Elektrische Netze. Vorlesung zum Master-Studium FH-Köln WS 2011/2012. Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt WS 2011/2012 S. 1. Prof. E.

Transkript

1 Vorlesung zum Master-Studium FH-Köln Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt S. 1

2 Terminkalender Einführung Leitungen berechnen Drehstrom-Systeme anwenden Änderung: Unsymmetrische Drehstromnetze - (wegen Allerheiligen) Referat Gleichstromnetze Netzwerk-Komponenten und Netzformen diskutieren Netz-Simulation durchführen Selbständiges Arbeiten Referat European Supergrid Referat Smart-Grids Fehler-Management Netz-Regelung Netzanschluss Referat Load-Management reserve Wiederholung S. 2

3 Inhalt der heutigen Veranstaltung Netzwerk-Komponenten identifizieren Spannungsebenen Schaltsymbole und reale Ausführungen von Komponenten S. 3

4 Spannungsebenen Übertragungsnetz Höchstspannung 380 kv Hochspannung 110 kv, 220 kv Mittelspannung 35 kv 20 kv 10 kv Verteilnetz Niederspannung 400V S. 4

5 S. 5 Quelle: IFHT/RWTH Aachen

6 Übertragungsnetz Vermaschtes Netz Lücken nach Zwischen Ost- und Westdeutschland Nach Ostfriesland Photo: Christoph Ueberfeld S. 6

7 Übertragungsnetz Deutschland 4 Regelzonen Netzbetreiber formal unabhängig von großen Stromlieferanten Bild: Wikipedia S. 7

8 Übertragungsnetz - Freileitungen Längere Isolatoren bei höherer Spannung Eckmasten fangen Zugkraft auf S. 8

9 Umspannwerk, Verteilerstation S. 9

10 Typisches Abgangsfeld S. 10 Aus: Hoch- und Mittelspannungsschaltgeräte und -anlagen, IfHT, RWTH Aachen, Aachen, 7.Juli 2009

11 Sammelschienen und Anschluss S. 11

12 Schalter Trennschalter: Niemals unter Last schalten! (siehe Video) Leistungsschalter: Können Laststrom schalten Schutzschalter / Sicherungsschalter Schalten auch Kurzschluss-Strom S. 12

13 Dreiphasige Ausführungen S. 13

14 Messwandler S. 14

15 Kabelübergang S. 15

16 Übertragungsnetz - Transformator S. 16

17 Luftdrosselspulen S. 17 Aus: K. Pointer, "Luftdrosselspulen in der Leistungselektronik", ECPE Cluster-Seminar Induktivitäten in der Leistungselektronik, Nürnberg, 5.-6.Okt.2011

18 Verteilnetz in Deutschland Etwa 900 Verteilnetzbetreiber in Deutschland Überwiegend in kommunaler Hand Zum Vergleich: GB: 14 Österreich: 20 NL: 18 Norwegen: 200 Herausgeber: Verband der Netzbetreiber VDN e.v. beim VDEW, Berlin Verlag: VWEW Energieverlag GmbH, Frankfurt a.m. S. 18

19 Nord Verteilnetz: Hochspannungsebene Freileitung West Neustrasse Schlossallee Opernplatz 110kV Netz einer Stadt Innenstadt Im Normalfall aufgetrennt Süd Freileitung Badstrasse 110kV Ost Gewerbegebiet Norddorf Freileitung Vom Kraftwerk 380kV Innenstadt: Vermascht Kabel Außenbereich: Sternförmig Freileitung Westdorf Ostdorf Süddorf S. 19

20 Verteilnetz: Mittelspannung HS Verteilerstation MS Ortsnetz- Stationen S. 20

21 Kabel und Leitungen S. 21

22 Mittelspannungs-Verteilerstation S. 22

23 Ortsnetzstationen Unauffällig im Stadtbild Typ. Einige 100kVA (400kVA, 630kVA) Selten fernabfragbar Noch seltener fernsteuerbar oder -regelbar Regelbare Ortsnetzstation (keine Bilder) Stufenweise Regelung durch Abgriffe am Trafo Stufenlos mit Leistungselektronik: FACTS (Flexible AC transmission system) Fernsteuerbar Autonome Regelung vor Ort S. 23

24 Ortsnetzstationen S. 24

25 Ortsnetztrafo Isolatoren 630kVA Öltank 400kVA 400kVA S. 25

26 Mittelspannung: Schalter Trennschalter Leistungsschalter Schutzschalter In Luft In Schutzgas (SF 6 ) S. 26

27 Schalter S. 27

28 Sensorik Kurzschlussanzeiger Amperemeter mit Schleppzeiger Schutzschalter mit gestuftem Ansprechen S. 28

29 Messwandler und Anzeigen Strom- und Spannungs-Messwandler Kurzschluss-Anzeiger S. 29

30 Niederspannungsverteilung S. 30

31 Spulen und Kondensatoren Als Filter, z.b. in Rundsteueranlagen Als Kompensationselemente S. 31

32 Zentralwarte S. 32

33 Sternförmiges Netz Offene Ringstruktur Vermaschtes Netz Netzstrukturen Ziel: Ausfallsicher durch N-1-Kriterium S. 33

34 Sternförmiges Netz HS MS S. 34

35 Sternförmiges Netz Fehlerfall Randbedingungen: Meist nur ein Leistungs- / Schutz-Schalter, in Verteilstation Ortsnetzstationen haben nur Trennschalter Netzwiederherstellung Kurzfristige Netzwiederherstellung nur teilweise möglich. Fehlersuche Einfach und eindeutig S. 35

36 Offenes Ring-Netz HS MS S. 36

37 Offenes Ring-Netz Randbedingungen: Meist nur ein Leistungs- / Schutz-Schalter, in Verteilstationen Leistungsschalter an Trennstelle Ortsnetzstationen haben nur Trennschalter Netzwiederherstellung Kurzfristige Netzwiederherstellung möglich. Fehlersuche Einfach und eindeutig Fehlerfall S. 37

38 Vermaschtes Netz HS MS S. 38

39 Vermaschtes Netz Fehlerfall Randbedingungen: Mehrere Schutz-Schalter in einer Masche Gestuftes Ansprechen notwendig Netzwiederherstellung Automatische sofortige Netzwiederherstellung. Fehlersuche Aufwändig Fehler teilweise nicht unmittelbar bemerkbar Regelmäßige Überprüfung notwendig S. 39

40 Kontakt Prof. Dr. Eberhard Waffenschmidt Professur (Chair Electrical Grids) Institut für Elektrische Energietechnik, Fakultät für Informations-, Medien- und Elektrotechnik (F07) Betzdorferstraße 2, Raum ZO Köln, Deutschland Tel eberhard.waffenschmidt/index.html