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High Voltage Laboratory, ETH Zürich
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1) Einleitung
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1) Magnetfelder
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Einleitung: Grundprinzip
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Einleitung: Motivation
Vorteile:
 Leistungssteigerung
 Bessere Auslastung
 Blindleistungskompensation
 Schwarzstar...
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Gliederung
1) Einleitung
2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte
1) Magnetfelder
2) Elektrische Felder und Koro...
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 AC-Doppel-System ist Phasenoptimiert für Minimierung des B-Feldes
 Wegfall der Phasenoptimierung im AC/DC-Hybrid-Sy...
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1) Einleitung
2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte
1) Magnetfelder
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Einleitung Korona
Quelle: Guillod, T. (2013). Simulation of AC / DC Hybrid
Overhead Lines. Master Thesis, ETH Zurich
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Einleitung Korona
B-Feld am Boden
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Korona
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Gliederung
1) Einleitung
2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte
1) Magnetfelder
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Ionenstromberechnung - Methode
• Komplexes numerische Problem
• Keine Standardtools verfügbar
• Entwicklung eigener M...
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Ionenstromberechnung - Method
Simulationsschritte (vereinfacht):
1. Berechnung der Feldlinien (FEM)
2. Bestimmung der...
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Ionenstromberechnung - Beispiele
Feld-Einfluss durch Ionenströme:
 Höheres Feld durch Raumladung
Einkopplungen in AC...
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Geräuschemission bei AC & DC Freileitungen
AC-Geräuschemission
 Am kritischsten bei nassem Wetter
 100Hz Brummen du...
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1) Einleitung
2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte
1) Magnetfelder
2) Elektrische Felder und Kor...
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Hybrid-Freileitungen
• Höhere Übertragungsleistung und grössere Akzeptanz in Bevölkerung
durch Konvertierung bestehen...
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Wissenschaftsdialog 2015 der Bundesnetzagentur: Martin Pfeiffer, ETH Zürich: Elektrische Effekte an HDÜ/HGÜ (AC/DC) Hybridmastsystemen

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Impulsvortrag Technik auf dem Wissenschaftsdialog 2015 der Bundesnetzagentur. Mehr erfahren Sie unter: www.netzausbau.de/wissenschaftsdialog-2015

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Wissenschaftsdialog 2015 der Bundesnetzagentur: Martin Pfeiffer, ETH Zürich: Elektrische Effekte an HDÜ/HGÜ (AC/DC) Hybridmastsystemen

  1. 1. | 1 M.Sc. Martin Pfeiffer, M.Sc. Sören Hedtke, Prof. Dr. Christian Franck High Voltage Laboratory, ETH Zürich (mpfeiffer@ethz.ch) Untertitel:  Stichpunkt 1.Ebene  Stichpunkt 2.Ebene Titel Elektrische Effekte an HDÜ/HGÜ (AC/DC) Hybridmastsystemen Quelle: Axpo
  2. 2. | 2 Gliederung 1) Einleitung 2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte 1) Magnetfelder 2) Elektrische Felder und Koronaeffekte 3) Aktuelle Forschungsergebnisse 4) Zusammenfassung
  3. 3. | 3 Einleitung: Grundprinzip
  4. 4. | 4 Einleitung: Motivation Vorteile:  Leistungssteigerung  Bessere Auslastung  Blindleistungskompensation  Schwarzstart Faktoren für Leistungssteigerung:  Aufteilen der AC-Bündel  Rückleiter?  Statik der Masten?  Höhere Spannungen  Isolatoren?  Korona? ~ + −~ ~ oo n ~ + −~ ~
  5. 5. | 5 Gliederung 1) Einleitung 2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte 1) Magnetfelder 2) Elektrische Felder und Koronaeffekte 3) Aktuelle Forschungsergebnisse 4) Zusammenfassung
  6. 6. | 6  AC-Doppel-System ist Phasenoptimiert für Minimierung des B-Feldes  Wegfall der Phasenoptimierung im AC/DC-Hybrid-System  Gegenmaßnahmen: Phasenkompaktierung oder Masterhöhung Herausforderung magnetisches Feld (B-Feld) Hybrid A Hybrid B Double AC Hybrid C(compact) Quelle: M. D. Pfeiffer T. Guillod M. Weber C. M. Franck, Erhöhung der Übertragungskapazität durch hybride AC/DC-Freileitungen, Bulletin, Fachzeitschrift und Verbandsinformationen von electrosuisse und VSE/AES, No 12/2013 (November 2013). Double AC 1 µT B-Field Limit (AC) Hybrid C (compact)Hybrid BHybrid A
  7. 7. | 7 Gliederung 1) Einleitung 2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte 1) Magnetfelder 2) Elektrische Felder und Koronaeffekte 3) Aktuelle Forschungsergebnisse 4) Zusammenfassung
  8. 8. | 8 Einleitung Korona Quelle: Guillod, T. (2013). Simulation of AC / DC Hybrid Overhead Lines. Master Thesis, ETH Zurich Was ist Korona? • Ionisation der Luft durch hohe elektrische Feldstärken an der Leiteroberfläche
  9. 9. | 9 Einleitung Korona B-Feld am Boden E-Feld am Boden Korona B-Feld am Boden E-Feld am Boden Ionenströme Korona Wechselfelder AC-Korona Gleichfelder DC-Korona Quelle: Phase-One @ ETH Zürich Welche Unterschiede gibt es zwischen AC und DC? • AC: Ionen beider Polaritäten oszillieren im Nahbereich des Leiters • DC: Ionen driften in den Raum
  10. 10. | 10 Gliederung 1) Einleitung 2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte 1) Magnetfelder 2) Elektrische Felder und Koronaeffekte 3) Aktuelle Forschungsergebnisse 4) Zusammenfassung
  11. 11. | 11 Ionenstromberechnung - Methode • Komplexes numerische Problem • Keine Standardtools verfügbar • Entwicklung eigener Methode: IMoC = Iterative Method of Characteristics • Eigenschaften • Lösung des bipolaren Ionenstromproblems • Berücksichtigung von Wind • Ermöglicht Parameterstudien an neuen Mastgeometrien Quelle: Guillod, T. (2013). Simulation of AC / DC Hybrid Overhead Lines. Master Thesis, ETH Zurich
  12. 12. | 12 Ionenstromberechnung - Method Simulationsschritte (vereinfacht): 1. Berechnung der Feldlinien (FEM) 2. Bestimmung der Raumladungsdichte an der Leiteroberfläche: • Esurface > Eon→ erhöhe Ladungsdichte • Esurface < Eon→ reduziere Ladungsdichte 3. Berechnung der stationären Raumladungsverteilung entlang der Feldlinien 4. Interpolation der Raumladungsdichte auf das FEM Mesh 5. Zurück zu Schritt 1. Erneute Berechnung der Feldverteilung allerdings diesmal unter Berücksichtigung der Raumladungsverteilung + + ++++++++ ++ + +++++++ +VD + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + + + + ++++++++ ++ + +++++++ +VD + + + + + +++ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +++ + + +
  13. 13. | 13 Ionenstromberechnung - Beispiele Feld-Einfluss durch Ionenströme:  Höheres Feld durch Raumladung Einkopplungen in AC Leiter:  Stark abhängig vom Wind  AC Leiter können auch unterhalb von DC Leitern positioniert werden  Boden wird abgeschirmt auf Kosten höherer DC Ströme in den AC Leitern Quelle: Guillod, T. (2013). Simulation of AC / DC Hybrid Overhead Lines. Master Thesis, ETH Zurich
  14. 14. | 14 Geräuschemission bei AC & DC Freileitungen AC-Geräuschemission  Am kritischsten bei nassem Wetter  100Hz Brummen durch Ionenbewegung DC-Geräuschentwicklung  Am kritischsten bei trockenem Wetter  Polaritätseffekt  Pos. Pol zieht neg. Störstellen an Einfluss von AC/DC Wechselwirkungen nicht abschliessend geklärt Quelle: Maruvada, Corona performance of high voltage transmission lines, Research Studies Press, Baldock UK, 200  Amplitude hoch  Repetition gering  Amplitude gering  Repetition hoch + −
  15. 15. | 15 Gliederung 1) Einleitung 2) Einfluss auf Felder und elektrische Effekte 1) Magnetfelder 2) Elektrische Felder und Koronaeffekte 3) Aktuelle Forschungsergebnisse 4) Zusammenfassung
  16. 16. | 16 Hybrid-Freileitungen • Höhere Übertragungsleistung und grössere Akzeptanz in Bevölkerung durch Konvertierung bestehender Masten Magnetfelder • Erhöhung durch Konvertierung im Hinblick auf Grenzwerte in Deutschland nicht kritisch. Kompaktierung der Leiter kann ursprüngliches Niveau wiederherstellen. Ionenstrom • Simulation des Ionendrifts und resultierender Ströme möglich • Anstieg des elektrischen Feldes am Boden durch Ionenströme • Leiterpositionierung: Kompromiss zwischen hohen Strömen am Boden oder hohen Strömen in AC Leitern Geräuschentwicklung • Durch DC System Geräuschentwicklung auch bei trockenem Wetter relevant Zusammenfassung
  17. 17. Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit

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