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Einen neuen und wesentlichen Schwerpunkt der Beiträge bildete die Hochspannungs-Gleichspannungstechnik (HGÜ, engl. HVDC). Sie wird bei immer mehr und auch weltweit einzigartigen Projekten eingesetzt: Die großen Stromtrassen von Nord- nach Süddeutschland zum Ersatz der Kernkraftwerke durch Wind werden als Kabel mit Gleichspannung ausgeführt, was neuartige Herausforderungen mit sich bringt. Der jetzige Stand der Planung sieht Doppelsysteme mit einer Spannung von 525 kV DC vor. Die Prä-Qualifikationstests finden zur Zeit statt. In den Konverterstationen wird statt der konventionellen Thyristortechnik die IGBT-Technik (Voltage-Source-Converter) eingesetzt, was neben anderen Vorteilen eine bessere Leistungsregelung ermöglicht. Für den Wechsel von Kabel auf Freileitung plant man Übergangsstationen. Diese Stationen müssen auch für Prüfung und Fehlerortung verwendet werden und sollten für diesen Zweck einen maximalen Abstand von 100 km haben. Für die Betriebsführung ergeben sich eine ganze Reihe von Fragen: Einschalt- und Ausgleichsvorgänge, Isolationskoordination, Handhabung der Rückkehrspannung usw..
Technische und wirtschaftliche Daten zur HVDC-Kabeltrasse SuedOstLink stellte Dr. Frank Golletz, Technischer Geschäftsführer der 50 Hertz GmbH, vor. Mit dem SuedOstLink werden 2 GW elektrischer Leistung über DC-Kabel bei 525 kV aus dem Magdeburger Raum zum jetzt noch betriebenen Kernkraftwerk Isar in Bayern übertragen. Die HVDC-Anlage wird zwar bipolar ausgeführt, jedoch ohne metallischen Rückleiter (metallic return), da als Rückfallebene das konventionelle Drehstromnetz gilt. Die Re-Dispatch-Kosten im Drehstromnetz gelten als geringer als die die Kosten des metallischen Rückleiters, das n-1 Kriterium wird – für das Kabel betrachtet – also nicht erfüllt. Die Kosten der 600 km langen Trasse mit ca. 2000 Kabelmuffen werden auf 4-5 Mrd. Euro geschätzt.
Die Verfügbarkeit der HVDC-Kabeltrasse wird auf 96,7 % oder durchschnittlich 11 Tage Ausfall pro Jahr berechnet. Zum Vergleich: eine konventionelle AC-Freileitungstrasse hat eine Verfügbarkeit von besser als 99 %.
Anwendungspotenziale gasisolierter Gleichspannungsschaltanlagen (DC-GIS)
| Siemens AGAls besonders herausfordernd schilderten die Netzbetreiber die Beteiligung der Öffentlichkeit und die Genehmigung der Trassen. Diese sind wichtigster Teil der Arbeit und kommen zu den technisch anspruchsvollen Fragestellungen hinzu. Bisher technikorientiert arbeitende Ingenieure müssen sich vermehrt auf Projektkommunikation für erhöhte Akzeptanz in der Bevölkerung umstellen. Das HVDC-Kabelprojekt SuedOstLink soll bis 2025 fertiggestellt sein, was alle Beteiligten als sehr ambitioniert betrachten.
Auch gasisolierte Schaltanlagen sind inzwischen für hohe Gleichspannungen verfügbar. Dr. Maria Hering von der Siemens AG stellte die abgeschlossene Entwicklung einer SF6-isolierten Gleichspannungsschaltanlage (DC-GIS) für ±550 kV DC vor. Diese soll in den Übergangsstationen der HVDC-Kabel, aber auch in Offshore-Umspannwerken und Konverterstationen zum Einsatz kommen.
Der Umbau des Höchstspannungsnetzes im Rahmen der Energiewende und die politische Vorgabe des Kabelvorrangs bringt auch für Wechselspannungsnetze zahlreiche elektrotechnische Herausforderungen mit sich. Deshalb müssen sich Netzbetreiber heute sehr intensiv mit grundlegenden Fragestellungen neu befassen, so berichtete Dr. Klaus Kleinekorte, Geschäftsführung der Amprion GmbH. Einiger dieser Themen sind:
Ein wiederkehrendes Thema bei der Fachtagung waren die Entwicklung neuer Betriebsmittel und die Weiterentwicklung bestehender Betriebsmittel zur Bewältigung der Energiewende. Dabei geht es um die Anpassung von vorhandenen Betriebsmitteln für eine erhöhte Übertragungsfähigkeit des bestehenden Netzes oder dem Einsatz von neuen Betriebsmitteln mit möglichst hoher Übertragungsfähigkeit und Verfügbarkeit. Zu diesen Betriebsmitteln gehören u.a. stufenlos regelbare Kompensationsdrosseln, Transformatoren mit Hochtemperatur-Isoliersystemen und Generatoren für schnell wechselnde Lasten.
Ein weiterer Handlungsstrang besteht im Einsatz umweltverträglicher Isolierstoffe und Verarbeitungsmethoden in Schaltanlagen und Leitungen. Ein Beispiel sind Alternativen zum Isoliergas Schwefelhexafluorid SF6. Hier bieten alle großen Hersteller gasisolierter Schaltanlagen Lösungen an, allerdings unterscheiden sich diese alternativen Gase. Ein weiteres Beispiel ist der Ersatz von Mineralöl durch pflanzenölbasierte Ester. Für Ester liegen nunmehr Betriebserfahrungen über mehrere Jahre auch in Höchstspannungs- Hochleistungs-Transformatoren vor. Der Einsatz von unter Umweltgesichtspunkten unkritischer Materialien steigert die Akzeptanz für Ausbaumaßnahmen im elektrischen Energienetz. Für einen sicheren Betrieb dieser Anlagen sind meist neue Betriebskonzepte und neue Diagnostikmethoden erforderlich.
Der traditionell stark vertretene Themenkomplex Prüfen, Diagnostik und Asset Management erhält seine Motivation aus drei Fragestellungen: Wie kann der alternde, in den 70er Jahren errichtete Hochspannungs-Betriebsmittelpark weiter sicher betrieben werden? Welche Auswirkungen haben die höheren und variableren Energieflüsse der Erneuerbaren auf diese Betriebsmittel? Mit welchen Prüfverfahren kann die Qualität neuer Betriebsmittel und Werkstoffe sichergestellt werden?
Der Messung und Analyse von Teilentladungen (TE) kam wie bei vergleichbaren anderen Konferenzen ein großer Raum zu. Insbesondere Kabelsysteme, wie sie aufgrund des Kabelvorrangs immer häufiger eingesetzt werden, sind ja äußerst empfindlich gegen Teilentladungen. Für die Messung unter Feldbedingungen wurden eine Reihe von Maßnahmen zur Störunterdrückung vorgestellt. Besonders schwierig gestaltet sich die Interpretation von Teilentladungen bei Gleichspannung (HVDC), da hier die für Wechselspannung erarbeiteten phasenaufgelösten Muster nicht angewendet werden können. Verschiedene Darstellungsmöglichkeiten wurden diskutiert, welche sich durchsetzen wird, ist allerdings noch nicht abzusehen.
Mehrere Veröffentlichungen betrafen den Einsatz von Isolierstoffen bei Mischfeldbeanspruchungen. Bei verschiedenen Anwendungen (z.B. in Konverterstationen) überlagern sich Gleichfelder und – durch schaltende Leistungselektronik – sehr hochfrequente Wechselfelder. Isolierflüssigkeiten, Feststoffe und Isoliersysteme wurden auf ihre Spannungsfestigkeit und Alterung unter Mischfeldbedingungen geprüft.
Atrium mit Postersession und Ausstellung
149 wissenschaftliche Artikel wurden veröffentlicht. 328 Teilnehmerinnen und Teilnehmer haben zu einer deutlichen Steigerung der Teilnehmerzahl gegenüber der Veranstaltung in 2016 geführt. Eine begleitende Fachausstellung fand im weitläufigen Foyer direkt neben den Postersessions statt; eine gute Voraussetzung für praxisorientierte Diskussionen. Überhaupt waren die großzügigen Räumlichkeiten im Mercure Hotel Moa sehr gut für die Anforderungen der Konferenz geeignet. Wie bei vorherigen Fachtagungen setzte sich das Publikum aus Herstellern, Betreibern, Energieversorgern, Prüfinstituten und Universitäten, Hochschulen sowie Forschungseinrichtungen zusammen. Aufgrund der Ausstellung stieg der Anteil von Teilnehmern aus der Industrie, was wir als erfreulich betrachten.
Aufgrund des breiten Themenspektrums und der großen Anzahl von Beiträgen wurde in drei parallelen Sessions vorgetragen. Einer Vortragszeit von regulär 15 Minuten schlossen sich 5 Minuten Diskussion an, welche in den meisten Fällen auch ausgeschöpft wurden. Aus der Sicht des Programmausschusses können gerade in den Diskussionen wertvolle Informationen ausgetauscht werden.
Der Postersession wurde gleich am ersten Tag ein Zeitraum von 90 Minuten eingeräumt. Die Sessionleiter führten Gruppen nach Themen getrennt durch die Poster. So konnte jeder Ausstellende seine Ergebnisse präsentieren und in den Dialog mit dem Fachpublikum treten. Eine Posterpräsentation sollte nicht als 2. Wahl erscheinen. Vielmehr sind insbesondere komplexe und theoretische Themen eher zur Diskussion am Poster geeignet als zur Präsentation. Das Format der geführten Postersession wurde auf der Fachtagung Hochspannungstechnik sowohl von den Autoren als auch Besuchern gut angenommen.
Zwei Abendveranstaltungen fanden während der Fachtagung statt. Als Plattform zum informellen Austausch, Diskussion und Networking sind sie wichtiger Programmbestandteil. Fotos der Veranstaltung gibt es wie immer auf der Veranstaltungshomepage www.vde-hochspannungstechnik.de . Die freigegebenen Vorträge stehen für die Teilnehmer dort zum Download bereit.
Die nächste Fachtagung Hochspannungstechnik plant der Programmausschuss der ETG Q2 für den November 2020 in Berlin. Voraussichtlich werden am Anreisetag Tutorials der Cigré angeboten, welche einen konsolidierten Stand der Wissenschaft und Technik zu neuen Fragestellungen der Hochspannungstechnik beschreiben.
Maik Koch, Prof. Dr.-Ing., Hochschule Magdeburg-Stendal,
Stellv. Leiter des FB Q2 „Werkstoffe, Isoliersysteme und Diagnostik“
Beiträge der Fachtagung VDE-Hochspannungstechnik 2018, 22.-24. November 2018, Berlin.
2018, ISBN 978-3-8007-4807-5 / ISSN 0341-3934
