HSUT

• Erzeugung: 1 kV - 30 kV

• Übertragung: 123 kV - 420 kV

• Verteilung: 12 kV - 36 kV

• Verbraucher: 400 V

• Faustformel: Übertragungsstrecke in km = Spannungshöhe in kV

• Außen liegende Seite der Durchführung länger als die innere aufgrund von Feuchtigkeit

• Schirmelektroden als Toroide ausgeführt, um Teilentladungen (Koronaentladungen), die z. B. an spitzen Kanten auftreten, zu vermeiden und damit Verluste zu reduzieren

• kleine Erdstreukapazitäten -> geringe kapazitive Ströme im Fehlerfall

• Nein, die Spannungswanderwelle breitet sich mit annähernd Lichtgeschwindigkeit aus, wobei die Entfernung der Masten dazu führt, sodass diese zu unterschiedlichen Zeiten einen Spannungsanstieg sehen

• Betrachtete Leitungslänge zmax deutlich kleiner als die Strecke, die während der Anstiegszeit Ta bzw. der Periodendauer T zurückgelegt wird.

• Vernachlässigung der Widerstände (im Längs- und Querzweig)

• niederfrequent

  • dauernd

  • zeitweilig

• transient

  • langsamer Anstieg (Schaltüberspannung, innere Überspannungen)

  • schneller Anstieg (Blitzüberspannungen, äußere Überspannungen)

  • sehr schneller Anstieg (VFT, very fast transients)

• „Auswahl der dielektrischen Festigkeit von Betriebsmitteln, die für ein bestimmtes Netz vorgesehen sind, in Abhängigkeit von Spannungen, die in diesem Netz unter Berücksichtigung der betrieblichen Umgebungsbedingungen und der Eigenschaften der verfügbaren Überspannungs-Schutzeinrichtungen auftreten können.“

Die Dimensionierung der Geräteisolation, sodass alle Überspannungen gehalten werden, wäre nicht möglich oder zu kostenintensiv.

Ableiter können zeitweilige Überspannungen nicht begrenzen, da sie zu lang andauern und die Ableiter thermisch zerstört werden würden. Deshalb muss der Schutzpegel höher liegen.

• Schutzfunkenstrecken:

  • Grobschutz zum Schutz des Isolators beispielsweise

  • Lichtbogen erlischt nicht selbstständig

  • Abschaltung notwendig

• Ventil- bzw. Funkenstreckenableiter:

  • Kombination aus Funkenstrecke und nachgeschaltetem Varistor (SiC), da Strom bei Nennspannung für Varistor zu hoch

  • nach Ableitung über Varistor geringe Spannung anliegend, sodass Funkenstrecke im Stromnulldurchgang erlischt

• Metalloxidableiter:

  • spannungsabhängiger Widerstand

  • sperrt bei Nennspannung fast vollständig

  • geringe Überspannung führt zum Ansprechen des Ableiters und zu hohem Stromfluss

• Ausblasöffnung für den Fall, dass thermische Belastbarkeit des Ableiters erreicht -> Druck steigt an und öffnet, sodass Lichtbogen außerhalb des Ableiters überschlagen kann

• kapazitive Steuerung hilft, die Spannung gleichmäßiger zu verteilen, indem kapazitive Elemente entlang des Ableiters eingesetzt werden. Diese Kapazitäten wirken als Spannungsteiler, der die Spannung gleichmäßiger entlang des Ableiters verteilt.

• Übertragungsnetze (subtransmission systems): 123 kV, 245 kV (Um)

• Transportnetze (transmission systems): 245 kV, 420 kV (Um)

• Die natürliche Leistung bei Hochspannungswechselstrom-Übertragungssystemen (HVAC) bezeichnet die maximale Leistung, die über eine Wechselstromleitung übertragen werden kann, ohne dass zusätzliche reaktive Kompensationsmaßnahmen erforderlich sind. Dieser Begriff bezieht sich auf den Punkt, an dem die übertragene Wirkleistung (P) und die reaktive Leistung (Q) im Gleichgewicht sind, sodass die Spannung am Ende der Leitung nicht signifikant absinkt oder ansteigt.

• Die Übertragung bei oder unterhalb der natürlichen Leistung ist effizienter, da keine zusätzlichen Verluste durch reaktive Leistung auftreten. Wenn die übertragene Leistung die natürliche Leistung überschreitet, steigt der Bedarf an reaktiver Kompensation, um Spannungsabfälle zu vermeiden, was zusätzliche Verluste und Kosten verursacht.

1. Abzweig (Einspeisung oder Abgang) zur Verbindung mit

   • Kraftwerk

   • weiträumigem Übertragungsnetz

   • Umspannstation zur Einspeisung in das unterlagerte Netz

2. Trennschalter

3. Leistungsschalter

4. Sammelschienenschalter

5. Doppelsammelschienensystem: Erhöhung der Schaltungsvarianten

   • zum Betrieb des Netzes

   • zur Revision der Anlage

6. Umgehungssammelschiene zur Freischaltung der Trenn- und Leistungsschalter eines Abzweigs

7. Spannungswandler

8. Längstrennung

9. Querkupplung:

   • variable Verschaltung des Doppelsammelschienensystems

   • Kupplung der Umgehungssammelschiene

1. Sammelschienen

2. Sammelschienentrennschalter

3. Leistungsschalter

4. Stromwandler

5. Spannungswandler

6. Trennschalter

7. Erdungsschalter (Arbeitserder)

8. Einspeisung oder Abgang

1. Beide Trenner der Querkupplung Q schließen

2. Leistungsschalter von Q schließt

3. Trenner T1 des Abzweigs 1 schließt

4. Trenner T2 des Abzweigs 1 öffnet und schaltet Kommutierungsstrom

5. Leistungsschalter von Q öffnet

6. Beide Trenner von Q öffnen

• Bereitstellung einer sicheren und sichtbaren Längstrennung

• Schalten kleiner kapazitiver Ströme (< 0,5 A) bei Nennspannung

• Schalten von Kommutierungsströmen beim Sammelschienenwechsel:

  • Strom bis 80 % des Nennstroms

  • Spannung bis ca. 300 V

1. Sammelschiene

2. Sammelschiene

3. Scherentrennschalter, diagonal angeordnet (Diagonalbauweise)

4. Leistungsschalter

5. Kombiwandler (Strom- und Spannungswandler)

6. Trenn- und Erdungsschalter

7. Filterdrossel zur Sperrung der Trägerfrequenzübertragung (TFH)

8. Kapazitiver Teiler zur Ein- und Auskopplung des TFH-Signals

9. Überspannungsableiter

10. Transformator

11. Fahrwege

12. Umzäunung

• farblos, geruchlos, ungiftig, nicht brennbar

• chemisch sehr stabil, fast inert

• 5-mal schwerer als Luft

• hoch klimawirksam -> Verbot in der EU auch in Schaltanlagen beschlossen

• Durchschlagfestigkeit 3-mal höher im Vergleich zu Luft; weitere Erhöhung um den Faktor 3-4 durch Druckerhöhung

• Isolierabstände auf ca. 1/10 gegenüber Luft reduziert

• Flächenbedarf von Schaltanlagen auf ca. 1/100 gegenüber Luft reduziert

1. Sammelschiene mit kombiniertem Trenn- und Erdungsschalter

2. Leistungsschalter

3. Stromwandler

4. Spannungswandler

5. Kombinierter Leitungstrenn- und Erdungsschalter

6. Einschaltfester Erdungsschalter

7. Kabelendverschluss

8. Steuerschrank

• keine kapazitive Blindleistung im Leerlauf bzw. bei Schwachlast

  • Kabel im AC-Betrieb ab ca. 50 – 70 km: kapazitive Ladeleistung in der Größenordnung der Nennleistung

  • Freileitung im AC-Betrieb ab ca. 500 – 700 km: Spannungserhöhung am Leitungsende zu groß

• keine induktive Blindleistung im Nennbetrieb oberhalb der natürlichen Leistung bei Freileitungen

• kleinere Übertragungsverluste

  • keine dielektrischen Verluste (Bild 1)

  • keine Wirbelstromverluste

  • kein Skin-Effekt (Bild 2)

• bei gleicher maximaler Leiter-Erd-Spannung größere Wirkleistungsübertragung pro Leiter

• insgesamt geringerer Platzbedarf der Trasse bei Kabel und Freileitung

• keine Stabilitätsprobleme im Nennbetrieb

  • Spannungsstabilität

  • Wirkleitungsstabilität (abhängig vom Leitungswinkel)

• Kopplung von HDÜ-Netzen

  • bei unterschiedlichen Frequenzen (50 / 60 Hz)

  • bei unterschiedlicher Qualität der Frequenzhaltung

  • zur Begrenzung der Kurzschlussströme im Fehlerfall

  • zum einfachen Steuern des Lastflusses

• Punkt-zu-Punkt-Verbindungen

Probleme der Erdrückleitung im Meer:

• Elektrolyse des Wassers bzw. der darin enthaltenen Salze

  • Anode: Produktion von Chlor

  • Kathode: Produktion von Wasserstoff und Natriumhydroxid (Natronlauge)

• Beispiel: Baltic Cable, 450 kV, 600 MW, 1340 A

  • Anode: 41 kg Chlor täglich

  • Kathode: 47,5 kg Natriumhydroxid täglich

• Größere Erdungssysteme führen nur zu einer besseren Verteilung (Verdünnung) der Elektrolyseprodukte

• Korrosion der Elektroden

• 12-Puls-Gleichrichterschaltung: durch die Reduktion der Oberschwingungen Verbesserung der Netzqualität, höhere Effizienz, geringere Filteranforderungen, reduzierte Spannungswelligkeit und höhere Stromtragfähigkeit

• Yd5: 5 * 30° = 150° Phasenverschiebung

• Nachteile: großer Filteraufwand auf Drehstromseite, große Anlagen und Platzbedarf

• Vorteile: große Leistungen übertragbar, mit vergleichsweise geringen (Schalt-)Verlusten

• Konverterstationen für HGÜ-Systeme (netzgeführt, Wechsel der Spannungspolarität)

• Ein- und Ausschalten durch Steuerung der Gate-Spannung möglich

• höhere Strombelastbarkeit und Spannungsfestigkeit durch Multi-Chip-Design möglich (Parallelschaltung)

  • Schaltfrequenz bis 2 kHz

• Entwicklung von IGBTs für Hochspannungsanwendungen und große Leistungen

  • frühe Generationen oft höhere Schaltverluste

• VPE-Kabel (vernetzes Polyethylen als Isolierung):

  • verfügbar bis 525 kV (keine Langzeiterfahrungen)

  • Bildung von Raumladungen bei DC-Anwendungen

    • erhöhte elektrische Feldstärke nach Wechsel der Spannungspolarität

    • Verwendung zurzeit nur mit IGBT-basierten Konvertern (VSC-Konverter) bis 500 kV (kein Wechsel der Spannungspolarität)

• Massekabel (Papierisolierung mit Öl-Harz-Gemisch):

  • verfügbar bis 525 kV DC

  • geeignet für Umpolung

  • Maximaltemperatur 60 °C, begrenzt Übertragungsleistung auf ca. 1 GW

• Ölkabel (Papierisolierung mit Ölkanal unter Druck):

  • verfügbar bis 600 kV DC

  • Öldruck und Ölversorgungssystem notwendig

    • Länge auf ca. 100 km begrenzt

    • Wassertiefe auf ca. 2000 m begrenzt

  • geringes Risiko einer Öl-Undichtigkeit

• GIL (gas-insulated line):

  • verfügbar bis 550 kV DC

  • hohe Kosten

  • große Übertragungsleistungen

  • maximale Länge bisher ca. 100 km

  • Verlegung oberirdisch oder im Erdreich

• UA, UK: Anoden-/Kathodenfall: Spannungsabfall durch Aus-/Eintrittsarbeit des Materials

• veraltet, aber noch im Netz zu finden:

  • Ölschalter

  • ölarme Schalter

  • Hartgasschalter

  • Druckluftschalter

• aktueller Stand der Technik:

  • SF6-Druckgasschalter für Um = 72,5 kV bis 1200 kV

  • Vakuumschalter für Um = 3,6 kV bis 145 kV

• sehr gute Isolationseigenschaften aufgrund Elektronegativität

  • Isolation der wiederkehrenden Spannung

• sehr gute Löscheigenschaften, sehr schnelle Wiederverfestigung

  • hohe Energieaufnahme zur Bildung des Lichtbogenplasmas

    • große Wärmekapazität

    • kleinerer Radius des Lichtbogens im Vergleich zur Luft

  • schnelle Rekombination der Spaltprodukte zu SF6 nach Verlöschen

• geöffneter Zustand:

  • Schaltstrecke wird weiter gekühlt zur Wiederverfestigung.

  • Wiederkehrende Spannung u(t) muss gehalten werden.

  • Wiederzündungen bis 5 ms bzw. Rückzündungen nach 5 ms sind erlaubt, wenn der Schalter im nächsten Stromnulldurchgang löscht.

• Druckaufbau durch die thermische Expansion im Lichtbogen und den Abbrand der Düse

• bei niedrigen Strömen zusätzliches Puffervolumen notwendig

• Dimensionierung des Hauptleistungsschalters kleiner als Hauptstromzweig, da dauerhafte Stromführung nicht durchgeführt wird

Für die Anwendung in der Energietechnik zurzeit geeignet und gebräuchlich (Kühlung mit LN2 - flüssigem N2):

• Bi2212 / BSCCO-2212 (Bi2Sr2CaCu2O8), Bismut-Strontium-Calcium-Kupferoxid, Tc = 84 K

• Bi2223 / BSCCO-2223 (Bi2Sr2Ca2Cu3O10), Bismut-Strontium-Calcium-Kupferoxid, Tc = 110 K

• YBCO-123 (YBa2Cu3O7-x), Yttrium-Barium-Kupferoxid, Tc = 92 K

• ReBCO, Rare-earth Barium Copper Oxide (Y durch anderes Seltenerdelement ersetzt)

  -> alles keramische Werkstoffe, die normalerweise nicht leitfähig sind

  -> schwierige Herstellung

Für die Anwendung in der Energietechnik möglicherweise in Zukunft geeignet:

• MgB2, Magnesiumdiborid, Tc = 39 K – Kühlung mit flüssigem He

  -> Vorteil: leichtere Herstellung

-> bei höheren Temperaturen: äußere magnetische Felder bringen Schwingungen im Gitter hervor, die den supraleitenden Effekt überlagern

Supraleitender Zustand bricht zusammen, wenn

• Cooper-Paare durch thermische Energie getrennt werden -> kritische Temperatur TC

• Magnetfeld zu groß ist -> kritisches äußeres Magnetfeld HC bzw. magnetische Induktion/Flussdichte BC

• kritische Stromdichte jC -> Strom erzeugt Eigenfeld

• Quench = plötzlicher Übergang in den normalleitenden Zustand, wenn eine der kritischen Größen überschritten wird

• Energiekabel und Stromschienen

  • effizienter, leistungsfähiger und / oder kompakter

• Strombegrenzer

  • Begrenzung des Kurzschlussstroms im Netz

• Generator bzw. Motor

  • effizienter, leistungsfähiger und / oder kompakter

• Transformator

  • effizienter, zusätzliche Strombegrenzung möglich

• Sehr hohe Leistungen auch bei niedrigeren Spannungen übertragbar

  • Deutlich größere Leistung bei gleicher Spannungsebene

  • Gleiche Leistung bei deutlich geringerer Spannungsebene

• Kleinere Querschnitte bzw. weniger Kabel notwendig, geringere Trassenbreite

• Keine Wärmeentwicklung, keine Bodenerwärmung, keine Bodenaustrocknung

• Keine äußeren Magnetfelder

• Fast keine Verlustleistung des Kabels

• Notwendige Kühlleistung bei ausreichender Auslastung geringer als Verlustleistung konventioneller Kabelstrecken

• Schutz vor erhöhten Kurzschlussströmen aufgrund steigender Anzahl an Erzeugern

• Konventionelle Maßnahmen:

  • Netzausbau, Aufspaltung in Teilnetze, Sammelschienentrennung

  • Schalter für höhere Kurzschlussausschaltströme (max. 80 kA)

  • Einsatz von Drosseln (Spulen) zur Strombegrenzung

  • Pyroelektrische Strombegrenzer (Is-Begrenzer) -> nur für Mittelspannung!

• Ausnutzung des Quench bei hohem B

  • Induktiver supraleitender Strombegrenzer

• Ausnutzung des Quench bei hohem j

  • Resistiver supraleitender Strombegrenzer

• Normalbetrieb: Abschirmung des Magnetfeldes und des Eisenkerns durch den Supraleiter -> geringe Induktivität

• Begrenzerbetrieb/Kurzschlussfall: Supraleiter normalleitend, Magnetfeld koppelt mit Eisenkern -> hohe Induktivität (Faktor 4)

Allgemeine Vorteile:

• Strombegrenzung ist Materialeigenschaft

• eigensicher, kein Triggersignal notwendig

• schnelle Begrenzung schon im ersten Stromanstieg

• keine Überspannungen

• selbstregenerierend

• sehr geringe Impedanz im Normalbetrieb

Vorteile induktiver SSB (gegenüber resistiven SSB):

• keine Stromzuführung in den flüssigen Stickstoff -> geringere Kühlverluste

• keine Rückkühlung notwendig, da keine Erwärmung des Supraleiters

• notwendige Kühlleistung geringer

Vorteile resistiver SSB (gegenüber induktiven SSB):

• im Normalbetrieb deutlich kleinerer Widerstand/Induktivität

• kein Eisenkern -> deutlich kompakter und leichter

• einfachere „Einstellung“ des begrenzten Kurzschlussstroms

• effizienter, leistungsfähiger und / oder kompakter

• effizienter, zusätzliche Strombegrenzung möglich

• Die genormten Blitz- und Schaltstoßspannungen werden üblicherweise in kapazitiven Stoßkreisen durch Aufladung einer Belastungskapazität Cb aus einem kapazitiven Energiespeicher CS (Stoßkapazität) erzeugt. Dabei zählen zur gesamten Belastungskapazität die Kapazität des Prüflings, die Kapazität des Stoßspannungsteilers und ggf. eine zusätzliche Belastungskapazität.

• Aus der auf U0 geladenen Stoßkapazität CS wird nach Zünden der Funkenstrecke F (die Funkenstrecke wirkt wie ein Schalter) die Belastungskapazität Cb über den Dämpfungswiderstand Rd geladen. Dabei ergibt sich ein exponentieller Spannungsanstieg, dessen Zeitkonstante τ2 im Wesentlichen durch Rd und die Serienschaltung von Cb und CS bestimmt wird. Gleichzeitig erfolgt eine langsamere exponentielle Entladung der Kapazitäten Cb und CS über den Entladewiderstand Re mit der Zeitkonstanten τ1. Cb und CS sind dabei durch die Funkenstrecke parallel geschaltet.

• Durch Lösung der das Netzwerk beschreibenden Differenzialgleichung ergibt sich für die Spannung ein doppelt exponentieller Verlauf:

• Die Spannung eines einstufigen Stoßkreises ist durch die Funkenstrecke und die Belastbarkeit der Bauelemente meist auf ca. 100 bis 300 kV begrenzt. Für höhere Stoßspannungen werden mehrstufige Kaskadenschaltungen, sogenannte Stoßspannungsgeneratoren (kurz: Stoßgenerator) oder Marx-Generatoren, eingesetzt. Durch parallele Aufladung der Stoßkapazitäten Cs’ der einzelnen Stufen und serielle Entladung erfolgt kurzzeitig eine Vervielfachung der Spannung.

Der im stark inhomogenen Feld zu beobachtende Unterschied zwischen Koronaeinsetzspannung und Durchschlagspannung wirkt sich bei positiver und bei negativer Spitze unterschiedlich aus: D. h. bei negativer Spitze ist der Entladungseinsatz begünstigt, der Durchschlag findet aber erst bei vergleichsweise hohen Spannungen statt. Bei positiver Spitze ist der Einsatz von Entladungen erschwert, der Durchschlag findet aber bei relativ niedrigen Spannungen statt (Polaritätseffekt). Die Ursache für dieses scheinbar widersprüchliche Verhalten ist die Ausbildung positiver Raumladungen vor der Spitze.

• Die Greinacher-Verdopplungsschaltung löst das Problem der nicht zu glättenden Spannung der Villard-Schaltung, indem ein Glättungskondensator C2 über einen weiteren Hochspannungsgleichrichter V2 angeschlossen wird. Über dem Hochspannungsgleichrichter V1 liegt die pulsierende Gleichspannung der Villard-Schaltung mit dem maximalen Scheitelwert ûV1 = 2·ûT an. Auf diesen Wert wird im Leerlauf auch der Glättungskondensator C2 aufgeladen, sodass im Leerlauf gilt:

  • Scheitelwert der Gleichspannung: û = 2·ûT

  • Arithmetischer Mittelwert der Gleichspannung: U = 2·ûT

  • Maximale Sperrspannung der Hochspannungsgleichrichter: ûV1 = ûV2 = 2·ûT

• Aufbauend auf der Greinacher-Verdopplungsschaltung lässt die Greinacher-Kaskadenschaltung Gleichspannungen bis zu mehreren MV bei Strombelastbarkeiten bis zu einigen 100 mA zu.

• Der untere, grün gestrichelte Bereich stellt die bekannte Greinacher-Verdopplungsschaltung dar. Die pulsierende Spannung über dem Hochspannungsgleichrichter V2 wird dazu genutzt, mit dem Hochspannungsgleichrichter V3 und einem weiteren Schubkondensator C1 das Potential am Punkt c' um einen Betrag von 2·ûT gegenüber dem Punkt b' zu erhöhen.

• Der pulsierende Anteil der Gleichspannung an Punkt c' wird mit dem Hochspannungsgleichrichter V4 und zwischen den Punkten b und c angeordneten Glättungskondensator C2 geglättet. Dieser Kondensator ist somit auf eine reine Gleichspannung der Höhe 2·ûT aufgeladen. Da über dem Hochspannungsgleichrichter V4 wiederum eine pulsierende Spannung liegt, lässt sich dieser Prozess fast beliebig fortsetzen.

• Die Potentiale der Punkte a, b, c und d der rechten Kondensatorsäule – der sogenannten Glättungssäule – sind im Leerlauf zeitlich konstant und liefern am Punkt d eine reine Gleichspannung der Höhe 6·ûT. Die Potentiale der Punkte a', b', c' und d' pulsieren dagegen mit einem Hub von ûT am untersten Punkt und 2·ûT an den übrigen Punkten. Die linke Säule wird Schubsäule genannt. Die Kondensatoren C1 und C2 werden in der Regel gleich groß gewählt. Nur der Kondensator C0, der auf die Hälfte der Spannung der übrigen Schubkondensatoren aufgeladen ist, wird mit der doppelten Kapazität ausgelegt, sodass in sämtlichen Kondensatoren der Schaltung die gleichen Ladungsmengen gespeichert

  sind (Q = C·U).

• Wird die Kaskadenschaltung belastet, treten Spannungsfälle nicht nur durch die Durchlassspannung und den Durchlasswiderstand der Gleichrichterelemente, sondern auch durch Umladevorgänge zwischen der Glättungs- und der Schubsäule auf. Abbildung 1.2.5b zeigt den grundsätzlichen Verlauf der Gleichspannung. Die ideale Gleichspannung n·2·ûT vermindert sich um einen Spannungsfall ∆U. Die Überlagerungsspannung mit der Welligkeit δU weist einen von dem der Verdopplungsschaltung abweichenden Verlauf auf, da sich die Glättungssäule außer über den äußeren Belastungswiderstand zusätzlich noch in die Schubsäule entlädt.

• Inelastische Stöße (erst dann, wenn Energie ausreichend für Anregung oder Ionisation) der Elektronen mit den Gasmolekülen führen zur Anregung oder Ionisation.

• Elastische Stöße (kaum Energieabgabe, nur Richtungsänderung) der Elektronen mit den Gasmolekülen führen nur zu einer Richtungsänderung.

• Paschengesetz: Die Durchschlagspannung einer homogenen Elektrodenanordnung ist nur eine Funktion des Produkts aus Druck p und Schlagweite s.

• Paschenkurve: Experimentell ermittelte oder näherungsweise berechnete Funktion des Paschengesetzes

1. Gasstrecke zunächst durch Streamer überbrückt

2. Funkenentladung

   • intensive Stoß- und Photoionisation im Gasraum

   • Abnahme des Funkenwiderstands

   • Temperaturerhöhung im Funken und erster Einsatz von Thermoionisation

   • Zusammenbruch der Quellenspannung -> Funke verlöscht wieder!

   • stationäre Quellenspannung -> Übergang in Lichtbogen!

3. Lichtbogenentladung

   • hohe Stromdichte

   • sehr hohe Temperatur, typischerweise 4000 K bis 10000 K

   • Thermoionisation in der Entladung

   • Feld- und Glühemission an der Kathode

   • fallende U/I-Kennlinie

   • Spannungsabfall proportional zur Lichtbogenlänge

   • sehr geringer Spannungsabfall über der Entladung (typisch 10 bis 100 V)

• Einfache bzw. kostengünstige Transformation zwischen Spannungsebenen

• Relativ kostengünstige mechanische Leistungsschalter realisierbar

• Bei kurzen Übertragungsstrecken geringere Verluste

• Keine Leistungselektronik notwendig

• Die kapazitiven Blindströme sind bei HDÜ zu groß

• Die Ladeströme sind bei Wechselspannung schon im Leerlauf in der Größenordnung des Nennstroms des Kabels

• geringerer Glättungs- und Filteraufwand

• kompaktere und kostengünstigere Konverterstationen

• Schwarzstart-Fähigkeit

• Leistungsumkehr durch Stromrichtungsumkehr

Zwischen 4 und 8 % liegen die Gesamtverluste

• Vakuumschalter

• SF6-Druckgasschalter

• Elektronegativität

• hohe Spannungsfestigkeit

• hohes Energieaufnahmevermögen

• schnelle Wiederverfestigung

• keine Bildung von Kohlenstoff

• Die elektrische Festigkeit der Vakuumstrecke nimmt mit dem Abstand ab

• Die elektrische Mikrofeldstärke an den Kontakten im Vakuum ist vom Abstand relativ unabhängig

• Man erzeugt einen „künstlichen“ Stromnulldurchgang

• Man schaltet den Gleichstrom mit einem Halbleiterschalter ab

Nein

• Die Ansprechspannung hängt sehr stark von der Steilheit der Überspannung ab

• Das Hochspannungsnetz muss abgeschaltet werden, wenn Schutzfunkenstrecken durchschlagen

• Der schnelle Spannungszusammenbruch kann zur Zerstörung von Betriebsmitteln führen

• Durch Wanderwellenvorgänge kann die Überspannung am Betriebsmittel deutlich größer sein

• Der Schutzbereich des Ableiters ist zu beachten

• Induktive Spannungsabfälle an Verbindungsleitungen führen zu einer zusätzlichen Überspannung

• Der abzuleitende Blitzstrom kann größer sein als der Nenn-Ableitstrom

• Es treten mehr ableiternahe Blitzeinschläge auf

• In Mittelspannungsnetzen sind Ableiter direkt an der Freileitung angebracht

• Der Erdseilschutz in Hochspannungsnetzen ist besser als bei Mittelspannungsnetzen

• Zum Längenausgleich

• Als Wärmesenken

Damit im Außenraum ein Lichtbogen entsteht

• Analyse der Betriebs- und Überspannungen

• Verhalten von Überspannungsableitern

Nein, eine gewisse statistische Fehlerrate wird zugelassen

• Um die unterschiedlichen Bedingungen bei Prüfung und Betrieb zu berücksichtigen

• Um Qualitätsschwankungen bei Produktion und Installation zu berücksichtigen

• Um die Alterung der Betriebsmittel zu berücksichtigen

Eine sinnvolle Kombination von Bemessungsspannungen

• Bereich I (Um <= 245 kV):

  • Bemessungs-Blitstoßspannung

  • Bemessungs-Kurzzeit-Wechselspannung

• Bereich II (Um >245 kV):

  • Bemessungs-Blitstoßspannung

  • Bemessungs-Schaltstoßspannung

Da die Betriebssicherheit von hochspannungstechnischen Betriebsmitteln durch Hochspannungsprüfungen nachgewiesen werden muss, müssen dafür die erforderlichen Prüfungen und Prüfspannungspegel mittels Isolationskoordination festgelegt werden. Dazu gehören:

• Analyse von Betriebs- und Überspannungen

• Auswahl der dielektrischen Festigkeit von Betriebsmitteln

• Festlegung von Schutzpegeln

• Durch die Analyse der realen Betriebs- und Überspannungen im Netz (Art und Dauer):

  • betriebsfrequent: Dauerspannung, zeitweilige Überspannung

  • transient: langsam, schnell, sehr schnell

  • kombiniert

• Außerdem muss auch das Verhalten der Überspannungsableiter mitberücksichtigt werden

  • Begrenzung, aber nicht Beseitigung der Überspannung

  • Einfluss auf Höhe der repräsentativen Spannungen

Festlegung der elektrischen Festigkeit der Isolierung, sodass sich gerade die im Netz noch akzeptablen Fehlerraten ergeben

• technisch-wirtschaftliche Optimierung

• sind niedrigste Stehspannungswerte, bei denen das Isoliervermögen gerade noch gegeben ist

• repräsentative Spannungen Urp über Koordinationsfaktoren in Koordinationsstehspannungen Ucw umgerechnet

Koordinationsstehspannungen werden mit Sicherheitsfaktor (atmosphärische Unterschiede, Produktqualität, Installationsqualität, Alterungseinflüsse) beaufschlagt, sodass sich daraus die erforderlichen Stehspannungen ergeben

• aus erforderlichen Stehspannungswerten Urw werden die genormten Prüfspannungswerte ermittelt und mithilfe von Prüfumrechnungsfaktoren die einzelnen Bemessungsspannungen Uw ausgewählt, sodass alle erforderlichen Stehspannungen abgedeckt sind