nhalt t 1 Allgemeines zur Energie- und Elektrizitätsversorgung......... 15 1.1 Gesamtenergiebedarf Begriffe 15 1.2 Energieverbrauch und -erzeugung einzelner Länder............. 16 1.3 EnergiebedarfDeutschlands 19 1.4 Tages- Monats- und Jahresbelastungskurven................... 23 i 1.5.Koste~anteile 26 t 1.6 Le~zlelfragen 29 : 1.7 1. Ubung zum Kapitell:! Belastungskurven und Gestehungskosten elektrischer Energie..... 30 r 1.8 2. Übung zum Kapitell: Barwert und Gestehungskosten elektrischer Energie............. 31 r 2 Netze Kraftwerke....................................... 33 2.1 Entwicklung der Übertragungsnetze.......................... 33 2.2 UCTE-Verbundnetz 36 2.3 ~ 2.4 Energieerzeugung Engpassleistung.. und... Kraftwerkstypen........................................ 41 43 2.5 2.6 Auswirkungen der Liberalisierung........................... Standorte und Netzanbindung von Kraftwerken................. 45 48 i 2.7 EmpfohleneSpannungsebenen 49 2.8 Netzformen 50 2.9 Lernzielfragen........................................... 57 3 Größen Begriffe Bereehnungsverfahren i symmetrische Komponenten 59 3.1.ZählpfeileundZählpfeilsysteme 59 3.2 Symmetrische Komponenten 60 3.2.1 HerleitungderTransformation 60 3.2.2 Physikalische nterpretation 65 3.2.3 GrafischeDarstellung 66 3.2.4 Messung der mpedanzen des 012-Systems 67 3.3 ~ 3.4 AnwendungdersymmetrischenKomponenten Netzreduktion........................................... 71 78 3.5 Allgemeines zu Einheiten und Größen........................ 78 3.6 Begriffe 79 3.7 Einheitensysteme........................................ 80 7
:~::.:::::~ 3.8 Physikalische relative und semirelative Einheitensysteme für Netzberechnungen 81 3.9 Berechnung im %/MV A-System und im Ohm-System........... 83 3.10 Lernzielfragen 86 3.11 1. Übung zum Kapitel 3: : Symmetrische Komponenten und Fehlerfale 88 3.12 2. Übung zum Kapitel 3:. UnsymmetriendurchFehlerfale 88 3.13 3. Übung zum Kapitel 3: Berechnung von Betriebsmitteln 89 4 Berechnung der KurZ chlussströme........................ 91 4.1.AllgemeinesFehlerarten 91 4.2 Berechnungsverfahren 93 4.3 Berechnung der Kurzschlussströme.......................... 94 4.3.1 Allgemeines............................................ 94 4.3.2 Korrekturfaktor bei Anwendung des %/MV A-Systems.......... 95 4.3.3 mpedanzkorrekturfaktoren 96 4.3.4 Berechnung der Kurzschlussstromparameter nach VDE 0102 97 4.3.4.1 Anfangskurzschlusswechselstrom f' 98 4.3.4.2 Stoßkurzschlussstromip"."""'..""""""""""'" 98 4.3.4.3 Stoßkurzschlussstrom im vermaschten Netz................... 101 4.3.4.4 Ausschaltwechselstrom 103 4.3.4.5 Dauerkurzschlussstrom 104 4.4 EinflussvonMotoren 106 4.5 KleinsteKurzschlussströme 109 4.6 Doppelerdkurzschluss und Teilkurzschlussströme über Erde...... 109 4.7 Lernzielfragen 112 4.8 1. Übung zum Kapitel 4: Berechnung dreipoliger Kurzschlüsse generatornah............. 114 4.9 2. Übung zum Kapitel 4: Berechnung einpoliger Kurzschlüsse......................... 115 4.10 3. Übung zum Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung... 116 5 Auswirkungen von Kurzschlussströmen und Kurzschlussstrombegrenzung 119 5.1 Allgemeines 119 5.2 Thermische Kurzschlussstromfestigkeit 120 5.2.1 Auslegung der Leiter 120 5.2.2 AuslegungvonKabelschirmen 124 5.3 Mechanische Kurzschlussfestigkeit......................... 127 5.4 Weitere Auswirkungen 129 5.5 Kurzschlussstrombegrenzung 129 ':c 8
5.6.s-Begrenzer 131 5.7 Lernzielfragen 134 5.8 1. Übung zum KapitelS: Thermische Kurzschlussfestigkeit............................ 135 5.9 2. Übung zum KapitelS: Mechanische Kurzschlussfestigkeit.......................... 136 6 Elektrische Energieerzeugung Verbundbetrieb............... 137 6.1.Synchrongeneratoren 137 6.2 Asynchrongeneratoren 140 6.3 Betriebsverhalten der Synchronmaschine Stabilität.............. 143 6.4 RegelungderSynchronmaschine 144 6.5 Verbundbetrieb 147 6.6 Lernzielfragen 149 6.7 Übungen zum Kapitel 6: Regelung in der Energieversorgung.......................... 150 7 Transformatoren 151 7.1 Einsatz und Entwicklung von Transformatoren................. 151 7.2 AufbauderTransformatoren 153 7.3 nduktionsgesetz 157 7.3.1.Allgemeines 157 7.3.2 StreuungsfreierTransformator 158 7.4 Ersatzschaltbild des Transformators im Mitsystem.............. 160 7.4.1 Wechselstromtransformator 160 7.4.2 Spannungsänderung bei Belastung........................... 163 7.4.3 Messung der Größen des Ersatzschaltbilds..................... 163 7.4.4 Dreiwicklungstransformator 167 7.5 SchaltgruppenundSchaltungen 169 7.6 Nullsystem und Sternpunktbelastbarkeit...................... 171 7.6.1 MessungderNullimpedanz 171 7.6.2.Sternpunktbelastbarkeit 174 7.7 Typische Kennwerte von Transformatoren..................... 175 7.8 Spartransformatoren 176 7.9 Wicklungen und Stufenschalter 177 7.10 Rushströme 180 7.11 Lernzielfragen 181 7.12 1. Übung zum Kapitel 7: Parallelschalten von Transformatoren......................... 183 7.13 2. Übung zum Kapitel 7: Spannungsfall eines Transformators.......................... 184 9
8 Freileitungen........................................... 185 ] 8.1 Allgemeines 185 ] 8.2.Leiterseile 186 ] 8.3 Strombelastbarkeit 189 8.4 Abstände und Durchhangberechnung........................ 190 ] 8.5 KennwertevonFreileitungen 194 8.6 Lernzielfragen. 199 9 Kabel................................................. 201 ] 9.1 Allgemeines 201 ] 9.2 Alphanumerische Kennzeichnung........................... 203 ] 9.3 Ausführungsformen 205 1 9.3.1 Niederspannungskabel : 9.3.2 Hochspannungskabel (36/6 kv bis 18/30 kv) 205 ' 9.3.3 Hochspannungskabel(~110kV) 206 9.4 ElektrischeKenndaten 208 9.5 Verluste und Strombelastbarkeit............................ 211 9.5.1 Wämleersatzschaltbi1d 211 9.5.2 Belastbarkeit nach DN VDE 0276 Teil 1000: 1995-06........... 212 ] 9.6 Lernzielfragen 218 9.7 Übung 1 zum Kapitel 9: Belastbarkeit von Kabeltrasse nach DN VDE 0276 Teil 1000.... 219 9.8 Übung 2 zum Kapite19: Verluste und Belastbarkeit einer Kabelverbindung.............. 220 10 Schaltanlagen.......................................... 221 10.1 Allgemeines............................................ 221 10.2.Schalter 221 10.3 Anordnungen 222 10.4 Abzweige.............. :............................... 223 10.5 Stromwandler 224 10.6 Spannungswandler 226 10.7 Lernzielfragen 228 11 Sternpunktbehandlung und Erdung....................... 229 11.1 Allgemeines 229 11.2 Niederohmige Stempunkterdung............................ 230 11.3 StrombegrenzendeStempunkterdung 233 11.4 Netz mit isoliertem Stempunkt (freier Stempunkt) 235 11.5 Netz mit Erdschlusskompensation.......................... 239 11.6 Kombinierte Verfahren der Stempunktbehandlung............. 247 11.7 Erdungen in Hochspannungsnetzen.......................... 248 10
'"- 11.8 Lernzielfragen 251 r 11.9 Übung 1 zum Kapitel 11: Stempunktbehandlung und Erdschluss........................ 252 11.10 Übung 2 zum Kapitelli: Berechnung der Verlagerungsspannung bei einpoligem Kurzschluss 253 11.11 Übung 3 zum Kapitel 11: : Begrenzung einpoliger Kurzschlussströme durch StempunkterdungsimpedaQz 254 ~ 12 Netzanschluss "regenerativer" Energieerzeugungsanlagen..... 257 r 12.1.Allgemeines 257 12.2 Anschlussbedingungen 258 12.3 KurzschlussströmeundSchutzeinrichtungen 259 12.4 Blindleistungskompensation 260 12.5 Zuschaltbedingungen und Spannungsänderung................ 260 / 12.6 SonstigeNetzrückwirkungen 262 12.7 Beispiele............................................... 265 12.8 Lernzielfragen 266 13 Spannungsqualität - Netzrückwirkungen................... 267 13.1 Elektromagnetische Verträglichkeit.......................... 267 13.2 Klassifizierung von Netzrückwirkungen....................... 271 13.3 Oberschwingungen und Zwischenharmonische................. 272 13.3.1 Mathematische Grundlagen für die Betrachtung von Oberschwingungen 272 13.3.2 Entstehung von Oberschwingungen durch nicht-lineare Kennlinien.. 273 13.3.3 Entstehung durch leistungselektronische Betriebsmittel........... 275 13.3.4 Zwischenharmonische 280 13.3.5 Leistungsbetrachtungen und Definitionen nach DN 40110........ 284 13.3.6 Oberschwingungen und symmetrische Komponenten............ 287 13.4 SpannungsschwankungenSpannungsänderungen 289 13.5 Flicker..' 291 13.5.1.Allgemeines 291 13.5.2 Überschlägige Flickerberechnung für definierte Spannungsänderungen 293 13.5.3 Flickerberechnung für stochastische Signale................... 296 13.6 Spannungsunsymmetrien 296 13.7 Bewertung von Netzrückwirkungen.......................... 297 13.7.1.Allgemeines 13.7.2 Oberschwingungen 297 298 13.7.3 SpannungsschwankungenundFlicker 300 13.7.4 Bewertung von Zwischenharmonischen....................... 302 13.7.5 BewertungvonSpannungsunsymmetrien 303 11
13.8 Normung 303 17 13.9 Auswirkungen von Netzrückwirkungen 309 17 13.9.1 Allgemeines 309 13.9.2 Oberschwingungen und Zwischenharmonische......... 13.9.3 Spannungsschwankungen und Spannungsänderungen.......... 309 310 17. 13.9.4 Spannungsunsy~etrien ".""""'.'.."..'." " 311 17 13.10 KondensatorenmoberschwmgungshaltlgenNetzen 311. 13.11 Lernzielfragen ': 316 13.12 Übung 1 zum Kapitel 13: 17 Blindleistungskompensation und Oberschwingungen............ 317 13.13 Übung 2 zum Kapitel 13: 17 Spannungsschwankungen 13.14 Übung 3 zum Kapitel 13: 318 17 Bewertung von Oberschwingungen.......................... 13.15 Übung 4 zum Kapitel 13: 319 17 Flickerbewertung 320 17. 14 Auswirkungen elektromagnetischer Felder auf den Menschen.. 323 14.1 Einführung 323 17. 14.2 14.3 NatürlicheFelder Größenordnungen elektromagnetischer Felder 324 325 17. 14.4 Wirkungsmechanismen elektromagnetischer Felder............. 326 14.5 Grenzwertfestlegungen 327 17. 14.6 Lernzielfragen 332 15 Berührungsschutzmaßnahmen 333 17. 15.1 Allgemeines.'.."'."""..""...""' """'.." 333 17. 15.2 Körperströme 334 15.3 Körperimpedanz und Berührungsspannung................... 336 17. 15.4 EntstehungvonBerührungsspannungen 337 15.5 Berührungsschutzmaßnahmen ~............................. 339 17 15.5.1 Allgemeines zum Schutz gegen gefahrliche Körperströme........ 339 15.5.2 SchutzdurchSchutzkleinspannung 340 17. 15.5.3 Schutz durch solierung aktiver Teile........................ 341 15.5.4 Zusätzlicher Schutz durch Fehlerstromschutzeinrichtungen 17. (P-Schutz) 341 15.5.5 Schutz durch Abschaltung oder Meldung..................... 342 17. 15.6 Lernzielfragen 346 16 Normen Vorschriften und Bestimmungen.................. 347 17. 16.1 Allgemeines 347 16.2 Deutsche und internationale Normung........................ 348 17:2 16.3 Rechtliche Relevanz von Normen........................... 349 111111111 12 11111111111
17 LösungenderiJbungsaufgaben 355 r 17.1 Lösung der Übung 1 von Kapitel 1: r 17.2 Belastungskurven und Gestehungskosten elektrischer Energie..... 355 Lösung der Übung 2 von Kapitell: Barwert und Gestehungskosten elektrischer Energie............. 356 17.3 Lösung der Übung 1 von Kapitel 3: Symmetrische.. Komponenenten und Fehlerfälle................. 357.. 17.4 Lösung der Ubung 2 von Kaptel 3: UnsymmetriendurchFehlerfälle 359 17.5 Lösung der Übung 3 von Kapitel 3: BerechnungvonBetriebsmitteln 361 17.6 Lösung der Übung 1 von Kapitel 4: Berechnung dreipoliger Kurzschlüsse generatomah 362 17.7 Lösung der Übung 2 von Kapitel 4: Berechnung.~inpoliger Kurzschlüsse........................ 364 r 17.8 Lösung der Ubung 3 von Kapitel 4: Stoßkurzschlussstromberechnung 17.9 Lösung der Übung 1 von Kapitel 5: 365 Thermische Kurzschlussfestigkeit............................ 368 17.10 Lösung der Übung von Kapitel 2: Mechanische Kurzschlussfestigkeit.......................... 370 ~ 17.11 Lösung der Übung von Kapitel 6: Regelung in der Energieversorgung.......................... 371 17.12 Lösung der Übung 1 von Kapitel 7: 1 Parallel schalten von Transformatoren......................... 372 17.13 Lösung der Übung 2 von Kapitel 7: Spannungsfall eines Transformators.......................... 373 17.14 Lösung der Übung 1 von Kapitel 9: Belastbarkeit von Kabeltrasse nach DN VDE 0276 Teil 1000 375 17.15 Lösung der Übung 2 von Kapitel 9: Verluste und Belastbarkeit einer Kabelverbindung.............. 376 / 17.16 Lösung der Übung 1 von Kapitel 11: Stempunktbehandlung und Erdschluss........................ 377 17.17 Lösung der Übung 2 von Kapitell: Berechnung der Verlagerungsspannung bei einpoligem Kurzschluss. 378 17.18 Lösung der Übung 3 von Kapitel 11: Begrenzung einpoliger Kurzschlussströme durch Stempunkterdungsimpedanz 379 17.19 Lösung der Übung 1 von Kapitel 13: Blindleistungskompensation und Oberschwingungen............ 380 17.20 Lösung der Übung 2 von Kapitel 13: Spannungsschwankungen 381 '" 13 ~f. ""~!m
17.21 Lösung der Übung 3 von Kapitel 13: Bewertung von Oberschwingungen.......................... 382 17.22 Lösung der Übung von Kapitel 13: Flickerbewertung 383 18 Formelzeichenundndizes 385 19 Hinweise zur beiliegenden CB-ROM....................... 393 20 Literatur.............................................. 395 ] Verzeichnis der aus Normen entnommenen Bilder und Tabellen.......... 402 ] Liste der verwendeten nternet-portale............................. 403 ; Stichwortverzeichnis.......................................... 405 ; t ~ ( 1 j ] -:;"!;:o; "i.;::; ) i ) ~i';.';; ~;"c) c;.'" 1 ] ] " '..; 1 ( c.::l~~::~~~~~~~ :;.~ ( '-.'!1'1':?'!.;'~~~~'11~'1". r nnd~_~j;."~1 ";""'l'ff'fo'};~h~fto!' r ~;'f'~.ij:."". -"'c~~~:i'l~ 5 ~ 14