DD234757A1 - Schaltungsanordnung zum begrenzen von ueberstrom - Google Patents

Abstract

Die Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Ueberstrom findet Anwendung fuer Erdseile von Hochspannungsfreileitungen in starr geerdeten Netzen, die mindestens zwei Erdseile aufweisen, von denen ein Erdseil fuer eine Traegerfrequenzuebertragung isoliert ist. Mit der Anwendung der Schaltungsanordnung soll eine hohe Betriebssicherheit der Erdseile mit geringem Aufwand unter Vermeidung elektrischer Ueberlastungen gewaehrleistet werden, indem ein sicheres Zuenden der Funkenstrecken zu erreichen ist, die zwischen den Freileitungsmasten und dem Erdseil, das fuer die Traegerfrequenzuebertragung genutzt wird, angeordnet sind. Das erfolgt dadurch, dass das weitere Erdseil mindestens an dem dem Umspannwerk nahen Leitungstraeger isoliert wird und ebenfalls eine Funkenstrecke installiert ist, die den gleichen Elektrodenabstand aufweist, wie die Funkenstrecken des Erdseiles fuer die Traegerfrequenzuebertragung.

Description

Hierzu 1 Seite Zeichungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Begrenzung von Überstrom in Erdseilen von Hochspannungsfreileitungen starr geerdeter Netze, die für eine Trägerfrequenz-Signalübertragung über Erdseiie genutzt werden.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Für eine Trägerfrequenz-Signalübertragung über Hochspannungsfreileitungen werden Hochfrequenz-Sperren und Koppelkondensatoren verwendet, die entsprechend der Nennspannung und der zu erwartenden Ströme ausgelegt sein müssen und entsprechend hohe Kosten verursachen. Zur wirtschaftlicheren Übertragung von Trägerfrequenzsignalen werden auch Erdseile der Hochspannungsfreiieitungen verwendet. Dazu wird das entsprechende Erdseil gegenüber den Hochspannungsmasten elektrisch isoliert aufgelegt. Zum Schutz gegen Überspannung und zur Ableitung von Erdkurzschlußströmen werden an den Masten der Hochspannungsfreileitung Funkenstrecken eingebaut, deren Elektroden einen Abstand von ca. 4mm aufweisen.

Bei Freileitungen, die zwei durchgehende Erdseile aufweisen, ist ein Erdseil an allen Masten elektrisch isoliert aufgelegt und mit Funkenstrecken versehen, wobei jeweils in den Schaltfeldern der Freileitung Ankoppelgeräte angeordnet sind, die das Erdseil über einen für 50Hz vernachlässigbar Widerstand erden. Das zweite Erdseil ist mit allen Masten leitend verbunden und in den Schaltanlagen geerdet.

Freileitungen mit einem durchgehenden Erdseil haben häufig im Nahbereich von Umspannwerken ein mit den Freileitungsmasten leitend verbundenes zweites Erdseil, das die Aufgabe hat, den Blitzschutz zu gewährleisten und auftretende Erdkurzschlußströme abzuleiten.

Die am isoliert aufgelegten Erdseil angeordneten Funkenstrecken haben im trockenen Zustand eine Ansprechspannung von ca. 1OkV und sollen bei Blitzeinwirkung oder im Erdkurzschlußfall zünden. In der Nähe von Umspannwerken wird jedoch im Erdkurzschlußfall die Ansprechspannung der Funkensirecken nicht immer erreicht, so daß eine thermische Überbeanspruchung der direkt aufliegenden Erdseile auftritt.

Bei auf einer Leitung wanderndem Erdkurzschluß tritt eine Funkenstreckenspannung auf, die sich aus der Erderspannung des Kurzschlußmastes und der zwischen dem Umspannwerk und dem Kurzschlußmast im isolierten Erdseil induzierten Spannung zusammensetzt. Die Höhe dieser beiden Spannungsanteile wird wesentlich durch den einpoligen Erdkurzschlußstrom beeinflußt.

Die Erderspannung des Kurzschlußmastes ist außerdem stark abhängig von der resultierenden Erdungsimpedanz des Kurzschlußmastes mit angeschlossenen Erdseiien. Die Werte werden überwiegend durch die am Kurzschlußmast angeschlossenen Erdseil-Erde-Impedanzen bestimmt. In der Nähe des Umspannwerkes sind die Werte gering, da Umspannwerke niedrige Erdungswiderstände aufweisen. Mit zunehmendem Abstand vom Umspannwerk steigt daher die resultierende Erdungsimpedanz und damit auch die Erderspannung des Kurzschlußmastes.

Die im isolierten Erdseil induzierte Spannung steigt mit zunehmendem Abstand vom Umspannwerk. So wird erst in einem bestimmten Abstand vom Umspannwerk die Ansprechspannung der Funkenstrecken erreicht, so daß das isoliert verlegte Erdseil für die Stromaufnahme zur Verfugung steht.

In Abhängigkeit vom verwendeten Erdseilquerschnitt können bis zu einem bestimmten Abstand vom Umspannwerk Erdseil-Stromüberlastungen auftreten.

Zur Beherrschung des Problems werden im Überlastungsbereich zusätzliche Erdseile oder Erdseiie mit größerem Querschnitt aufgelegt oder zusätzliche Bodenseile verlegt. Für veränderte Erdseilquerschnitte oder zusätzliche Erdseile sind Veränderungen oder Verstärkungen der Mastkonstruktionen erforderlich, was einen hohen Aufwand erfordert. Das gilt auch für das Verlegen von Bodenseilen. Als weitere fachgemäße Lösung ist die Verringerung des Elektrodenabstandes der Funkenstrecken anzusehen. Das hat jedoch den Nachteil, daß eine starke Dämpfung bei der Trägerfrequenz-Signalübertragung eintritt, wenn sich zwischen den Elektroden Zündbrücken gebildet haben, und außerdem können durch ständig brennende Lichtbogen Brände entstehen.

Ziel der Erfindung

Es ist das Ziel der Erfindung, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Erdseile von Hochspannungsfreileitungen von starr geerdeten Netzen vor elektrischer Überlastung schützt und eine hohe Betriebssicherheit der Trägerfrequenz-Signalübertragung über die Erdseile mit geringem Aufwand gewährleistet.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zu schaffen, die die Erdseile von Hochspannungsfreileitungen starr geerdeter Netze mit einer Doppelerdseilbelegung vor einer unzulässig ungleichmäßigen Strombeiastungschützt. Das tritt insbesondere an solchen parallelen Erdseilen auf, bei denen ein Erdseil für eine Trägerfrequenz-Signalübertragung genutzt wird. Die Erdseile für die Trägerfrequenz-Signalübertragung sind isoliert an den Freileitungsmasten angeordnet und weisen Funkenstrecken auf, während die parallelen Erdseile leitend mit den Freileitungsmasten verbunden sind. Im Erdkurzschlußfall zünden die Funkenstrecken nicht, so daß der Kurzschlußstrom über nur ein Erdseil abgeleitet wird, das bei hohen Kurzschiußströmen zu Überlastungen führt. Die Aufgabe besteht darin, daß ein sicheres Zünden der Funkenstrecken bei gleichbleibendem Elektrodenabstand erreicht werden soll.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, indem die leitende Verbindung des durchgängig an den Freileitungsmasten geerdeten Erdseiles mindestens an dem, dem Umspannwerk nahesten Freileitungsmast aufgehoben und eine gleiche Isolierung angeordnet wird wie an dem Erdseil für die Trägerfrequenz-Signalübertragung. Auch der Elektrodenabstand einer installierten Funkenstrecke ist gleich, wodurch auch die Höhe der Ansprechspannung gleich ist. Mit dem Trennen des direkt geerdeten Erdseiles vom Freileitungsmast wird erreicht, daß bei einem auftretenden Erdkurzschluß durch die hohe Potentialanhebung des Mastes die Funkenstrecke des isoliert verlegten Erdseiles und gleichzeitig die des geerdeten Erdseiles zünden. Somit sind beide Erdseiles mit dem Mast verbunden und führen den Erdkurzschlußstrom ab.

Ausführungsbeispiel

Anhand eines Ausführungsbeispiels wird die Erfindung näher erläutert. Die zugehörenden Zeichnungen zeigen in: Figur 1: den Verlauf der Funkenstreckenspannung in Abhängigkeit von der Freileitungslänge Figur 2: den Verlauf des Erdkurzschlußstromes in Abhängigkeit von der Freileitungslänge Figur 3: die Überlastungsbereiche der Erdseile.

Bei einer 220-kV-Freileitung, die mit zwei Erdseilen ausgerüstet ist, erfolgt eine Trägerfrequenz-Signalübertragung über ein Erdseil (TFE). Dieses Erdseil ist auf den Freileitungsmasten isoliert verlegt und weist Funkenstrecken mit einem Elektrodenabstand von 4mm auf. In den Schaltanlagen ist dieses Erdseil über einen für 50Hz vernachlässigbar kleinen Widerstand geerdet.

Das parallel geführte Erdseil ist mit den Freileitungsmasten elektrisch leitend verbunden und jeweils an den Schaltanlagen über das Portal direkt an der Schaltanlagenerde angeschlossen. In diesem Schaltungszustand tritt bei einem Erdkurzschluß ein Verlauf der Funkenstreckenspannung Uf auf, wie er in der Figur 1 dargestellt ist. Die Funkenstreckenspannung setzt sich zusammen aus der Masterderspannung Um und der induzierten Spannung U_Pim isolierten Erdseil. Die induzierte Spannung UpSteigt linear. Die Erderspannung des Kurzschlußmastes steigt im Anfangsbereich der Leitung stark und danach langsamer an, um sich einem konstanten Wert zu nähern. Beide Spannungen ergeben geometrisch addiert mit einem eingeschlossenen Winkel von 103° die Funkenstreckenspannung Up, die erst in einem bestimmten Abstand vom Umspannwerk (UW) die Ansprechspannung Ua erreicht.

Der Verlauf des Erdkurzschlußstromes I"k(d ist in Figur 2 dargestellt, zusammen mit seinem größten Anteil I_E, der im Erdseil zum Umspannwerk zurückfließt. Am Anfang der Leitung sinken beide Ströme bei wanderndem Erdkurzschluß sehr schnell ab. In Abhängigkeit von den vorhandenen Erdseilquerschnitten und den auftretenden Erdkurzschlußströmen kann es im Nahbereich von Umspannwerken gemäß Figur 3 durch das Nichtansprechen der Funkenstrecken des TFE-Erdseils zu Erdseilüberlastungen kommen. Die TFE-Funkenstrecken sprechen an, wenn in den unteren Diagrammen die Funkenstreckenspannung Up die Ansprechspannung U_A überschritten hat (Ansprechmast). In den oberen Diagrammen stehen ab diesem Ansprechmast beide Erdseile (aufliegendes und TFE-Erdseil) mit dem zulässigen \_pqml für die Abführung des Stromes Ig zur Verfügung, während bis zu diesem Mast nur das aufliegende Erdseil mit dem zulässigen Strom l_qzU| dafür zur Verfügung steht. Der Überlastungsbereich U wird im Fall a) durch das Ansprechen der TFE-Funkenstrecken und im Fall b) durch das Absinken des im Erdseil zum Umspannwerk zurückfließenden Stromes Ie unter dem zulässigen Strom des aufliegenden Erdseils l_q2U| bestimmt. Erfindungsgemäß wird das aufliegende Erdseil im Überlastungsbereich, der im allgemeinen ca. 0,5 bis 1,5km beträgt, von den Masten isoliert und mit Funkenstrecken ausgerüstet, deren Abstände wie die der TFE-Funkenstrecken eingestellt sind. Dadurch zünden im Überiastungsbereich bei Erdkurzschiüssen an den Masten jeweils beide Funkenstrecken und verbinden beide Erdseile mit dem Mast, so daß beide Erdseile für die Stromabführung zur Verfügung stehen.

Durch diese Schaltungsanordnung wird im Nahbereich von Umspannwerken, in denen die TFE-Funkenstrecken normalerweise nicht ansprechen, neben dem aufliegenden Erdseil auch das TFE-Erdseil zur Stromabführung mit genutzt.

Claims (5)

1. Erfindungsanspruch:

   1. Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überstrom in Erdseilen von Hochspannungsfreileitungen starr geerdeter Netze, die für die Trägerfrequenzübertragung über Erdteile genutzt werden, wobei mindestens zwei Erdseile installiert sind, von denen ein Erdseil, das für die Trägerfrequenzübertragung genutzt wird, gegen die geerdeten Freileitungsmaste isoliert ist und Funkenstrecken aufweist und jedes weitere Erdseil fest mit den Freileitungsmasten verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Verbindung der weiteren Erdseile mit den Freileitungsmasten mindestens an einem Freileitungsmast in Umspannwerknähe aufgehoben ist, wobei eine Funkenstreckenarmatur zwischen jedem weiteren Erdseil und dem Freileitungsmast angeordnet ist, die den gleichen Elektrodenabstand wie die Funkenstrecken des Trägerfrequenzübertragungserdseils aufweist.
2. 2. Schaltungsanordnung zum Begrenzen von Überstrom in Erdseilen von Hochspannungsfreileitungen starr geerdeter Netze, die für die Trägerfrequenzübertragung über Erdseile genutzt werden, wobei mindestens zwei Erdseile installiert sind, von denen ein Erdseil, dasfür die Trägerfrequenzübertragung genutzt wird, gegen die geerdeten Freileitungsmaste isoliert ist und Funkenstrecken aufweist, und jedes weitere Erdseil fest mit den Freileitungsmasten und dem Umspannwerkportal verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die direkte Verbindung der weiteren Erdseile am Umspannwerkportal aufgehoben ist, wobei eine Furikenstreckenarmatur zwischen jedem weiteren Erdseil und dem Umspannwerkportal angeordnet ist, die den gleichen Elektrodenabstand wie die Funkenstrecken des Trägerfrequenzübertragungserdseiles an den Masten aufweist.
3. 3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß alle Erdseiie mindestens an einem Freileitungsmast in Umspannwerknähe eine höhere isolierung aufweisen.
4. 4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Erdseile am Umspannwerkportal eine höhere Isolierung aufweisen.
5. 5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die weiteren Erdseile ab dem ersten Freileitungsmast aufgelegt sind.