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Berechnung von geomagnetisch induzierten Strömen auf Basis eines dreidimensionalen Leitfähigkeitsmodells

Calculation of geomagnetically induced currents based on a three-dimensional conductivity model

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e & i Elektrotechnik und Informationstechnik Aims and scope Submit manuscript

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Zusammenfassung

Geomagnetisch induzierte Ströme (GIC) entstehen durch kosmische Einflüsse auf unser Erdmagnetfeld. Die Auswirkungen von GICs auf Transformatoren sind unter anderem ein erhöhter Scheinleistungsbedarf und eine daraus resultierende verringerte Belastbarkeit. Diese Arbeit zeigt, wie geomagnetisch induzierte Ströme innerhalb eines Übertragungsnetzes mit geerdeten Transformatorsternpunkten berechnet werden können. Für die Berechnung werden global verfügbare Magnetfelddaten und ein globales dreidimensionales Leitfähigkeitsmodell der Erde benutzt. Die Berechnung erfolgt beispielhaft für einen kleinen Ausschnitt des deutschen Übertragungsnetzes. Um die Genauigkeit zu erhöhen, wird der untersuchte Ausschnitt in ein feines Raster unterteilt. Zusammen mit einem dreidimensionalen Leitfähigkeitsmodell der Erde und der Interpolation gemessener Magnetfelddaten kann so der geomagnetisch induzierte Strom in einer Freileitung berechnet werden. Durch die Überlagerung der GICs aller Freileitungen, die an einen Transformator angeschlossen sind, kann der resultierende geomagnetisch induzierte Strom ermittelt werden. Die berechneten GIC-Ströme werden mit Messungen von Transformatorsternpunkten verglichen. Dabei zeigt sich eine weitgehend gute Übereinstimmung.

Abstract

Geomagnetically induced currents (GIC) are generated by cosmic influences on our earth’s magnetic field. The effects of GICs on transformers include an increased apparent power requirement and a resulting reduced load capacity. This thesis shows how geomagnetically induced currents within a transmission network with earthed transformer neutral points can be calculated. For the calculation globally available magnetic field data and a global three-dimensional conductivity model of the earth are used. The calculation is exemplary for a small section of the German transmission grid. In order to increase the accuracy, the examined section is divided into a fine grid. Together with a three-dimensional conductivity model of the earth and the interpolation of measured magnetic field data, the geomagnetically induced current in an overhead line can be calculated. By superimposing the GICs of all overhead lines connected to a transformer, the resulting geomagnetically induced current can be determined. The calculated GIC currents are compared with measurements of transformer star points. The results show a largely good agreement.

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Authors and Affiliations

  1. BSS Hochspannungstechnik GmbH, Leonberg, Deutschland

    Michael Schühle

  2. Universität Stuttgart, Stuttgart, Deutschland

    Stefan Tenbohlen

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  1. Michael Schühle
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Schühle, M., Tenbohlen, S. Berechnung von geomagnetisch induzierten Strömen auf Basis eines dreidimensionalen Leitfähigkeitsmodells. Elektrotech. Inftech. 137, 400–405 (2020). https://doi.org/10.1007/s00502-020-00828-3

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