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1 Seite 1 von 14 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: Freitag, 20. Juli 2012

2 Seite 2 von Koaxiale Anordnung, SF 6 -Anlage 25 Punkte Die Sammelschiene einer einphasig gekapselten SF 6 -Anlage mit U m = 245 kv soll berechnet werden. Siehe folgende Seiten für die Daten! 1.1 Ermitteln Sie aus der Tabelle von ABB (siehe unten) für die Leiter-Erde Isolation die Stehblitzstoßspannung U rli! 1.2 Ermitteln Sie die Radien r i und r a der Anlage aus der Siemens GIS Tabelle! 1.3 Berechnen Sie auftretende Feldstärke E UrLI (r i ) am Innenleiter bei der Blitzstoss-Spannungsprüfung mit U rli! 1.4 Berechnen Sie die zulässige Feldstärke E zulneg (r i ) am Innenleiter bei positiver Blitzstoßspannung, wenn das SF 6 den Nennfülldruck p = 310 kpa hat! 1.5 Welcher SF6-Druck p muss mindestens in der Anlage sein, damit die negative Blitzstoßspannung gehalten wird? 1.6 Bei welcher Polarität der Blitzstoss-Spannung ist die SF6-Anlage spannungsfester? Bei positiver oder bei negtiver Polarität? Was ist die Ursache für den Unterschied? 1.7 Berechnen Sie die Amplitude û LE der Spannung zwischen Innen- und Aussenleiter bei Wechselspannung U m! 1.8 Berechnen Sie die Amplitude der Feldstärke am Aussenleiter bei Wechselspannung U m! 1.9 Die Abhebefeldstärke für ein Partikel am Aussenleiter betrage EH = 8 kv/cm. Berechnen Sie den Winkel H und die Zeit t H für den Abhebemoment! 1.10 Berechnen Sie maximal übertragbare Leistung Smax! 1.11 Identifizieren Sie möglichst viele GIS-Komponenten! 1.12 Wie groß muß der optimale Innenradius r iopt gemacht werden? der Innenradius wird beibehalten.

3 Seite 3 von 14 zu 1.10 Identifizieren Sie möglichst viele Komponenten der 245kV GIS! Schreiben Sie die Bezeichnung der Komponenten in das obige Bild! aus ELK-14_300_1HC AKEn.pdf

4 Seite 4 von 14 Tabelle von Siemens GIS

5 Seite 5 von Numerische Feldberechnung 25 Punkte Leiter in quadratischem Rohr Potential am Innenleiter = 10 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) : E x =? kv/mm Feldstärke in x-richtung E y =? kv/mm Feldstärke in y-richtung E B =? kv/mm Betrag der Feldstärke 2.2 Markieren Sie die Bereiche mit kleinen Feldstärken! 2.3 Wozu kann man diesen Bereich kleiner Feldstärke benutzen? 2.4 Markieren Sie die Bereiche mit der größten Feldstärken! 2.5 An welcher Stelle wird der Durchschlag am höchstwahrscheinlich stattfinden? 2.6 Zeichnen Sie die Äquipotential-Linie = 6,5 kv ein! Benutzen Sie einen Farbstift! 2.7 Zeichnen Sie die Feldlinie, welcher durch den Punkt A geht! 2.8 Welches Potential A hat der Punkt A? 2.9 Markieren sie den schwach inhomogenen Bereich! 2.10 Bestimmen Sie rechnerisch die Feldstärke E im schwach inhomogen Bereich! 2.11 Berechnen Sie die Durchschlagspannung U dh im fast homogenen Bereich!

6 Seite 6 von 14 Potentialverteilung im Feldraum Innenleiter hat Potential Aussenleiter hat Potential i = 10 kv a = 0 kv Abmessungen 300mm x 300mm!! Der Punkt A liegt bei (100,100), also über den 2 Rufzeichen.

7 Seite 7 von 14 3e e+005 E, V/m 2e e+005 1e+005 5e Length, cm 2.12 Dargestellt ist ein Verlauf von E(x oder y?), zeichnen Sie den Pfad in das Bild oben ein! 6e+005 5e+005 E, V/m 4e+005 3e+005 2e+005 1e Length, cm 2.13 Dargestellt ist ein Verlauf von E(x oder y?), zeichnen Sie den Pfad in das Bild oben ein!

8 Seite 8 von Langstab-Isolatoren und Pegelfunkenstrecke 25 Punkte Langstabisolatoren des Types LG 60/30/1270 sollen für ein Freileitungssystem mit U m = 245 kv eingesetzt werden. Siehe auch die Tabelle auf der folgenden Seite! 3.1 Ermitteln Sie die maximale Bemessungs-Kurzzeit- Stehwechselspannung U d für den Isolator! (VDE _Tabelle_1a) 3.2 Es wird unter Beregnung geprüft. Wieviel Isolatoren n a braucht die Reihenschaltung, um die Prüfung mit der maximale Bemessungs-Kurzzeit- Stehwechselspannung U d bei Beregnung zu halten? 3.3 Wieviel Isolatoren n b braucht die Reihenschaltung, um die Prüfung mit der maximalen Bemessungs-Blitzstossspannung U p =? kv zu halten? 3.4 Wieviel Isolatoren n c braucht die Reihenschaltung, um die Anforderung für den Kriechweg bei 2, mittlere Verschmutzung zu erfüllen? 3.5 Wieviel Isolatoren n d braucht man letztlich? 3.6 Es soll eine Pegelfunkenstrecke als Stab-Stab-Anordnung in Form des Schutzhornkreuzes dimensioniert werden. Radius des Stabes r k = 0,5 cm. Wie groß muß die Schlagweite s k parallel zu einem Isolator sein, damit die negative Blitz-Durchschlagspannung U dli = 0,85 * U p beträgt Beachten Sie, dass n d Isolatoren in Reihe geschaltet sind! 3.7 Wie groß ist bei diesem s k die AC Durchschlagsspannung? 3.8 Wie groß ist die Anfangsspannung U a für Vorentladungen? Radius des Stabes r k = 0,5 cm 3.9 Welche Wirkungen haben die Pegelfunkenstrecken? Markieren Sie eine Pegelfunkenstrecke im Bild oben! 3.10 Welche Wirkung hat ein Schutzring Markieren Sie einen Schutzring im Bild oben! 3.11 Welche Materialien werden heute für Freiluftisolatoren verwendet? 3.12 Welche Anforderungen ausser den dielektrischen werden an Isolatoren gestellt?

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10 Tabellen zu Aufgabe 3 Seite 10 von 14

11 4. Aufgabe Hochspannungskabel 25 Punkte Kabel 127/220 kv mit Querschnitt A = 1000 mm 2 Literatur: HS-Katalog mit Elcufilt_Nexans Seite 11 von Bestimmen Sie die Dicke der inneren Leitschicht IL =? mm! 4.2 Bestimmen Sie die Dicke der äusseren Leitschicht AL =? mm! 4.3 Bestimmen Sie den Leiterdurchmesser d L und den Radius r L! 4.4 Bestimmen Sie die Dicke des Isolierstoffes Is =? mm! 4.5 Bestimmen Sie die Radien r1 und r2, welche für die Feldstärke relevant sind! 4.6 Berechnen sie die Feldstärke E i am Innenleiter mit der Spannung û B U m 4.7 Ist die Feldstärke beim 127/220 kv-kabel mit A = 1600 mm 2 größer oder kleiner als bei A = 1000 mm 2? Beweis durch Gleichung erforderlich! 2 3

12 t B h Seite 12 von 14 Lebensdauer 30 Jahre, Bezugswert û û B t t B 1 N Lebensdauergesetz N = 10 Lebensdauerexponent 4.7 Berechnen Sie die zu erwartenden Lebensdauern für Lebensdauerversuche mit 4 Spannungen! U 1 1, 0 U m t 1 t B U 2 1, 2 U m t 2? U 3 1, 4 U m t 3? U 4 1, 6 U m t 4? 4.8 Zeichnen Sie die Lebensdauerkennlinie f t in das Bild ein! Upeak von t U U m 10 U/Um 1 0, t / h 4.9 Bei welcher Spannung û LE ist eine Lebensdauer von 10 Jahren zu erwarten? 4.10 Wieso wirkt sich Feuchte besonders auf die zu erwartende Lebensdauer eines Kabels aus? Beschreiben Sie den Mechanismus!

13 ,4 5. Gesteuerte Durchführung mit 10 Schichten 25 Punkte r 0 = 10 cm l 1 = 2 m usw r 1 = 11 cm usw. 1 = 3 alle gleich Seite 13 von 14 Schicht Ux 1/Cx Cx lx Radius Radius E Nr. x kv 1/F F m Name cm kv/cm 1 56, ,1 3,50219E-09 2, , ,5 3,4526E-09 1, , ,5 3,33617E-09 1, , ,6 3,15292E-09 1, ,32 2,90286E-09 1, , ,4 2,58601E-09 1, , ,4 2,20237E-09 0, , ,5 1,75195E-09 0, , ,3 1,23474E-09 0, , ,50757E-10 0,20 r ,41 r ,01 r ,01 r ,01 r2 12 r3 13 r3 13 r4 14 zu 5.3 r4 14 zu 5.3 r5 15 r5 15 r6 16 r6 16 r7 17 r7 17 r8 18 r8 18 r9 19 r9 19 r , ,88869E-10 Uges/kV 1/Cges in 1/F Cges in F 5.1 Berechnen Sie die Kapazität C 5! 5.2 Berechnen Sie die Teilspannung U 5! 5.3 Berechnen Sie die Feldstärken E 4 (r 4 ) und E 5 (r 4 ) Die Radien bleiben wie oben. Die Länge l 1 = 2m soll auch bleiben. 5.4 Wie groß müssen l 2 und 3 gemacht werden, damit die Durchführung bezüglich des Feldstärkeverlaufes optimiert wird? 5.5 Was bedeutet der optimale Feldstärkeverlauf? 5.6 Zwischen r8 und r9 ist ein Kurzschluss. Wie groß ist dann U1? 5.7 Die Spannung beträgt ULI = 1050 kv. Zu welcher Spannungsebene Um gehört die Durchführung?

14 Seite 14 von Beschreiben Sie die Bauteile dieser Durchführung!