WiLT - Witterungsabhängiges, indirektes Leiterseil-Temperaturmonitoring

LEITUNG: WESTNETZ GMBH

Standort: Großraum Büren

Leistungsfähigere Stromleitungen ohne Ausbau

Wenn sich die Übertragungskapazität von bestehenden Stromleitungen erhöhen ließe, wäre viel gewonnen. Es käme bei einem zeitweisen Überangebot von elektrischer Leistung aus dezentraler Einspeisung zu weniger Engpässen. Und kostspieliger Netzausbau könnte vielfach vermieden werden.

Westnetz hat ein Konzept weiterentwickelt, mit dem die Übertragungsfähigkeit vorhandener Stromkreise um bis zu 50% gesteigert werden kann.

Durchhängende Leitungen

Die Leiterseile an den Strommasten bestehen aus Stahl und Aluminium, die sich wie alle Metalle bei Erwärmung ausdehnen. Wenn sich Leiterseile erwärmen, hängen sie aufgrund dieser Ausdehnung stärker durch.  Die Erwärmung ist abhängig von zwei Faktoren: der Witterung und der Strommenge, die durch die Leiterseile fließt. Je mehr elektrische Leistung die Leiterseile transportieren, um so stärker erwärmen sie sich, umso stärker dehnen sie sich aus und um so tiefer hängen sie nach unten durch.

Um zu vermeiden, dass Spannung aus den Leitungen auf Objekte unter den Leitungen überspringt, müssen Leiterseile mindestens sechs bis sieben Meter Sicherheitsabstand zu Hausdächern, Bäumen, Brücken und anderen Objekten am Boden einhalten. Sie dürfen also niemals so weit durchhängen, dass der Sicherheitsabstand unterschritten wird.

Beim Bau von Hochspannungsmasten legen die Konstrukteure eine Extremsituation zu Grunde. Der Mindestabstand darf nicht unterschritten werden, wenn die Lufttemperatur 35° C, die Sonneneinstrahlung 900 W/m² , die Windgeschwindigkeit 0,6 m/s und die durchgeleitete Strommenge bei einem typischen Leiterseiltyp 680 A beträgt. Diese Werte treten an einem heißen, sonnigen Sommertag zur Mittagszeit bei fast vollständiger Windstille auf.

Wenn die Temperatur jedoch 20° C, die Sonneneinstrahlung 400 W/m² beträgt und der Wind mit 2,8m/s weht, könnten bereits bei dem typischen Leiterseiltyp 1090 A durchgeleitet werden. Bereits durch mäßigen Wind werden Leiterseile so gut gekühlt, dass sie nicht zu stark durchhängen. Eine Kapazitätssteigerung von 50 % wäre also je nach Witterung problemlos möglich.

Wind kühlt Stromleitungen besonders gut. Bei zunehmendem Wind liefern Windkraftanlagen mehr Strom, der die Leitungen zwar entsprechend stärker erwärmt. Gleichzeitig kühlt er sie aber auch stärker ab.

Den Kühleffekt von Wind nutzt Westnetz deshalb in der Region Büren im Sauerland (NRW), um mehr Windstrom im Verteilnetz aufzunehmen und abzuführen.

Ansprechpartner

Christian Mensmann
Projektleitung
Westnetz GmbH

Witterungsabhängiger Freileitungsbetrieb

Um Freileitungen witterungsabhängig zu betreiben, muss die Temperatur der Leitungen bekannt sein. Westnetz nutzt dafür die indirekte Temperaturmessung über Klimastationen. Auf Basis von Witterungsdaten wie Außentemperatur und Windgeschwindigkeit errechnet Westnetz die Leiterseiltemperatur.

Das grundlegende Konzept für einen witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb mit Hilfe des indirekten Leiterseil-Temperaturmonitorings (WiLT) wurde durch Westnetz bereits vor einigen Jahren weiterentwickelt. Es wurde mit Leitertemperaturmessungen verifiziert und 2015 unabhängig begutachtet.

Der witterungsabhängige Freileitungsbetrieb erhöht die Strombelastbarkeit bestehender 110-kV-Freileitungen insbesondere für die Übertragung von Windstrom. Die standardmäßig im Betrieb verwendete statische Strombelastbarkeit von Freileitungen wird durch eine witterungsbedingte dynamische Strombelastbarkeit ersetzt.

Um das Potenzial des witterungsabhängigen, indirekten Leiterseiltemperatur-Monitorings anhand bestehender Hochspannungstrassen zu demonstrieren, wendet Westnetz das Konzept auf 110-kV-Leitungstrassen im Raum Büren an. Die Region weist sehr hohe Einspeiseleistungen aus Windkraft in die höchste Verteilnetzebene auf.

Die Umsetzung des Konzepts erfolgt schrittweise:

  1. Ertüchtigung der vorhandenen 110-kV-Stromkreise zur Beseitigung möglicher Hotspots
  2. Punktuelle Ertüchtigung der Primär- und Sekundärtechnik in den Stationen
  3. Aufbau von Klimastationen an zuvor ermittelten Positionen zur indirekten Messung der Leiterseiltemperatur
  4. Integration der Klimastationen in das Leitsystem der Westnetz
     

DESIGNETZ betrachtet den witterungsbedingten Freileitungsbetrieb als indirekte Flexibilität. Die Betriebserfahrung wird im Gesamtprojekt erfasst und validiert.