Grundlagen Der Übertragung Elektrischer Energie

ISBN-13: 9783642869006 / Niemiecki / Miękka / 2012 / 388 str.

Paul Denzel

Opis

Die Energieform elektrische Energie gewinnt immer mehr an Be deutung. Aufgrund langjahriger Erfahrung rechnet man mit einer Ver dopplung des Bedarfs an elektrischer Energie in zehn Jahren. Roh energie wird heute in Kraftwerken mit Leistungen bis zu einigen 1000 MW in elektrische Energie umgewandelt, die einer Vielzahl von Verbrauchern mit zum Teil sehr kleinen Leistungen moglichst unter brechungslos zugefuhrt werden muss. So sind aus den ursprunglichen Einzelleitungen und eng begrenzten Ortsnetzen ganze Lander uber spannende ubertragungsleitungen und mehrfach uberlagerte Ver teilernetze entstanden. Die Ubertragung elektrischer Energie hat sich zu einem Hauptgebiet der Starkstromtechnik entwickelt. Voraussetzung fur eine fruchtbare Tatigkeit auf diesem Gebiet ist die Beherrschung der Grundlagen der Ubertragung elektrischer Energie. Da ein zusammenfassendes Lehrbuch hieruber seit Jahren fehlt, ist das vorliegende Buch aufgrund meiner langjahrigen Tatigkeit in verschie denen Energie-Versorgungsunternehmen und meiner Vorlesungen uber elektrische Anlagen an der Rhein.-Westf. Technischen Hochschule Aachen entstanden. Es handelt sich um ein ausgesprochenes Lehrbuch, dessen Stoff jedem Elektroingenieur und insbesondere den Studenten der Starkstromtechnik bekannt sein musste. Es enthalt den Stoff meiner Vor lesungen, die ich auf dem Gebiet der Energieubertragung fur Studierende des sechsten bis achten Semesters halte. Aus den zu diesen Vorlesungen gehorenden ubungen sind fast jedem Kapitel einige Aufgaben mit aus gefuhrtem Rechengang zur Anwendung der Theorie auf praktische Bei spiele angefugt."

Spis treści

1 Einführung.- 1.1 Die Bedeutung der elektrischen Energie.- 1.2 Prinzipieller Aufbau der Energieanlagen.- 2 Das Rechnen mit Wechselströmen.- 2.1 Wechselgrößen.- 2.2 Zerlegung einer Wechselgröße in Harmonische.- 2.3 Elektrische Grundlagen.- 2.3.1 Die Maxwellschen Gleichungen.- 2.3.2 Die Kirchhoffschen Regeln.- 2.3.3 Die idealisierten Zweipole.- 2.3.3.1 Der ideale ohmsche Widerstand.- 2.3.3.2 Die ideale Spule.- 2.3.3.3 Der ideale Kondensator.- 2.3.3.4 Die ideale Spannungs- und Stromquelle.- 2.4 Der unverzweigte Stromkreis.- 2.5 Die symbolische Rechnung.- 2.6 Reihen- und Parallelschaltung von Impedanzen.- 2.7 Elektrische Netzwerke.- 2.7.1 Das Verfahren der Maschenanalyse.- 2.7.2 Das Verfahren der Knotenanalyse.- 2.7.3 Der Überlagerungssatz.- 2.7.4 Der Satz von der Ersatzspannungsquelle.- 2.7.5 Umwandlung eines Impedanzdreiecks in einen Impedanzstern und umgekehrt.- 2.8 Elektrische Leistung.- 2.9 Übungsaufgaben zu Kapitel 2.- 3 Mehrphasensysteme.- 3.1 Das allgemeine Mehrphasensystem.- 3.1.1 Die Leistung des allgemeinen Mehrphasensystems.- 3.2 Symmetrische Mehrphasensysteme.- 3.3 Spezielle Mehrphasensysteme.- 3.3.1 Das symmetrische Zweiphasensystem.- 3.3.2 Das unsymmetrische Zweiphasensystem.- 3.3.3 Das symmetrische Dreiphasensystem.- 3.3.3.1 Das symmetrisch belastete Dreiphasensystem.- 3.3.3.2 Die Leistungsmessung im symmetrischen Dreiphasensystem.- 3.3.3.2.1 Wirkleistungsmessung.- 3.3.3.2.2 Blindleistungsmessung.- 3.4 Oberschwingungen im symmetrischen Drehstromsystem.- 3.5 Übungsaufgabe zu Kapitel 3.- 4 Die Drehstromleitung.- 4.01 Die Leitungsgleichungen.- 4.02 Deutung des Ergebnisses.- 4.03 Die natürliche Leistung.- 4.04 Die verlustlose Leitung.- 4.05 Die Ersatzschaltung der Drehstromleitung.- 4.06 Das Betriebsdiagramm der Leitung.- 4.07 Die Ersatzschaltung von Leitungen unter 500 km Länge.- 4.08 Die experimentelle Ermittlung der Impedanzen der Ersatzschaltung und der Leitungskonstanten.- 4.08.1 Der Kurzschlußversuch.- 4.08.2 Der Leerlaufversuch.- 4.09 Die Berechnung des Spannungsabfalles einer Leitung.- 4.10 Der Spannungsabfall bei Leitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.1 Die Berechnung des Spannungsabfalles bei Fernübertragungsleitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.2 Die Berechnung des Spannungsabfalles bei Nieder- und Mittelspannungsleitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.2.1 Der Spannungsabfall bei verteilter Belastung.- 4.10.2.2 Der Verlauf des Spannungsbetrages längs Niederund Mittelspannungsleitungen.- 4.11 Das Verwerfen der Lasten und die zweiseitig gespeiste Leitung.- 4.12 Die Bestimmung der Stromverteilung in vermaschten Netzen.- 4.13 Übungsaufgaben zu Kapitel 4.- 5 Der Transformator.- 5.1 Bezeichnung und Schaltung der Transformatoren.- 5.2 Die Ersatzschaltung des Drehstromtransformators.- 5.3 Kurzschluß- und Leerlaufversuch.- 5.3.1 Der Kurzschlußversuch.- 5.3.2 Der Leerlaufversuch.- 5.4 Der Spannungsabf all im Transformator.- 5.5 Parallelbetrieb von Transformatoren.- 5.6 Der wirtschaftliche Einsatz parallel geschalteter Transformatoren..- 5.7 Der Transformator im Netzverband.- 5.8 Übungsaufgabe zu Kapitel 5.- 6 Die Leitungskonstanten.- 6.1 Der ohmsche Widerstand.- 6.2 Die Ableitung gB.- 6.3 Induktivitäten von Leitungen.- 6.3.01 Das magnetische Feld eines stromdurchflossenen, langen, kreiszylindrischen Leiters.- 6.3.02 Das magnetische Feld einer Leiterschleife, ihre Induktivität und der mit ihr verkettete Fluß.- 6.3.03 Der Einfluß weiterer stromführender Leiter auf eine Leiterschleife.- 6.3.04 Induktivitäten von Mehrleitersystemen.- 6.3.05 Induktivitäten und Ersatzschaltung des Dreileitersystems.- 6.3.06 Die Ersatzschaltung des Vierleitersystems.- 6.3.07 Induktivitäten und Ersatzschaltungen von Doppelleitungen.- 6.3.08 Induktivitäten und Ersatzschaltungen verdrillter Leitungen.- 6.3.09 Die Berücksichtigung der Magnetisierbarkeit von Stahlseilen.- 6.3.10 Die Erde als stromführender Leiter.- 6.3.11 Induktivitäten und Flußkoeffizienten von Bündelleitern.- 6.3.12 Die Verallgemeinerung der Flußkoeffizienten auf Leiter beliebigen Querschnitts.- 6.3.13 Die näherungsweise Berechnung der Induktivitäten von Sammelschienen.- 6.4 Kapazitäten von Leitungen.- 6.4.01 Das elektrische Feld eines langgestreckten Leiters mit kreisförmigem Querschnitt.- 6.4.02 Die Kapazität eines Koaxialkabels.- 6.4.03 Die Kapazität einer Leiterschleife.- 6.4.04 Der Einfluß der Erde auf das elektrische Feld.- 6.4.05 Teilkapazitäten von n Leitern über Erde.- 6.4.06 Die Berechnung der Schleifenkapazität und der Erdkapazität einer Leiterschleife.- 6.4.07 Betriebs- und Erdkapazität der symmetrisch gebauten Drehstromleitung ohne Erdseil.- 6.4.08 Betriebs- und Erdkapazität der symmetrischen Drehstromleitung mit Erdseil.- 6.4.09 Betriebs- und Erdkapazität verdrillter Leitungen.- 6.4.10 Kapazitäten von Doppelleitungen.- 6.4.11 Kapazitäten von Leitungen aus Bündelleitern.- 6.4.12 Die kapazitive Beeinflussung von Leitungen.- 6.4.13 Die Berechnung der Randfeldstärke.- 6.5 Übungsaufgaben zu Kapitel 6.- 7 Der Erdschluß im isoliert betriebenen und im gelöschten Netz.- 7.1 Die Betriebsweisen von Netzen.- 7.2 Der Erdschluß im isoliert betriebenen Drehstromnetz geringer Ausdehnung.- 7.3 Der Erdschluß im gelöscht betriebenen Netz geringer Ausdehnung.- 7.4 Der Doppelerdschluß im isolierten und im gelöschten Netz.- 7.5 Übungsaufgabe zu Kapitel 7.- 8 Der Kurzschluß im Drehstromnetz.- 8.1 Dreipoliger Kurzschluß hinter dem Transformator.- 8.2 Dreipoliger Kurzschluß der Synchronmaschine.- 8.3 Dreipoliger Kurzschluß im Netz.- 8.4 Die Kurzschlußberechnung mit 10 kV als Bezugsspannung.- 8.5 Die thermische Kurzschlußbeanspruchung.- 8.6 Übungsaufgabe zu den Kapiteln 8 und 10.- 9 Das Verfahren der symmetrischen Komponenten zur Behandlung unsymmetrischer Fehler.- 9.1 Herleitung der Komponenten-Ersatzschaltungen eines zyklisch symmetrischen Netzes.- 9.2 Die Verknüpfung der Komponenten-Ersatzschaltungen eines Drehstromnetzes zur Darstellung unsymmetrischer Fehler.- 9.2.1 Der zweipolige Kurzschluß.- 9.2.2 Der zweipolige Erdkurzschluß.- 9.2.3 Der einpolige Erdschluß bzw. Erdkurzschluß.- 9.3 Die Komponenten-Ersatzschaltungen der einzelnen Anlagenteile.- 9.4 Die Berücksichtigung von Fehlerwiderständen.- 9.5 Leiterunterbrechungen und Doppelfehler.- 9.5.1 Leiterunterbrechungen.- 9.5.2 Doppelfehler.- 9.6 Übungsaufgabe zu Kapitel 9.- 10 Die mechanischen Kräfte im elektrischen und magnetischen Feld.- 10.1 Berechnung der Kraft auf die Leiter einer Schleife aufgrund ihres elektrischen Feldes.- 10.2 Berechnung der Kraft auf die Leiter einer Schleife aufgrund ihres magnetischen Feldes.- 10.2.1 Leiter mit rundem Querschnitt.- 10.2.2 Leiter mit rechteckigem Querschnitt.- 10.3 Bestimmung der Kräfte aus der Feldenergie.- 11 Die Stabilität der Energieübertragung mit Drehstrom.- 11.1 Die statische Stabilität von Energieübertragungssystemen.- 11 1 1 Einspeisung einer Synchronmaschine in ein Netz starrer Spannung.- 11.1.1.1 Ermittlung der von einer Synchonmaschine erzeugten Leistung.- 11.1.1.2 Das Stabilitätskriterium einer Synchronmaschine.- 11.1.1.3 Die Grenzleistung eines Übertragungssystems.- 11.1.2 Die statische Stabilität bei zwei Synchronmaschinen.- 11.1.3 Mittel zur Erhöhung der übertragbaren Leistung.- 11.1.3.1 Verbesserung der Stabilität durch Einbau von Kondensatoren in das Übertragungsnetz.- 11.1.3.2 Verbesserung der Stabilität durch zusätzliche Entnahme von Blindleistung.- 11.2 Dynamische Stabilität.- 11.2.1 Die Schwingungsgleichung der Synchronmaschine.- 11.2.2 Der Flächensatz.- 11.2.3 Numerische Integration der Schwingungsgleichung.