden hebben in het ontwerp van 10 hoogspanningsverbindingen nooit een rol gespeeld. De 3-fasen van een hoogspanningverbinding werden feitelijk willekeurig aangebracht aan de hoogspanningsmasten en kan afhangen van de gemakkelijkste mechanische aansluiting bij een eindstation. De wijze van ophanging van de 3-fasen wordt aangeduid met een klokgetal. Het bijbehorende magneetveld werd dan voor lief genomen. Het heeft 15 echter voordelen om het klokgetal af te laten hangen van de vereisten die door de directe omgeving van de hoogspanningsverbinding voorgeschreven worden omdat daarmee de contouren van het magneetveld rond de hoogspanningsverbinding beïnvloed wordt en zal het magneetveld in het algemeen verkleind kunnen worden.

De voordelen zijn daarmee samengevat: 20 - Reductie van de 0,4μΤ contouren. Daardoor een beter grondgebruik voor bouwplannen, betere benutting mogelijkheden voor bestaande hoogspanningslijnen en ruimere bouwmogelijkheden voor nieuwe hoogspanningslijnen.

- Compactere integratie mogelijkheden voor verschillende infrastructuren, zoals stalen grondleidingen, gasleidingen, waterleidingen, of te wel elke verbinding waarin 25 een geleidend materiaal zit. Door verkleining van het magneetveld kunnen de infrastructuren dichter bij elkaar liggen terwijl dat de mate van veiligheid door het magneetveld gelijk blijft.

- Reductie van energieverliezen in de hoogspanningsverbinding door inductieve koppelingen tussen hoogspanningslijn en parallelle infrastructuren. Parallelle 30 infrastructuren kunnen stalen busleidingen zijn maar ook vangrails langs wegen.

Door rekening te houden met de infrastructuur ter plaatse van de hoogspanningsverbinding en de uitvoering van de hoogspanningsverbinding hierop aan 3 te passen is het mogelijk een hoogspanningsverbinding te verkrijgen die aan de door de infrastructuur opgelegde eisen voldoet.

In een uitvoeringsvorm van een hoogspanningsverbinding volgens de uitvinding heeft de hoogspanningsverbinding ten minste een bliksemdraad tussen de 5 hoogspanningsmasten, waarbij dat de positie van de ten minste ene bliksemdraad ten opzichte van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverbinding.

Het is gebleken dat voor magneetvelden het van belang dat ook aarddraden (bliksemdraden) in een verbinding worden mee beschouwd. Deze voeren 10 inductiestromen en beïnvloeden het resulterende veld. Door de locaties hiervan gunstig te kiezen, worden de negatieve effecten beperkt of kan zelfs een meewerkend effect worden bereikt. Door ook de positie van de bliksemdraad mee te nemen bij het ontwerp kan het magneetveld rond de hoogspanningsverbinding verder geoptimaliseerd worden, en bijvoorbeeld het 0,4 μΤ zonegebied asymmetrisch zijn langs een 15 hoogspanningsverbinding.

In een verdere uitvoeringsvorm van de hoogspanningsverbinding volgens de uitvinding is de positie van de draden van de ten minste ene 3-fasen verbinding bepaald door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverbinding. De geleidergeometrie bepaalt het magneetveld. Wanneer de 20 fasen in 1 punt zouden liggen, zou het resulterende magnetische veld van 3-fasen (elk 120° verschoven) theoretisch nul zijn. In verband met de hoge spanningen, moeten de geleiders echter op ruime afstand van elkaar hangen, waardoor er altijd een zeker resulterend veld overblijft. De fasen worden zodanig opgehangen dat de veldvectoren van de afzonderlijke fasen elkaar zoveel mogelijk uitdoven. Mogelijkheden zijn de 25 fasen in een horizontale, verticale en een driehoekopstelling.

In een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft de hoogspanningsverbinding het kenmerk dat ten minste een fase verbinding van de tenminste ene 3-fasen verbinding ten minste twee geleiders omvat, waarbij het klokgetal van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten 30 voor het magnetisch veld in de nabijheid van de hoogspanningsverbinding. Door de stroom van een afzonderlijke fase over verschillende gespannen geleiders te verdelen, ontstaan meer keuze mogelijkheden om magnetische velden te compenseren. Ofwel: 4 hoe meer draden, hoe beter de compensatie mogelijkheden om het magneetveld te verder optimaliseren.

Een andere uitvoeringsvorm volgens de uitvinding heeft het kenmerk dat de verdeling van de stroombelasting van de afzonderlijke hoogspanningsdraden bepaald is 5 door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverbinding. Door de stroombelastingen van de afzonderlijke fasen over verschillende 3-Éisen verbindingen te verdelen, ontstaan meer keuze mogelijkheden om magnetische velden te compenseren. Ofwel: hoe meer 3-fasen verbindingen, hoe beter de compensatie mogelijkheden om het magneetveld te verder optimaliseren.

10 Globaal is de vinding gebaseerd op de integrale verwelking van alle relevante criteria voor magneetvelden in het ontwerp. Dit houdt in dat bestaande 3-fasen verbindingen worden vervangen door een 4 of meerfasen verbinding en bestaande 6-fasen verbinding door een 8 of meerfasen verbinding. Voor elke variant wordt een geleidergeometrie vastgesteld (met aarddraden) en het bijbehorende optimale klokgetal 1S combinatie bepaald. Indien nodig kan geoptimaliseerd worden voor verschillende veldsterkten aan weerszijden van de hoogspanningslijn (extreme minimalisatie aan één zijde ten koste van de andere zijde) en kunnen positieve effecten van bliksemdraden worden gemaximaliseerd.

20 Figuurbeschrijving

De onderhavige uitvinding zal hierna meer gedetailleerd besproken worden met gebruikmaking van karakteristieke uitvoeringsvormen, met referentie naar de bijgevoegde tekeningen, waarbij

Fig. 1 toont een mastbeeld van conventionele hoogspanningsmast, 25 Fig. 2 toont een elektrisch model per veld,

Fig. 3 toont een totaal model van een hoogspanningslijn,

Fig. 4 toont een mastbeeld van een geoptimaliseerde hoogspanningsmast, en

Fig. 5 toont het veld profiel voor een conventionele mast volgens figuur 1 en een geoptimaliseerde mast volgens figuur 4.

Beschrijving van de voorkeursuitvoeringsvormen

Fig. 1 toont een mastbeeld van een conventionele hoogspanningsmast met 2-3-fasen circuits voor 150 kV. De geleiders 1,2 en 3 vormen een eerste 3-fasen circuit en 30 5 j de geleiders 4,5 en 6 het tweede 3-fasen circuit. Daarnaast heeft de mast nog drie bliksemdraden 7, 8 en 9.

Om te komen tot een hoogspanningsverbinding volgens de uitvinding worden de volgende stappen doorlopen.

5

Stap 1

Allereerst worden de randvoorwaarden en criteria voor engineering vast gelegd.

Hieronder vallen alle eisen die direct of indirect een beperkende invloed hebben op voor optimalisatie beschikbare vrijheden.

10 Hieronder vallen ondermeen - Wetgeving (bijvoorbeeld m.b.t vergunningen); - Normgeving (bijvoorbeeld m.b.t te hanteren veiligheidsmarges); - Beschikbare ruimte (bijvoorbeeld m.b.t de maximale te benutten strook); - Spanningsniveau en te transportvermogens (bijvoorbeeld m.b.t. geleiderafinetingen en 15 isolatieniveau); - Locatie (bijvoorbeeld m.b.t. te hanteren meteorologische omstandigheden); - Specifieke locatiegebonden eisen en wensen (bijvoorbeeld m.b.t. prioriteitsstelling te behalen doelen).

20 Stap 2

Binnen de in stap 1 vastgelegde kaders vastleggen van de ontwerpmogelijkheden. In het algemeen leggen vergunningseisen dusdanige beperkingen op dat in combinatie met technische eisen uit normen het aantal geleiders voor fasen wordt beperkt 25 Stap 3

Vervolgens wordt een elektrisch model van de hoogspanningslijn opgesteld, uitgaande van: - De in stap 2 op hoofdlijnen ontworpen masten; - Mastaardingen; 30 - Bodemweerstandswaarden; - Langdurig gemiddelde belastingen.

In het elektrische model worden per veld (kabels tussen twee opeenvolgende masten) de impedanties opgenomen als gegeven in figuur 2. De eigen- en mutuele '___________ ___ 6 impedanties (blokken aangeduid met Z en een index) worden ondermeer bepaald m.b.v. de voor de vakman bekende door Carson, Pollaczek en Ametani bescheven formules.

Figuur 3 toont het totale model voor n masten bestaat dan uit de voor alle velden berekende impedantiematrices (Ii t/m In-i) en de masten met mastaardingen Ri t/m R„ 5 waarop de bliksemdraden zijn aangesloten.

Stap 4

Vervolgens worden de te toetsen grootheden berekenend (zie als voorbeeld het bijgevoegde profiel met magnetische veldsterkten in figuur 5). Bij het berekenen van de 10 magnetische velden wordt rekening gehouden met: - Representatieve geleidertemperaturen; - Locatie in het veld en de hierbij behorende geleiderhoogten; - De bijdragen aan het magnetische veld van alle stroomvoerende geleiders in de doorsnede (superpositie); 15 - Het in tijd gemiddelde effectieve magnetische veld, gemeten in alle richtingen in het loodrechte vlak op de hoogspanningslijn.

In de volksmond wordt gesproken van magnetische velden, waarvoor een maximale waarde van langdurig gemiddeld 0,4 μΤ moet worden gehanteerd. Feitelijk wordt dus niet zozeer het magnetische veld (H, gegeven in A/m) bedoeld, maar de 20 magnetische inductie (B, gegeven in T of Vs). Voor het berekenen van de magnetische veldsterkten in ieder punt wordt gebruik gemaakt van onderstaande uitdrukking:

Km = Mr JifEK2 (0* V 1 o '=1

Hierin is:

Bgem Gemiddelde magnetische inductie op een locatie [Γ] 25 μο 4πχ 10-7 [Vs/Am] μΓ relatieve permeabiliteit voor lucht: 1; T periodetijd behorende bij de netfrequentie; N aantal stroomvoerende geleiders in het systeem: de fasegeleiders + bliksemdraden ƒ/,(/) bijdrage aan het magnetische veld van geleider i op de locatie van het te 30 berekenen punt op tijdstip t H, is een wisselend veld met een richting. [A/m] 7

Hj (it) wordt per geleider en bliksemdraad bepaald met gebruikmaking van de j j vierde wet van Maxwell.

Stap 5 S Oe resultaten worden vergeleken met de gestelde criteria. Indien niet aan de eisen wordt voldaan wordt opnieuw begonnen met stap 2, waarbij onderstaande zaken in de aangegeven volgorde worden geoptimaliseerd binnen de vastgestelde kaders totdat aan de gestelde criteria is voldaan.

10 - Compactbouw;

Verplaatsing bliksemdraden;

Aanpassing klokgetal configuratie;

Toevoegen additionele geleiders, splitsen van één of meerdere fasen in meerdere geleiders.

15

Stap 6

Het verkregen basisontwerp wordt verder uitgewerkt in een detailontwerp. Voorbeeld 20 In afbeelding 1 is het mastbeeld van een klassieke 2-circuit 150 kV-mast gegeven. Het magnetische veldprofiel wordt bepaald bij een gegeven stroombelasting van 960A voor de geleiders 1 tot en met 6 en gegeven klokgetallen. De inductiestromen in de bliksemdraden (geleiders 7, 8 en 9) worden opgelost volgens de bij de vakman bekende formules. De onderstaande stromen zijn berekend voor een voorbeeld tracé 25 van 25 masten voor een veld in het midden van het tracé, waarbij mastweerstanden 5 ohm zijn en bodemweerstanden 50 ohm*m zijn.

De stromen in de geleiders zijn als volgt:

Geleider 1:960 A; 0°;

Geleider 2: 960 A;-120° 30 - Geleider 3: 960 A; 120°;

Geleider 4: 960 A; 0°;

Geleider 5:960 A; 120°;

Geleider 6:960 A; -120°; 8

Geleider 7:70A; -110°

Geleider 8:70 A; -160°

Geleider 9:40 A; -140°.

5 Het resulterende magnetische veldprofiel is in figuur S gegeven.

Figuur 4 geeft het mastbeeld van een geoptimaliseerde hoogspanningsmast waarbij de hoogspanningsverbinding aan één zijde een minimale veldsterkte heeft De 6 fasen van de klassieke 2-circuit ISO kV-mast zijn gesplitst in 12 fasen. Dat wil zeggen dat de stroom van iedere fase verdeeld wordt over twee geleiders. Tevens zijn 10 de drie bliksemdraden zijn vervangen door 2 bliksemdraden (geleiders 13 en 14). De stromen in de geleiders worden als volgt:

Geleider 1: 480 A; 120°;

Geleider 2: 480 A; 0°

Geleider 3: 480 A; -120°; 15 - Geleider 4: 480 A; -120°;

Geleider 5: 480 A; 0°;

Geleider 6: 480 A; 120°;

Geleider 7: 480 A; 0°;

Geleider 8: 480 A; 120° 20 - Geleider 9: 480 A; -120°;

Geleider 10: 480 A; 120°;

Geleider 11: 480 A; -120°;

Geleider 12:480 A; 0°;

Geleider 13: 35A; -90°; 25 - Geleider 14:36 A; 70°.

De klokgetallen van de fasen zijn zodanig gekozen dat aan één zijde van de hoogspanningslijn een minimale veldsterkte resteert Het resulterende magnetische veldprofiel van de geoptimaliseerde mast is ook in figuur 5 gegeven.

Wanneer elk van de 6 fasen opgesplitst wordt in meer dan twee geleiders kan de 30 magnetische fluxdichtheid rond de hoogspanningsverbinding verder verminderd worden.

Het moge duidelijk zijn dat het aantal mogelijke klokgetal combinaties hangt af van het aantal fasen (altijd 3) en de circuits: (1 combinatie met 3-fasen in 1-circuit; 18 9 combinaties met 2-circuits en 3-fasen; 162 combinaties met 2-circuits, 3+1-fasen, etc.)· Het aantal fasen kan in principe naar believen worden vergroot, door splitsing van 1 fase in 2 of meer. Hierdoor neemt de mogelijkheid toe een optimaal ontwerp te krijgen voor alle door de vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de 5 nabijheid van de hoogspanningsverbinding.

Een aantal uitvoeringsvormen van de uitvinding zijn hiervoor beschreven met behulp van specifieke uitvoeringsvormen. Diverse veranderingen en variaties van de elementen beschreven met betrekking tot deze uitvoeringvormen kunnen door de vakman worden gemaakt terwijl deze nog steeds onder het bereik van de onderhavige 10 uitvinding vallen zoals gedefinieerd door de toegevoegde conclusies.

1031438

Claims (5)

1. Hoogspanningsverhinding omvattende ten minste twee hoogspanningsmasten en hoogspanningsdraden, waarbij de hoogspanningsdraden een klokgetal hebben, met het 5 kenmerk dat het klokgetal van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid van de hoogspanningsverhinding.

2. Hoogspanningsverhinding volgens conclusie 1 verder omvattende ten minste een 10 bliksemdraad tussen de hoogspanningsmasten, met het kenmerk dat de positie van de ten minste ene bliksemdraad ten opzichte van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverhinding. IS

3. Hoogspanningsverhinding volgens conclusie 1 of 2, waarbij de hoogspanningsdraden ten minste ene 3-fasen verbinding omvatten, met het kenmerk dat de positie van de draden van de ten minste ene 3-fasen verbinding bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverhinding. 20

4. Hoogspanningsverhinding volgens conclusie 3, met het kenmerk dat ten minste een fase verbinding van de tenminste ene 3-fasen verbinding ten minste twee geleiders omvat, waarbij het klokgetal van de hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het magnetisch veld in de nabijheid van de 25 hoogspanningsverhinding.

5. Hoogspanningsverhinding volgens een der voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de verdeling van de stroombelasting van de afzonderlijke hoogspanningsdraden bepaald is door vooraf gedefinieerde vereisten voor het 30 magnetisch veld in de nabijheid de hoogspanningsverhinding. 1 03V438