Simulation magnetischer Schirmungen im Niederfrequenzbereich unter Berücksichtigung feldabhängiger Materialparameter

Abstract:
Zurzeit liegt der Anteil an Energiekabelanlagen im Vergleich zu Freileitungen bei 4 % im Höchstspannungsbereich (110 kV – 380 kV) sowie bei 65 % im Mittelspannungsbereich (10 kV – 20 kV), und eine weitere rasche Zunahme des Kabelanteils ist zu erwarten. Geht man von dem geplanten Ausbau der Windenergienutzung aus, müssten bis zum Jahr 2015 380-Kilovolt-Trassen mit einer Gesamtlänge von 850 km neu gebaut werden, um die Leistung von 36000 MW aus Windenergie von den Erzeugerstandorten in die Verbrauchszentren übertragen zu können. Eine rasche Netzeinbindung von Windenergie ist eher durch Erdkabel zu erreichen, da einer Freileitungstrasse ein langjähriges Genehmigungsverfahren vorausgeht und Freileitungen auf massiven Widerstand in der Bevölkerung stoßen. Bereits jetzt fordert der Bund für Umwelt und Naturschutz, dass Windenergie-Anlagen nur über Erdkabel mit dem öffentlichen Stromnetz verbunden werden sollen. Da immer häufiger strenge Grenzwerte gefordert werden, sind effiziente konstruktive Maßnahmen gefragt, die das äußere Magnetfeld einer Kabelanlage reduzieren. Wichtig sind hierbei Berechnungsverfahren, die bereits in der Planungsphase zuverlässige Voraussagen über das auftretende Magnetfeld erlauben, um geeignete Schirmungsmaßnahmen frühzeitig zu berücksichtigen und kostenaufwändige Nachbesserungen auszuschließen. In diesem Aufsatz werden deshalb unterschiedliche Schirmungsmaßnahmen mit einer auf der Finite-Elemente-Methode basierenden Simulationssoftware untersucht, um einen Einblick in die Effizienz der Schirmung, den erforderlichen Materialaufwand und die entstehenden Zusatzverluste bei Kabelanlagen zu bekommen.