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Fachwissen & Grundlagen

Was ist ein Freileitungsgutachten?

Sicherheit und Normkonformität (DIN EN 50341-2-4) bei der Errichtung von Windenergieanlagen im Umfeld von Hochspannungsfreileitungen.

Hintergrund

Bei der Planung und Realisierung von Windenergieanlagen (WEA) im Nahbereich bestehender Hochspannungsfreileitungen spielen Wechselwirkungen zwischen den Rotoren der Anlagen und der Freileitungsinfrastruktur eine entscheidende Rolle. Insbesondere die durch den Betrieb des Rotors erzeugten aerodynamischen Nachlaufströmungen (engl. wake effects) sowie einzuhaltende Mindestabstände müssen fachgerecht bewertet werden.

Ein Freileitungsgutachten (häufig auch als Nachlaufströmungsgutachten bezeichnet) bewertet ingenieurtechnisch und modellbasiert, ob der Betrieb der geplanten Windenergieanlagen die Leiterseile einer Freileitung beeinträchtigt. Normative Grundlage in Deutschland ist hierfür die DIN EN 50341-2-4 (Nationale Normative Festlegungen für Deutschland für Freileitungen über AC 1 kV).

Wann wird ein Freileitungsgutachten erforderlich?

Eine gesonderte Nachlaufuntersuchung ist gemäß DIN EN 50341-2-4 vorgeschrieben, sobald der horizontale Abstand zwischen einer Windenergieanlage und einer Hochspannungsfreileitung das Dreifache des Rotordurchmessers (3 · DWEA) unterschreitet.

Methodik der Untersuchung nach DIN EN 50341-2-4

Die gutachterliche Überprüfung gliedert sich in zwei grundlegende, aufeinander aufbauende Berechnungsschritte:

1

Mindestabstandsberechnung

Überprüfung, ob der normativ geforderte Mindestabstand zwischen den Komponenten der Windenergieanlage und den Leiterseilen bzw. der Trassenachse der Hochspannungsfreileitung unter allen Betriebs- und Ausschwingbedingungen sicher eingehalten wird.

2

Analyse der Nachlaufströmung

Untersuchung, ob und in welchem Ausmaß die turbulente Nachlaufströmung des WEA-Rotors die Leiterseile erreicht und potenziell strömungsinduzierte Schwingungsanregungen hervorrufen kann.

1. Mindestabstandsberechnung

Die Berechnung des erforderlichen Mindestabstandes berücksichtigt spannungsabhängige Schutzabstände, die maximale Traversenbreite des Masten sowie die seitliche Auslenkung der Leiterseile (Ausschwingbreite). Die Grundbeziehung nach DIN EN 50341-2-4 stellt sicher, dass auch im Extremfall kein Überschlag oder unzulässiges Annähern erfolgt.

2. Analyse der Nachlaufströmung

Die Ausbreitung der Nachlaufströmung hinter dem Rotor wird mithilfe eines konkav öffnenden Ausbreitungsmodells berechnet. Dabei gelten normativ festgelegte Parameter:

  • Öffnungswinkel der Nachlaufströmung: Angesetzt mit 5,71°.
  • Relevanter Schwenkbereich: Betrachtung innerhalb eines Winkels von beidseitig 45° bezogen auf den Abstand zur Freileitung.
  • Maximale Reichweite (3 · DWEA): Ist der Abstand größer als das Dreifache des Rotordurchmessers, wird davon ausgegangen, dass kein relevanter Einfluss auf die Leiterseile mehr besteht.
Schematische Skizze der Nachlaufströmung und des Schwenkbereichs nach DIN EN 50341-2-4
Abbildung: Schematische Darstellung des konkav öffnenden Nachlaufströmungsmodells.

Ergebnisse & Gutachterliche Bewertung

In der detaillierten Auswertung wird für jede Leitung der Abstand zur Nachlaufströmung berechnet.

  • Keine Betroffenheit: Liegen die Leiterseile außerhalb des turbulenten Nachlaufkegels, ist eine Beeinflussung der Leitung ausgeschlossen.
  • Betroffenheit festgestellt: Sollte die Nachlaufströmung die Leiterseile erreichen, werden in Abstimmung mit dem zuständigen Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) gezielte Maßnahmen definiert. Dies betrifft in der Regel das Anbringen von schwingungsdämpfenden Elementen, um mechanische Schwingungsbeanspruchungen wirksam zu verhindern.

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