HGÜ
Kondensatoren für die Gleichstromübertragung bei hohen Spannungen
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Leistungskondensatoren sind Schlüsselbauelemente
Möglich wurden die HVDC-Technologien erst durch die Entwicklung von Leistungshalbleitern mit entsprechend hohen Spannungsfestigkeiten von mehreren Hundert Kilovolt für die Gleichrichtung am Anfang sowie für die Wechselrichtung am Ende der Strecke - dem Einspeisepunkt in das Versorgungsnetz.
Anfangs kamen Thyristoren zum Einsatz, die aber wegen der besseren Steuerbarkeit zunehmend durch in Serie geschaltete IGBTs abgelöst wurden. Neben diesen Halbleiterbauelementen spielen in HVDC-Systemen Leistungskondensatoren eine entscheidende Rolle.
MKV- und MKK-Kondensatoren für konventionelle HVDC-Technologien
Bei konventionellen HVDC-Technologien erfolgt am Anfang der Übertragungsstrecke eine sechspolige Gleichrichtung. Leistungskondensatoren sind erforderlich, um die Thyristoren vor Überspannung zu schützen. Sie arbeiten hier als Snubber-Kondensatoren.
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Aus dem Produktspektrum der Leistungskondensatoren aus dem Hause Epcos ist dafür etwa der Typ B25990T5165A000 geeignet. Seine Kapazität beträgt 1,6 µF bei einer Spannungsbelastbarkeit von 5.100 V(AC). Dieser Kondensatorentyp ist in konventioneller MKV-Technologie ausgeführt: Der Kondensatorwickel besteht aus beidseitig metallisiertem Papier. Als Dieelektrikum dient zwischen den Papierlagen eine Polypropylenfolie.
Bei neuen Projekten kommt bei vergleichbaren elektrischen Parametern die MKK-Technologie mit Kapazitätswerten von 1,4 µF, 1,6 µF, 2 µF, 2,4 µF und 4 µF zum Einsatz. Bei dieser Technik ist die Metallisierung direkt auf das Propylen-Dielektrikum aufgebracht. Diese Kondensatoren sind ölfrei.
MKK-Kondensatoren von Epcos sind insbesondere für die 2-Level-VSC-HVDC-Technik (VSC, Voltage-Sourced Converter) geeignet, und Bild 1 zeigt ergänzend dazu auf der rechten Bildhälfte das Prinzipschaltbild. Die Gleichspannung wird durch IGBTs ähnlich wie bei einem Frequenzumrichter in eine pulsbreitenmodulierte Spannung umgewandelt (linke Bildhälfte, rote Kurve). Diese hat allerdings einen deutlich anderen Verlauf als die angestrebte Sinuskurve.
Bisher nutzen weltweit rund 30 Projekte die konventionelle HVDC-Technologie mit einer gesamten Übertragungsleistung von über 100 GW (Bild 2). Durchschnittlich werden dabei pro System mehrere 100 Kondensatoren eingesetzt.
Gerade wegen des rasanten Netzausbaus in Asien rechnen Experten bis 2020 mit einem Anstieg der installierten Leistung auf rund 350 GW. Hauptsächliches Einsatzgebiet von konventionellen HVDC-Anlagen ist die verlustarme Energieübertragung über lange Strecken, um etwa Ballungszentren an weit entfernte Wasserkraftwerke anzubinden. Eine andere Verwendung für diese Technologie ist die Gleichspannungskurzkopplung. Sie dient dazu, Netze, die mit unterschiedlichen Frequenzen wie etwa 50 Hz und 60 Hz betrieben werden, miteinander zu verbinden.
Konventionelle HVDC-Technologien sind relativ einfach und haben zwei signifikante Nachteile: Wegen der Pulsbreitenmodulation ist ein erhöhter Filteraufwand an der Ausgangsseite erforderlich, so dass Kostenvorteile durch die geringere Zahl benötigter Leitungen dadurch teilweise wieder aufgezehrt werden. Außerdem ist bei den älteren Thyristor-basierten Systemen, welche die Leistungshalbleiter ausschließlich ein-, aber nicht ausschalten können, keine aktive Netzführung bezüglich Frequenz und Spannung möglich.
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