Elektrische Energieversorgung

ISBN-13: 9783528185473 / Niemiecki / Miękka / 1991 / 438 str.

Klaus Heuck; Klaus-Dieter Dettmann

Opis

Das Buch "Elektrische Energieversorgung" vermittelt vornehmlich die Kenntnisse, die von sei ten der Industrie und Energieversorgungsunternehmen bei Jungingenieuren als Grundwissen erwartet werden. Besonderer Wert wird auf die Vermittlung der physikalischen Zusammenhange gelegt, die fiir die Energieversorgung bestimmend sind; die Darstellung der Technologie be schrankt sich auf das Mafi, welches fiir das Verstandnis von Planung und Betrieb von Netzen notwendig ist. Das Buch ist so angelegt, dafi es auch fiir ein Selbststudium geeignet ist. Zu diesem Zweck ist strikt darauf geachtet worden, dafi die einzelnen Begriffe bzw. Definitionen streng und folge richtig nacheinander entwickelt werden. Die in diesem Zusammenhang erforderlichen Grund lagenkenntnisse wie z.B. die Berechnung galvanisch-induktiv gekoppelter Kreise, die nach den Erfahrungen der Autoren nicht generell bei Studenten nach dem Vorexamen zu erwarten sind, werden erlautert oder zumindest noch einmal gestreift. Urn die Verstandlichkeit weiter zu erhohen, werden die Modelle, von denen ausgegangen wird, zunachst sehr einfach gehalten. Fiir die analytische Formulierung werden, von einer Ausnahme abgesehen, die Kenntnisse der Mathematik benotigt, wie sie iiblicherweise nach dem Grundstu dium an einer Fach- oder wissenschaftlichen Hochschule vorliegen. Es werden die Giiltigkeitsbe reiche dieser Modelle im Hinblick auf ihre Anwendung in der Praxis herausgearbeitet. Sofern die Idealisierungen fiir wichtige Bereiche der Praxis zu weitreichend sind, wird auf kompliziertere Modelle eingegangen. Urn die mathematischen Anforderungen niedrig zu halten, wird jedoch bei diesen Modellen vielfach mit der physikalischen Plausibilitat argumentiert. Dabei wird auch auf Feinheiten eingegangen, die fiir den bereits im Berufsleben stehenden Ingenieur von Interesse sein diirften.

Spis treści

1 Überblick über die geschichtliche Entwicklung der elektrischen Energieversorgung.- 2 Grundzüge der elektrischen Energieerzeugung.- 2.1 Fossil befeuerte Kraftwerke.- 2.1.1 Kondensationskraftwerke.- 2.1.1.1 Prinzipieller Ablauf der Energieumwandlung in Kondensationskraftwerken.- 2.1.1.2 Aufbau von Kondensationskraftwerken.- 2.1.1.3 Wärmeverbrauchskennlinie von Kondensationskraftwerken.- 2.1.2 Überblick über weitere Wärmekraftwerke.- 2.1.2.1 Gegendruckanlagen.- 2.1.2.2 Kraftwerke mit Gasturbinen.- 2.1.2.3 Kombinationskraftwerke.- 2.2 Wasserkraftwerke.- 2.2.1 Bauarten von Wasserturbinen.- 2.2.2 Bauarten von Wasserkraftwerken.- 2.3 Kernkraftwerke.- 2.4 Kraftwerksregelung.- 2.4.1 Regelung von Wärmekraftwerken.- 2.4.1.1 Regelung eines Blockes im Inselbetrieb.- 2.4.1.2 Regelung im Insel- und Verbundnetz.- 2.4.2 Regelung von Wasser- und Kernkraftwerken.- 2.5 Kraftwerkseinsatz.- 2.5.1 Verlauf der Netzlast.- 2.5.2 Deckung der Netzlast.- 2.6 Aufgaben.- 3 Aufbau von Energie Versorgungsnetzen.- 3.1 Übertragungssysteme.- 3.2 Wichtige Netzstrukturen.- 3.2.1 Niederspannungsnetze.- 3.2.2 Mittelspannungsnetze.- 3.2.3 Hoch- und Höchstspannungsnetze.- 3.3 Aufgaben.- 4 Aufbau und Ersatzschaltbilder wichtiger Netzelemente.- 4.1 Berechnung von Netzwerken mit induktiven Kopplungen.- 4.1.1 Analytische Beschreibung induktiver Kopplungen.- 4.1.2 Induktive Kopplungen in Netzen.- 4.1.3 Nichtlineare Induktivitäten.- 4.2 Transformatoren.- 4.2.1 Einphasige Zweiwicklungstransformatoren.- 4.2.1.1 Aufbau und Gültigkeitsbereich induktiver Modelle von einphasigen Zweiwicklungstransformatoren.- 4.2.1.2 Ersatzschaltbild eines einphasigen ZweiWicklungstransformators.- 4.2.1.3 Betriebs verhalten von Zweiwicklungstransformatoren im einphasigen Netzverband.- 4.2.2 Einphasige Dreiwicklungstransformatoren.- 4.2.3 Dreiphasige Transformatoren.- 4.2.3.1 Aufbau eines Drehstromtransformators mit zwei Wicklungen.- 4.2.3.2 Schaltungen.- 4.2.3.3 Übersetzung bei symmetrischem Betrieb.- 4.2.3.4 Ersatzschaltbild für den symmetrischen Betrieb.- 4.2.3.5 Betriebsverhalten von dreiphasigen Zweiwicklungstransformatoren im Netzverband.- 4.2.4 Spartransformatoren.- 4.2.4.1 Aufbau und Einsatz von Spartransformatoren.- 4.2.4.2 Ersatzschaltbild eines Spartransformators.- 4.2.5 Transformatoren mit einstellbarer Übersetzung.- 4.2.5.1 Erläuterung der direkten Spannungseinstellung.- 4.2.5.2 Erläuterung der indirekten Spannungseinstellung.- 4.2.5.3 Leistungsverhältnisse bei Umspannern mit einstellbaren Übersetzungen.- 4.3 Wandler.- 4.3.1 Spannungswandler.- 4.3.2 Stromwandler.- 4.4 Synchronmaschinen.- 4.4.1 Grundsätzlicher Aufbau von Synchronmaschinen.- 4.4.2 Erläuterungen zum Betriebsverhalten von Synchronmaschinen.- 4.4.2.1 Ersatzschaltbild für den stationären Betrieb.- 4.4.2.2 Betriebseigenschaften von Synchronmaschinen in Energie Versorgungsnetz en.- 4.4.2.3 Spannungsregelung von Synchronmaschinen.- 4.4.3 Erläuterungen zum Kurzschlu?verhalten von Synchronmaschinen ..- 4.4.3.1 Dreipoliger Klemmenkurzschlu? bei einer verlustfreien, leerlaufenden Synchronmaschine mit Dauermagnetläufer ..- 4.4.3.2 Dreipoliger Klemmenkurzschlu? bei einer verlustfreien, leerlaufenden Vollpolmaschine mit Gleichstromerregung ..- 4.4.3.3 Kurzschlu?verhalten einer belasteten Vollpolmaschine.- 4.5 Freileitungen.- 4.5.1 Aufbau von Freileitungen.- 4.5.2 Ersatzschaltbilder von Drehstromfreileitungen für den symmetrischen Betrieb.- 4.5.2.1 Induktivitätsbegriff bei Dreileitersystemen.- 4.5.2.2 Kapazitätsbegriff bei Dreileitersystemen.- 4.5.2.3 Ohmscher Widerstand bei Dreileitersystemen.- 4.5.2.4 Ableitungswiderstand bei Dreileitersystemen.- 4.5.3 Betriebsverhalten von symmetrisch aufgebauten Drehstromfreileitungen bei symmetrischem Betrieb.- 4.6 Kabel.- 4.6.1 Aufbau von Kabeln.- 4.6.2 Ersatzschaltbild und Betriebsverhalten von Drehstromkabeln.- 4.7 Lasten.- 4.8 Leistungskondensatoren.- 4.8.1 Aufbau von Leistungskondensatoren.- 4.8.2 Grundsätzliche Erläuterungen zur Blindleistungskompensation.- 4.8.3 Blindleistungskompensation bei Netzen mit parasitären Oberschwingungen.- 4.9 Drosselspulen.- 4.10 Schalter.- 4.10.1 Ersatzschaltbild und prinzipielle Eigenschaften von Schaltern.- 4.10.2 Beschreibung wichtiger Schaltertypen.- 4.11 Schaltanlagen.- 4.11.1 Schaltpläne von Schaltanlagen.- 4.11.2 Bauweise von Schaltanlagen.- 4.11.3 Berücksichtigung von Schaltanlagen in Ersatzschaltbildern.- 4.11.4 Leittechnik in Schaltanlagen.- 4.12 Überblick über wichtige Einrichtungen zum Schutz von Netzelementen.- 4.12.1 Einrichtungen zum Schutz vor Überspannungen.- 4.12.2 Einrichtungen zum Schutz vor Überströmen.- 4.12.2.1 Sicherungen und Is–Begrenzer.- 4.12.2.2 Schutzsysteme.- 4.13 Aufgaben.- 5 Bemessung von Netzen im Normalbetrieb.- 5.1 Bemessungskriterien für den Normalbetrieb und Erläuterungen zu elektrisch kurzen Leitungen.- 5.2 Einseitig gespeiste Leitung ohne Verzweigungen.- 5.3 Einseitig gespeiste Leitung mit Verzweigungen.- 5.4 Zweiseitig gespeiste Leitung.- 5.5 Vermaschtes Netz.- 5.6 Nachbildung von Teilnetzen.- 5.7 Lastflu?rechnung.- 5.8 Aufgaben.- 6 Dreipoliger Kurzschlu?.- 6.1 Generatorferner dreipoliger Kurzschlu?.- 6.1.1 Berechnung des stationären Kurzschlu?stromverlaufes in unverzweigten Netzen.- 6.1.2 Berechnung des transienten Kurzschlu?stromverlaufes in unverzweigten Netzen.- 6.2 Generatornaher dreipoliger Kurzschlu?.- 6.2.1 Verzweigte Netze mit einer Generatoreinspeisung.- 6.2.2 Berücksichtigung von Verbrauchern und Querkapazitäten.- 6.2.3 Verzweigte Netze mit mehreren Generatoreinspeisungen.- 6.3 Aufgaben.- 7 Kurzschlu?festigkeit von Anlagen.- 7.1 Lichtbogenkurz Schlüsse in Anlagen.- 7.2 Mechanische Kurzschlu?festigkeit.- 7.2.1 Auslegung von linienformigen, biegesteifen Leitern.- 7.2.2 Auslegung von Leiterschienen mit gro?en Querschnittsabmessungen.- 7.2.3 Auslegung von Stützern.- 7.2.4 Auslegung von Leiterseilen und Kabeln.- 7.3 Thermische Kurzschlu?festigkeit.- 7.4 Ma?nahmen zur Beeinflussung der Kurzschlu?leistung.- 7.5 Auswirkungen von Kurzschlüssen auf das transiente Generatordrehzahlverhalten.- 7.5.1 Wichtige Netzparameter zur Gewährleistung der transienten Stabilität.- 7.5.2 Drehzahlverhalten der Generatoren in einem kurzschlu?behafteten Netz mit mehrfacher Generatoreinspeisung.- 7.6 Aufgaben.- 8 Grundzüge der Betriebsfuhrung und Planung von Netzen.- 8.1 Betriebsfuhrung von Netzen.- 8.2 Wichtige Gesichtspunkte zur Planung von Netzen.- 8.3 Aufgaben.- 9 Berechnung von unsymmetrisch gespeisten Drehstromnetzen mit symmetrischem Aufbau.- 9.1 Methode der symmetrischen Komponenten.- 9.2 Anwendung der symmetrischen Komponenten auf unsymmetrisch betriebene Drehstromnetze.- 9.3 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Mit- und Gegensystem der symmetrischen Komponenten.- 9.4 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Nullsystem der symmetrischen Komponenten.- 9.4.1 Nullimpedanz einer Freileitung ohne Erdseil.- 9.4.1.1 Ohmscher Widerstand einer nullspannungsgespeisten Freileitung ,.- 9.4.1.2 Induktivität einer nullspannungsgespeisten Freileitung.- 9.4.1.3 Kapazitäten einer nullspannungsgespeisten Freileitung.- 9.4.2 Nullimpedanz einer Freileitung mit Erdseil.- 9.4.3 Nullimpedanz einer Doppelleitung.- 9.4.4 Nullimpedanz von Kabeln.- 9.4.5 Nullimpedanz von Transformatoren.- 9.4.5.1 Dreischenkeltransformatoren.- 9.4.5.2 Fünfschenkeltransformatoren.- 9.4.6 Nullimpedanz von Synchronmaschinen.- 9.5 Veranschaulichung des Berechnungsverfahrens an einem Beispiel.- 9.6 Aufgaben.- 10 Berechnung von symmetrisch gespeisten Drehstromnetzen mit punktuellen Asymmetrien im Aufbau.- 10.1 Beschreibung häufiger Asymmetrien.- 10.2 Erläuterung des Berechnungsverfahrens.- 10.3 Anwendung des Berechnungsverfahrens auf verschiedene Fehlerarten.- 10.3.1 Erdschlu? mit Übergangswiderstand.- 10.3.2 Zweipoliger Kurzschlu? mit Erdberührung.- 10.3.3 Leiterunterbrechung.- 10.3.4 Mehrfachfehler.- 10.4 Berechnung von transienten Netzvorgängen.- 10.5 Aufgaben.- 11 Sternpunktbehandlung in Energieversorgungsnetzen.- 11.1 Netze mit isolierten Sternpunkten.- 11.2 Netze mit Erdschlu?kompensation.- 11.3 Netze mit niederohmiger Sternpunkterdung.- 11.4 Aufgaben.- 12 Wichtige Ma?nahmen zum Schutz von Menschen und Tieren.- 12.1 Direkter und indirekter Berührungsschutz in Netzen mit Nennspannungen über 1 kV.- 12.2 Berührungsspannungen bei Erdern ..- 12.3 Berechnung von Erdungsspannungen bei unsymmetrischen Fehlern.- 12.4 Wichtige Auslegungskriterien für Erdungsanlagen.- 12.5 Indirekter Berührungsschutz in Niederspannungsnetzen.- 12.6 Aufgaben.- Lösungen.- Quellenverzeichnis.- Sachwortverzeichnis.

O autorze

Dr.-Ing. Klaus-Dieter Dettmann ist Akademischer Direktor und Laborleiter beim Fachgebiet Energieversorgung und Hochspannungstechnik an der Universität der Bundeswehr in Hamburg. Univ.-Prof. Dr.-Ing. Klaus Heuck ist Professor an der Universität der Bundeswehr in Hamburg und vertritt dort das Fachgebiet Energieversorgung und Hochspannungstechnik.