Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung


Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) ist ein Verfahren der elektrischen Energieübertragung mit hoher Gleichspannung von über 100 kV. Der in der Praxis gelegentlich verwendete englische Begriff lautet HVDC (englisch High Voltage Direct Current).

HGÜ-Leitungen in Europa (Verlauf nicht wirklichkeitsgetreu)
Rot: bestehende Leitungen
Grün: momentan im Bau befindliche Leitungen
Blau: geplante Leitungen

Inhaltsverzeichnis

Technischer Hintergrund

Konverterstation Kruseberg auf der schwedischen Seite der HGÜ Baltic Cable
Kostenvergleich von Wechselspannungssystemen (AC) mit HGÜ als Funktion der Leitungslänge

Elektrische Energie wird in Kraftwerken fast immer durch Synchron-Generatoren als Dreiphasenwechselstrom erzeugt. Die Frequenz beträgt in Westeuropa 50 Hz, in vielen Staaten Amerikas 60 Hz. Die Übertragung großer Leistung, ab etwa 1000 MW aufwärts, über Entfernungen von einigen 100 km über finanzierbare und technisch handhabbare Leitungsdurchmesser erzwingt sehr hohe elektrische Spannungen von über 400 kV, damit die Stromstärke unter rund 2,5 kA bleiben kann. Diese Spannungen lassen sich bei Wechselstrom im Kraftwerk mit sehr gutem Wirkungsgrad durch Leistungstransformatoren erzeugen. Am Ende der Freileitung wird diese Hochspannung in Umspannwerken auf niedrigere Wechselspannungen wie 110 kV oder Mittelspannungen im Bereich von 10 bis 30 kV herunter transformiert.

Bei der Wechselstromübertragung ist eine der Grundvoraussetzungen, dass die Kapazität zwischen den Leitungen und Erdpotential klein bleibt, was man mittels eines gewissen Abstands wie bei Freileitungen erreicht, um die Blindleistung gering zu halten. Bei sehr langen Freileitungen und auch schon bei Seekabeln mit nur einigen 10 km Länge ist diese Bedingung technisch nicht erfüllbar. In diesem Fall bringt die Übertragung mit Gleichstrom Vorteile, so dass der damit verbundene hohe technische Aufwand für hochspannungstaugliche, aufwendige Stromrichter, die in der so genannten Konverterhalle oder Stromrichterstation untergebracht sind, gerechtfertigt ist.

Der primäre Nachteil der Gleichstromübertragung im Bereich der Energietechnik besteht in der Schwierigkeit, Leistungsflüsse in vermaschten Verbundnetzen zu steuern. In vermaschten Wechselstromnetzen werden Lastflüsse in einzelnen Leitungen oder Abschnitten durch gezielte Phasenschiebungen und Blindleistungssteuerung durchgeführt. Diese wird beispielsweise im Bereich der Generatorregelung in den Kraftwerken und bei Leistungstransformatoren in Umspannwerken im Rahmen der Netzregelung durchgeführt. Diese Möglichkeit fehlt bei der Gleichstromübertragung, welche grundsätzlich nur Wirkleistung übertragen kann. Methoden und Techniken zur Realisation von vermaschten Gleichstromnetzen werden derzeit studiert (CIGRE WG B4.52 u.a.). Zur Leistungsflussregelung sind passive Komponenten und aktive DC-DC-Wandler geplant.[1] Bislang ist die HGÜ bis auf wenige Ausnahmen mit einfachen Abzweigungen nur auf direkte Verbindungen zwischen zwei Punkten beschränkt.

Geschichte

Mast der HGÜ zwischen Italien-Korsika-Sardinien. Auf den Leiterseilen sind Stockbridge-Schwingungstilger angebracht

Der erste Versuch einer Fernübertragung mit Gleichstrom fand 1882 von Miesbach nach München statt. Kleinere und eher der Mittelspannung zuzurechnende GÜ-Anlagen entstanden ab den 1890er Jahren besonders in Italien und der Schweiz, beispielsweise St-MauriceLausanne (22 kV, 3,7 MW, 60 km; 1897). Die erste HGÜ-Anlage war das Lyon–Moûtiers-System mit 150 kV bipolarer Spannung, 14,7 MW Übertragungsleistung und 200 km Länge. Die Anlage war von 1906 bis 1936 in Betrieb und funktionierte ohne Umrichtwerke. Die elektrische Energie wurde mittels in Reihe geschalteter Gleichstromgeneratoren direkt in einem Wasserkraftwerk bei Moutier erzeugt und von Gleichstrommaschinen in Lyon umgesetzt.[2]

Die erste deutsche HGÜ-Anlage war die ab 1941 begonnene aber nie in Betrieb gegangene bipolare Kabelübertragung des Elbe-Projekts zwischen dem Braunkohle-Kraftwerk Vockerode (bei Dessau) und Berlin (symmetrische Spannung von 200 kV gegen Erde, maximale Übertragungsleistung 60 MW). Diese Anlage wurde von der sowjetischen Besatzungsmacht abgebaut und 1950 zum Aufbau einer 100 Kilometer langen, monopolaren Hochspannungsgleichstromleitung mit einer Übertragungsleistung von 30 MW und einer Betriebsspannung von 200 kV zwischen Moskau und Kaschira genutzt. Diese Leitung ist inzwischen stillgelegt.

1954 wurde eine HGÜ-Anlage zwischen der schwedischen Insel Gotland und dem schwedischen Festland in Betrieb genommen. Die älteste noch bestehende HGÜ-Anlage ist die Kontiskan 1 zwischen Dänemark und Schweden. Wesentliche Arbeiten zur Verbesserung der HGÜ-Technik wurden in den 1960er-Jahren von Uno Lamm getätigt. Nach ihm ist die Auszeichnung Uno Lamm Award benannt, welche jährlich seit 1981 von der IEEE Power Engineering Society für wesentliche Arbeiten auf dem Gebiet der HGÜ-Technik vergeben wird.

1972 wurde im kanadischen Eel River die erste HGÜ-Anlage mit Thyristoren in Betrieb genommen und 1975 in England die HGÜ Kingsnorth zwischen dem Kraftwerk Kingsnorth und der Innenstadt von London mit Quecksilberdampfgleichrichtern. Am 15. März 1979 ging eine HGÜ-Verbindung zwischen Cabora Bassa und Johannesburg (1410 km) mit ±533 kV und 1920 MW in Betrieb. Diese Leitung wurde von AEG, BBC und Siemens gebaut. Das Fenno-Skan zwischen Schweden und Finnland wurde 1989 in Betrieb genommen.

In Deutschland entstand von 1991 bis 1993 die erste HGÜ-Anlage in Form der HGÜ-Kurzkupplung in Etzenricht. 1994 ging die 262 Kilometer lange Gleichstromleitung Baltic Cable zwischen Lübeck-Herrenwyk und Kruseberg in Schweden in Betrieb, der 1995 die 170 Kilometer lange vollständig verkabelte Kontek zwischen Bentwisch bei Rostock und Bjæverskov in Dänemark folgte.

Mit 580 Kilometern ist die Ende September 2008 eingeweihte NorNed genannte Verbindung zwischen Feda in Norwegen und Eemshaven in den Niederlanden derzeit (2008) längste Unterseeverbindung dieser Art. Die Betreiber sind Statnett und Tennet.[3] Die Anlage mit der derzeit höchsten Übertragungsspannung von ±800 kV und einer Übertragungsleistung von 5000 MW über 1.500 km ist die HGÜ Yunnan-Guangdong zwischen den chinesischen Provinzen Guangdong und Yunnan. Der kommerzielle Betrieb wurde im Juni 2010 aufgenommen. [4]

Zu den größten Herstellern von HGÜ-Anlagen zählen die Firmen Areva, Siemens und Asea Brown Boveri (ABB).

Anwendungen

Stromrichtertransformator. Links die langen Anschlüsse auf der Gleichspannungsseite. Sie reichen nach der Endmontage durch die Wand in die Konverterhalle zu den Thyristortürmen. Die Transformatoren samt Kühleinrichtung befinden sich im Außenbereich.

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung wird zur elektrischen Energieübertragung in verschiedenen und im folgenden dargestellten Anwendungsbereichen eingesetzt. In der Liste der HGÜ-Anlagen findet sich eine tabellarische Auflistung verschiedener realisierter Anlagen.

Gleichstromkurzkupplungen

Beträgt die Übertragungslänge des Gleichstroms nur wenige Meter und sind beide Stromrichter im gleichen bzw. unmittelbar benachbarten Gebäuden untergebracht, spricht man von einer HGÜ-Kurzkupplung (Gleichstromkurzkupplung, GKK, englisch Back to back converter). Diese Form, technisch ein Zwischenkreis, dient dem direkten elektrischen Energieaustausch zwischen Dreiphasenwechselstromnetzen welche zueinander nicht mit synchroner Netzfrequenz betrieben werden und unterschiedlichen Regelbereichen zugeordnet sind. Beispiele dafür sind die von 1993 bis 1995 in Deutschland betriebene GKK Etzenricht oder in Kanada die Châteauguay Gleichstromkurzkupplung der Hydro-Québec [5]. In Japan kann, bedingt durch zwei unterschiedliche Netzfrequenzen, zwischen den beiden Frequenzsystemen Leistung nur mittels HGÜ-Kurzkupplungen übertragen werden. Ein Beispiel dafür ist die Anlage in Shizuoka

Energieübertragung über weite Entfernungen

Die HGÜ-Technik dient der Energieübertragung mittels Gleichstrom über weite Entfernungen, dies sind Entfernungen von rund 750 km aufwärts, da die HGÜ ab bestimmten Entfernungen trotz der zusätzlichen Konverterverluste in Summe geringere Übertragungsverluste als die Übertragung mit Dreiphasenwechselstrom aufweist. Beispiele sind die unvollendete, bei Endausbau 2400 km lange, HGÜ Ekibastus-Zentrum in Sibirien, die 1700 km lange HGÜ Inga-Shaba in Kongo, oder die über 1000 km lange HGÜ Québec–New England zwischen Kanada und den USA. In Europa bestehen aufgrund der vergleichsweise engen räumlichen Verhältnisse keine nennenswerten HGÜ-Anlagen in diesem Anwendungsbereich.

Erd- und Seekabel

Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung dient der Energieübertragung über vergleichbare kurze Distanzen von einigen 10 km bis zu einigen 100 km, wenn das elektrische Übertragungskabel konstruktionsbedingt einen sehr hohen kapazitiven Belag aufweist. Dies ist typischerweise bei Seekabeln oder auch bei Erdkabeln der Fall, weshalb sich HGÜ-Systeme in Europa fast ausnahmslos in diesem Anwendungsbereich finden. Beispiele sind das Seekabel NorNed zwischen Norwegen und den Niederlanden oder das Seekabel Baltic Cable zwischen Schweden und Deutschland.

Sonderanwendungen

Daneben wird die Technik der HGÜ in kleinerem Umfange auch für spezielle Lösungen angewandt, wie:

Ausführung

Stromrichteranlagen

Innenraum einer Stromrichteranlage mit Hochspannungsgleichrichter. Während des Betriebs kann der Raum wegen der Gefahr von Gasentladungen nicht betreten werden.

An beiden Enden einer Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungsanlage befindet sich eine Stromrichterstation, auch Konverterstation genannt. Sie enthält neben den Steuerungsanlagen im Wesentlichen die Stromrichter, sowie meist im Außenbereich neben der Halle die Stromrichtertransformatoren sowie Glättungsdrosseln und Oberschwingungsfilter. Die verwendeten Stromrichter können im Regelfall in beide Richtungen sowohl als Gleich- oder Wechselrichter arbeiten und so die Richtung des Lastflusses festlegen. Es gibt auch spezielle HGÜs wie die Pacific DC Intertie an der Westküste der USA oder die HGÜ Inter-Island in Neuseeland, welche die elektrische Leistung im Normalbetrieb nur in einer Richtung übertragen.[6]

Der Innenraum einer HGÜ-Stromrichterhalle mit dem Wechselrichter ist im Regelfall wegen der elektromagnetischen Verträglichkeit komplett metallisch vom Außenbereich geschirmt und kann im Betrieb nicht betreten werden. Als Stromrichter werden in modernen Anlagen in Zwölfpulsschaltung geschaltete Thyristoren und seit neuestem auch IGBTs verwendet. In alten Anlagen kamen Quecksilberdampfgleichrichter mit sehr großer Bauweise zum Einsatz. Um die erforderlichen Sperrspannungen von über 500 kV zu gewährleisten, werden jeweils mehrere Dutzend Thyristoren/IGBT in Reihe geschaltet, da die Sperrspannung pro Thyristor/IGBT technologisch bedingt nur einige kV beträgt. Alle in Reihe geschalteten Thyristoren müssen fast gleichzeitig binnen einer Mikrosekunde durchschalten, um einen Schaden infolge ungleicher Spannungsaufteilung am Wechselrichter zu vermeiden.

Die Thyristoren oder IGBT werden wegen der starken elektromagnetischen Störungen im Innenraum der Halle nicht direkt elektrisch mittels Kupferkabeln, sondern mit Glasfaserlichtleitern angesteuert. Die Störungen sind Folge der hohen Änderungsrate der Spannung, gleichzeitig wird dabei eine Potentialtrennung zwischen Ansteuereinheit und den auf Hochspannungspotential befindlichen Thyristoren erreicht. Bei den heute nicht mehr im regulären Betrieb befindlichen Anlagen mit Quecksilberdampfgleichrichtern erfolgte die Übermittlung der Zündimpulse mittels Hochfrequenz.

Zur Abführung der Verlustleistung von den Thyristoren werden flüssige Kühlmittel wie reines Wasser verwendet, das in elektrisch isolierten Rohrsystemen durch die Konverterhalle zu den einzelnen Thyristoren gepumpt wird. Die Verlustwärme wird im Außenbereich der Halle in Form von Wärmetauschern an die Umgebungsluft abgegeben.

Die Glättungsspule am Gleichstromausgang dient dazu, die Restwelligkeit des Gleichstroms zu reduzieren. Sie kann als Luft- oder Eisendrossel ausgeführt sein. Ihre Induktivität beträgt ca. 0,1 H bis 1 H.

Mit den Transformatoren auf Wechselspannungsseite wird nicht nur die hohe Spannung erzeugt, sie unterdrücken daneben mit ihrer Induktivität und Schaltungsweise (Serienschaltung von Dreieck- und Sternschaltung) auch bereits zahlreiche überlagerte Oberschwingungen des angelieferten Stromes. Die Oberschwingungsfilter auf der Drehstromseite unterdrücken ihrerseits weitere unerwünschte Oberschwingungen. Bei Anlagen in Zwölfpulsschaltung müssen sie nur die 11., die 13., die 23. und die 25. Oberschwingung unterdrücken. Hierfür reichen auf die 12. und 24. Oberschwingung abgestimmte Saugkreise aus.

Außerdem dienen sie auch zur Erzeugung der für die Kommutierung nötigen Blindleistung. Prinzipiell kann eine HGÜ auch ohne Oberwellenfilter realisiert werden, was in der Station Wolgograd der HGÜ Wolgograd-Donbass auch realisiert wurde.

Leitungsanlagen und Erder

Blockschema einer monopolaren HGÜ
Blockschema einer bipolaren HGÜ

Die Übertragung kann sowohl monopolar als auch bipolar erfolgen.

  • Monopolar bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Gleichspannung mit einem bestimmten Nennwert wie z. B. +450 kV vorliegt, wobei ein Pol geerdet ist und daher ein Leiterseil, mit Erde als Rückleiter, ausreicht.
  • Bipolar bedeutet, dass im Gegensatz zur monopolaren HGÜ zwei Leiter eingesetzt werden müssen: Ein Leiter, der gegenüber dem Erdpotential eine positive Spannung aufweist, und ein Leiter, der gegenüber dem Erdpotential eine negative Spannung aufweist, beispielsweise ±450 kV. In diesem Fall beträgt die Gleichspannung zwischen den beiden Leitern die doppelte Spannung, wie zwischen einem Leiter und Erde, also in diesem Beispiel 900 kV.

Bei einer bipolaren Anlage dient die Erdung des Mittenpotentials dazu, Schäden an der Isolation wegen einer ungleichmäßigen Spannungsaufteilung zwischen den Leitern zu vermeiden, da die Isolation der beiden Leiter gegen Erdpotential erfolgt. Der Erder führt bei bipolaren Anlagen keinen Betriebsstrom, sondern nur einen kleinen Ausgleichstrom. Bei einer monopolaren HGÜ wird der Betriebsstrom der Anlage von einigen Kiloampere über den Erder geführt. Entsprechend großräumig, mit einer Ausdehnung von einigen Kilometern, muss die Erderanlage ausgeführt sein und gut leitfähig, beispielsweise in Küstennähe im Meer oder im Bereich von Flüssen, im Erdreich verankert sein. Wie bei jedem Erder ist für einen geringen Erdungswiderstand primär die Fläche und Form des Erders und die elektrische Leitfähigkeit in unmittelbarer Nähe des Erders bestimmend. Aufgrund der großen Querschnittsfläche spielt die elektrische Leitfähigkeit des restlichen Erdmaterials zwischen den beiden Erderelektroden der weit voneinander entfernten HGÜ-Konverteranlagen keine Rolle.

Bipolare Anlagen können auch so ausgelegt werden, dass bedarfsweise auch ein Betrieb als zwei parallelgeschaltete Monopole möglich ist. Dies wurde bei der HGÜ Inga-Shaba realisiert. Außerdem kommt es, da es sich um Gleichstrom handelt, je nach Stromrichtung und verwendetem Material zu einer elektrolytischen Zersetzung am Erder. Insbesondere die Anode unterliegt einem Zersetzungsprozess, ähnlich einer Opferanode, weshalb sie beispielsweise aus Petrolkoks oder in Form von Titannetzen ausgeführt sind. Kathoden können als große blanke Kupferringe ausgeführt sein. Zahlreiche bipolare Anlagen sind so ausgelegt, dass auch ein monopolarer Betrieb möglich ist. Wenn wie in diesen Fällen Elektroden sowohl als Kathode als auch als Anode dienen sollen, müssen alle korrosionsfest ausgelegt sein.

HG-Freileitungen besitzen meist zwei Leiterseile. Häufig werden monopolare Leitungen für einen späteren bipolaren Ausbau mit zwei Leiterseilen ausgestattet, die, solange der bipolare Ausbau nicht vollzogen wurde, parallel geschaltet werden oder von denen eines als Niederspannungsleiter für die Erder dient. Fast immer wird die Ein-Ebenen-Anordnung der Leiterseile angewandt.

Der Leiter für die Erdungselektrode kann auch die Funktion als Erdseil übernehmen, da er über die Erdungselektrode sehr niederohmig geerdet ist. Er muss aber, um elektrochemische Korrosion der Masten zu vermeiden, an diesen isoliert befestigt sein. Zur Ableitung von Blitzströmen sind daher Funkenstrecken an den Isolatoren nötig.

Zur Vermeidung elektrochemischer Korrosion darf die Erdungselektrode nicht unmittelbar bei der Leitungs-Trasse liegen, so dass zumindest für das letzte Stück der Elektrodenleitung eine separate Trassenführung nötig ist. Diese kann, wie auch im Fall der nicht parallelen Verlegung der Elektrodenleitung zur Hochspannungstrasse, entweder als Freileitung (ähnlich wie eine Mittelspannungsleitung) oder als Erdkabel oder als Kombination von Freileitung und Erdkabel ausgelegt sein. Die Isolation der Elektrodenleitung ist meist für eine Betriebsspannung von ca. 10 bis 20 kV (Mittelspannungsbereich) ausgelegt.

Vorteile

Typischer Freileitungsmast der HGÜ „Baltic Cable“ in Schweden

Bei den verbreiteten Dreiphasendrehstromnetzen sind stets Verbindungen mit mindestens drei Leitersträngen nötig. Demgegenüber kommt die Gleichstromübertragung mit zwei, bei Nutzung der Erde als zweitem Pol sogar nur einem einzigen Leiter aus. Dies spart sowohl beim Leitungsmaterial als auch der Freileitungsanlage (Masten und Isolatoren etc.) hohe Kosten.

Die HGÜ erlaubt eine Energieübertragung durch Unterseekabel über lange Strecken. Durch die hohe Permittivität und Leitfähigkeit des Meereswassers hat ein Unterseekabel eine hohe Kapazität. Die Umladung dieser Kapazität durch Wechselspannung erzeugt Blindströme, die das Kabel zusätzlich belasten. Bei Drehstromleitungen ist eine Blindleistungskompensation der Leitung erforderlich damit das Kabel nur mit der natürlichen Leistung belastet wird. In gewissen Abständen müssen daher Kompensationsspulen entlang der Leitung installiert werden. Dies ist bei Seekabeln nur mit hohem technischen Aufwand möglich. Deshalb wird ab etwa 70 km Übertragungslänge unter Wasser die HGÜ eingesetzt.

Bei Gleichstrom tritt der Skin-Effekt nicht in Erscheinung, der bei Wechselstrom zur Stromverdrängung an die Ränder des Leitungsquerschnitts führt. Daher können die Leitungsquerschnitte besser ausgenutzt werden als bei einer vergleichbaren Wechselstromübertragung.

Bei Gleichspannung treten in der Kabelisolation keine dielektrischen Verluste auf, und Inhomogenitäten führen nicht zu Vorentladungen. Die Isolierung kann deshalb weniger aufwändig ausgeführt sein als für ein Drehstromkabel. Bei Freileitungen sind bei Gleichspannung die Verluste durch Koronaentladungen wesentlich geringer als bei einer gleich hohen Wechselspannung; sie erfordern bei Wechselspannung schon bei niedrigeren Spannungen über etwa 100 kV Bündelleiter, um die Feldstärke an der Leiteroberfläche zu verringern.

Während innerhalb eines Wechselstromnetzes zwingend eine Synchronisierung erforderlich ist, entfällt dies bei der Gleichstromübertragung. HGÜ wird auch manchmal auf Zwischenverbindungen in einem großen räumlich ausgedehnten synchronen Wechselstromnetz verwendet, da durch die räumliche Ausdehnung Phasenverschiebungen auftreten können. Ein Beispiel einer solchen Strecke ist die HGÜ innerhalb des synchronen europäischen Verbundnetzes zwischen dem italienischen Ort Galatina und dem ca. 300 km entfernten Ort Arachthos in Griechenland – allerdings ist hier HGÜ schon wegen der Länge des Seekabels nötig.

Darüber hinaus muss im Gleichstromnetz die Isolation nicht auf einen Spitzenwert von  \sqrt{2} \cdot U_\mathrm{nenn} ausgelegt werden, da bei Gleichstrom die Spitzenspannung der Effektivspannung entspricht.

Nachteile

Thyristoren mit Ansteuerelektronik und Kühleinrichtung in einer Anlage der Hydro-Québec

Die Stromrichterstationen sind, im Vergleich zu Drehstromtransformatoren, sehr teuer, technologisch aufwändig und nur wenig überlastbar. Bei kurzen Verbindungen sind die Verluste, die im Stromrichter entstehen, größer als die Verringerung der Verluste in der Leitung durch die Verwendung von Gleichstrom, weshalb die HGÜ für kurze Übertragungsstrecken nicht sinnvoll ist. Ausnahme stellen die HGÜ-Kurzkupplungen dar; bei dieser Anwendung sind nicht die geringen Übertragungsverluste das Motiv, sondern die Möglichkeit, zueinander asynchrone Drehstromnetze, mit entsprechend hohen Konverterverlusten, zu verbinden.

Für den Betrieb einer HGÜ muss ein Energieversorgungsunternehmen zahlreiche anlagenspezifische Ersatzteile bereithalten. Der Stromrichter kann unter Umständen eine Quelle von Störungen im Stromnetz sein.

In vermaschten Gleichspannungsnetzen ist eine gezielte Lastflusssteuerung technisch schwierig. Die HGÜ ist prädestiniert für die Energieübertragung zwischen nur zwei Punkten. Der Grund dieser Beschränkung liegt darin, dass Lastflüsse in vermaschten Verbundnetzen bei Gleichspannung nicht mittels der Blindleistung über Blindwiderstände und den damit verknüpften Phasenverschiebungen wie bei Wechselspannungsnetzen vergleichsweise einfach und gezielt beeinflusst werden können.

Ein weiterer Nachteil ist die erschwerte Konstruktion von Schaltern und Leistungsschaltern. Da bei Wechselstrom der Strom immer wieder auf Null zurückgeht, wird genau in diesem Moment die Leitung abgeschaltet bzw. der Lichtbogen gelöscht. Die Gleichspannung hat diesen Nulldurchgang nicht. Dadurch muss der Schalter ein wesentlich höheres Schaltvermögen besitzen als sein Pendant bei der Wechselspannung.

Im stationären Zustand ergeben sich bei hohen Gleichspannungen ab ca. 500 kV Probleme durch Verschmutzung und Benetzung durch Regenwasser (Freiluftanlagen) auf den Isolatoroberflächen und Leiterdurchführungen: Bei hohen Wechselspannungen wird das räumliche elektrische Feld durch die Streu- und Betriebskapazitäten bestimmt; die Feldverzerrung durch leitfähige Schmutzschichten am Isolator bleibt jedoch wegen der dabei auftretenden und vergleichsweise großen kapazitiven Verschiebungsströme meist vernachlässigbar klein. Demgegenüber wird bei hoher Gleichspannung das elektrische Feld allein durch die (hohen) ohmschen Widerstände der Isolationsanordnung verändert. Eine feuchte Schmutzauflage kann daher eine Verzerrung des elektrischen Feldes entlang des Isolators verursachen, die zu einem Durchschlag längs des Isolierkörpers und zu dessen Ausfall führen kann.

Ausblick

Als Alternative zur konventionellen HGÜ-Technik mit netzgeführten Stromrichtern mit Stromzwischenkreis kommen zunehmend Technologien mit selbstgeführten Stromrichtern mit Spannungszwischenkreis zum Einsatz. Dabei werden als schaltende Elemente zum Beispiel IGBTs genutzt. Solche Anlagen werden aber bisher nur für kleinere Leistungen eingesetzt.

Gleichspannungsleitungen mit mehr als zwei Stationen oder gar Gleichspannungsnetze bleiben fraglich. In der Theorie sind solche Anlagen realisierbar, bisher sind jedoch praktisch nur wenige solche Anlagen, wie die SACOI (HGÜ Italien-Korsika-Sardinien), ausgeführt worden, weil hierfür ein hoher Aufwand nötig ist und sich auch leicht die Übertragungseigenschaften verschlechtern können.

Im September 2011 berichteten FAZ und Financial Times Deutschland, dass die deutschen Übertragungsnetzbetreiber drei Stromtrassen in HGÜ-Technik in Deutschland planten, mit denen insbesondere Strom aus Windenergie nach Süddeutschland transportiert werden solle. Demnach plane 50Hertz Transmission eine Trasse von Magdeburg ins Rhein-Main-Gebiet, TenneT eine u.a. entlang der Rheinschiene verlaufende Trasse von Schleswig-Holstein nach Bayern und Amprion und EnBW eine Trasse zwischen dem Rheinland und Baden-Württemberg.[7][8][9]

Siehe auch

Weblinks

 Commons: HVDC – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Literatur

Einzelnachweise

  1. [1]
  2. Electrosuisse: René Thury.
  3. NorNed inaugurated. In: fingrid.fi. 30. September 2008, abgerufen am 24. Juli 2009..
  4. Erste 800-kV-HGÜ-Leitung in China im Vollbetrieb. In: innovations-report.de. Abgerufen am 15. Juli 2010.
  5. Outaouais Gleichstromkurzkupplung, Hydro-Québec, technische Beschreibung (engl.)
  6. HVDC Inter-Island, Grid New Zealand (engl.)
  7. Neue Stromtrassen geplant. In: FAZ, 23. September 2011. Abgerufen am 25. September 2011.
  8. Neue Leitungen braucht das Land. In: FAZ, 23. September 2011. Abgerufen am 25. September 2011.
  9. Stromautobahnen befördern Siemens und ABB. In: Financial Times Deutschland, 23. September 2011. Abgerufen am 25. September 2011.

Wikimedia Foundation.

Schlagen Sie auch in anderen Wörterbüchern nach:

  • Hochspannungs-Gleichstromleitungen — HGÜ Leitungen in Europa Typischer Freileitungsmast der HGÜ Baltic Cable in Schweden Die Hochspannungs Gleichstrom Übertragung (HGÜ) ist ein Verfahren zur Übertragung von …   Deutsch Wikipedia

  • Hochspannungs-Gleichstromübertragung — HGÜ Leitungen in Europa Typischer Freileitungsmast der HGÜ Baltic Cable in Schweden Die Hochspannungs Gleichstrom Übertragung (HGÜ) ist ein Verfahren zur Übertragung von …   Deutsch Wikipedia

  • Gleichstrom-Kurz-Kupplung — Eine HGÜ Kurzkupplung (auch HGÜ Kurzkopplung, GK = Gleichstromkupplung oder GKK = Gleichstromkurzkupplung bezeichnet) ist eine Anlage zur Hochspannungs Gleichstrom Übertragung, bei der sich beide Stromrichter auf dem gleichen Areal, meist sogar… …   Deutsch Wikipedia

  • Elektrischer Gleichstrom — Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unveränderlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis wird jedoch auch… …   Deutsch Wikipedia

  • Pulsierender Gleichstrom — Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unveränderlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis wird jedoch auch… …   Deutsch Wikipedia

  • Drehstrom-Hochspannungs-Übertragung — Die Drehstrom Hochspannungs Übertragung (DHÜ; englisch high voltage alternating current, HVAC) ist das wichtigste Verfahren der Übertragung elektrischer Energie. Im Regelfall wird im Stromnetz für die Übertragung und Verteilung von… …   Deutsch Wikipedia

  • Direct Current — Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unveränderlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis wird jedoch auch… …   Deutsch Wikipedia

  • Galvanischer Strom — Als Gleichstrom wird ein elektrischer Strom bezeichnet, dessen Stärke und Richtung sich nicht ändert. In der theoretischen Elektrotechnik wird nur zeitlich unveränderlicher Stromfluss als Gleichstrom bezeichnet. In der Praxis wird jedoch auch… …   Deutsch Wikipedia

  • Bahnerde — Die Erdung ist eine elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Erdboden. Sie besteht aus Erdern, Anschlussleitungen und entsprechenden Klemmen. Die Erdung ist eine Form der Massung. Durch eine Massung wird eine leitfähige Verbindung mit der… …   Deutsch Wikipedia

  • Erdungsspieß — Die Erdung ist eine elektrisch leitfähige Verbindung mit dem Erdboden. Sie besteht aus Erdern, Anschlussleitungen und entsprechenden Klemmen. Die Erdung ist eine Form der Massung. Durch eine Massung wird eine leitfähige Verbindung mit der… …   Deutsch Wikipedia