DE19645002A1

DE19645002A1 - Freileitung zur Elektroenergieübertragung

Info

Publication number: DE19645002A1
Application number: DE19645002A
Authority: DE
Inventors: Rolf Prof Dr Ing Paschen; Gerd Dipl Ing Fitterer; Helmut Prof Dr Ing Boehme; Norbert Dipl Ing Graeber
Original assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Current assignee: ABB Research Ltd Switzerland
Priority date: 1996-10-30
Filing date: 1996-10-30
Publication date: 1998-05-07
Also published as: EP0845849A2; AU4361497A; PL322865A1; EP0845849A3; BR9705169A; AU736936B2; US5920130A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Freileitung zur Elektroenergieübertragung ge mäß dem Oberbegriff des Anspruch 1.

In der Umgebung von Freileitungen wird - bedingt durch die Übertragungsströme - un vermeidlich ein Magnetfeld erzeugt. Es ist unter anderem durch den Effektivwert seiner magnetischen Induktion gekennzeichnet.

Um schädliche Wechselwirkungen dieses Magnetfeldes mit der menschlichen Ge sundheit zu vermeiden, sollte es an Orten, die nicht nur zum vorübergehenden Auf enthalt von Menschen bestimmt sind, möglichst niedrig sein und darf in Empfehlun gen vereinbarte und/oder festgesetzte gesetzliche Grenzwerte keinesfalls über schreiten.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Freileitung zur Elektroenergieüber tragung anzugeben, die im Bereich unterhalb der Leiter und in der Nähe der Erd oberkante, vorzugsweise bis zu einer Höhe von 2 bis 3 m über der Oberfläche, ein wesentlich reduziertes Magnetfeld erzeugt.

Diese Aufgabe wird in Verbindung mit den Merkmalen des Oberbegriffes erfin dungsgemäß durch die im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile bestehen insbesondere darin, daß sowohl das Maximum des Effektivwertes der magnetischen Induktion B_effmax im Bereich bis 2 bis 3 m Höhe über dem Erdboden als auch der Abstand x_{0,2 µT} zu der Freileitungs achse, bei dem der Effektivwert der magnetischen Induktion in 2 m Höhe über der Erdoberkante den Wert von 0,2 µT erreicht und für größere Abstände unterschrei tet, extrem reduziert werden (siehe hierzu auch Fig. 4). Die Magnetfelder in diesem Bereich 2 bis 3 m oberhalb der Erdoberkante können bis auf weniger als 10% im Vergleich zur unkompensierten, herkömmlichen Freileitung reduziert werden. Dies hat seine Ursache darin, daß Kompensationsschleife (insbesondere Phase und Amplitude des Kompensationsstromes) und Freileitung hinsichtlich der magneti schen Kopplung aufeinander abgestimmt sind, d. h. Kompensationsschleife und Freileitung werden als geometrische und elektrische Einheit betrachtet. In die min destens eine Kompensationsschleife wird ein Kompensationsstrom eingespeist, dessen Phasenlage und Amplitude derart bezüglich der Phasenlage und der Ampli tude des im Phasenleiter fließenden Phasenstromes eingestellt ist, daß der hier durch erzeugte Magnetfluß dem vom Phasenstrom erzeugten Magnetfluß entge genwirkt und damit die magnetische Induktion reduziert.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand der in der Zeichnung dargestellten Ausfüh rungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Grundanordnung einer magnetfeldreduzierten Freileitung,

Fig. 2 die prinzipielle Phasenlage der Kompensationsströme im unteren Leiter der Kompensationsschleife bei den möglichen Phasenfolgen der Leiter ströme und übereinander bzw. nebeneinander angeordneten Leitern,

Fig. 3 die mögliche Lage einer Kompensationsschleife bei nebeneinander an geordneten Phasenleitern,

Fig. 4 die Abhängigkeit der magnetischen Induktion unterhalb einer Freileitung vom Abstand zur Leitungsachse.

In Fig. 1 ist die Grundanordnung einer magnetfeldreduzierten Freileitung in per spektivischer Ansicht dargestellt. Es sind drei übereinander angeordnete Phasenlei ter L1, L2, L3 eines Drehstromsystems (mit drei je 120° phasenverschobenen Strö men, wobei Phasenwinkel ϕ(iR) = 0°, Phasenwinkel ϕ(iS) = -120°, Phasenwinkel ϕ(iT) = -240°) zu erkennen, wobei die drei Phasenleiter von einer Kompensations schleife 1 umschlossen werden. Der obere Leiter (nachfolgend auch als erster Leiter bezeichnet) der Kompensationsschleife 1 verläuft oberhalb des oberen Phasenlei ters L3 und der untere Leiter 7 (nachfolgend auch als zweiter Leiter bezeichnet) der Kompensationsschleife 1 verläuft unterhalb des unteren Phasenleiters L1. Über seit liche, vertikale Verbindungsleiter werden oberer und unterer Leiter respektive erster und zweiter Leiter der Kompensationsschleife miteinander verbunden.

Zur Reduktion des unterhalb der Freileitung im Bereich der Erdoberfläche auftreten den Magnetfelds wird ein Kompensationsstrom I_komp in die Kompensationsschleife 1 eingespeist. Dieser Kompensationsstrom I_komp wird durch eine regelbare Stromquel le 3 erzeugt, der an ein Netz 4, beispielsweise an ein Niederspannungsnetz, ange schlossen ist. Eine Regeleinrichtung 5 dient zur präzisen Einstellung der Amplitude und Phasenlage des Kompensationsstromes I_komp. Diese Regeleinrichtung 5 emp fängt Istwerte einer Magnetfeld-Meßeinrichtung 6, welche permanent das Magnet feld unterhalb der Freileitung - und zwar sowohl in horizontaler als auch vertikaler Lage - erfaßt.

Amplitude und Phasenlage des Kompensationsstromes I_komp werden mittels regelba rer Stromquelle 3/Regeleinrichtung 5 in Abhängigkeit von der zeitlich veränderten Leistungsbelastung der Freileitung stets derart eingestellt, daß das durch die Ma gnetfeld-Meßeinrichtung 6 in vertikaler und horizontaler Richtung erfaßte Magnetfeld minimal wird.

Das durch den Kompensationsstrom I_komp erzeugte Magnetfeld überlagert das von den Phasenleitern L1, L2, L3 erzeugte Magnetfeld derart kompensierend, daß das Magnetfeld zwischen der Erdoberfläche und einer Höhe von 2 bis 3 m sehr stark reduziert ist. Die erforderliche Phasenlage des Kompensationsstromes I_komp ist davon abhängig, welche der möglichen Phasenfolgen konkret vorliegt. Beispielsweise sind bei einem Drehstromsystem mit übereinander angeordneten Leitern sechs verschie dene Phasenfolgen einsetzbar, nämlich L1 = R, L2 = S, L3 = T (kurz mit R S T be zeichnet) oder L1 = R, L2 = T, L3 = S (kurz mit R T S bezeichnet) oder L1 = T, L2 = R, L3 = S (kurz mit T R S bezeichnet) oder L1 = T, L2 = S, L3 = R (kurz mit T S R bezeichnet) oder L1 = S, L2 = T, L3 = R (kurz mit S T R bezeichnet) oder L1 = S, L2 = R, L3 = T(kurz mit S R T bezeichnet).

Fig. 2 zeigt zur Darstellung der Phasenlage die prinzipielle erforderliche Lage der Zeiger der Kompensationsströme I_komp für maximale Reduktion des Magnetfeldes bei übereinander angeordneten Phasenleitern und den vorstehend bezeichneten mögli chen Phasenfolgen. Die Lage der Zeiger der Phasenströme i_R, i_S, i_T ist gekennzeich net. Wie zu erkennen ist, sind die für eine optimale Magnetfeldreduktion erforderli chen Phasenlagen der Kompensationsströme I_komp ungefähr in Gegenphase zur je weils untersten, d. h. der Erdoberfläche am nähesten liegenden Phase. Diese erfor derlichen Phasenlagen der Kompensationsströme I_komp sowie die erforderlichen Amplituden werden unter Beachtung der Wirk- und Blindwiderstände der Strombahn und der konkret vorliegenden Anordnung (Geometrie) der Phasenleiter L1, L2, L3 und der Kompensationsschleife 1 sowie der Amplituden der Phasenströme i_R, i_S, i_T mittels regelbarer Stromquelle 3/Regeleinrichtung 5 eingestellt.

Bei richtiger Phasenlage und Amplitude des in die Kompensationsschleife 1 einge speisten Kompensationsstromes I_komp ergibt sich eine sehr starke Reduktion des Ef fektivwertes der Induktion, so daß B_effmax und x_{0,2 µT} wie gewünscht sehr stark verklei nert werden. Beispielsweise beträgt die Stromstärke des Kompensationsstromes ungefähr 40% vom Phasenstrom.

Selbstverständlich ist es auch möglich, die Freileitung in drei, vier oder mehr Ab schnitte mit mehreren Kompensationsschleifen zu unterteilen. Wichtig ist dabei das Wissen, in welchen Abschnitten der Freileitung eine extreme Reduktion des Magnet feldes erforderlich ist und in welchen Abschnitten dies nicht notwendig ist.

Der in der Kompensationsschleife 1 angeordnete Reihenkondensator 2 kompensiert den induktiven Spannungsabfall in der Kompensationsschleife 1 und bewirkt sowohl eine gewünschte Phasendrehung des Kompensationsstromes in die erforderliche Phasenlage als auch eine angepaßte Schleifenimpedanz. Der Reihenkondensator 2 ist jedoch nicht zwingend erforderlich.

Die vorstehenden Betrachtungen beziehen sich beispielhaft auf das Ausführungs beispiel mit drei vertikal übereinander angeordneten Phasenleitern, da bei dieser Phasenleiter-Anordnung die größte Magnetfeldreduktion erzielt wird. Die erfinderi sche Idee läßt sich jedoch auch bei horizontal nebeneinander angeordneten Pha senleitern realisieren. In Fig. 3 ist die entsprechenden Anordnung skizziert. Die Lage der Leiter der Kompensationsschleife 1 ist angedeutet. Die Wirkung der erfindungs gemäß vorgeschlagenen Maßnahmen ist jedoch - wie bereits angedeutet - bei hori zontal nebeneinander angeordneten Phasenleitern nicht so groß wie bei vertikal übereinander angeordneten Phasenleitern. Dies ist darin begründet, daß bei vertikal untereinander angeordneten Phasenleitern das Magnetfeld unterhalb der Freileitung linear polarisiert ist, was die Kompensation begünstigt.

In Fig. 4 ist beispielhaft die Abhängigkeit der magnetischen Induktion unterhalb ei ner Freileitung vom Abstand zur Leitungsachse gezeigt, und zwar beispielhaft für eine Höhe von 2 m über der Erdoberfläche (Magnetfeldprofil mit und ohne Kompen sation). Beim Punkt x = 0 m verläuft die senkrecht auf der Erdoberfläche stehende Leitungsachse der Freileitung. Der Effektivwert der Induktion B_eff weist ohne Kom pensation bei x = 0 m sein Maximum B_effmax von ungefähr 10 µT auf und verringert sich zu beiden Seiten von x = 0 m aus. Bei den Abständen x = +47 m und x = -47 m zur Leitungsachse erreicht B_eff den das Magnetfeld kennzeichnenden Wert 0,2 µT, d. h. der Wert x_{0,2 µT} beträgt 47 m. Mit Kompensation ist der Wert x_{0,2 µT} vorteilhaft auf ungefähr 17 m reduziert.

Claims

1. Freileitung zur Elektroenergieübertragung mit mindestens einer zusätzli chen Kompensationsschleife, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Leiter (7) dieser Schleife parallel und in der Nähe des erdnächsten Phasenleiters ange ordnet ist, daß in diese mindestens eine Kompensationsschleife (1) ein Kompensati onsstrom (I_komp) eingespeist wird, dessen Phasenlage und Amplitude derart bezüg lich der Phasenlage und der Amplitude des im Phasenleiter (L1, L2, L3) fließenden Phasenstromes (i_R, i_S, i_T) eingestellt ist, daß der hierdurch erzeugte Magnetfluß dem vom Phasenstrom erzeugten Magnetfluß entgegenwirkt, wobei der Kompensati onsstrom (I_komp) mittels einer regelbaren Stromquelle (3) für Betrag und Phasenlage erzeugt wird, welche von einer Regeleinrichtung (5) ansteuerbar ist, die mit einer Magnetfeld-Meßeinrichtung (6) zur Erfassung des Magnetfeldes unter der Freilei tung verbunden ist.

2. Freileitung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Reihen kondensator (4) in der Kompensationsschleife (1) angeordnet ist.

3. Freileitung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drehstromsystem mit drei direkt übereinander angeordneten Phasenlei tern (L1, L2, L3) ein erster Leiter der Kompensationsschleife (1) über dem oberen Phasenleiter und ein zweiter Leiter der Kompensationsschleife unter dem unteren Phasenleiter angeordnet sind.

4. Freileitung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Drehstromsystem mit drei nebeneinander angeordneten Phasenleitern (L1, L2, L3) ein erster Leiter der Kompensationsschleife (1) neben dem ersten äuße ren Phasenleiter und ein zweiter Leiter der Kompensationsschleife neben dem zweiten äußeren Phasenleiter angeordnet sind.