Elektroenergieversorgung

Transkript

1 Prof. Dr.-Ing. Jürgen Schlabbach Elektroenergieversorgung Betriebsmittel, Netze, Kennzahlen und Auswirkungen der elektrischen Energieversorgung mit CD-ROM 3., aktualisierte und erweiterte Auflage VDE VERLAG GMBH. Berlin Offenbach

2 Inhalt Danksagung und Vorwort zur dritten Auflage 5 Vorwort zur ersten Auflage 7 Vorwort zur zweiten Auflage 8 1 Allgemeines zur Energie- und Elektrizitätsversorgung Gesamtenergiebedarf, Begriffe Energieverbrauch und Energieerzeugung einzelner Länder Energiebedarf Deutschlands Bedeutung erneuerbarer" Energiequellen Energieerzeugung und Kraftwerkstypen Tages-, Monats-und Jahresbelastungskurven Kostenanteile Lernzielfragen Übung 1 zum Kapitel 1: Belastungskurven und Gestehungskosten elektrischer Energie Übung 2 zum Kapitel 1: Belastungskurven und Gestehungskosten elektrischer Energie 42 2 Netze, Kraftwerke Entwicklung der Übertragungsnetze UCTE-Verbundnetz Engpassleistung Auswirkungen der Liberalisierung Standorte und Netzanbindung von Kraftwerken Empfohlene Spannungsebenen Netzformen Lernzielfragen 66 3 Größen, Begriffe, Berechnungsverfahren, symmetrische Komponenten Zählpfeile und Zählpfeilsysteme Symmetrische Komponenten Herleitung der Transformation Physikalische Interpretation Grafische Darstellung Messung der Impedanzen des 012-Systems 77

3 10 Inhalt 3.3 Anwendung der symmetrischen Komponenten Netzreduktion ; Allgemeines zu Einheiten und Größen Begriffe Einheitensysteme Physikalische, relative und semirelative Einheitensysteme für Netzberechnungen Berechnung im /o/mva-system und im Ohm-System Lernzielfragen Übung 1 zum Kapitel 3: Symmetrische Komponenten und Fehlerfälle Übung 2 zum Kapitel 3: Unsymmetrien durch Fehlerfälle Übung 3 zum Kapitel 3: Berechnung von Betriebsmitteln Berechnung der Kurzschlussströme Allgemeines, Fehlerarten Berechnungsverfahren Berechnung der Kurzschlussströme Allgemeines.{ Korrekturfaktor bei Anwendung des %/MVA-Systems : Impedanzkorrekturfaktoren Berechnung der Kurzschlussstromparameter nach VDE Anfangskurzschlusswechselstrom / Stoßkurzschlussstrom i p Stoßkurzschlussstrom im vermaschten Netz Symmetrischer Ausschaltwechselstrom Dauerkurzschlussstrom Einfluss von Motoren Kleinste Kurzschlussströme ' Doppelerdkurzschluss und Teilkurzschlussströme über Erde Lernzielfragen : Übung 1 zum Kapitel 4: Berechnung dreipoliger Kurzschlüsse, generatornah Übung 2 zum Kapitel 4: Berechnung einpoliger Kurzschlüsse Übung 3 zum Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung Übung 4 zum Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung im vermaschten Netz 127

4 Inhalt 11 5 Auswirkungen von Kurzschlussströmen und Kurzschlussstrombegrenzung Allgemeines Thermische Kurzschlussstromfestigkeit Auslegung der Leiter Auslegung von Kabelschirmen Mechanische Kurzschlussfestigkeit Weitere Auswirkungen Kurzschlussstrombegrenzung / S -Begrenzer Lernzielfragen Übung 1 zum Kapitel 5: Thermische Kurzschlussfestigkeit Übung 2 zum Kapitel 5: Mechanische Kurzschlussfestigkeit Elektrische Energieerzeugung, Verbundbetrieb Synchrongeneratoren Asynchrongeneratoren Andere Arten elektrischer Energieerzeugung Betriebsverhalten der Synchronmaschine, Stabilität Regelung der Synchronmaschine Verbundbetrieb Allgemeines Primärregelung Sekundärregelung Tertiärregelung Regelung der Synchronzeit Lastabwurf-Strategien Lernzielfragen Übung zum Kapitel 6: Regelung in der Energieversorgung Transformatoren Einsatz und Entwicklung von Transformatoren Aufbau der Transformatoren Induktionsgesetz Allgemeines Streuungsfreier Transformator Ersatzschaltplan des Transformators im Mitsystem Wechselstromtransformator Spannungsänderung bei Belastung Messung der Größen des Ersatzschaltplans Dreiwicklungstransformator 188

5 12 Inhalt 7.5 Schaltgruppen und Schaltungen Nullsystem und Sternpunktbelastbarkeit Messung der Nullimpedanz Sternpunktbelastbarkeit Typische Kennwerte von Transformatoren Spartransformatoren Wicklungen und Stufenschalter Rushströme Lernzielfragen.' Übung 1 zum Kapitel 7: Parallelschalten von Transformatoren Übung 2 zum Kapitel 7: Spannungsfall eines Transformators Freileitungen Allgemeines Leiterseile i Strombelastbarkeit Abstände und Durchhangberechnung Kennwerte von Freileitungen Lernzielfragen Übung zum Kapitel 8: Berechnung der Kennwerte einer Freileitung Kabel Allgemeines Alphanumerische Kennzeichnung Ausführungsformen Niederspannungskabel Mittelspannungskabel (3,6/6 kv bis 18/30 kv) Hochspannungskabel (> 110 kv) Elektrische Kenndaten Verluste und Strombelastbarkeit Wärmeersatzschaltbild Belastbarkeit nach DINVDE : Berechnung der Belastbarkeit Lernzielfragen Übung 1 zum Kapitel 9: Belastbarkeit von Kabeltrassen nach DINVDE Übung 2 zum Kapitel 9: Verluste und Belastbarkeit einer Kabelverbindung 249

6 Inhalt Schaltanlagen Allgemeines Schalter Anordnungen in Schaltanlagen Abzweige in Schaltanlagen Stromwandler Spannungswandler Nicht konventionelle Wandler Lernzielfragen : Sternpunktbehandlung und Erdung Allgemeines Niederohmige Sternpunkterdung Strombegrenzende Sternpunkterdung Netz mit isoliertem Sternpunkt (freier Sternpunkt) Netz mit Erdschlusskompensation Kombinierte Verfahren der Sternpunktbehandlung Wirkreststromkompensation Grenzen der Erdschlusskompensation Verfahren der Reststromkompensation Erdungen in Hochspannungsnetzen Lernzielfragen Übung 1 zum Kapitel 11: Stempunktbehandlung und Erdschluss Übung 2 zum Kapitel 11: Berechnung der Verlagerungsspannung bei einpoligem -Kurzschluss Übung 3 zum Kapitel 11: Begrenzung einpoliger Kurzschlussströme durch Sternpunkterdungsimpedanz Hochspannungs-Gleichstromübertragung (HGÜ) Allgemeines; DHÜ - HGÜ Stromrichterstationen HGÜ-Freileitungen und-kabel Elektroden Kostenbetrachtungen Spannungsqualität - Netzrückwirkungen Elektromagnetische Verträglichkeit Klassifizierung von Netzrückwirkungen und deren Auswirkungen Arten der Netzrückwirkungen 315

7 14 Inhalt Auswirkungen von Oberschwingungen und Zwischenharmonische, Auswirkungen von Spannungsschwankungen und Spannungsänderungen Auswirkungen von Spannungsunsymmetrien Oberschwingungen und Zwischenharmonische Mathematische Grundlagen für die Betrachtung von Oberschwingungen < Entstehung von Oberschwingungen durch nicht-lineare Kennlinien Entstehung durch leistuhgselektronische Betriebsmittel Zwischenharmonische Leistungsbetrachtungen und Definitionen nach DIN Oberschwingungen und symmetrische Komponenten Spannungsschwankungen, Spannungsänderungen Flicker Allgemeines Überschlägige Flickerberechnung für definierte Spannungsänderungen Flickerberechnung für stochastische Signale Spannungsunsymmetrien Kommutierungseinbrüche Bewertung von Netzrückwirkungen Allgemeines Ermittlung der Netzimpedanz zur Beurteilung von Netzrückwirkungen Bewertung von Oberschwingungen Verträglichkeitspegel von Oberschwingungen Grenzwerte für Oberschwingungsströme von Geräten mit einem Nennstrom I < 16 A Grenzwerte für Oberschwingungsströme von Geräten mit einem Nennstrom 16 A < / < 75 A Bewertung von Oberschwingungen Bewertung von Zwischenharmonischen Bewertung von Spannungsunsymmetrien : Bewertung von Spannungsschwankungen und Flicker Bewertung von Kommutierungseinbrüchen Normung Allgemeines DIN EN Kondensatoren in oberschwingungshaltigen Netzen Lernziel fragen 393

8 16 Inhalt 16.6 Sonstige Netzrückwirkungen Dynamische Netzstützung Lernzielfragen Normen, Vorschriften und Bestimmungen Allgemeines Deutsche und internationale Normung Rechtliche Relevanz von Normen Lösungen der Übungsaufgaben Lösung der Übung 1 von Kapitel 1: Belastungskurven und Gestehungskosten elektrischer Energie Lösung der Übung 2 von Kapitel 1: Barwert und Gestehungskosten elektrischer Energie Lösung der Übung 1 von Kapitel 3: Symmetrische Komponenenten und Fehlerfälle Lösung der Übung 2 von Kapitel 3: Unsymmetrien durch Fehlerfälle Lösung der Übung 3 von Kapitel 3: Berechnung von Betriebsmitteln Lösung der Übung 1 von Kapitel 4: Berechnung dreipoliger Kurzschlüsse, generatornah Lösung der Übung 2 von Kapitel 4: Berechnung einpoliger Kurzschlüsse Lösung der Übung 3 von Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung Lösung der Übung 4 von Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung im vermaschten Netz Lösung der Übung 1 von Kapitel 5: Thermische Kurzschlussfestigkeit Lösung der Übung 2 von Kapitel 5: Mechanische Kurzschlussfestigkeit Lösung der Übung von Kapitel 6: Regelung in der Energieversorgung Lösung der Übung 1 von Kapitel 7: Parallelschalten von Transformatoren Lösung der Übung 2 von Kapitel 7: Spannungsfall eines Transformators Lösung der Übung von Kapitel 8: Berechnung der Kennwerte einer Freileitung Lösung der Übung 1 von Kapitel 9: Belastbarkeit von Kabeltrassen nach DIN VDE

9 Inhalt Lösung der Übung 2 von Kapitel 9: Verluste und Belastbarkeit einer Kabelverbindung Lösung der Übung 1 von Kapitel 11: Sternpunktbehandlung und Erdschluss Lösung der Übung 2 von Kapitel 11: Berechnung der Verlagerungsspannung bei einpoligem Kurzschluss Lösung der Übung 3 von Kapitel 11: Begrenzung einpoliger Kurzschlussströme durch Sternpunkterdungsimpedanz...< Lösung der Übung 1 von Kapitel 13: Blindleistungskompensation und Oberschwingungen Lösung der Übung 2 von Kapitel 13: Spannungsschwankungen Lösung der Übung 3 von Kapitel 13: Bewertung von Oberschwingungen Lösung der Übung 4 von Kapitel 13: Flicker und Unsymmetrie Lösung der Übung von Kapitel 15: Falsche Erdung in einem TN-S-Netz Formelzeichen und Indizes Formelzeichen Indizes, tiefgestellt Indizes, hochgestellt Kennzeichnungen am Beispiel U Reihenfolge der Indizes Hinweise zur beiliegenden CD-ROM Literatur 499 Stichwortverzeichnis 513