Erarbeitung eines Leitungsmodells zur Berechnung der Leitungsparameter unter Berücksichtigung der endlichen Leitungslänge und Mastausbreitungswiderstände an den Erdungspunkten

Abstract

ZusammenfassungBei Freileitungen wird der Einfluss von Erdseilen häufig unter der Annahme einer ideal leitenden Verbindung zur Modellerde im Leitungsmodell berücksichtigt. Darüber hinaus werden zur Berechnung der induktiven Verkopplung konventionell unendlich lange Leiter Erde-Schleifen betrachtet. Der Ansatz geht dabei von einem in Leitungsrichtung homogenen Feldbild aus. Abweichungen von diesem Ansatz treten zum Beispiel am Leitungsanfang und -ende sowie in der Nähe von Verdrillungsmasten auf, da in diesen Bereichen kein homogenes Feld zu erwarten ist. Ebenfalls können Erdseile und Lichtwellenleiter-Erdseile nicht als uns endlich lang angenommen werden, da durch die spannfeldweise Erdung Ausgleichsströme in jedem Spannfeld auftreten, sodass auch hier der Ansatz eines homogenen Feldbildes nicht erfüllt ist. Mit dem Hertz’schen Dipolansatz wird ein komplexer Integralausdruck zur Berechnung der Impedanz von Leitern beliebiger Länge erarbeitet. Dieser lässt sich bei endlicher Leiterlänge nicht in einer geschlossenen Form darstellen, weshalb numerische Methoden zum Einsatz kommen. Um den numerischen Rechenaufwand zu reduzieren, wird der Integralausdruck mithilfe der Image-Theorie approximiert, was die Berechnung für praxisnahe Anordnungen ermöglicht. Mit den Ergebnissen wird ein Leitungsmodell aufgebaut und in MATLAB implementiert, welches es möglich macht, die Leitungsparameter und speziell die Nullimpedanz unter Berücksichtigung verschiedener Einflussparameter zu berechnen. Das Modell wurde sowohl mit einer fiktiven als auch mit einer realen Leitung validiert. Anhand des entwickelten Modells werden Parameterstudien durchgeführt, um signifikante Einflussfaktoren auf die Nullimpedanz zu identifizieren.