DE1161607B - Protection zone for electrical high voltage overhead lines equipped with earth wire with operating voltages from 380 kV before their introduction into a switching station - Google Patents

Description

Schutzzone für mit Erdseil ausgerüstete elektrische Höchstspannungsfreileitungen mit Betriebsspannungen ab 380 kV vor deren Einführung in eine Schaltstation Zum Schutz elektrischer Anlagen gegen atmosphärische Beeinflussungen ist es bekannt, bei Freileitungen und in Freiluftstationen Erdseile anzuordnen. Die Schutzwirkung dieser Erdseile richtet sich danach, in welcher Höhe sie über der elektrischen Anlage angeordnet und in welcher Zahl sie vorhanden sind.Protection zone for electrical high voltage overhead lines equipped with earth wire with operating voltages from 380 kV before they are introduced into a switching station Zum It is known to protect electrical systems against atmospheric influences to arrange earth ropes on overhead lines and in outdoor stations. The protective effect these earth ropes depend on the height at which they are above the electrical system arranged and in what number they are available.

Zur Bestimmung des durch Erdseile geschützten Raumes sind verschiedene Theorien aufgestellt worden. Je nachdem, welcher Theorie gefolgt wird, ergibt sich eine bestimmte Mindesthöhe des oder der Erdseile über dem höchst angeordneten aktiven elektrischen Teil der Anlage. Die Höhe dieses höchsten aktiven elektrischen Teiles selbst wird nicht durch die vorgenannten Theorien bestimmt, sondern ergibt sich aus anderen elektrischen Gesichtspunkten.There are various ways of determining the area protected by earth ropes Theories have been put forward. Depending on which theory is followed, it arises a certain minimum height of the earth wire (s) above the highest active one electrical part of the system. The height of this highest active electrical part itself is not determined by the aforementioned theories, but results from other electrical points of view.

Es sind ferner Maßnahmen zur Beeinflussung des Erdübergangswiderstandes in elektrischen Anlagen bekanntgeworden, die bewirken, daß bei Blitzeinschlägen der Blitzstrom im wesentlichen auf die durchlaufenden Blitzauffangseile (Erdseile) und damit über viele Maste in kleinere Teilströme aufgeteilt zur Erde abgeleitet wird. Andererseits ist es auch bekanntgeworden, bei rückwärtigen überschlägen den oder die Phasenleiter festzulegen, zu dem oder denen ein rückwärtiger Überschlag erfolgen soll.There are also measures to influence the earth contact resistance became known in electrical systems that cause lightning strikes the lightning current is mainly due to the lightning arresting ropes running through it (earth ropes) and thus diverted to earth over many pylons in smaller partial currents will. On the other hand, it has also become known to roll over backwards or to determine the phase conductor to which or to which a rear flashover should take place.

Die Lösung nach der Erfindung dient dazu, rückwärtige überschläge zu vermeiden. Sie bezieht sich auf elektrische Höchstspannungsfreileitungen mit Betriebsspannungen höher als 380 kV. Diese hohen Spannungen bedingen aus elektrischen und auch aus wirtschaftlichen Gründen sehr große Masthöhen. Als besonders vorteilhaft für Spannungen von 380 kV und darüber erweist sich der sogenannte Donaumast in einer Höhe von etwa 50 m. Dieser Mast besteht aus einem Pfosten, an dessen Mastkopf in Tannenbaumform zwei Traversen angeordnet sind, die die Aufhängung von zwei Übertragungssystemen - jeweils ein. System rechts bzw. links vom Mastpfosten -gestattet. Der Donaumast hat z. B. gegenüber anderen Mastformen den Vorteil, daß er nur einen Mastpfosten enthält und somit die für die Freileitung benötigte Bodenfläche recht klein ist, insbesondere auch unter Berücksichtigung der Vorschrift, daß eine bestimmte Zone rechts und links des Pfostens frei von Bodenerhebungen (Wald, Gebäude) sein muß. Die Verwendung derartig hoher Masten hat jedoch den Nachteil, daß die Zahl der rückwärtigen Überschläge vom Erdseil oder vom Mast zu einem Leiterseil auf der Freileitungsstrecke, hervorgerufen durch einen Blitzeinschlag, gegenüber der bei Freileitungen mit nicht so hohen Masten bis zu etwa 30 m Masthöhe wesentlich größer ist und die angeschlossenen Stationen durch die rückwärtigen Überschläge stark gefährdet werden. Es kann jedoch auch aus betrieblichen Gründen, z. B. weil die Leiterseile in eine waagerechte Ebene überführt werden müssen oder aus den örtlichen Verhältnissen heraus ein Mastbild mit mehr als einem Pfosten notwendig sein.The solution according to the invention is used to reverse rollover to avoid. It relates to high-voltage electrical overhead lines Operating voltages higher than 380 kV. These high voltages result from electrical and also very high mast heights for economic reasons. As particularly beneficial for voltages of 380 kV and above, the so-called Danube mast turns out to be one Height of about 50 m. This mast consists of a post, at the mast head in In the shape of a fir tree, two trusses are arranged, which are used to suspend two transmission systems - one each. System to the right or left of the mast post -approved. The Danube mast has z. B. over other mast shapes the advantage that it has only one mast post contains and therefore the floor space required for the overhead line is quite small, especially taking into account the requirement that a certain zone to the right and left of the post must be free of elevations (forest, buildings). The use of such high masts, however, has the disadvantage that the number of rear Flashovers from the earth wire or from the mast to a conductor on the overhead line, caused by a lightning strike, compared to that of overhead lines with not such high masts up to about 30 m mast height is much larger and the connected Stations are seriously endangered by the rearward flashovers. However, it can also for operational reasons, e.g. B. because the conductors are in a horizontal plane must be transferred or a mast picture based on the local conditions may be necessary with more than one post.

Liegt eine über eine Höchstspannungsfreileitung gespeiste Station in einem Gebiet, das - z. B. durch Industrieabgase - starker Verschmutzung ausgesetzt ist, so ist es unerwünscht, die zum Schutz gegen Überschläge bisher vorgesehenen überspannungsableiter in der Station anzuordnen, da die für die Überspannungsableiter vorgesehenen Isolatoren stark verschmutzen und somit eine Isolationsminderung erfahren. Ordnet man bei Verwendung von 50-m-Masten für die Höchstspannungsfreileitungen den überspannungsableiter außerhalb der eigentlichen Station in .einem Gebiet an, das nicht so stark der Verschmutzung ausgesetzt ist, so ist dann der Überspannungsableiter nicht in der Lage, die in der Station wirksam werdenden Überspannungen auf ein ungefährliches Maß abzubauen. Dies gilt insbesondere für solche Anlagen, bei denen der Anschluß der Station an die Freileitung über Kabel hergestellt wird.There is a station fed by an extra high voltage overhead line in an area that - e.g. B. from industrial fumes - exposed to heavy pollution is, it is undesirable to use the protection against flashovers provided so far Arrange surge arresters in the station, as those for the surge arresters The insulators provided are heavily soiled and thus experience a reduction in insulation. If 50 m masts are used for the extra-high voltage overhead lines, the surge arresters outside the actual station in an area that is not exposed to so much pollution, then the surge arrester is unable to reduce the overvoltages taking effect in the station to a safe level Reduce measure. This applies in particular to systems in which the connection from the station to the overhead line via cables.

Die neue Schutzzone für mit Erdseil ausgerüstete elektrische Höchstspannungsfreileitungen mit Betriebsspannungen ab 380 kV vor deren Einführung in eine Schaltstation beseitigt die vorerwähnten Nachteile. Die Schutzzone ist erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß für die Freileitungseinführung in die Station auf einer Länge von mindestens 300 m Trag- und Abspannmaste mit einer Höhe kleiner als 30 m vorgesehen sind. Hierdurch wird erreicht, daß im Bereich der Freileitungseinführung die elektrische Laufzeit zwischen Mastkopf und Mastfuß klein ist und ein rückwärtiger Überschlag, hervorgerufen durch eine Spannungserhöhung am Mastkopf infolge eines Blitzeinschlags, verhindert ist. Dabei kann die Schutzzone bei Anwendung von Masten mit verschiedenartigsten Mastbildern verwendet werden.The new protection zone for electrical high-voltage overhead lines equipped with earth wire with operating voltages from 380 kV before they are introduced into a switching station the aforementioned disadvantages. According to the invention, the protection zone is characterized by that for the overhead line entry into the station over a length of at least 300 m support and guy masts with a height of less than 30 m are provided. Through this it is achieved that in the area of the overhead line entry electrical The transit time between the mast head and the mast foot is short and there is a backward rollover, caused by an increase in voltage at the mast head as a result of a lightning strike, is prevented. The protection zone when using masts with a wide variety of Mast images can be used.

Zur näheren Erläuterung wird auf die Zeichnung verwiesen, es zeigt F i g. 1 ein Diagramm des Verlaufs der Spannung an der Isolatorenkette der Tragmaste bei verschiedenen Masthöhen und dem Erdübergangswiderstand als Parameter, F i g. 2 schematisch die Anordnung der Maste im Bereich der Schutzzone einer Freileitungseinführung. In der F i g. 1 ist auf der Waagerechten die Zeit t und auf der Senkrechten die Spannung U an der Isolatorenkette bei Blitzeinschlag in dem Mast von verschiedenen insbesondere verschieden hohen Tragmasten aufgetragen, und zwar zeigt die Kurve A 1 den Verlauf der Spannung U an einem 50-m-Donaumast in einer Ausführung als Abspannmast, bei einem Erdübergangswiderstand von 5 S2, die Kurve A2 den Verlauf der Spannung U bei dem gleichen Mast, jedoch bei einem Erdübergangswiderstand von 2 9. Die Kurven Bi und B2 zeigen der Verlauf der Spannung U bei einem 50-m-Donaumast in einer Ausführung als Tragmast ebenfalls bei Erdübergangswiderständen von 5 bzw. 2 S2, die Kurven C und D den Verlauf der Spannung U an der Isolatorenkette bei Verwendung eines 30-m-Portahnastes und bei einem Erdübergangswiderstand von 2 9, wobei die Kurve C einem Abspannportal und die Kurve D einem Tragportal zugeordnet ist. Wie aus den dargestellten Kurven zu ersehen ist, hängt der Verlauf der Spannung U bei den üblichen Erdübergangswiderständen nur unwesentlich von deren Größe ab. Dagegen erweist sich als wesentliches Kriterium für die Größe der Spannung U die Höhe des Mastes. So ist die höchste Spannung beim Abspannmast in seiner Ausführung als Donaumast (50 m) und einem Erdübergangswiderstand von 2 52 gegenüber der höchsten Spannung beim Abspannportal mit etwa 30 m Höhe und einem Erdübergangswiderstand von 2 Q etwa dreimal so groß. Das Diagramm läßt auch erkennen, daß die höchsten Spannungen bei Abspannmasten im allgemeinen höher liegen als bei Tragmasten.For a more detailed explanation, reference is made to the drawing; FIG. 1 shows a diagram of the course of the voltage on the insulator chain of the support masts at different mast heights and the earth contact resistance as a parameter, FIG. 2 schematically the arrangement of the masts in the area of the protection zone of an overhead line entry. In FIG. 1, the time t is plotted on the horizontal and the voltage U on the insulator chain in the event of a lightning strike in the mast of various, in particular different heights, support masts on the vertical, namely the curve A 1 shows the course of the voltage U on a 50 m Danube mast In a version as a guy mast, with an earth contact resistance of 5 S2, curve A2 shows the course of the voltage U for the same mast, but with an earth contact resistance of 2 9. The curves Bi and B2 show the course of the voltage U at a 50 m -Donaumast in a design as a support mast also with earth contact resistances of 5 or 2 S2, curves C and D show the course of the voltage U on the insulator chain when using a 30 m gate branch and with an earth contact resistance of 2 9, where curve C a guy portal and the curve D is assigned to a support portal. As can be seen from the curves shown, the course of the voltage U with the usual earth contact resistances depends only insignificantly on their size. In contrast, the height of the mast turns out to be an essential criterion for the size of the voltage U. The highest voltage on the guy mast in its design as a Danube mast (50 m) and an earth contact resistance of 2 52 is about three times as high as the highest voltage on the guy portal with a height of about 30 m and an earth contact resistance of 2 Q. The diagram also shows that the highest stresses on guy masts are generally higher than on support masts.

In F i g. 2 ist die Schutzzone dargestellt. Der letzte Mast des Normalfeldes, ein Donaumast mit einer Höhe von etwa 50 m, ist mit 1 bezeichnet. Die Maste 2 und 3 sind Tragportalmaste mit einer Höhe von etwa 28,5 m und für den Mast 4 ist ein Abspannportalmast mit einer Höhe von etwa 21,2 m vorgesehen. Über die Mastköpfe ist das Erdseil 5 geführt. Das Erdseil ist bei 6 über eine Portalkonstruktion, die ihrerseits zur Halterung von Kabeleinführungen dient, an Erdpotential gelegt. Das Freileitungsseil 7, das an dem Donaumast über eine Tragkette 8 befestigt ist, wird an den Tragportalmasten und am Abspannportalinast durch Abspannketten 9 gehalten. Vom Abspannportalmast 4 besteht vom Freileitungsseil7 zum Kabel 10 eine elektrische Verbindung. Das Kabel 10 führt zum Blocktransformator 11 der nicht näher dargestellten Schaltstation. Die Entfernung zwischen dem Donaumast 1 und dem Tragportalmast 2 und dem Tragportalmast 3 ist jeweils mit 250 m gewählt. Aus mechanischen Gründen wurde die Entfernung zwischen dem Tragportalmast 3 und dem Abspannportalmast 4 verringert und auf 200 m festgelegt. Der elektrische Erdübergang für die Tragportahnaste wurde so ausgeführt, daß ein Erdübergangswiderstand von etwa 2 S2 vorliegt. Demgegenüber wurde der Erdübergang bei den Normalmasten (Donaumasten) auf etwa 5 Q ausgelegt. Wenn im beschriebenen Ausführungsbeispiel die Schutzzone sich auf 700 m erstreckt, so dient dies der erhöhten Sicherheit. Genügen würde, wie die Untersuchungen ergeben haben, eine Schutzzone von 300 m.In Fig. 2 shows the protection zone. The last mast of the normal field, a Danube mast with a height of about 50 m, is marked 1. The masts 2 and 3 are gantry masts with a height of about 28.5 m and a guy portal mast with a height of about 21.2 m is provided for the mast 4. The earth rope 5 is guided over the mast heads. The earth wire is connected to earth potential at 6 via a portal structure which in turn serves to hold cable entries. The overhead cable 7, which is fastened to the Danube mast via a support chain 8, is held on the support portal mast and on the anchoring portal branch by guy chains 9. There is an electrical connection from the overhead line 7 to the cable 10 from the guy portal mast 4. The cable 10 leads to the block transformer 11 of the switching station, not shown in detail. The distance between the Danube mast 1 and the support portal mast 2 and the support portal mast 3 is each selected to be 250 m. For mechanical reasons, the distance between the supporting portal mast 3 and the anchoring portal mast 4 was reduced and set at 200 m. The electrical earth connection for the porthole button was designed in such a way that there is an earth contact resistance of about 2 S2. In contrast, the earth crossing for the normal masts (Danube masts) was designed at around 5Ω. If the protection zone extends over 700 m in the exemplary embodiment described, this is used for increased security. As the investigations have shown, a protection zone of 300 m would be sufficient.

Die Wirkungsweise der Schutzzone ist folgende: Trifft im Bereich der Schutzzone ein Blitz das Erdseil oder die Maste, so ist durch Verwendung von Masten geringerer Höhe als 30 m die Laufzeit der elektrischen Welle vom Mastkopf bis Mastfuß so klein, daß an den Isolatorenketten keine zu hohen Spannungen auftreten und daher keine rückwärtigen Überschläge eintreten können. Demgegenüber würden bei der Verwendung von Masten mit Masthöhen von größer als 30 m, insbesondere bei Verwendung von Donaumasten mit einer Höhe von etwa 50 m, die elektrischen Laufzeiten wesentlich größer und dadurch, wie bereits im Diagramm nach F i g. 1 nachgewiesen, erheblich höhere Spannungen auftreten.The mode of action of the protection zone is as follows: Strikes in the area of the Protection zone a lightning the earth rope or the mast, so is through the use of masts lower than 30 m, the travel time of the electric wave from the top of the mast to the base of the mast so small that no excessive stresses occur on the insulator chains and therefore no backward flashovers can occur. In contrast, when using of masts with mast heights of more than 30 m, especially when using Danube masts with a height of about 50 m, the electrical run times are much greater and as a result, as already shown in the diagram according to FIG. 1 demonstrated significantly higher voltages appear.

Der Unterschied zwischen den beiden an den Tragketten bzw. an den Abspannketten auftretenden Spannungen bei einem Blitzeinschlag läßt sich dadurch erklären, daß man jedem Mast eine von seiner Länge in ihrer Größe abhängige Induktivität zuordnen kann. Die an den Isolatorenketten auftretende Spannung ist somit, abgesehen von der Konstanten, im wesentlichen abhängig von der Größe der Induktivität. Als besonders vorteilhaft bei der Ausführung einer Schutzzone erweist sich die Verwendung von Masten mit mindestens zwei Pfosten, da neben der durch die Länge des Mastpfostens gegebenen Laufzeit für die Größe der Spannung auch der Wellenwiderstand des Mastes von Bedeutung ist. Dieser Wellenwiderstand wird durch die Aufteilung in mehrere Pfosten geringer, was zur Folge hat, daß auch die an der Isolatorenkette auftretende Spannung bei Blitzeinschlag ebenfalls geringer ist.The difference between the two on the carrying chains and on the Tension chains occurring in the event of a lightning strike can thereby explain that each mast has an inductance that is dependent on its length and its size can assign. The voltage appearing on the insulator chains is thus disregarded on the constant, essentially dependent on the size of the inductance. as The use has proven to be particularly advantageous in the implementation of a protection zone of masts with at least two posts, as next to the length of the mast post given transit time for the size of the voltage also the wave resistance of the mast matters. This wave resistance is divided into several Post less, which has the consequence that also occurs on the isolator chain The voltage in the event of a lightning strike is also lower.

Claims (2)

Patentansprüche: 1. Schutzzone für mit Erdseil ausgerüstete elektrische Höchstspannungsfreileitungen mit Betriebsspannungen ab 380 kV vor deren Einführung in eine Schaltstation, d a d u r c h g e k e n n -z e i c h n e t, daß für die Freileitungseinführung in die Station auf einer Länge von mindestens 300 m Trag- und Abspannmaste mit einer Höhe kleiner als 30 m vorgesehen sind. Claims: 1. Protection zone for electrical equipment equipped with an earth wire Extra high voltage overhead lines with operating voltages from 380 kV before their introduction in a switching station, d u r c h e k e n n -z e i c h n e t that for the overhead line entry into the station over a length of at least 300 m support and guy masts with a Height less than 30 m are provided. 2. Schutzzone nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Mastformen vorgesehen sind, die mindestens zwei Pfosten aufweisen. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 749 315, 621873; Zeitschr. AEG-Mitteilungen 41, 1951, Nr. 1l/12, S. 295 bis 298.2. Protection zone according to claim 1, characterized in that mast shapes are provided which have at least two posts. Considered publications: German Patent Specifications No. 749 315, 621873; Magazine AEG-Mitteilungen 41, 1951, No. 1l / 12, pp. 295 to 298.