Inhaltsverzeichnis. 1 Einleitung 1

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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung 1 2 Drehstromtechnik Arten der Drehstromsysteme, Bezeichnungen Schaltungen der Drehstromsysteme Schaltungen des Generators Schaltungen des Verbrauchers Unsymmetrische Drehstromsysteme Verkettungsfaktor Einführung in die komplexe Rechnung Begriffe und Rechenregeln Rechenregeln für komplexe Zahlen Komplexe Größen der Wechselstromtechnik Leistungen im Drehstromsystem Beispiele zur Wechselstromtechnik Sinusspannung Sinusstrom Komplexe Größe Belastung der Drehstromnetze Symmetrisches System

2 VIII Inhaltsverzeichnis Komplexe Zahl in Polar- und Exponentialform Spannung in Polar-, Exponential- und Komponentenform Stern-Dreieck-Schaltung Stern-Stern-Schaltung Verbraucher Zählpfeilsystem Methode der Symmetrischen Komponenten Symmetrische Komponenten Impedanzen der Symmetrischen Komponenten Beispiele zu Symmetrischen Komponenten Einpoliger Kurzschlussstrom Zweipoliger Kurzschlussstrom Symmetrische Last Unsymmetrische Fehler Spannungen eines Generators Zusammenfassung Vorschriften und Normen Bestandteile des VDE-Vorschriftenwerks Die rechtliche Bedeutung des VDE-Werks Darstellung der Schaltungsunterlagen Begriffe Planarten Inhalt der Elektroinstallation Bestimmung der Anschlussleistung Elektrische Leistung Anschlusswerte von Elektrogeräten Richtwerte für die Anlagenberechnung Berechnung der Leistung mit Speicherheizung und elektrischer Warmwasserversorgung

3 Inhaltsverzeichnis IX 4.9 Elektrische Anlagen Beispiel: Installation einer Küche Beispiel: Industrieanlage Beispiel: Energieversorgung einer Fabrik Technische Anschlussbedingungen 55 6 Gesetzliche Regelungen HOAI und VOB Richtlinien für die Projektierung elektrischer Anlagen Zusammenfassung Kurzschlussstromberechnung Begriffe und Definitionen Verfahren der Ersatzspannungsquelle Kurzschlussimpedanzen der Betriebsmittel Netzeinspeisung Beispiel: Berechnung der Netzeinspeisung Transformatoren Beispiel: Berechnung eines Transformators Beispiel: Impedanz eines Transformators Leitungen und Kabel Beispiel: Berechnung eines Kabels Synchrongeneratoren Beispiel: Berechnung eines Generators Asynchronmotoren Beispiel: Impedanzberechnung Beispiel: Hochspannungsmotor Impedanzkorrekturen Berechnung der Kurzschlussströme Dreipoliger Kurzschluss

4 X Inhaltsverzeichnis Beispiel für den dreipoligen Kurzschluss Zweipoliger Kurzschluss Beispiel für den zweipoligen Kurzschluss Einpoliger Kurzschluss Beispiel für den einpoligen Kurzschluss Stoßkurzschlussstrom Beispiel für den Stoßkurzschlussstrom Ausschaltwechselstrom Dauerkurzschlussstrom Mehrfach einseitig gespeiste Kurzschlüsse Thermische und dynamische Kurzschlussfestigkeit Berechnung von Mehrfachfehlern Beispiele zur Kurzschlussberechnung Berechnung der Kurzschlussarten Generatornaher Kurzschluss Anschluss eines Transformators über ein Fremdnetz Parallelschaltung von Generatoren und Transformatoren Beitrag eines Hochspannungsmotors zum Kurzschlussstrom Berechnung eines Industrienetzes mit verschiedenen Netznennspannungen Kurzschlussfestigkeit eines Kabels Thermische Kurzschlussfestigkeit eines Kabels Berechnung eines Motoranschlusses Berechnung eines Niederspannungsstrahlennetzes Berechnung mit bezogenen Größen Berechnung der Daten von HS-Motoren Beispiele mit bezogenen Größen Ermittlung der Kurzschlussströme bei einem 380-kV-Hochspannungsnetz Zusammenfassung

5 Inhaltsverzeichnis XI 8 Schutz gegen elektrischen Schlag Schutz nach Art der Erdverbindungen im NS-Netz Das TN-System Das TT-System Das IT-System Zentraler Erdungspunkt Arbeiten an elektrischen Anlagen Zusammenfassung Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen Schutz bei Überlast Schutz bei Kurzschluss Strombelastbarkeit Belastbarkeit im ungestörten Betrieb Beispiel: Zuleitung einer Verteilung Beispiel: Kabelbemessung eines Motors Beispiel: Überprüfung der Stromwärmewerte Thermische Kurzschlussfestigkeit Querschnittsdimensionierung Beispiel: Kabeldimensionierung eines Motors mit Aussetzbetrieb Wahl der ÜSE Beispiel: Leitungsberechnung Bemessung einer Sicherung Beispiel: Übertragung elektrischer Energie Zusammenfassung Bemessung des Schutzleiters Bemessung des Hauptschutzleiters Bemessung des Schutzleiters Bemessung des Potentialausgleichsleiters

6 XII Inhaltsverzeichnis 10.4 Zusätzlicher Schutz-Potentialausgleichsleiter Zusammenfassung Spannungsfallberechnung Berechnungsgleichungen Gleichstrom Einphasen-Wechselstrom Drehstrom Spannungsfall an einer Ringleitung Spannungsfall an einem Strahlennetz Beispiel: Spannungsfall an einem Strang Beispiel: Spannungsfall an einem Ringnetz Beispiel: Bestimmung der Übertragungslänge Spannungsfall in HS-Anlagen Beispiele zu Spannungsfallberechnungen Beispiel: Spannungsfall bei Wechselstrom Beispiel: Spannungsfall an einer Freileitung Beispiel: Schule Beispiel: Gebäude Beispiel: Versorgung einer Leitung Beispiel: Straßenbeleuchtung Beispiel: Beliebige Last Beispiel: Spannungsfall an einem Ringnetz Beispiel: Berechnung der Verluste Beispiel: DS-Pumpenmotor Zulässiger Spannungsfall nach TAB Zulässiger Spannungsfall nach VDE Zulässiger Spannungsfall nach NAV Berechnung des zulässigen Spannungsfalls Grenzlänge zur Einhaltung von Schutzmaßnahmen

7 Inhaltsverzeichnis XIII Grenzlänge in Abhängigkeit von der Berührungsspannung Berechnung der maximal zulässigen Leitungslängen Beispiel: Ermittlung der zulässigen Kabellänge Beispiel: Spannungsfallberechnung einer Motorzuleitung Zusammenfassung Selektivität und Back-up-Schutz Selektivität zwischen zwei Leistungsschaltern Der Leistungsschalter ist der Sicherung vorgeschaltet Die Sicherung ist dem Leistungsschalter vorgeschaltet Selektivität zwischen zwei Sicherungen Die Sicherung ist dem Leitungsschutzschalter vorgeschaltet Selektivität zwischen den Leitungsschutzschaltern Back-up-Schutz Zusammenfassung Sicherungslose Schaltanlagen Auswahl der Sicherungen Auswahl der Leistungsschalter Kennlinienvergleich mit Sicherungen und Leistungsschalter Vergleich der Bauweise mit und ohne Sicherung Projektierung Schutzfunktion Bedienung und Wartung Kostenvergleich Beispiel: Einstellung der Kennlinien Zusammenfassung Blindstromkompensation 215

8 XIV Inhaltsverzeichnis 14.1 Berechnung der Blindleistung Kompensationsplanung Praktische Beispiele Beispiel: Kompensation einer Anlage Beispiel: Einzelkompensation von Transformatoren Beispiel: Resonanzerscheinungen von Transformatoren Beispiel: Kompensation einer Anlage Zusammenfassung Blitzschutzanlagen Begriffe Äußerer Blitzschutz Fangeinrichtung Ermittlung der Blitzschutzklasse Ableitung Erdungsanlage Trennungsabstand Innerer Blitzschutz EMV-Blitzschutzzonen-Konzept Überspannungsschutz Zusammenfassung Erdungen in Schaltanlagen Begriffe Erdung eines Umspannwerkes Berechnung der zulässigen Berührungsspannung Auslegungsverfahren der Erdungsanlage Art der Sternpunkterdung Isolierte Sternpunkterdung Kompensierte Sternpunkterdung

9 Inhaltsverzeichnis XV Niederohmige Sternpunkterdung Erderarten Bemessung von Erdungsanlagen Berechnung der Erdungswiderstände TN-System auf der NS-Seite TT-System auf der NS-Seite Berechnung des Gesamterdungswiderstandes in NS-Netzen Berechnung des Erdungswiderstandes von Erdschlusslöschspulen Zusammenschluss oder Trennung von Erdungsanlagen Hochspannungsschutzerder Holzmasten mit Schalter Masten mit Schalter Schalt- und Umspannpunkte Niederspannungsbetriebserder Ausführung von Erdungsanlagen Ersatzmaßnahmen Elimination von Messfehlern Messung von Erdungsanlagen Erdungswiderstände in anderen Ländern Erdungsberechnung nach IEEE Std Tolerierbarer Körperstrom Zulässige Berührungsspannungen Berechnung des Querschnitts Berechnung des maximalen Maschen-Fehlerstromes Beispiel: Berechnung einer Erdungsanlage Beispiel: Berechnung des Erdungswiderstandes einer Transformatorstation Beispiel: Erdungswiderstand nach IEEE Std Beispiel: Querschnittsermittlung

10 XVI Inhaltsverzeichnis 16.24Beispiel: Querschnittsermittlung der Sternpunktleitung Zusammenfassung Niederspannungsanlagen Verteileraufbau von NS-Anlagen Zusammenfassung Mittelspannungsanlagen Normen zur Planung von Mittelspannungsanlagen Betriebsverfügbarkeit Arten von Schottungen Störlichtbogenqualifikation Projektierung Mittelspannungs-Schaltgeräte Aufstellung von Schaltanlagen Auswahlgrößen Isolierung Raumplanung Transformatoren Erdung Innenraum-Schaltfelder Grundlagen der Netzplanung Kriterien für die Anlagenauslegung Bauformen von Schaltanlagen Lasttrennschalteranlagen Leistungsschalteranlagen Leistungsschalter-Festeinbauanlagen Schaltanlagen-Konstruktionen Isolationskoordination Schaltüberspannungen Begrenzung von Überspannungen

11 Inhaltsverzeichnis XVII Erdfehlerfaktor Ableiterauswahl Dimensionierung von MS-Anlagen Wirtschaftlichkeitsbetrachtungen Bemessung des Einspeisekabels Wirtschaftlicher Kabelquerschnitt Zusammenfassung Hochspannungsanlagen Luftisolierte Schaltanlagen Gasisolierte Schaltanlagen Zusammenfassung Sammelschienensystem Einfachsammelschiene Doppelsammelschiene Hochstromschaltanlagen Zusammenfassung Schalt- und Schutzgeräte Hochspannungs-Schutzgeräte HH-Sicherungen Trennschalter, Erdungsschalter und Überspannungschutzgeräte Abhängiges Maximalstrom-Zeitrelais (AMZ) Unabhängiges Maximalstrom-Zeitrelais (UMZ) UMZ mit Richtungskriterium Distanzschutz Differentialschutz Leistungsschalter Strom- und Spannungswandler Lastschalter

12 XVIII Inhaltsverzeichnis 21.2 Niederspannungs-Schutzgeräte Leitungsschutzschalter (MCB) Belastbarkeit von Leitungsschutzschaltern Nebeneinander montierte LS-Schalter Schmelzsicherungen RCD (Fehlerstromschutzschalter) Hauptleitungs-Schutzschalter Motorstarter Leistungsschalter (MCCB) Auslöser/Schutzfunktion Zusammenfassung Selektivschutztechnik in Verteilungsnetzen Umfang der Selektivität Auslegung des Netzschutzes Leitungsschutz UMZ-Schutz Beispiele zu UMZ AMZ-Schutz Thermischer Überlastschutz Differentialschutz Beispiel zum Differentialschutz Distanzschutz Berechnung der Impedanz Beispiele zum Distanzschutz Erdschlussschutz HH-Sicherungen Transformatorschutz Stationsschutz Hochspannungs-Motorschutz

13 Inhaltsverzeichnis XIX Generatorschutz Strom- und Spannungswandler Beispiel: Wandlerauslegung für Differentialschutz Beispiel: Projektierung eines Mittelspannungsnetzes Erstellung eines Staffelplans Zusammenfassung Lastflussrechnung Notation der mathematischen Größen Newton-Raphson-Verfahren Beispiel: Lastflussberechnung Beispiel: Anwendung des Newton-Raphson-Varfahrens Zusammenfassung Grundlagen elektrischer Maschinen Einführung Physikalische Gesetze Transformator Grundgleichungen von Transformatoren Verluste im Transformator Belastung von Transformatoren Schaltgruppen von Transformatoren Parallelschaltung von Transformatoren Wirkungsgrad von Transformatoren Wirtschaftlichkeit von Transformatoren Schutz von Transformatoren Auswahl von Transformatoren Beispiel: Spannungsänderung von Transformatoren Beispiel: Wirkungsgrad eines Transformators Beispiel: Lastverteilung bei Transformatoren

14 XX Inhaltsverzeichnis Beispiel: Berechnung von Verlustleistungen Asynchronmaschinen Vorteile des Asynchronmotors Entstehung des Drehfeldes Typischer Drehmomentverlauf Schlupf Anlaufverfahren von Asynchronmaschinen Steuerung von Asynchronmaschinen Wahl des Motors Frequenzumrichter Beispiel: Leistungsabgabe eines Asynchronmotors Beispiel: Leistungsaufnahme eines Asynchronmotors Beispiel: Leistungsschild eines Asynchronmotors Beispiel: Stern-Dreieck-Anlauf Beispiel: Einspeisung mit drei Motoren Einphasenwechselstrom-ASM Synchrongenerator Vollpol- und Schenkelpolläufer Leistungsdiagramm des Turbogenerators Beispiel: Berechnung des Polradwinkels Beispiel: Berechnung des Leistungsdiagramms Kenngrößen des Synchrongenerators Gleichstrommaschinen Wicklungsarten Nebenschlussmotor Beispiel: Berechnung eines GS-Nebenschlussmotors Reihenschlussmotor Beispiel: Berechnung der Daten eines Reihenschlussmotors Doppelschlussmotor Beispiel: Berechnung eines Doppelschlussmotors

15 Inhaltsverzeichnis XXI Fremderregter Motor Beispiel: Berechnung einer Arbeitsmaschine EC-Motoren Elektrische Antriebe Last- und Motorkennlinien Drehmomentkennlinie von Arbeitsmaschinen Zusammenfassung Regenerative Energiesysteme Wasserkraftwerke Berechnung der Leistung Pumpspeicherkraftwerke Beispiel: Pumpspeicherkraftwerk Windkraft Grundlagen zur Windenergienutzung Konstruktiver Aufbau von Windkraftanlagen Anlagenbeispiele Generatorsysteme Beispiel: Auswahl von Windkraftanlagen Beispiel: Parkverkabelung Netzanbindung Schaltpläne von WKA Beispiel: Berechnung der Windleistung Beispiel: Generator-Transformator Beispiel: Berechnung der Kurzschlussleistung Beispiel: Anschlussgesuch einer Windkraftanlage Photovoltaik pn-übergang Füllfaktor Wirkungsgrad

16 XXII Inhaltsverzeichnis Erzeugte Energie einer Dachfäche Reihenschaltung Parallelschaltung Kenndaten von Photovoltaik-Anlagen Wechselrichter Beispiel: Planung eines Einfamilienhauses Beispiel: Dimensionierung eines Wechselrichters Planung von Photovoltaikanlagen Anschlussbeurteilung von Photovoltaikanlagen Prüfungen von Photovoltaik-Anlagen Zusammenfassung Netzanschlussregeln Allgemeines zum Netzanschluss Netzebene 7 (Niederspannungsnetz V) Netzebene 6 (Umspannung von 10 kv/30 kv auf 400 V) Netzebene 5 (Mittelspannungsnetz, 10 kv bis 30 kv) Kriterien für den Anschluss in einer höheren Netzebene Projektierung einer Industrieanlage Beschreibung der Anlage Anzuwendende Vorschriften Verbrauchertabelle Berechnungen Leistungsermittlungsverbrauchertabelle Berechnung des Querschnitts nach Spannungsfall Schutz bei Überlast Tatsächlicher Spannungsfall Schutz durch Abschaltung Berechnung der Innenraumbeleuchtung

17 Inhaltsverzeichnis XXIII 27.6 Berechnung der Blitzschutzanlage Berechnung der Kompensationsanlage Planung der Transformatorstation Planung der Notstromanlage Formelzeichen 515 Abkürzungen 521 Indizes 523 Formelzeichen fur die Elektrotechnik (ICE ) 525 Schreibweisen in der Elektrotechnik 527 Literaturverzeichnis 529 Stichwortverzeichnis 539

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