Leitungsaustausch / Parallelverkabelung

Eine Möglichkeit die Impedanz einer Übertragungsstrecke zu reduzieren ist es, vorhandene Freileitungen oder Kabel durch neue Leitungen mit größerem Querschnitt zu ersetzen. Hierdurch wird vor allem der ohmsche Widerstand verkleinert.

 

Würde man beispielsweise eine Freileitung mit 50 mm² Querschnitt durch eine mit 95 mm² ersetzen, erhält man fast eine Halbierung des Gleichstromwiderstandes von 0,59 Ωkm auf rd. 0,30 Ωkm. Entsprechend verringert sich auch der ohmsche Spannungsfall, welcher für die Spannungsbandausnutzung maßgeblich ist. Zudem sinkt auch die Betriebsreaktanz um rund 20 m∙Ωkmsowohl bei Niederspannungsleitungen als auch bei Mittelspannungsleitungen. Freileitungen weisen bei kleinerer Querschnittsfläche eine höhere thermische Tragfähigkeit auf als Kabel. Dies liegt daran, dass die Wärmeabfuhr bei Freileitungen durch die Umgebungsluft und den Wind besser ist als bei Kabeln. Im Umkehrschluss weisen Freileitungen mit gleicher thermischer Tragfähigkeit als ein Kabel einen höheren Spannungsfall auf. Hierfür gibt es zwei Gründe:

1. der kleinere Querschnitt der Freileitung erzwingt einen höheren ohmschen Widerstand und
2. die vom Strom eingeschlossene Fläche ist bei Freileitungen deutlich größer, was einen höheren reaktiven Widerstand hervorruft [1].

In Abbildung 2 ist der komplexe Spannungsfall entlang einer NS-Leitung im Einspeisefall dargestellt. Die Spannungszeiger sind dabei mit gleichem Maßstab und unter Berücksichtigung der jeweiligen Leitungsbeläge eingezeichnet. Zu erwähnen ist, dass die Freileitung (FL) mit 70 mm² ungefähr die gleiche thermische Tragfähigkeit wie das Kabel (Ka) mit 150 mm² Querschnittsfläche aufweist, allerdings einen deutlich höheren Spannungsfall hervorruft. Weiter ist gut zu erkennen, dass der Effekt der Impedanzreduktion maßgeblich von der Verringerung des ohmschen Widerstandes und dessen Spannungsfall (U_RL) abhängt.

Würde man beispielsweise eine Freileitung mit 50 mm² Querschnitt durch eine mit 95 mm² ersetzen, erhält man fast eine Halbierung des Gleichstromwiderstandes von 0,59 Ω/km auf rd. 0,30 Ω/km. Entsprechend verringert sich auch der ohmsche Spannungsfall, welcher für die Spannungsbandausnutzung maßgeblich ist. Zudem sinkt auch die Betriebsreaktanz um rund 20 (m∙Ω)/km sowohl bei Niederspannungsleitungen als auch bei Mittelspannungsleitungen. Freileitungen weisen bei kleinerer Querschnittsfläche eine höhere thermische Tragfähigkeit auf als Kabel. Dies liegt daran, dass die Wärmeabfuhr bei Freileitungen durch die Umgebungsluft und den Wind besser ist als bei Kabeln. Im Umkehrschluss weisen Freileitungen mit gleicher thermischer Tragfähigkeit als ein Kabel einen höheren Spannungsfall auf. Hierfür gibt es zwei Gründe: der kleinere Querschnitt der Freileitung erzwingt einen höheren ohmschen Widerstand und die vom Strom eingeschlossene Fläche ist bei Freileitungen deutlich größer, was einen höheren reaktiven Widerstand hervorruft [1]. In Abbildung 2 ist der komplexe Spannungsfall entlang einer NS-Leitung im Einspeisefall dargestellt. Die Spannungszeiger sind dabei mit gleichem Maßstab und unter Berücksichtigung der jeweiligen Leitungsbeläge eingezeichnet. Zu erwähnen ist, dass die Freileitung (FL) mit 70 mm² ungefähr die gleiche thermische Tragfähigkeit wie das Kabel (Ka) mit 150 mm² Querschnittsfläche aufweist, allerdings einen deutlich höheren Spannungsfall hervorruft. Weiter ist gut zu erkennen, dass der Effekt der Impedanzreduktion maßgeblich von der Verringerung des ohmschen Widerstandes und dessen Spannungsfall ( U :subscript:`RL` ) abhängt.

In der nachfolgenden Tabelle sind elektrische Parameter von typischen Freileitungen und Kabeln der NS- und MS-Ebene gezeigt. Als NS-Kabel wird heute meist ein und bei NS-Freileitungen ein Querschnitt von verwendet.

Ähnlich der Querschnittsvergrößerung führt auch die Verlegung eines zweiten Kabels parallel zu einer existierenden Strecke zu einer Impedanzreduktion. Dem Stromfluss steht insgesamt ein größerer Querschnitt zur Verfügung. Im Unterschied zur Querschnittsvergrößerung durch Austausch der Leitung durch eine größere, wird mit der Parallelverkabelung nicht nur der ohmsche Widerstand nahezu umgekehrt proportional verkleinert, sondern auch die resultierende Reaktanz der Strecke, was aber für die Spannungsbandausnutzung kaum eine Rolle spielt. Bei der Parallelverkabelung kann man zwischen einer echten elektrischen Parallelschaltung und einer zur örtlichen Kabelverlegung parallel zur Bestandsleitung mit Aufteilung dieser und Anschluss des hinteren Streckenabschnitts auf die „Parallelleitung“ (siehe Abbildung 7).

In diesem Fall wird nicht der Querschnitt für den Stromfluss vergrößert, sondern der Stromfluss selbst verringert. Um diesem Umstand Rechnung zu tragen, soll diese Art von Parallelverkabelung als Zusatzstrang bzw. Erhöhung der Stromdichte bezeichnet werden. Abbildung 3 zeigt zusammenfassend die Beispiele von Netzverstärkungen durch Leitungsaustausch/parallele Kabel im Verteilungsnetz.

[1] G. Britz, Hrsg., Energiewirtschaftsgesetz, 2. Aufl. München: Beck, 2010.