Trägerfrequenzsperren
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Trägerfrequenzsperren
Trägerfrequenzsperren Trägerfrequenzsperren Einleitung Trench ist als führender Hersteller von trockenisolierten Luftkerndrosselspulen für die Energietechnik weltweit anerkannt. Unser einzigartiges technisches Konzept, entwickelt aus vierzigjähriger Betriebserfahrung hat uns, mit Hilfe erfahrener Ingenieurteams sowie modernsten Fertigungseinrichtungen in Nordamerika und Europa, zum weltweit führenden Hersteller von Drosselspulen und Trägerfrequenzsperren (TFH-Sperren) gemacht. TFH-Sperren zur Signalübertragung auf Hochspannungsleitungen mittels Trägerfrequenzen sind eine bedeutende Anwendung von Drosselspulen in der Energietechnik. Einsatz von TFH-Sperren Die Signalübertragung durch Trägerfrequenzen ist eine weitverbreitete Methode der Kommunikation über Hochspannungsleitungen, zum Beispiel für die Fernwirktechnik oder die Sprach- und Datenübertragung, usw. Diese Technik erwies sich als die effizienteste, verlässlichste und in seiner Anwendung vielseitigste Form der Kommunikation. Abbildung 2 zeigt eine vereinfachte Darstellung eines Trägerfrequenzübertragungssystems, das aus drei wesentlichen Komponenten besteht: • Übertragungsstrecke (Hochspannungsleitung) • Kommunikationseinrichtungen (Sende- und Empfangsstation mit den dazugehörigen Komponenten) • Ankoppel-/Sperreinheit mit Koppelkondensator, Koppelfilter und TFH-Sperren TFH-Sperren sind mit der Hochspannungsleitung in Reihe geschaltet. Sie weisen eine hohe Impedanz im Trägerfrequenzbereich auf. Die hohe Impedanz sorgt für eine geringe Signaldämpfung im Übertragungssystem und verhindert damit, dass das Signal • in das Umspannwerk übertragen wird • bei Fehlern außerhalb der Übertragungsstrecke geerdet wird • in andere Netzteile abgeleitet wird. Bei Netzfrequenz ist die Impedanz niedrig. Abb. 1 TFH-Sperre, stehend 2 Aufbau und Ausführung TFH-Sperren von Trench werden gemäß den Vorschriften DIN VDE 0851, IEC 60353, ANSI C93.3 und anderen internationalen Vorschriften hergestellt. TFH-Sperren sind mit der Übertragungsleitung in Reihe geschaltet und müssen daher den hohen Kurzschlussströmen, wie sie auf Hochspannungsleitungen auftreten können, standhalten. Die wesentlichsten Komponenten einer TFH-Sperre sind die Hauptspule, die Abstimmeinrichtung und der Überspannungsschutz (siehe Abbildung 3). Vogelschutzgitter (optional) Anschluss Ableiter Abstimmeinrichtung Hauptspule Abb. 4 TFH-Sperren hängend montiert Trageinrichtung (optional) Abb. 3 Hauptkomponenten einer TFH-Sperre TFH-Sperre TFH-Sperre Station A Abb. 2 Trägerfrequenzübertragungssystem 1 Koppelkondensator Station B 2 Ankoppeleinheit 3 Sende- und Empfängerstation 3 a Hauptspule Die Hauptspule einer Trägerfrequenzsperre ist eine trockenisolierte Luftkerndrosselspule. Trench liefert TFH-Sperren in der langjährig erprobten epoxydharzimprägnierten Wicklungsausführung. Diese Ausführung erfüllt alle Anforderungen der Trägerfrequenztechnik und wird für den gesamten spezifizierten Bereich der Hauptspulendaten eingesetzt (siehe Abbildung 5). Für die Wicklungen werden Aluminium-Runddrähte oder Kabel verwendet. Alle elektrischen Verbindungen stromführender Teile sind geschweißt. Die hohe mechanische Festigkeit der Wicklungen wird durch fiberglasverstärkte Harzkapselung erreicht. 4 Die Wicklungen sind an beiden Enden mit einem Stromverteilungsstern aus Aluminium verbunden. Diese Sterne werden mit Fiberglasbandagen mit der Wicklung verpresst. Die Sterne finden zusätzlich Verwendung für: • den elektrischen Anschluss der TFH-Sperre mittels Flach- oder Rundbolzenanschlüssen • die Befestigung von Hebeösen, Montagegestellen oder Sprühschutzarmaturen • die Montage von Abstimmeinrichtung und Überspannungsableiter parallel zur Hauptspule Trench liefert TFH-Sperren für den gesamten Bereich elektrischer Standardwerte (Induktivität, Dauer- und Kurzschlussströme, Systemspannungen) nach IEC 60353 oder ANSI C93.3 (siehe Abbildung 5), sowie Sonderausführungen mit z. B. abweichenden Induktivitäts- oder Stromwerten (Kurzschluss- oder Dauerstrom), niedrigen Verlusten, usw. Nennwerte IEC 60353, DIN VDE 0851 Nennstrom A Kurzzeitstrom Serie 1 kA/1s 100 200 400 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 2,5 5 10 16 20 25 31,5 40 40 40 40 63 Nennstrom A Kurzzeitstrom Serie 2 kA/1s 100 200 400 630 800 1000 1250 1600 2000 2500 3150 4000 5 10 16 20 25 31,5 40 50 50 50 50 80 mH bei 100 kHz 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Kurzzeitstrom kA / 2s 400 800 1200 1600 2000 3000 4000 15 20 36 44 63 63 80 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,0 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,12 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65 2,65 mH bei 100 kHz 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 Nennwerte ANSI C93.3, DIN VDE 0851 Nennstrom A Abb. 5 Nennstrom-, Kurzzeitstrom- und Induktivitätswerte Nenninduktivität IEC 60353, DIN VDE 0851 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,315 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 0,4 Nenninduktivität ANSI C93.3, DIN VDE 0851 mH bei 100 kHz 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,265 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 0,53 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,06 1,59 1,59 1,59 1,59 1,59 1,59 1,59 5 Typische Abstimmkurven b Abstimmung Die Bandbreite des Sperrbereiches kann durch Erhöhen der Induktivität der Hauptspule vergrößert werden. Die Hauptspule mit parallel geschalteter Abstimmeinrichtung bildet einen Sperrkreis, der für einen spezifizierten Frequenzbereich eine hohe Impedanz aufweist. Abhängig von der Art der Abstimmung (siehe unten) besteht die Abstimmeinrichtung aus Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen, die im Vergleich zu der Hauptspule geringe Leistungen aufweisen. Abb.6 Einwellenabstimmung Abb.7 Zweiwellenabstimmung Abb. 8 Breitbandabstimmung Z R f fm f’1 f’2 f1 f 2 6 • Einwellenabstimmung Wird nur ein schmaler Sperrbereich benötigt, ist die Einwellenabstimmung die einfachste und wirtschaftlichste Art der Abstimmung (siehe Abbildung 6). Durch die hohe Resistanz im Sperrbereich wird innerhalb des schmalen Bandes eine hervorragende Signaltrennung erreicht. Zum Schutz gegen Umwelteinflüsse sind alle Abstimmkomponenten in einem oder mehreren Fiberglasgehäusen untergebracht. Die Abstimmeinrichtung ist innerhalb der Hauptspule montiert. Der einfache Zugang zur Abstimmeinrichtung ermöglicht einen problemlosen Austausch bei nachträglich gewünschter Änderung der Sperrfrequenzen. Die Bandbreite einer Trägerfrequenzsperre ist jener Frequenzbereich, über den die TFH-Sperre eine spezifizierte Mindest-Sperrimpedanz oder -Sperresistanz aufweist. Sollte die Möglichkeit einer Resonanz zwischen Sperrimpedanz und Stationsimpedanz bestehen, so ist die minimale Sperresistanz zu spezifizieren. Es finden folgende Arten der Abstimmung Anwendung: Sperrimpedanz Sperresistanz Trägerfrequenz Geometrische Mittenfrequenz Grenzfrequenz der Sperrimpedanz Grenzfrequenz der Sperresistanz • Zweiwellenabstimmung Bei Zweiwellenabstimmung werden zwei relativ schmale Frequenzbänder gesperrt. Das Sperrverhalten ist annähernd gleich dem der Einwellenabstimmung. Zur einwandfreien Funktion und Trennung der Frequenzbänder ist ein minimaler Frequenzabstand von mindestens 25 kHz oder 25% der Mittenfrequenz des höheren Frequenzbandes einzuhalten. Abbildung 7 zeigt eine typische Zweiwellenabstimmung. • Breitbandabstimmung • Selbstabstimmende TFH-Sperren Die Breitbandabstimmung ist die am häufigsten angewandte Art der Abstimmung, da die Induktivität der Hauptspule am effektivsten genutzt wird. Mit ihrer relativ konstanten Resistanz über einen breiten Sperrbereich eignet sich diese Art der Abstimmung besonders für Mehrkanalanwendungen. Außerdem ergibt sich eine hohe Flexibilität für zukünftige Änderungen oder Erweiterungen der Frequenzbänder. Übertragungskanäle können beliebig innerhalb des Sperrbereiches plaziert werden. Abbildung 8 zeigt eine typische Breitbandabstimmung. Selbstabstimmende TFH-Sperren erfordern keine Abstimmeinrichtung. Wie Abbildung 10 zeigt, wird das Sperrverhalten durch die Eigenkapazität der Hauptspule bestimmt. Die Induktivität der Hauptspule ist im allgemeinen höher als die der abgestimmten TFH-Sperren. Abb. 9 TFH-Sperre, hängend montiert, 380 kV, 1.0 mH, 2100 A Abb.10 Reaktanz- und Impedanzkurve bei selbstabstimmenden TFH-Sperren 7 c Überspannungsschutz Der Überspannungsschutz besteht aus einem Überspannungsableiter, der parallel zur Hauptspule geschaltet ist. Durch eine entsprechende Spannungskoordination reduziert er transiente Überspannungen und schützt so Hauptspule und Abstimmeinrichtung. Die Isolation der Hauptspule und der Abstimmeinrichtung ist der Schutzcharakteristik des Überspannungsableiters angepasst. TFH-Sperren von Trench werden mit einem Metalloxydableiter mit 10 kA Nennableitstrom ausgerüstet. Auf Wunsch können auch Ableiter mit höherem Ableitstrom oder höherem Energieableitvermögen geliefert werden. Abb. 11a Montage und elektrischer Anschluss TFH-Sperren von Trench können auf unterschiedliche Weise montiert werden. Sie können mit Aufhängegabeln oder -laschen sowohl für Einpunkt- oder Mehrpunktaufhängung ausgeführt werden. Alternativ lassen sie sich mit Hilfe eines Traggestelles direkt auf Koppelkondensatoren, kapazitive Spannungswandler oder Isolatoren aufstellen. Für stehende Montage bieten wir folgende Traggestelle an: • Traggestell für Aufstellung auf einem Isolator • Traggestell für Aufstellung auf mehreren Isolatoren • isoliertes Traggestell Sperren-Anschluss Leitung Leitung Koppelkondensator 8 Die elektrischen Anschlüsse können entweder als Flachanschlüsse oder als Rundbolzenanschlüsse ausgeführt werden. Sie entsprechen den jeweiligen DIN, VDE, IEC oder NEMA Vorschriften. Um individuellen Anforderungen gerecht zu werden, stehen verschiedene Anschlussanordnungen zur Verfügung (siehe Abbildungen 12 und 13). Abb. 11b Station Station Koppelkondensator Die Traggestelle sind mit Ausnahme der isolierten Ausführung elektrisch mit dem unteren TFH-Sperrenanschluss verbunden, wodurch sowohl die elektrische als auch mechanische Verbindung zum Koppelkondensator oder kapazitiven Spannungswandler hergestellt wird (siehe Abbildung 11a). Soll der obere Anschluss der TFH-Sperre zum Anschluss des Koppelkondensators oder des kapazitiven Spannungswandlers verwendet werden, wird ein von der TFHSperre isoliertes Traggestell zusammen mit einer isolierten elektrischen Verbindung eingesetzt (siehe Abbildung 11b). Alle Traggestelle können den spezifischen Kunden-anforderungen angepasst werden. Abb.12 Seitenansicht Ansicht von oben Abb. 12 Abb. 13 Anschlussarten: (auf spezielle Anfrage kann der Anschluß auf jedem Sternarm angebracht werden. Die Anzahl der Sternarme ist aus dem jeweils aktuellen Maßbild zu entnehmen, typischerweise 4, 6 oder 8.) Et: definiert die Position des oberen Anschlusses bei der jeweiligen Sternarmposition Eb: definiert die Position des unteren Anschlusses bei der jeweiligen Sternarmposition Standard-Anschlüsse: Aluminium, verzinnt oder unbeschichtet. Anmerkung: Soweit nicht anders spezifiziert, werden die Anschlüsse vertikal angebracht, um eine Erwärmung durch die Zusatzverluste zu vermeiden (d.h. die Anschlüsse sind parallel zur Hauptspulenachse). Abb.13 9 Definition der Sperreigenschaften Bei Signalübertragung auf Hochspannungsleitungen mittels Trägerfrequenz sind die Anforderungen an die Sperreigenschaften einer TFH-Sperre von der Impedanzcharakteristik der Übertragungsleitung abhängig. Die Sperreigenschaften sind wie folgt definiert: • Sperrimpedanz (Zb): Zb ist der komplexe Widerstand der vollständigen TFH-Sperre innerhalb eines bestimmten Sperrbereichs. • Sperrwiderstand (Rb): Rb ist der ohmsche Anteil der Sperrimpedanz • Nebenschlussdämpfung (At): At ist die Dämpfung eines Trägerfrequenzsignals aufgrund der endlichen Sperrfähigkeit der TFH-Sperre. Sie wird in Bezug auf das Verhältnis der Signalspannungen an einer Impedanz entsprechend dem Wellenwiderstand des Übertragungswegs mit und ohne Parallelschaltung der TFH-Sperre definiert. 10 • Sperrdämpfung (Ab): Ab ist ein Maß für die Höhe des TFH-Signals in der gesperrten Netzstrecke. Aus der Definition der Sperrdämpfung ergibt sich ein unendlich hoher Dämpfungswert bei einer idealen Sperre. Berechnung der Nebenschlussdämpfung (At) und der Sperrdämpfung (Ab): Z1 = Leitungsimpedanz (nur Realteil) Die Stationsimpedanz Zs wird mit Null Ohm angenommen. Z1 Gl. I At (dB) = 20 log10 1+ ___ 2Zb ) Zb Gl. II Ab (dB) = 20 log10 1+ ___ Z1 ) ( ( • Mittenfrequenz (fc) fc ist die Frequenz in der geometrischen Mitte zwischen den Bandfrequenzen (f1,f2). f1 x f2 fc = 公僓僓僓僓僓 TFH-Sperre 0,2 mH TFH-Sperre 0,315 mH TFH-Sperre 0,5 mH TFH-Sperre 1,0 mH 11 Trench Austria GmbH Paschinger Straße 49 AT-4060 Linz-Leonding/Austria Phone +43.732.6793-0 Fax +43.732.6713 41 email [email protected] Trench Brasil LTDA Via Expressa de Contagem, 2685 CEP 32370-485 Contagem, Minas Gerais/Brasil Phone +55.31.391-5959 Fax +55.31.391-1828 email [email protected] Trench China Limited 3658 Jiang Cheng Road Minhang, Shanghai 200245 P.R. China Phone +86.21.64630088 Fax +86.21.64637828 email [email protected] Trench France S.A. 16, rue du Général Cassagnou B.P. 70 FR-68302 St-Louis/France Phone +33.3.89 70 23 23 Fax +33.3.89 67 26 63 email [email protected] Trench Germany GmbH Nürnberger Straße 199 DE-96050 Bamberg/Germany Phone +49.951.1803-0 Fax +49.951.1803-224 email [email protected] Trench Italia S.r.l. Strada Curagnata 37 IT-17014 Cairo-Montenotte/Italy Phone +39.019.5161.111 Fax +39.019.5161.401 email [email protected] www.trenchgroup.com Trench Limited Coil Product Division 71 Maybrook Drive, Scarborough Ontario, Canada M1V 4B6 Phone +1.416.298-8108 Fax +1.416.298-2209 email [email protected] Trench Limited Instrument Transformer Division 390 Midwest Road, Scarborough Ontario, Canada M1P 3B5 Phone +1.416.751-8570 Fax +1.416.751-6952 email [email protected] Trench Switzerland AG Lehenmattstraße 353 CH-4052 Basel/Switzerland Phone +41.61.315 51 11 Fax +41.61.315 59 00 email [email protected] Änderungen vorbehalten 01.10 D 231 Trench (UK) Limited South Drive Hebburn Tyne & Wear NE31 1UW, Great Britain Phone +44.191.483.4711 Fax +44.191.430.0633 email [email protected]