Fachkommission für Hochspannungsfragen

EMV, EMF Messungen und Berechnungen

Niederfrequente elektrische und magnetische Felder (EMF)

Messungen und Berechnungen von elektrischen und magnetischen Feldern gehören zu den Standarddienstleistungen der FKH. Seit den frühen 90er Jahren ist es in erster Linie der Verunsicherung in der Gesellschaft zuzuschreiben, dass ein rasch steigender Bedarf an Messungen und Berechnungen von elektrischen und magnetischen Streufeldern (EMF) der elektrischen Energieversorgungsanlagen und deren mögliche gesundheitliche Auswirkungen gewachsen ist. In dieser Zeit existierten nur wenige kommerzielle Messgeräte und Berechnungsprogramme für EMF. Dies änderte sich in den Folgejahren rasch durch die Herausgabe von Grenz- und Vorsorgewertenin der NISV (Verordnung über den Schutz vor nichtionisierender Strahlung, SR 814.710) im Jahr 2000.

Seit der Jahrtausendwende sind Berechnungsprogramme in der Branche vielerorts verfügbar geworden. Die FKH hat sich entsprechend den heute noch bestehenden Bedürfnissen der Netzbetreiber auf ergänzende Fragestellungen spezialisiert, die in der Branche noch ungenügend abgedeckt werden. Sie betreffen unter anderem Wechselwirkungen der Felder mit anderen Einrichtungen, Kombination unterschiedlicher Frequenzen sowie die Wirksamkeit von Abhilfemassnahmen und von elektromagnetischen Schirmungen.

In Ergänzung zur Bestimmung der elektrischen Felder an Freileitungen berechnet die FKH auch Emissionen aufgrund der Korona-Aktivität an den Freileitungsseilen: Koronaschallpegel und elektromagnetische Störpegel. Bei diesen Studien steht weniger der absolute Wert sondern mehr die Quantifizierung der Einflüsse des Leiterseildurchmessers und der Bündel- und Phasengeometrie im Vordergrund.

Sensor zur Messung der elektrischen Feldstärke

Sensor zur Messung der elektrischen Feldstärke

Freileitung mit berechneten Flächen gleicher magnetischer Flussdichte

Freileitung mit berechneten Flächen gleicher magnetischer Flussdichte

 

Elektromagnetische Verträglichkeit (EMV)

Die FKH beschäftigt sich sowohl mit Beeinflussungsfragen bei Netzfrequenz als auch mit Beeinflussungsproblemen bei transienten Vorgängen. Durch konsequente Realisierung von Designregeln und Schutzmassnahmen können Probleme der elektromagnetischen Verträglichkeit in vielen Fällen vermieden werden. Die FKH berät ihre Mitglieder und führt als Dienstleistung messtechnische und theoretische Untersuchungen durch.

Die Fragen der elektromagnetischen Verträglichkeit umfasst zum einen den Bereich der betriebsfrequenten Beeinflussung: Darunter wird meist die magnetische – in seltenen Fällen auch die Beeinflussung über elektrische Feld (kapazitive Beeinflussung) verstanden, die Starkstromleitungen und Bahnanlagen auf metallischen Infrastruktur-Leitungen ausüben können. Die FKH besitzt Berechnungswerkzeuge für die Ermittlung solcher Beeinflussungen im Betrieb und im Fehlerfall.

FKH-Programm LFIP: Low Frequency Interference Program

Nach Einlesen der Trassee-Karten von Starkstromleitungen und von Kommunikationskabeln oder Rohrleitungen können die induzierten Spannungen für den Betriebs- und den Fehlerfall auf den beeinflussten Leitungen berechnet  werden.

Ersatzschaltbild eines kurzen Auschnitts eines stromdurchflossenen Leiters und einer beeinflussten Rohrleitung

Ersatzschaltbild eines kurzen Auschnitts eines stromdurchflossenen Leiters und einer beeinflussten Rohrleitung

Schematische Illustration einer Beeinflussungssituation

Schematische Illustration einer Beeinflussungssituation

Skalierung eines elektronisch eingelesenen Trassenplans

Skalierung eines elektronisch eingelesenen Trassenplans

Eingabe der elektrischen Parameter für die Starkstromleitung und für die beeinflusste Rohrleitung

Eingabe der elektrischen Parameter für die Starkstromleitung und für die beeinflusste Rohrleitung

Induzierte Spannung entlang einer 30 km langen isolierten Rohrleitung im Erdfehlerfall, bei verschiedenen Kombinationen des Einsatzes von Wechselstromableitungen. Es handelt sich dabei um Wechselstromerdungen über Polarisationszellen, die das kathodische Schutzpotential erhalten

Induzierte Spannung entlang einer 30 km langen isolierten Rohrleitung im Erdfehlerfall, bei verschiedenen Kombinationen des Einsatzes von Wechselstromableitungen (Abgrenzeinheiten). Es handelt sich dabei um Wechselstromerdungen über Polarisationszellen, die das kathodische Schutzpotential zulassen und Wechselströme gegen Erde ableiten

Übersicht der Versuchseinrichtung mit Stossstromgenerator, eines Fensterrahmens mit Storensteuerung

Übersicht der Versuchseinrichtung mit Stossstromgenerator, eines Fensterrahmens mit Storensteuerung

Hochfrequente, transiente Beeinflussungen

Zum anderen bietet die FKH die Untersuchung verschiedener Beeinflussungsmechanismen im Bereich hoher Frequenzen an. Bei Schalthandlungen treten hohe Stromsteilheiten auf, wobei die schnell veränderlichen Magnetfelder in den benachbarten elektrischen Einrichtungen kurzzeitig sehr hohe Störspannungen induzieren können. Entsprechende Probleme werden vor allem messtechnisch untersucht. Für alle Beeinflussungsgrössen (elektromagnetische Felder, induzierte Spannungen und Ströme) stehen Messmittel bereit.

Messung einer allfälligen Beeinträchtigung der Storensteuerung durch Überspannungen und Ströme

Messung einer allfälligen Beeinträchtigung der Storensteuerung durch Überspannungen und Ströme

Software für Erdungsberechnungen

Ergebnis einer Erdungsberechnung: Erdbodenpotential in Form einer dreidimensionalen farbkodierten Fläche

Ergebnis einer Erdungsberechnung: Erdbodenpotential in Form einer dreidimensionalen farbkodierten Fläche

Zur Überprüfung der Wirksamkeit der Erdungsanlagen von Unterwerken und anderen elektrischen Anlagen bietet die FKH Erdungsberechnungen mit Auswertungen an. Eine theoretische Analyse eines Erdungssystems setzt die Kenntnis des spezifischen Erdbodenwiderstands voraus. Eine Erdungsberechnung umfasst folgende Teile:

  • Modellierung des Erdungssystems und Eingabe der zuvor gemessenen spezifischen Erdbodenwiderstände
  • Berechnung des Erdungswiderstands und des Potentialtrichters
  • Berechnung von Berührungs- und Schrittspannungen
  • Berechnung der Erdschlussstrom­verteilung
  • Dokumentation und Bericht

 

 

Thermisch Auslegung von Kabelanlagen

Für die Auslegung Dimensionierung von Kabelanlagen besitzt die FKH eine Software, die  folgende Analysen erlaubt:

•           Strombelastbarkeit im Gleichgewichtszustand nach IEC 60287

•           Strombelastbarkeit bei zyklischer Last nach IEC 60853 oder nach Neher-McGrath

•           Transiente Strombelastbarkeit bei beliebigen Lastkurven

•           Berechnung der Kurzschlussstromfestigkeit von Leiter und Schirm nach IEC 60949

•           Berechnung von Magnetfeldprofilen

Es können mehrere sowohl einphasige als auch dreiphasige Kabelsysteme bei beliebiger Frequenz simuliert werden. Eine grafische Benutzeroberfläche unterstützt die Eingabe des Kabelaufbaus (1. Bild) und der Verlegeanordnung. Die Resultate der Berechnungen werden direkt in die Grafik eingefügt (2. Bild) oder können als Tabellen ausgegeben werden, die alle relevanten Daten wie z.B. Widerstände oder Verluste in Leiter und Schirm enthalten.

Kabelaufbau

Kabelaufbau

Disposition mit Lastströmen und berechneten Temperaturen

Disposition mit Lastströmen und berechneten Temperaturen

 

 

 

 

 

 

 

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