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Christian M. Franck, Martin Pfeiffer, Sören Hedtke, Pascal Bleuler, Christos StamatopoulosETH Zürich, D-ITET, High Voltage Laboratory
Science Brunch Hybridleitungen – Technik und Akzeptanz, 06. Juni 2019, Zürich
03.06.2019Christian M. Franck 1
Hybride Freileitungen –technische Herausforderungen und Lösungen
|| 03.06.2019Christian M. Franck 2
Agenda
• Einführung und Motivation• Freileitungskorona• Messungen
• Labor• Aussenprüffeld
• Exemplarische «Hybrideffekte»• Kombinierte Technik/Akzeptanz-Optimierung• Einfluss Leiterseiloberfläche auf Korona• Zusammenfassung und Ausblick
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Motivation - Umrüstung für mehr Übertragungsleistung
[swissgrid, «Strategisches Netz 2025», Abb. 8.3 «um EU-Vorhaben erweitert»]
Hintergrund: Dezentrale Erneuerbare Energie Bedarf: mehr Übertragungskapazität Geringe Akzeptanz Netzausbau
Konzept: Umrüsten bestehender Masten Mastoptik kaum verändert AC/DC Hybrid
Mehr Übertragungsleistung AC Knoten verbleiben
Herausforderung: AC/DC Kopplung
|| 03.06.2019Christian M. Franck 4
Was ist eine hybride Freileitung?
Source: Axpo AGSource: Axpo AG
Foto: Axpo AG
Conventional ACTower
Hybrid AC/DCTower
AC AC AC DC
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Abschätzung Erhöhungskapazität
~ +
−~
~
oo
n
~ +
−~
~
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Technische Fragen
Auswahl/Position der Leiter für AC und DC Wahl HGÜ-Spannungsniveau Ionenstromkopplung und elektrische Felder am Boden (Hybride) Geräuschemission Isolatoren für Hybridfelder Netzschutz und Instandhaltung Netzplanung und -betrieb
o
n
~ +
−~
~
||
Hybrid OHL
03.06.2019Christian M. Franck 7
Methods
Laboratory
electrical
Ion current
TE/RIV
optical
UV
Drops
acoustical
Noise level
Spectrum
Simulation
numerical
Field
Ion current
empirical
Noise level
Foto: Long time exposure shot at HVL
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Koronaentladungen an Freileitungen
Ionisation: Keine Entladungen an sauberen & trockenen Leiterseilen Felderhöhung durch inhomogene Oberfläche (Regen, Eis, Schmutzpartikel) Lokale Ionisation der Luft
Elektrischer Impuls (Funkstörung), Akustischer Impuls (Knistern), UV Wichtige Faktoren: Netzspannung, Anzahl/Radius Leiterseile, Bodenabstand
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Unterschiedliche Koronaeffekte bei AC & DC
AC Korona: Verluststrom durch Ionisation Breitband-Geräusch durch Pulse Brumm-Geräusch durch Ionen Ionen driften nur in Leiternähe
DC-Korona: Ionen driften im Gleichfeld
Einkopplung in andere Bündel Ionenstromdichte am Boden Erhöhtes E-Feld am Boden
Polaritätseffekt Geräuschemission Neg. Pol meist vernachlässigbar Worst-Case: trockenes Wetter
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AC/DC Wechselwirkungen auf Hybridmast
AC DC
Induktive Kopplung: AC Einkopplung in DC
Kapazitive Kopplung: AC Einkopplung in DC AC Feldripple auf DC DC Feldbias auf AC
Ionenstromkopplung: DC Einkopplung in AC
Abstandsabhängigkeit
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Versuchsaufbau: Labor
|| 03.06.2019Christian M. Franck 12
Versuchsaufbau: Labor
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Beispiel für Hybrid-Effekt: Ionenstromkopplung
0 50 100 150 200 250
DC voltage in kV
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
DC
cur
rent
in A
C li
ne
A/m
AC + DC coronaDC coronaAC corona Hybrid-Effekt:
Verstärkter Effekt bei gleichzeitiger AC & DC Korona
Höhere Einkopplungen, Einfluss auf Korona-Effekte (Geräusch)?
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Iterative Method of Characteristics (IMoC) :Validity of Stationary Approach
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Full Scale Model
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Full Scale Model: Maximum E-Field and Ion Current Density at Ground Level
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Full Scale Model: Impact of Wind (Ground)
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|| 03.06.2019Christian M. Franck 18
Versuchsaufbau: Aussenprüffeld FKH (Däniken)
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Messtechnik (Ionenstrom, Akustik, Korona)
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|| 03.06.2019Christian M. Franck 20
Optimization of hybrid line on existing tower (minimizing emissions from hybrid line – because of volatile acceptance)
[Hedtke et al., Cigre Session 2018, B2-302]
|| 03.06.2019Christian M. Franck 21
Optimization of hybrid line on existing tower (minimizing emissions from hybrid line – because of volatile acceptance)
[Hedtke et al., Cigre Session 2018, B2-302]
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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche
A
C
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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche
[Stampatopoulos et al., Langmuir 35(14), 2019]
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Weitere Themen – Eigenschaften Leiterseiloberfläche
[Stampatopoulos et al., Langmuir 35(14), 2019]
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Zusammenfassung & Ausblick
• Akzeptanz für neue Technologien prinzipiell vorhanden, aber sehr volatil. exakte Vorhersage aller möglichen Effekte unabdingbar.
• Auslegung hybrider Freileitung technisch optimiert unter besonderer Berücksichtigung der Akzeptanzvolatilität nötig.
• Studien zur Kopplung von HVAC und HVDC Korona wichtig.(Ionenkopplung, Ströme und Felder am Boden, Geräuschentwicklung)
• Weiterer Optimierungsbedarf bei Leiterseiloberflächen (Potential vorhanden).
Weitere Details und alle Publikationen frei verfügbar unter: www.hvl.ee.ethz.ch
Acknowledgements for support & cooperation:
Thanks for your attention.
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