Mittelspannungstechnik

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1 Mittelspannungstechnik Prof. Dr.-Ing. habil. Helmut Böhme Verlag Technik GmbH Berlin München

2 Inhaltsverzeichnis Häufig verwendete Formelzeichen Schaltanlagen im Elektroenergiesystem, Aufgaben von Schaltanlagen im Elektroenergiesystem Grundschaltung einer Schaltanlage Baueinheiten von Schaltanlagen als selbständige Geräte Baueinheiten als Bestandteil der Elektroenergieanlage Merkmale der Baueinheiten für Schaltanlagen Aufgaben der Baueinheiten im Energieversorgungssystem Gestaltung von Baueinheiten Funktionsinhalt Struktur von Baueinheiten Wechselwirkung von Struktur, Isolierung und Strombahn Quer- und Längsisolierung Einfluß des Schaltgerätes auf die Gestaltung von Baueinheiten Technische Ausführung von Baueinheiten Luftisolierte Schaltzellen Feststoffisolierte Schaltzellen SF 6 -isolierte Schaltfelder Auswahl der Baueinheiten Historisches Methoden zur Beschreibung und Optimierung von Baueinheiten Modellbildung Modelle zur Analyse Modelle zur Beschreibung technischer Prinzipvorschriften und des konstruktiven Entwicklungsprozesses Eigenschaften der Modelle Deterministische Modelle Stochastische Modelle Methoden zur Auswertung von Meßergebnissen Methode der kleinsten Quadrate Regression Statistische Versuchsplanung Grundlagen Arbeitsschritte 59 3A3. Versuchspläne Auswertung von Meßergebnissen Optimierung 65

3 8 Inhaltsverzeichnis 4. Stromtragfähigkeit Strombelastung und Stromtragfähigkeit Kriterien für die Stromtragfähigkeit' Thermische Beanspruchung Wärmequellen Übersicht Verluste in Kapselungen Wärmespeicherung Wärmeübertragung Wärmeleitung Strahlung Konvektion Grundlagen zur Berechnung Ähnlichkeitsbetrachtungen Wärmetransport im Kühlmittelstrom Belüftete Stromleitanordnung (Luftdurchsatz) Unbelüftete Stromleitanordnung Wärmeübertragung im spaltförmigen Hohlraum Erwärmungsberechnung Linienhafte Leiter Wärmenetzmethode Anwendung der Wärmenetzmethode Wärmenetze zur Berechnung der Temperaturverteilung Wärmequellen im Zuge von Stromleitern Zeitlich veränderliche Temperaturen Stromführende Verbindungen Übersicht Verbindungswiderstand Ursache des erhöhten Widerstandes Physikalische Modelle Verbindungswiderstand und Konstruktion Gütefaktor^ Langzeitverhalten von Verbindungen Experimentelle Ergebnisse Differentialgleichung zum Alterungsvorgang Einflußgrößen auf den Alterungsverlauf Verlauf der Alterung Lebensdauer Steckverbindungen Zur Prüfung auf Dauerstrombelastbarkeit Überlastbarkeit Bewertung Ermittlung von Temperaturverläufen Überlastbarkeit einer Stromschiene Parallele Strombahnen Zur wirtschaftlichen Bemessung von Stromschienen Gesichtspunkte zur Bemessung Dauerbetrieb 128

4 Inhaltsverzeichnis Unterbrochener Betrieb Kurzzeitbetrieb Auswahl von Stromschienen in Schaltanlagen Mechanische Beanspruchung und Festigkeit Allgemeines Wärmedehnungskräfte Elektromagnetische Kräfte (Belastung) Kräfte im elektromagnetischen Feld Kräfte, ermittelt mit Hilfe des Gesetzes von Biot-Savart Kräfte, ermittelt mit Hilfe des Energiesatzes Kräfte in typischen Leiteranordnungen Zeitlicher Verlauf elektromagnetischer Kräfte Stromverlauf Streckenlastverlauf auf zwei parallele, unendlich lange Leiter Streckenlastverlauf zwischen Leitern im Drehstromsystem Mechanische Belastung bei unterschiedlichen Kurzschlußarte'n Mechanische Beanspruchung Übersicht Elastostatisches Modell Gültigkeitsbereich : !2.2. Berechnungsgrundlagen Statisches Modell mit elasto-plastischem Werkstoffverhalten Gültigkeitsbereich Berechnungsgrundlagen Dynamisches Modell mit einem Freiheitsgrad \ Gültigkeitsbereich Dynamische Beanspruchung..* Biegeschwingungen massebelegter Balken (Kontinuum) Gültigkeitsbereich Berechnungsgrundlagen Dynamisches Modell mit mehreren Freiheitsgraden Gültigkeitsbereich Berechnungsgrundlagen Berechnung der Grundfrequenz eines Zweimassemodells Reduktion realer Anordnungen auf das Zweimassemodell Dynamisches Verhalten von Leiterschienen im elasto-plastischen Bereich der Materialkennlinie Experimentelle Ergebnisse Be- und Entlastung bei Plastizierung/Einspielen von Balken Berechnungsmodell Zur praktischen Nutzung des Modells Dynamische Beanspruchung bei kleinen Kurzschlußzeiten Fehlerwahrscheinlichkeit in Schaltanlagen bei Kurzschlußstrombelastung Zielstellung und Probleme Prüfung mit Stehstrom Fehlerwahrscheinlichkeit bei Kurzschlüssen direkt hinter der Anlage (Klemmenkurzschluß) Fehlerwahrscheinlichkeit, abhängig von der Höhe des Kurzschlußstroms / K 180

5 Inhaltsverzeichnis Montageverbindung Betriebsverbindung Einfluß der Strombelastung auf das Isoliervermögen Strombedingte Wirkungen auf das Isoliervermögen Verhalten von Gasisolierungen bei Strombelastung Verhalten von Feststoffisolierungen bei Strombelastung Technische Prinzipvorschriften Längsisolierung ' Physikalische Verknüpfung von Isoliervermögen und Strombelastung Längsisolierung als Mehrelektrodenanordnung Spannungsbelastung Längsisolierung und gestörte Querisolierung Durchschlag und technisches Versagen der Längsisolierung Durchschlag während und unmittelbar nach der Lichtbogenlöschung Größe der Baueinheiten und Leistungsübertragung Notwendiges Volumen zur Leistungsübertragung Spannungs-und strombedingte Mindestabmessungen Durchgangsleistung und Mindestabmessungen Gestaltung von Strombahn und Isolierung ' Homogenitätsgrad der Anordnung Grenzhomogenitätsgrad Homogenitätsgrad für maximale Durchschlagsspannung Homogenitätsgrad für maximale Durchgangsleistung Homogenitätsgrad für maximalen Wirkungsgrad der Leistungsübertragung Homogenitätsgrad für maximale Leistungsflußdichte Technisch-technologisch begründete Höhe des Homogenitätsgrades Optimierung koaxialer Anordnungen Lichtbogenschutz Störlichtbogen Lichtbogenstrom und-spannung Lichtbogenwanderung Lichtbogengeräusch Lichtbogenausbildung im Drehstromsystem Forderungen an den Lichtbogenschutz Maßnahmen zum Lichtbogenschutz Grundsätzliche Möglichkeiten Maßnahmen zur Begrenzung der Fehlerdauer/Lichtbogendauer Druckaufbau und Druckentlastung Durchschweißen der Kapselung Schutzkonzeption für eine einpolig gekapselte SF 6 -isolierte Anlage Schutzkonzeption für eine luftisolierte dreipolige, nicht hermetisch gekapselte Anlage Kapselung Aufgabe und Modellvorstellung Berührungsschutz vor spannungführenden Teilen 306

6 12 Inhaltsverzeichnis Verhinderung von Schmutzablagerungen Schadgase und Kapselung Kapselung als Klimagrenze ' Literaturverzeichnis Sachwörterverzeichnis 315