Elektrische Energieverteilung

ISBN-13: 9783519364245 / Niemiecki / Miękka / 2005 / 392 str.

Rene Flosdorff; Günther Hilgarth

Opis

Die "Elektrische Energieverteilung" ist ein Lehrbuch aus der anerkannten Teubner-Reihe "Leitfaden der Elektrotechnik". Es vermittelt den Studierenden, Leitungen und Netze hinsichtlich Spannungsabfall, thermischer Belastbarkeit und Kurzschlussfestigkeit zu dimensionieren. Auf die Bauarten und die Bemessung von Freileitungen und Kabelanlagen einschließlich der Hochleistungskabel wird eingegangen, und zur Schadensbegrenzung bei elektrischen Fehlern werden die erforderlichen und notwendigen Schutzeinrichtungen vorgestellt. Der Abschnitt über Schaltanlagen gibt einen Einblick in die Struktur der Gerätetechnik zur Versorgung mit elektrischer Energie. Die Kraftwerke als Quelle der elektrischen Energieversorgung werden im Überblick besprochen. Schließlich werden Grundbegriffe der Elektrizitätswirtschaft, die jeder Ingenieur der Elektrotechnik kennen sollte, erläutert. Die 9. Auflage enthält zahlreiche Korrekturen sowie wichtige Aktualisierungen bei Angaben im Bereich der Normung. Dieses Buch ist als Lehrbuch konzipiert, jedoch auch gut als Nachschlagewerk verwendbar.

Spis treści

1 Elektrische Netze.- 1.1 Betriebsgrößen und Begriffe.- 1.1.1 Stromarten und Frequenzen.- 1.1.2 Übertragungs- und Verteilungsspannungen.- 1.1.3 Netzstrukturen.- 1.2 Übertragungsmittel.- 1.2.1 Kabel.- 1.2.1.1 Kurzzeichen für Typenbezeichnung.- 1.2.1.2 Metallmantelkabel.- 1.2.1.3 Kunststoffkabel.- 1.2.1.4 Ölkabel.- 1.2.1.5 Gasdruckkabel.- 1.2.1.6 Kabelerwärmung.- 1.2.1.7 Hochleistungskabel.- 1.2.2 Freileitung.- 1.2.2.1 Freileitungsmaste.- 1.2.2.2 Mastgründungen.- 1.2.2.3 Masterdung und Blitzschutzraum.- 1.2.2.4 Seile.- 1.2.2.5 Durchhang.- 1.2.2.6 Anordnung der Leiter.- 1.2.2.7 Isolatoren und Armaturen.- 1.2.3 Ermittlung der Kenngrößen.- 1.2.3.1 Gleichstromwiderstand.- 1.2.3.2 Induktivität bei Mehrleitersystemen.- 1.2.3.3 Nullimpedanz einer Freileitung.- 1.2.3.4 Kapazitäten einer Freileitung.- 1.2.3.5 Blindwiderstände von Kabeln.- 1.2.3.6 Normierte Widerstände.- 1.2.4 Umrechnung von Widerständen auf andere Spannungen.- 1.2.5 Transformator.- 1.3 Bemessung elektrischer Leitungen und Netze.- 1.3.1 Richtlinien für die Bemessung.- 1.3.1.1 Leitungsnachbildung und Ersatzschaltung.- 1.3.1.2 Spannungsdifferenz.- 1.3.1.3 Strombelastbarkeit.- 1.3.2 Nieder- und Mittelspannungsnetze.- 1.3.2.1 Einseitig gespeiste Leitung mit einer Abnahme.- 1.3.2.2 Leitung mit verteilten Abnahmen.- 1.3.2.3 Einseitig gespeiste, verzweigte Leitung.- 1.3.2.4 Querschnittsabstufung.- 1.3.2.5 Zweiseitig gespeiste Leitung.- 1.3.2.6 Vermaschtes Netz.- 1.3.2.7 Komplexe Lastflussberechnung.- 1.3.3 Hochspannungs-Drehstromübertragung.- 1.3.3.1 Leitungsgleichungen.- 1.3.3.2 Komplexes Spannungs- und Stromverhältnis.- 1.3.3.3 Verlustlose Leitung.- 1.3.3.4 Verlustarme Leitung.- 1.3.3.5 Natürliche Leistung.- 1.3.3.6 Leitungsdiagramm.- 1.3.3.7 Komplexes Leistungsverhältnis.- 1.3.3.8 Stabilität der Energieübertragung.- 1.3.4 Elektromagnetische Felder im Bereich elektrischer Anlagen.- 1.3.4.1 Magnetisches Feld.- 1.3.4.2 Elektrisches Feld.- 1.3.5 Hochspannungs-Gleichstromübertragung.- 1.3.6 Blindleistungskompensation.- 2 Kurzschluss und Erdschluss.- 2.1 Dreisträngiger Kurzschluss.- 2.1.1 Verlauf des Kurzschlussstroms.- 2.1.1.1 Generatorferner Kurzschluss.- 2.1.1.2 Generatornaher Kurzschluss.- 2.1.1.3 Kurzschlussentfernung.- 2.1.2 Anfangs-Kurzschlusswechselstrom.- 2.1.3 Stoßkurzschlussstrom und Stoßfaktor.- 2.1.3.1 Stoßfaktor in Kurzschlusskreisen ohne Stromverzweigung.- 2.1.3.2 Stoßfaktor in Kurzschlusskreisen mit Stromverzweigung.- 2.1.4 Dauerkurzschlussstrom und Dauerfaktor.- 2.1.5 Ausschaltstrom und Abklingfaktor.- 2.1.6 Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung.- 2.1.7 Widerstände in der Kurzschlussbahn.- 2.1.7.1 Dreiwicklungs-Transformator.- 2.1.7.2 Kurzschlussstrombegrenzung.- 2.1.7.3 Synchrongenerator.- 2.1.7.4 Asynchronmotor.- 2.1.7.5 Netzersatzimpedanz.- 2.1.7.6 Kurzschlussberechnung mit Bezugsspannung 10 kV.- 2.1.7.7 Kurzschlussberechnung in vermaschten Netzen.- 2.2 Symmetrische Komponenten.- 2.2.1 Entstehung unsymmetrischer Dreiphasensysteme.- 2.2.1.1 Dreileiternetz.- 2.2.1.2 Vierleiternetz.- 2.2.2 Zerlegung unsymmetrischer Dreiphasen-Systeme in symmetrische Komponenten.- 2.2.2.1 Dreileiternetz.- 2.2.2.2 Vierleiternetz.- 2.2.3 Verknüpfung der symmetrischen Komponenten von Spannung und Strom.- 2.2.3.1 Mit-, Gegen- und Nullimpedanz.- 2.2.3.2 Quellenspannung und Teilspannungen.- 2.2.3.3 Leistungen.- 2.3 Unsymmetrische Fehler.- 2.3.1 Zweisträngiger Kurzschluss.- 2.3.1.1 Mit Erdberührung.- 2.3.1.2 Ohne Erdberührung.- 2.3.2 Einsträngiger Kurzschluss.- 2.3.2.1 Ohne Übergangswiderstand.- 2.3.2.2 Mit Übergangswiderstand.- 2.3.3 Erdschluss im Netz mit isoliertem Sternpunkt.- 2.3.3.1 Ladeleistung.- 2.3.3.2 Erdschlusskompensation.- 2.3.4 Stromverteilung bei Transformatoren mit drehender Schaltgruppe.- 2.3.5 Sternpunktschaltung in Drehstromnetzen.- 2.4 Wirkungen des Kurzschlussstroms.- 2.4.1 Mechanische Beanspruchung durch Stromkräfte.- 2.4.1.1 Mechanische Festigkeit von Stromschienen.- 2.4.1.2 Mechanische Festigkeit von Stützern.- 2.4.2 Thermische Beanspruchung durch Stromwärme.- 3 Schutzeinrichtungen.- 3.1 Erder und Erdungsanlagen.- 3.1.1 Elektrisches Verhalten des Erders.- 3.1.2 Erderarten.- 3.1.3 Erdungsarten.- 3.2 Schutz des Menschen.- 3.2.1 Unfallstromkreis.- 3.2.2 Schutz bei indirektem Berühren im TN-System.- 3.2.3 Schutz bei indirektem Berühren im IT-System.- 3.2.4 Fehlerstrom-Schutzschaltung (FI-Schaltung).- 3.3 Überspannungsschutz.- 3.3.1 Entstehung von Überspannungen.- 3.3.1.1 Spannungserhöhungen bei Betriebsfrequenz.- 3.3.1.2 Gegenseitige Beeinflussung paralleler Leitungen.- 3.3.1.3 Kippschwingungen.- 3.3.1.4 Schaltüberspannungen.- 3.3.1.5 Atmosphärische Überspannungen.- 3.3.2 Schutzeinrichtungen gegen Überspannungen.- 3.3.2.1 Funkenstrecke.- 3.3.2.2 Überspannungsableiter.- 3.3.2.3 Koordination der Isolation.- 3.3.2.4 Einsatz von Überspannungsableitern.- 3.4 Schutz der Übertragungseinrichtungen.- 3.4.1 Fehlerarten, Auswirkungen, Messkriterien.- 3.4.2 Grundlagen der Schutzgerätetechnik.- 3.4.2.1 Kenngrößen der Schutzgeräte.- 3.4.2.2 Strom- und Spannungsrelais.- 3.4.2.3 Zeitrelais.- 3.4.2.4 Hilfs- und Melderelais.- 3.4.3 Drehspulrelais mit Gleichrichterbrücken.- 3.4.3.1 Impedanzmessung.- 3.4.3.2 Leistungsrichtungs-Messung.- 3.4.3.3 Differenzmessung.- 3.4.4 Leitungs- und Netzschutz.- 3.4.4.1 Schutzanregungen.- 3.4.4.2 Überstromschutz.- 3.4.4.3 Distanzschutz.- 3.4.4.4 Erdschlussschutz.- 3.4.4.5 Kurzunterbrechung (KU).- 3.4.5 Generatorschutz.- 3.4.5.1 Differentialschutz.- 3.4.5.2 Überstromzeitschutz.- 3.4.5.3 Ständererdschlussschutz.- 3.4.5.4 Läufererdschlussschutz.- 3.4.5.5 Schieflastschutz.- 3.4.5.6 Windungsschlussschutz.- 3.4.5.7 Entregungseinrichtungen.- 3.4.6 Transformatorschutz.- 3.4.6.1 Gehäuseschlussschutz.- 3.4.6.2 Buchholzschutz.- 3.4.6.3 Differentialschutz.- 3.4.7 Sammelschienenschutz.- 3.4.8 Gesamtstaffelplan.- 3.4.9 Elektronischer Schutz.- 3.4.9.1 Anregeschaltungen.- 3.4.9.2 Elektronischer Erschlussschutz.- 3.4.9.3 Elektronisch-digitale Schutzkonzepte.- 3.4.10 Prozessrechner und Schutzeinrichtung.- 4 Schaltanlagen.- 4.1 Schaltgeräte für Niederspannung.- 4.1.1 Aufgabe der Schaltgeräte.- 4.1.2 Einteilung der Schaltgeräte.- 4.1.2.1 Schalter.- 4.1.2.2 Niederspannungssicherungen.- 4.1.2.3 Sicherungstrennschalter.- 4.2 Schaltgeräte für Hochspannung.- 4.2.1 Einteilung der Schaltgeräte.- 4.2.2 Trennschalter.- 4.2.3 Lasttrennschalter.- 4.2.4 Leistungsschalter.- 4.2.4.1 Schaltaufgaben bei Wechselstrom.- 4.2.4.2 Schaltvorgang bei Wechsel- und Drehstrom.- 4.2.4.3 Wiederkehrende Spannung.- 4.2.4.4 Löschprinzipien.- 4.2.4.5 Ausführungsarten.- 4.2.4.6 Antriebsarten.- 4.2.4.7 Wichtige Kenngrößen.- 4.2.5 Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen.- 4.2.5.1 Wirkungsweise.- 4.2.5.2 Ausführungsarten.- 4.2.6 Sicherungstrennschalter.- 4.2.7 Prüfung von Schaltgeräten.- 4.3 Planung, Aufbau und Betrieb von Schaltanlagen.- 4.3.1 Schaltplantechnik.- 4.3.2 Planungsgrundlagen.- 4.3.3 Schaltanlagen für Niederspannung.- 4.3.4 Ortsnetzstationen.- 4.3.5 Schaltanlagen für Hochspannung.- 4.3.5.1 Schaltung des Einspeise- und Abgangsfeldes.- 4.3.5.2 Schaltung des Kuppelfeldes.- 4.3.5.3 Schaltung des Messfeldes.- 4.3.5.4 Innenraumanlagen von 1 kV bis 30 kV/36 kV.- 4.3.5.5 Innenraumanlagen von 60 kV bis etwa 250 kV.- 4.3.5.6 Freiluft-Schaltanlagen.- 4.3.6 Hilfsstromkreise in Schaltanlagen.- 4.3.6.1 Gleichstrom-Hilfskreis.- 4.3.6.2 Stromwandler für Schaltanlagen.- 4.3.6.3 Spannungswandler für Schaltanlagen.- 4.3.6.4 Verriegelungs-Schaltung.- 4.3.7 Schaltwarten und Leitsysteme.- 4.3.7.1 Schalttafel.- 4.3.7.2 Zentralfeldsteuerung.- 4.3.7.3 Mosaikschaltbild.- 4.3.7.4 Leitsysteme mit Bildschirmüberwachung.- 4.3.8 Betrieb von Schaltanlagen.- 5 Kraftwerke.- 5.1 Dampfkraftwerke.- 5.1.1 Innerer Aufbau.- 5.1.1.1 Dampf-Wasser-Kreislauf.- 5.1.1.2 Kühlwasser-Kreislauf.- 5.1.1.3 Feuerung.- 5.1.2 Konventionelle Dampfkraftwerke.- 5.1.2.1 Dampferzeuger.- 5.1.2.2 Äußerer Aufbau.- 5.1.3 Kernenergie-Kraftwerke.- 5.1.4 Dampfturbinen.- 5.2 Gasturbinen-Kraftwerke.- 5.2.1 Bauarten.- 5.2.2 Anwendungsbereiche.- 5.3 Dieselkraftwerke.- 5.4 Wasser-, Wind- und Solarkraftwerke.- 5.4.1 Wasserkraftwerke.- 5.4.1.1 Laufwasser-Kraftwerke.- 5.4.1.2 Speicher-Kraftwerke.- 5.4.1.3 Gezeiten-Kraftwerke.- 5.4.1.4 Wasserturbinen.- 5.4.2 Windkraftwerke.- 5.4.2.1 Leistung der Windturbine.- 5.4.2.2 Elektrische Systeme.- 5.4.3 Solarkraftwerke.- 5.5 Generatoren.- 5.5.1 Bauarten.- 5.5.1.1 Aufbau.- 5.5.1.2 Generatorspannung.- 5.5.1.3 Erregung.- 5.5.2 Betriebsverhalten.- 5.5.2.1 Widerstände.- 5.5.2.2 Zeigerdiagramm und Ersatzschaltung.- 5.6 Kraftwerkseigenbedarf.- 5.6.1 Betriebsanforderung.- 5.6.2 Versorgung des Eigenbedarfs.- 5.6.3 Anfahren des Kraftwerks.- 5.6.4 Spannungen.- 5.7 Kraftwerksregelung.- 5.7.1 Inselbetrieb.- 5.7.2 Verbundbetrieb.- 6 Elektrizitätswirtschaft.- 6.1 Grundbegriffe.- 6.1.1 Belastungskurven.- 6.1.2 Verlustarbeit.- 6.1.3 Gleichzeitigkeitsgrad.- 6.2 Kostenstruktur.- 6.2.1 Verlustkosten.- 6.2.2 Annuitätsmethode.- 6.2.3 Barwertmethode.- 6.2.3.1 Barwert von Kapitalbeträgen.- 6.2.3.2 Barwert jährlich gleicher Verlustkosten.- 6.2.3.3 Barwert jährlich steigender Verlustkosten.- 6.3 Wirtschaftlichkeit elektrischer Anlagen.- 6.3.1 Kraftwerk.- 6.3.2 Freileitung.- 6.3.2.1 Anlagekosten.- 6.3.3.2 Wirtschaftliche Stromdichte.- 6.3.2.3 Wirtschaftliche Übertragungsleistung.- 6.3.3 Kabel.- 6.3.4 Transformatoren.- 6.3.5 Wirtschaftlicher Netzbetrieb.- 6.3.6 Verbundwirtschaft.- 6.4 Strompreisregelung.- 6.4.1 Leistungpreis-Tarif.- 6.4.2 Arbeitspreis-Tarif.- 6.4.3 Blindstromklausel.- 1. Umrechnung von Einheiten.- 2. Weiterführendes Schrifttum.- 3. Normblätter (Auswahl).- 4. VDE-Bestimmungen (Auswahl).- 5. Grafische Symbole für die Elektrotechnik (Auswahl aus DIN 40 900).- 6. Kennwerte von Leitungen und Leitern (Auswahl).- 7. Kennbuchstaben in Schaltplänen.- 8. Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100 (Auswahl).- 9. Richtwerte, Sicherheitswerte, Vorsorgewerte von niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern für ausgewählte Einrichtungen und Geräte.- 10. Formelzeichen.

O autorze

Prof. Dipl.-Ing. René Flosdorff, FH Aachen
Prof. Dr.-Ing. Günther Hilgarth, FH Braunschweig/Wolfenbüttel