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PTB entwickelt innovative Messtechnik für zukünftige DC-Hochspannungsübertragungsnetze

29.09.2020

Zur Unterstützung des Ausbaus neuartiger DC-Hochspannungsübertragungsnetze, z.B. für die geplanten Nord-Süd-DC-Hochspannungstrassen in Deutschland, wirkt die PTB maßgeblich an der Entwicklung von messtechnischen Lösungen mit. In einem ersten Schritt wurden dazu ein 2000 kV-Gleichspannungsgenerator und ein Spannungsmessteiler entwickelt und auf dem Freifeld der PTB im Sommer 2020 erfolgreich getestet. Diese Komponenten sind Grundlage für zukünftige Kalibrier- und Prüfdienstleistungen in diesem Hochspannungsbereich und Basis für die Arbeit unzähliger Hochspannungsprüffelder weltweit.

 

 

 

Der weltweit steigende Bedarf an elektrischer Energie und die zunehmende Integration erneuerbarer Energien haben die Übertragungsspannungen in immer höhere Bereiche getrieben. Historisch bedingt wird heute noch elektrische Energie überwiegend zentral erzeugt und mittels Hochspannungs-Drehstromleitungen über große Strecken übertragen. Die Energiewende in Deutschland und damit der Kohle- und Atomausstieg zwingen hierbei schon national zu einem Umdenken. Dabei wird die elektrische Energie dort erzeugt, wo das natürliche regenerative Energieangebot zur Verfügung steht, beispielsweise durch Windkraft in Offshore-Anlagen vor der Nordseeküste oder mittels Photovoltaik in großen Solarparks in Süddeutschland. Diese elektrische Energie wird zukünftig mittels Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) bei Betriebsspannungen von einigen Hundert Kilovolt und teilweise auch größer als 800 kV transportiert, was effizienter als die Drehstromübertragung ist. Weiterhin werden weltweit HGÜ-Leitungen zur Überbrückung großer Strecken unter Wasser eingesetzt, insbesondere zur Energieübertragung von aus Wasserkraft gewonnener elektrischer Energie im südamerikanischen Amazonasgebiet sowie in China, um mehr als 1000 km entfernte Industriezentren zu versorgen.

Zur Sicherung von Verfügbarkeit und Versorgungsqualität über die bislang üblichen Spannungsbereiche hinaus sind Prüfungen von Geräten und Komponenten bei höchsten Gleichspannungen erforderlich. Hochspannungsprüfungen und Kalibrierungen oberhalb 1000 kV Gleichspannung sind aktuell jedoch nicht verfügbar. Das Ziel der PTB ist daher die Erweiterung der Messmöglichkeiten auf bis zu 2000 kV Gleichspannung im Rahmen des EMPIR-Projekts 19ENG02 „FutureEnergy“. Im Zeitraum der nächsten drei Jahre werden die Messteiler aller Projektpartner (neben der PTB sechs weitere europäische Metrologieinstitute, drei Universitäten und zwei Industriepartner) in Messungen auf dem Freifeld der PTB überprüft und bewertet. Die Messungen auf dem Freifeld der PTB erlauben den Einsatz von Gleichspannungen von mehr als 1000 kV. Die Komponenten der modularen Hochspannungserzeugung sowie der Messteiler (siehe Bild) wurden an der PTB in Braunschweig entwickelt und gefertigt. Abschließend werden die Forschungsergebnisse auf internationaler Ebene in die laufende Überarbeitung der IEC 60060-Reihe im Technical Commitee 42 der IEC „High-voltage and high-current test techniques” eingebracht.

Siehe auch: Pressemitteilung der PTB vom 24.09.2020

Freifeld mit Hochspannungsgenerator und Präzisionsspannungsteiler
Bild: Hochspannungsgenerator für 2000 kV Gleichspannung (links, im Vordergrund) und Präzisionsspannungsteiler „PT1600“ für hohe Gleichspannungen (rechts, im Hintergrund).

 

 

Veröffentlichung:
„High Frequency High Voltage Power Supplies“, F. Schilling, S. Passon, J. Meisner, A. Walker, M. Kurrat, B. Weber. Erschienen in: Proceedings of the 21st International Symposium on High Voltage Engineering (Springer International Publishing)

 

 

 

Fachbereich 2.3 „Elektrische Energiemesstechnik"