Elektrische Energieverteilung

Transkript

1 Rene Flosdorff, Günther Hilgarth Elektrische Energieverteilung 9., durchgesehene und aktualisierte Auflage Mit 275 Abbildungen, 47 Tabellen und 95 Beispielen Teubner

2 1 Elektrische Netze (Günther Hilgarth) 1.1 Betriebsgrößen und Begriffe Stromarten und Frequenzen Übertragungs-und Verteilungsspannungen Netzstrukturen Übertragungsmittel Kabel Kurzzeichen für Typenbezeichnung Metallmantelkabel Kunststoffkabel Ölkabel Gasdruckkabel Kabelerwärmung Hochleistungskabel Freileitung Freileitungsmaste Mastgründungen Masterdung und Blitzschutzraum Seile Durchhang Anordnung der Leiter Isolatoren und Armaturen Ermittlung der Kenngrößen Gleichstromwiderstand Induktivität bei Mehrleitersystemen Nullimpedanz einer Freileitung Kapazitäten einer Freileitung Blindwiderstände von Kabeln Normierte Widerstände Umrechnung von Widerständen auf andere Spannungen Transformator Bemessung elektrischer Leitungen und Netze Richtlinien für die Bemessung Leitungsnachbildung und Ersatzschaltung Spannungsdifferenz Strombelastbarkeit Nieder- und Mittelspannungsnetze Einseitig gespeiste Leitung mit einer Abnahme Leitung mit verteilten Abnahmen Einseitig gespeiste, verzweigte Leitung Querschnittsabstufung Zweiseitig gespeiste Leitung Vermaschtes Netz Komplexe Lastflussberechnung

3 1.3.3 Hochspannungs-Drehstromübertragung Leitungsgleichungen Komplexes Spannungsund Stromverhältnis Verlustlose Leitung Verlustarme Leitung Natürliche Leistung Leitungsdiagramm Komplexes Leistungsverhältnis Stabilität der Energieübertragung Elektromagnetische Felder im Bereich elektrischer Anlagen Magnetisches Feld Elektrisches Feld Hochspannungs-Gleichstromübertragung Blindleistungskompensation Kurzschluss und Erdschluss (Rene Flosdorff) 2.1 Dreisträngiger Kurzschluss Verlauf des Kurzschlussstroms Generatorferner Kurzschluss Generatornaher Kurzschluss Kurzschlussentfernung Anfangs-Kurzschlusswechselstrom Stoßkurzschlussstrom und Stoßfaktor Stoßfaktor in Kurzschlusskreisen ohne Stromverzweigung Stoßfaktor in Kurzschlusskreisen mit Stromverzweigung Dauerkurzschlussstrom und Dauerfaktor Ausschaltstrom und Abklingfaktor Kurzschlussleistung und Ausschaltleistung Widerstände in der Kurzschlussbahn Dreiwicklungs-Transformator Kurzschlussstrombegrenzung Synchrongenerator Asynchronmotor Netzersatzimpedanz Kurzschlussberechnung mit Bezugsspannung 10 kv Kurzschlussberechnung in vermaschten Netzen 2.2 Symmetrische Komponenten Entstehung unsymmetrischer Dreiphasensysteme Dreileiternetz Vierleiternetz Zerlegung unsymmetrischer Dreiphasen-Systeme in symmetrische Komponenten Dreileiternetz Vierleiternetz Verknüpfung der symmetrischen Komponenten von Spannung und Strom, Mit-, Gegen- und Nullimpedanz Quellenspannung und Teilspannungen Leistungen

4 XI 2.3 Unsymmetrische Fehler Zweisträngiger Kurzschluss Mit Erdberührung Ohne Erdberührung Einsträngiger Kurzschluss Ohne Übergangswiderstand Mit Übergangswiderstand Erdschluss im Netz mit isoliertem Sternpunkt Ladeleistung Erdschlusskompensation Stromverteilung bei Transformatoren mit drehender Schaltgruppe Sternpunktschaltung in Drehstromnetzen Wirkungen des Kurzschlussstroms Mechanische Beanspruchung durch Stromkräfte Mechanische Festigkeit von Stromschienen Mechanische Festigkeit von Stützern Thermische Beanspruchung durch Stromwärme Schutzeinrichtungen (Rene Flosdorff) 3.1 Erder und Erdungsanlagen Elektrisches Verhalten des Erders Erderarten Erdungsarten Schutz des Menschen Unfallstromkreis Schutz bei indirektem Berühren im TN-System Schutz bei indirektem Berühren im IT-System Fehlerstrom-Schutzschaltung (Fl-Schaltung) Überspannungsschutz Entstehung von Überspannungen Spannungserhöhungen bei Betriebsfrequenz Gegenseitige Beeinflussung paralleler Leitungen Kippschwingungen Schaltüberspannungen Atmosphärische Überspannungen Schutzeinrichtungen gegen Überspannungen Funkenstrecke Überspannungsabieiter Koordination der Isolation Einsatz von Überspannungsableitern

5 XII Inhalt 3.4 Schutz der Übertragungseinrichtungen Fehlerarten, Auswirkungen, Messkriterien Grundlagen der Schutzgerätetechnik Kenngrößen der Schutzgeräte Strom- und Spannungsrelais Zeitrelais Hilfs- und Melderelais Drehspulrelais mit Gleichrichterbrücken Impedanzmessung Leistungsrichtungs-Messung Differenzmessung Leitungs- und Netzschutz Schutzanregungen Überstromschutz Distanzschutz Erdschlussschutz Kurzunterbrechung (KU) Generatorschutz Differentialschutz Überstromzeitschutz Ständererdschlussschutz Läufererdschlussschutz Schieflastschutz Windungsschlussschutz Entregungseinrichtungen Transformatorschutz Gehäuseschlussschutz Buchholzschutz Differentialschutz Sammelschienenschutz Gesamtstaffelplan Elektronischer Schutz Anregeschaltungen Elektronischer Erschlussschutz Elektronisch-digitale Schutzkonzepte Prozessrechnerund Schutzeinrichtung Schaltanlagen (Rene Flosdorff) 4.1 Schaltgeräte für Niederspannung Aufgabe der Schaltgeräte Einteilung der Schaltgeräte Schalter Niederspannungssicherungen , Sicherungstrennschalter 4.2 Schaltgeräte für Hochspannung Einteilung der Schaltgeräte Trennschalter Lasttrennschalter 247

6 XIII Leistungsschalter Schaltaufgaben bei Wechselstrom Schaltvorgang bei Wechsel- und Drehstrom Wiederkehrende Spannung Löschprinzipien Ausführungsarten Antriebsarten Wichtige Kenngrößen Hochspannungs-Hochleistungs-Sicherungen Wirkungsweise Ausführungsarten Sicherungstrennschalter Prüfung von Schaltgeräten Planung, Aufbau und Betrieb von Schaltanlagen Schaltplantechnik Planungsgrundlagen Schaltanlagen für Niederspannung Ortsnetzstationen Schaltanlagen für Hochspannung Schaltung des Einspeise- und Abgangsfeldes Schaltung des Kuppelfeldes Schaltung des Messfeldes Innenraumanlagen von 1 kv bis 30kV/36kV Innenraumanlagen von 60 kv bis etwa 250 kv Freiluft- Schaltanlagen Hilfsstromkreise in Schaltanlagen Gleichstrom-Hilfskreis Stromwandler für Schaltanlagen Spannungswandler für Schaltanlagen Verriegelungs-Schaltung Schaltwarten und Leitsysteme Schalttafel Zentralfeldsteuerung Mosaikschaltbild Leitsysteme mit Bildschirmüberwachung Betrieb von Schaltanlagen Kraftwerke (Günther Hilgarth) 5.1 Dampfkraftwerke Innerer Aufbau Dampf-Wasser-Kreislauf Kühlwasser-Kreislauf Feuerung Konventionelle Dampfkraftwerke Dampferzeuger Äußerer Aufbau Kernenergie-Kraftwerke Dampfturbinen 297

7 XIV Inhalt 5.2 Gasturbinen-Kraftwerke Bauarten Anwendungsbereiche Dieselkraftwerke Wasser-, Wind- und Solarkraftwerke Wasserkraftwerke Laufwasser-Kraftwerke Speicher-Kraftwerke Gezeiten-Kraftwerke Wasserturbinen Windkraftwerke Leistung der Windturbine Elektrische Systeme Solarkraftwerke Generatoren Bauarten Aufbau Generatorspannung Erregung Betriebsverhalten Widerstände Zeigerdiagramm und Ersatzschaltung 5.6 Kraftwerkseigenbedarf Betriebsanforderung Versorgung des Eigenbedarfs Anfahren des Kraftwerks Spannungen Kraftwerksregelung Inselbetrieb Verbundbetrieb Elektrizitätswirtschaft (Günther Hilgarth) 6.1 Grundbegriffe Belastungskurven Verlustarbeit Gleichzeitigkeitsgrad Kostenstruktur Verlustkosten Annuitätsrrtethode 327

8 XV Barwertmethode Barwert von Kapitalbeträgen Barwert jährlich gleicher Verlustkosten Barwert jährlich steigender Verlustkosten 6.3 Wirtschaftlichkeit elektrischer Anlagen Kraftwerk Freileitung Anlagekosten Wirtschaftliche Stromdichte Wirtschaftliche Übertragungsleistung Kabel Transformatoren Wirtschaftlicher Netzbetrieb Verbundwirtschaft Strompreisregelung Leistungpreis-Tarif Arbeitspreis-Tarif Blindstromklausel 341 Anhang 1. Umrechnung von Einheiten Weiterführendes Schrifttum Normblätter (Auswahl) VDE-Bestimmungen (Auswahl) Grafische Symbole für die Elektrotechnik (Auswahl aus DIN 40900) Kennwerte von Leitungen und Leitern (Auswahl) Kennbuchstaben in Schaltplänen Schutzmaßnahmen nach DIN VDE 0100 (Auswahl) Richtwerte, Sicherheitswerte, Vorsorgewerte von niederfrequenten elektrischen und magnetischen Feldern für ausgewählte Einrichtungen und Geräte Formelzeichen 369 Sachverzeichnis 375 Hinweise auf DIN-Normen in diesem Werk entsprechen dem Stand der Normung bei Abschluss des Manuskriptes. Maßgebend sind die-jeweils neuesten Ausgaben der Normblätter des DIN, Deutsches Institut für Normung e.v., im Format A 4, die durch die Beuth-Verlag GmbH, Berlin und Köln zu beziehen sind. - Sinngemäß gilt das gleiche für alle in diesem Buche angezogenen amtlichen Richtlinien, Bestimmungen, Verordnungen usw.