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1 Seite 1 von 15 vom Studenten auszufüllen Name: Matrikelnummer: Unterschrift: Aufgabe Punkte Maximal Summe der Punkte 125 Note: Datum: Prüfer: Einsicht am: Erforderlich zum Bestehen: 50 Punkte Erforderlich für Note sehr gut: 100 Punkte Diederich Zur Klausur mitbringen: * Einen DIN A4 Doppelbogen (zum Einlegen der Lösungsblätter, Lösungsblätter vorher mit Namen usw. beschriften!) * Lineal und Zirkel * Praktikumsberichte * Taschenrechner * Vorlesungsmitschrift * Übungsaufgaben * IEC Tabellen genormte Prüfspannungen * Tabellen für Isolatoren Kommunikationsgeräte sind nicht erlaubt! Ergebnisse werden nur dann gewertet, wenn der Lösungsweg erkennbar und richtig ist! Druckdatum: Montag, 25. Februar 2013

2 Seite 2 von Koaxiale Anordnung, SF 6 -Anlage 25 Punkte Die Sammelschiene einer einphasig gekapselten SF 6 -Anlage mit U n = 525 kv ; U m = 550 kv soll berechnet werden. Siehe folgende Seiten für die Daten! 1.1 Ermitteln und markieren Sie aus der IEC Tabelle (siehe unten) für die Leiter-Erde 2P Isolation die größte Bemessungs-Stehblitzstoßspannung U P = U rli = 1550 kv! 1.2 Ermitteln und markieren Sie die Radien r i und r a der Anlage aus der Siemens GIS Tabelle! 0,075 m ; 0,25m 2P 1.3 Berechnen Sie auftretende Feldstärke E UrLI (r i ) am Innenleiter bei der 171,7 kv/cm Blitzstoss-Spannungsprüfung mit U P = U rli! 2P 1.4 Berechnen Sie die zulässige Feldstärke E zulneg (r i ) am Innenleiter bei 171 kv/cm negativer Blitzstoßspannung, wenn das SF 6 den Nennfülldruck p = 300 kpa hat! 2P 1.5 Welcher SF6-Druck p muss mindestens in der Anlage sein, 301,6 kpa damit die negative Blitzstoßspannung aus 1.3 gehalten wird? 2P Vergleichen Sie die Ergebnisse von 1.4 und 1.5! 1.6 Mit welchen Massnahmen kann die Anlage für negative Blitzstoss-Spannung 2P spannungsfester gemacht werden? Druck erhöhen ; Beschichtung 1.7 Berechnen Sie die Amplitude û LE der Spannung zwischen Innen- und Aussenleiter 2P bei Wechselspannung U m = 550 kv! 449 kv 1.8 Berechnen Sie die Amplitude der Feldstärke am Aussenleiter 14,9 kv/cm 2P bei Wechselspannung U m! 1.9 Die Abhebefeldstärke für ein Partikel am Aussenleiter betrage EH = 9 kv/cm. 2P Berechnen Sie den Winkel H und die Zeit t H für den Abhebemoment! 2,061 ms 1.10 Berechnen Sie maximal übertragbare Leistung Smax der Sammelschiene? 3 GW 2P Warum müssen GIS Schaltanlagen große Leistungen umsetzen? 1.11 Wie groß muß der optimale Innenradius r iopt gemacht werden? 0,092 m 3P der Aussenradius ra wird beibehalten. Welche Gründe sprechen dafür, einen großen Innenradius zu wählen? Widerstand R 1.12 Identifizieren Sie möglichst viele GIS-Komponenten (Seite 5)! 1P je eindeutig gezeigte Kompente

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5 Seite 5 von 15 Tabelle von Siemens GIS

6 Seite 6 von 15 zu 1.12 Identifizieren Sie möglichst viele Komponenten der 550 kv GIS! Schreiben Sie die Bezeichnung der Komponenten in das obige Bild! Bild aus ABB itaipu.pdf

7 Seite 7 von Numerische Feldberechnung 25 Punkte Leiter in quadratischem Rohr Potential am Innenleiter = 20 kv Potential am Aussenleiter = 0 kv Tabelle: Potential in Volt an den Koordinaten (x=109mm;y=270mm) um den Punkt A : y / mm x / mm , , ,11 U / V , , ,09 U / V , , ,09 U / V 2.1 Bestimmen Sie für den Punkt P (x,y) = (100 mm, 100 mm) : 3P E x =? kv/mm Feldstärke in x-richtung -63,2 V/mm E y =? kv/mm Feldstärke in y-richtung -53,52 V/mm E B =? kv/mm Betrag der Feldstärke 82,82 V/mm 2.2 Markieren Sie die Bereiche mit kleinen Feldstärken! 2P 2.3 Wozu kann man diesen Bereich kleiner Feldstärke benutzen? 2P 2.4 Markieren Sie die Bereiche mit der größten Feldstärken! 2P 2.5 An welcher Stelle wird der Durchschlag am höchstwahrscheinlich stattfinden? 3P 2.6 Zeichnen Sie die Äquipotential-Linie = 6,5 kv ein! Benutzen Sie einen Farbstift! 2P 2.7 Zeichnen Sie die Feldlinie, welche durch den Punkt + geht! 4P Der Punkt + liegt nahe an der Innenelektrode. 2.8 Welches Potential A hat der Punkt +? 2P 19,0 kv 2.9 Markieren sie den schwach inhomogenen Bereich! 2P 2.10 Bestimmen Sie rechnerisch die Feldstärke E im schwach inhomogen Bereich! 2P 2,2 kv/cm 2.11 Berechnen Sie die Durchschlagspannung U dh im fast homogenen Bereich! 2P 240 kv

8 Seite 8 von 15 Potentialverteilung im Feldraum Innenleiter hat Potential i = 20 kv Aussenleiter hat Potential a = 0 kv Abmessungen 300mm x 300mm 2.7 Zeichnen Sie die Feldlinie, welche durch den Punkt + geht! Der Punkt + liegt nahe an der Innenelektrode.

9 Seite 9 von 15 5e+005 E, V/m 4e+005 3e+005 2e+005 1e Length, cm 2.12 Dargestellt ist ein Verlauf von E(x oder y?), zeichnen Sie den Pfad in das Bild oben ein! Markieren Sie auf Seite vorher die Punkte bei 8cm P8 und bei 25cm P25! 2e+004 Potential, Volts 1.5e+004 1e Length, cm 2.13 Dargestellt ist ein Verlauf von (x oder y?), zeichnen Sie den Pfad in das Bild oben ein!

10 3. Langstab-Isolatoren und Pegelfunkenstrecke 25 Punkte Langstabisolatoren des Types LG sollen für ein Freileitungssystem mit U m = 420 kv eingesetzt werden. Siehe auch die Tabelle auf der folgenden Seite! 3.1 Suchen Sie in der Tabelle (Fortsetzung) den 2P Isolator mit maximalem Wert von - Nennkriechweg - Stückprüfkraft Markieren Sie den Isolator LG... in der Tabelle 13-34! 3.2 Ermitteln Sie die maximale Bemessungs-Kurzzeit- 2P Stehwechselspannung U d für den Isolator! Siehe Tabelle 2a auf Seite 3! 520 kv 3.3 Es wird mit U d unter Beregnung geprüft. 2P Wieviel Isolatoren n a braucht die Reihenschaltung, um die Prüfung mit der maximale Bemessungs-Kurzzeit- Stehwechselspannung U d bei Beregnung zu halten? 2Stück 3.4 Wieviel Isolatoren n b braucht die Reihenschaltung, 2P um die Prüfung mit der maximalen Bemessungs-Blitzstoss-Sspannung U p zu halten? 3.5 Wieviel Isolatoren n c braucht die Reihenschaltung, 4P um die Anforderung für den Kriechweg bei Verschmutzungsgrad 3, starke Verschmutzung zu erfüllen? Benutzen Sie die Tatsache, daß die Kriechweglänge allein die erforderliche Anzahl n c bestimmt. LG 95/22s/1340 hat den gleichen Kriechweg wie LG 105/22s/1370, daher nc = Wieviel Isolatoren n d braucht man letztlich? 2P 3.7 Es soll eine Pegelfunkenstrecke als Stab-Stab-Anordnung 4P in Form des Schutzhornkreuzes dimensioniert werden. Radius des Stabes r k = 0,6 cm. Wie groß muß die Schlagweite s k parallel zu einem Isolator sein, damit die negative Blitz-Durchschlagspannung U dli = 0,95 * U p beträgt Beachten Sie, dass n d Isolatoren in Reihe geschaltet sind! 3.8 Wie groß ist bei diesem s k die AC Durchschlagsspannung? 2P 3.9 Wie groß ist die Anfangsspannung U a für Vorentladungen? 2P Radius des Stabes r k = 0,6 cm Seite 10 von Mit Pegelfunkenstrecken wird die Spannungsfestigkeit der Isolatoren kleiner ( ) größer ( )? Mit Schutzringen wird die Spannungsfestigkeit der Isolatoren kleiner ( ) größer ( )? OhneBegründung keine Punkte! 3P

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13 Tabelle zu Aufgabe 3 Seite 13 von 15

14 Seite 14 von Aufgabe Höchstspannungskabel Un = 380 ; Um = 420kV 25 Punkte Bild aus Südkabel: 2XS(FL)2Y 1x2500 RMS/ /380 kv Leiterquerschnitt A L = 2500 mm 2 Leitschicht auf Leiter d Ls = 2 mm Dicke Isolierung (Nennwert) d Is = 27,0 mm Querschnitt Cu-Drahtschirm A S = 250 mm Bestimmen Sie aus A L und d Ls den Radius r i! 2P 4.2 Bestimmen Sie aus A L,d Ls und d Is den Radius r a! 2P 4.3 Berechnen sie die Amplitude der Feldstärke E i am Innenleiter mit der Spannung û B U m 2P 4.4 Ist die Feldstärke bei A = 1600 mm 2 größer oder kleiner als bei A = 2500 mm 2? Beweis erforderlich! 2P 2 3

15 Seite 15 von 15 t B h t t B 1 N û û B N = 11 Lebensdauer 30 Jahre, Bezugswert Lebensdauergesetz Lebensdauerexponent 4.5 Berechnen Sie die zu erwartenden Lebensdauern für 4P Lebensdauerversuche mit 4 Spannungen! U 1 1, 0 U m t 1 t B U 2 2, 0 U m t 2? U 3 3, 0 U m t 3? U 4 4, 0 U m t 4? 4.6 Zeichnen Sie die Lebensdauerkennlinie U m f t in das Bild ein! 4P 4.7 Bei welcher Spannung û LE ist eine Lebensdauer 2P von 15 Jahren zu erwarten? 4.8 Welche Einflußfaktoren wirken sich besonders auf die zu erwartende Lebensdauer eines Kabels aus? 4P Beschreiben Sie die Mechanismen! 4.9 Wie können Defekte im Kabel detektiert werden? 3P U

16 5. Gesteuerte Durchführung mit 10 Schichten 25 Punkte r 0 = 6 cm l 1 = 2,4 m usw r 1 = 8 cm usw. 1 = 3 alle gleich Seite 16 von 15 Schicht Ux 1/Cx Cx lx Radius Radius E Nr. x kv 1/F F m Name cm kv/cm 1 187, ,3923E-09 2, , ,6455E-09 2, , ,8308E-09 2, , ,9488E-09 1, , ,9998E-09 1, , ,9838E-09 1, , ,9009E-09 1, , ,7511E-09 1, , ,5345E-09 0, , ,2511E-09 0,60 r , r1 8 81, r1 8 88, r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , r , , ,6842E-10 Uges/kV 1/Cges in 1/F Cges in F 5.1 Ist diese Durchführung optimiert? Begründung! 5.2 Berechnen Sie die Teilspannung U 9! 5.3 Berechnen Sie die Feldstärken E 9 (r 8 ) und E 9 (r 9 ) Die Radien bleiben wie oben. Die Länge l 1 = 2,4 m soll auch bleiben. 5.4 Wie groß muß l 9 gemacht werden, damit die Durchführung bezüglich des Feldstärkeverlaufes optimiert wird? 5.5 Zeichnen Sie ungefähr den optimalen Feldstärkeverlauf in das Bild Seite 15 ein! 5.6 Zwischen r8 und r9 ist ein Kurzschluss. Wie groß ist dann U1?

17 Seite 17 von Die Spannung beträgt ULI = 1550 kv. Zu welcher Spannungsebene Um gehört die Durchführung? ) / cm V 60 (k / E r / cm Bild: Verlauf der Feldstärke in der Durchführung, hier optimalen Verlauf eintragen! 5.8 Beschreiben Sie die Bauteile dieser Durchführung!