Elektroenergieübertragungseinrichtung mit einem Phasenleiter und einem Mantelleiter

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektroenergieübertra¬ gungseinrichtung mit einem Phasenleiter und einem Mantellei¬ ter, wobei der Phasenleiter der Übertragung eines elektri¬ schen Energieflusses dient.

Eine derartige Elektroenergieübertragungseinrichtung ist bei¬ spielsweise aus der Patentschrift US 5,530,200 bekannt. Die dortige Elektroenergieübertragungseinrichtung ist als gasiso¬ lierte elektrische Leitung ausgeführt. Der Phasenleiter ist von einem Mantelleiter umgeben, welcher gasdicht ausgeführt ist. Das Innere des Mantelleiters ist mit einem unter erhöh¬ tem Druck stehenden Isoliergas befüllt. Aufgrund ihrer kon¬ struktiven Ausgestaltung weisen derartige gasisolierte elekt¬ rische Leitungen eine geringe Impedanz auf. Innerhalb eines vermaschten Netzwerkes von Elektroenergieübertragungsleitun¬ gen wird mittels der Leitungsimpedanzen ein Lastfluss bzw. eine bestimmte Verteilung von Energieströmen gesteuert. Gas¬ isolierte elektrische Leitungen können bei einer Integration in ein bestehendes Netzwerk von Elektroenergieübertragungs- leitungen aufgrund ihrer geringen Impedanz den Lastfluss in unerwünschter Weise beeinflussen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektroener¬ gieübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art so aus- zubilden, mit einfachen konstruktiven Mitteln eine Leitungs¬ impedanz zu verändern. Die Aufgabe wird bei einer Elektroenergieübertragungseinrich¬ tung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch ge¬ löst, dass der Mantelleiter in mehrere Abschnitte unterteilt ist und die Abschnitte mittels zumindest einer Baugruppe mit veränderbarer Impedanz verbunden sind.

Durch das Einbringen einer veränderbaren Impedanz in einen Mantelleiter, kann die Leistungsimpedanz der Gesamtanordnung beeinflusst werden. Da die Baugruppe mit veränderbarer Impe- danz in den Mantelleiter eingefügt ist, ist der zur Elektro¬ energieübertragung vorgesehene Phasenleiter frei von zusätz¬ lichen die Übertragungsimpedanz verschlechternden Baugruppen. Aufgrund von Induktionserscheinungen wird in dem Mantelleiter ein so genannter Rückstrom induziert. Dieser Rückstrom ent- spricht dem Betrag nach zwar dem in dem Phasenleiter fließen¬ den Phasenstrom, die Phasenlage ist jedoch um ca. 180° ver¬ setzt. Dadurch kompensieren sich die Magnetfelder, die von dem Phasenstrom und von dem Rückstrom ausgehen. Dies hat zur Folge, dass außerhalb des Mantelleiters nur ein sehr geringes durch die Elektroenergieübertragungseinrichtung verursachtes Magnetfeld existiert. Durch das Einbringen einer Baugruppe mit veränderbarer Impedanz entstehen Koppelinduktivitäten, wodurch sich die Betriebsinduktivität (Leitungsimpedanz) der Elektroenergieübertragungseinrichtung ändert. Es kann vorge- sehen sein, dass die Baugruppe mit veränderbarer Impedanz zum einen eine sehr geringe Impedanz aufweist, so dass im norma¬ len Betriebsfall kaum eine Beeinträchtigung der Elektroener¬ gieübertragungseinrichtung hinsichtlich ihrer Betriebsinduk¬ tivität entsteht. Die Baugruppe mit einer veränderbaren In- duktivität kann auch zur Erzeugung eines bestimmten Lastflus¬ ses in einem Netzwerk eingesetzt werden. Gezielt kann die Be¬ triebsinduktivität so eingestellt werden, so dass sich ein Laststrom auch auf andere Netzwerkzweige verteilt. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass zumindest einer, insbesondere jeder Abschnitt des Mantellei¬ ters unter Zwischenschaltung einer Baugruppe mit veränderba- rer Impedanz geerdet ist.

Erfolgt nunmehr zusätzlich zu der Verbindung einzelner Ab¬ schnitte des Mantelleiters über eine Baugruppe mit veränder¬ barer Impedanz eine Erdung einzelner Abschnitte des Man- telleiters über eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz, so kann die Betriebsimpedanz zusätzlich verändert werden.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass mehrere parallel angeordnete Abschnitte von Mantelleitern ü- ber zumindest eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz kreuzweise verbunden sind.

Ein kreuzweises Verbinden von mehreren Abschnitten von Man¬ telleitern ist auch unter dem Begriff „cross bonding" be- kannt. Durch das Auskreuzen wird der in der Rückleitung indu¬ zierte Rückstrom reduziert, da die in den parallelen Man¬ telleitern induzierten Rückströme unterschiedliche Phasenla¬ gen aufweisen. Aufgrund der Reduzierung des induzierten Rück¬ stromes wird die Betriebsinduktivität erhöht.

Weiterhin kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe bei einer Elektroenergieübertragungseinrichtung der eingangs genannten Art auch dadurch gelöst werden, dass der Mantellei¬ ter über eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz geerdet ist.

Durch den Einsatz einer Baugruppe mit veränderbarer Impedanz in einem Erdungspfad des Mantelleiters kann zum einen eine niederohmige Erdung und zum anderen eine hochohmige Erdung erreicht werden. Dadurch ist es möglich, dass Streuströme o- der Fehlerströme unter leichten oder erschwerten Bedingungen in das Erdreich abfließen können. Durch eine gezielte Steue- rung des Abflusses von Strömen über die Erdungspunkte ist ei¬ ne Veränderung der Betriebsinduktivität der Elektroenergie¬ übertragungseinrichtung erzielt.

Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass der Man- telleiter jeweils an einer Eingangsseite und an einer Aus¬ gangsseite der Energieübertragungseinrichtung über Baugruppen mit veränderbaren Impedanzen geerdet ist.

Ist der Mantelleiter an beiden Enden, das heißt bezüglich des Energieflusses in der Elektroenergieübertragungseinrichtung sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig jeweils über Baugruppen mit veränderlichen Impedanzen geerdet, so kann die Beeinflussung der Betriebsinduktivität mit einer feinen Ab¬ stufung erfolgen. Das Abfließen von Strömen über die Erdungs- punkte kann so an bestimmten Stellen gefördert und an anderen Stellen behindert werden. Dadurch sind gegen das Erdpotential abfließende Ströme gezwungen, bestimmte Wege längs des Man¬ telleiters zu nehmen, so dass daraus folgend die Betriebsin¬ duktivität der Elektroenergieübertragungseinrichtung mehr o- der weniger stark verändert wird.

Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass die Baugruppe mit veränderbarer Impedanz zumindest teilweise aus einem ohmschen Widerstand und/oder aus einer Reaktanz ge- bildet ist.

Als Reaktanzen kommen beispielsweise Kondensatoren oder Spu¬ len zum Einsatz. Durch die Verwendung einer Reaktanz ist es möglich, den Kurzschlussstrom nach Phasenlage und Betrag zu beeinflussen. Durch die Verwendung rein ohmscher Widerstände besteht die Möglichkeit, den Betrag des Kurzschlussstromes zu beeinflussen. Durch eine geeignete Zusammenschaltung ver- schiedener Widerstände, Kondensatoren bzw. Spulen, sind so verschiedene Beeinflussungen der Impedanz ermöglicht. So kann die Impedanz beispielsweise bei dem auftreten eines Kurz¬ schlusses gezielt erhöht werden, so dass dieser begrenzt wird.

Weiterhin kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Baugrup¬ pe mit veränderbarer Impedanz zumindest teilweise aus einem elektronischen Bauelement gebildet ist.

Mittels elektronischer Bauelemente ist es beispielsweise mög¬ lich, die veränderliche Impedanz leicht zu regeln. So können beispielsweise tyristorgesteuerte Widerstände Verwendung fin¬ den. Darüber hinaus sind auch weitere Baugruppen einsetzbar, wie beispielsweise Umrichter. Elektronische Bauteile haben dabei den Vorteil, rasch auf sich verändernde Verhältnisse an der Elektroenergieübertragungseinrichtung bzw. im speisenden Netz oder bei einem Abnehmer anpassbar zu sein.

Vorteilhaft kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Baugrup- pe mit veränderbarer Impedanz zumindest teilweise aus einer Strom- und/oder Spannungsquelle gebildet ist.

Als Strom- oder Spannungsquellen sind beispielsweise aktive Quellen verwendbar. Durch aktive Quellen können gezielt zu- sätzliche Ströme in den Mantelleiter eingebracht werden. Durch dieses gezielte Einbringen von Strömen wird die Be¬ triebsimpedanz der Elektroenergieübertragungseinrichtung ver¬ ändert. Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung kann vorsehen, dass ein Mantelleiter einen Phasenleiter umgibt, insbesondere ko¬ axial umgibt.

Durch den Mantelleiter wird der Phasenleiter vor einer direk¬ ten äußeren Berührung geschützt. Weiterhin ist bei einer der¬ artigen Anordnung eine gute induktive Koppelung gewährleis¬ tet, so dass in dem Mantelleiter ein Rückstrom induziert wer- den kann, der das von dem Phasenstrom in dem Phasenleiter ausgehende Magnetfeld nahezu vollständig kompensiert.

Vorteilhafterweise kann dabei weiter vorgesehen sein, dass der Mantelleiter zumindest abschnittsweise ein druckfestes Rohr ist.

Ein druckfestes Rohr kann zum einen als elektrischer Leiter zur Führung des Rückstromes genutzt werden, zum anderen kann dieses Rohr dazu genutzt werden, der Gesamtanordnung Elektro- energieübertragungseinrichtung eine stabile Außenkontur zu verleihen.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbei¬ spiels in einer Zeichnung schematisch gezeigt und nachfolgend näher beschrieben.

Dabei zeigt die

Figur 1 eine gasisolierte Leitung im Schnitt, die

Figur 2 eine gasisolierte elektrische Leitung, deren Man¬ telleiter in mehrere Abschnitte unterteilt ist und die Figur 3 eine gasisolierte elektrische Leitung, deren Man¬ telleiter in mehrere Abschnitte unterteilt ist, wobei die Abschnitte untereinander, unter Zwi- schenschaltung von Baugruppen mit veränderbaren Impedanzen, kreuzweise verbunden sind.

Die Figur 1 zeigt eine gasisolierte Leitung, schematisiert in einem Schnitt. Die gasisolierte Leitung weist einen Phasen- leiter 1 sowie einen Mantelleiter 2 auf. Der Mantelleiter 2 umgibt den Phasenleiter 1. Eingangsseitig ist der Phasenlei¬ ter 1 mit einem speisenden Elektroenergienetz 3 verbunden. Ausgangsseitig ist der Phasenleiter 1 mit einem Abnehmer 4 verbunden. Über den Phasenleiter 1 ist ein Energiefluss aus dem Elektroenergienetz 3 zu dem Abnehmer 4 übertragbar. Der Mantelleiter 2 der gasisolierten elektrischen Leitung ist so¬ wohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig geerdet. Die Er¬ dung erfolgt jeweils über eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz 5a, 5b. Die Baugruppen können je nach Bedarf ohm- sehen, kapazitiven oder induktiven Charakter haben. Darüber hinaus können auch elektronische Bauelemente in den Baugrup¬ pen 5a, 5b enthalten sein. Durch eine Einstellung der Impe¬ danzen der Baugruppen mit veränderbarer Impedanz 5a, 5b ist ein stärkeres oder schwächeres Ableiten von in dem Mantellei- ter auftretenden Rückströmen ermöglicht. Diese Rückströme entstehen beispielsweise durch Induktionen.

In der Figur 2 ist eine weitere Anordnung einer Elektroener¬ gieübertragungseinrichtung dargestellt. Die Elektroenergie- Übertragungseinrichtung weist drei parallel zueinander lie¬ gende Gruppen auf, die jeweils aus einem Phasenleiter Ia, Ib, Ic sowie einem Mantelleiter 2a, 2b, 2c gebildet sind. Die in der Figur 2 gezeigte Anordnung dient der Übertragung von e- lektrischer Energie mittels eines drei Phasen- Wechselspannungssystems. Das drei Phasen- Wechselspannungssystem wird von einem Elektroenergieerzeu¬ gungsnetz 3 zur Verfügung gestellt und über die Phasenleiter Ia, Ib, Ic zu einem Abnehmer 4 übertragen.

Die Mantelleiter 2a, 2b, 2b sind jeweils in zwei Abschnitte 2a', 2a", 2b', 2b", 2c', 2c" unterteilt. Die einzelnen Ab¬ schnitte 2a', 2a", 2b', 2b", 2c', 2c" der Mantelleiter 2a, 2b, 2c sind jeweils unter Zwischenschaltung einer Baugruppe mit veränderbarer Impedanz 6a, 6b, 6c miteinander elektrisch leitend verbunden. Weiterhin sind die Abschnitte jeweils über eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz 6e, 6f, 6g, 6h, 6i, 6j geerdet. Die Baugruppen mit veränderbarer Impedanz 6a, 6b, 6c, 6e, 6f, 6g, 6h, 6i, 6j können jeweils als kapazitives, induktives, ohmsches Element oder auch als Baugruppe mit e- lektronischen Bauelementen ausgeführt sein. Eine derartige Baugruppe ist beispielsweise ein Umrichter oder eine elektro¬ nische Spannungs- und/oder Stromquelle. Bei der Verwendung von elektronischen Bauelementen für die Baugruppen mit verän¬ derbarer Impedanz ist eine rasche Regelung und Abstimmung der einzelnen Baugruppen je nach vorliegendem Betriebszustand möglich.

In der Figur 3 ist eine weitere Energieübertragungseinrich¬ tung dargestellt, die ebenfalls der Übertragung von Elektro¬ energie mittels eines drei Phasen-Wechselspannungssystems dient. Die Mantelleiter der einzelnen Phasen sind in mehrere Abschnitte unterteilt. Die einzelnen Abschnitte einzelner Phasen sind, unter Zwischenschaltung von Baugruppen mit ver¬ änderbaren Impedanzen, zyklisch untereinander getauscht. Die jeweils eingangs- bzw. ausgangsseitigen Abschnitte der Man¬ telleiter sind über Baugruppen mit veränderbarer Impedanz ge- erdet. Bei einer entsprechenden Regelung der Baugruppen mit veränderlicher Impedanz ist der in den Abschnitten der Man¬ telleiter fließende Rückstrom und damit die Impedanz der Ge¬ samtanordnung leicht variierbar.

Neben den in den Figuren 1, 2 und 3 gezeigten Anordnungen mit Baugruppen mit veränderbaren Impedanzen sind auch weitere Lö¬ sungen möglich. So ist es beispielsweise möglich, nur den Mantelleiter einer einzigen oder zweier Phasen aufzutrennen und eine Baugruppe mit veränderbarer Impedanz zwischenzu¬ schalten. Weiterhin sind die Anzahl der Erdungspunkte und die Orte der Erdungspunkte variierbar. Bei einem zyklischen Ver¬ tauschen einzelner Leitungsabschnitte kann auch vorgesehen sein, nur einzelne Abschnitte miteinander zu verbinden oder nur bestimmte Gruppen von Abschnitten untereinander zyklisch vertauscht zu verschalten.