Verfügbarkeit: Elektrische Energieversorgung | Technische Universität München

Elektrische Energieversorgung: Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie für Studium und Praxis

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Beteiligte Personen:	Heuck, Klaus (VerfasserIn), Dettmann, Klaus-Dieter (VerfasserIn), Schulz, Detlef 1967- (VerfasserIn)
Format:	Buch
Sprache:	Deutsch
Veröffentlicht:	Wiesbaden Springer 2013
Ausgabe:	9., aktualisierte und korr. Aufl.
Schlagwörter:	Elektrizitätserzeugung Elektrische Energietechnik Elektrizitätsversorgung Lehrbuch
Links:	http://deposit.dnb.de/cgi-bin/dokserv?id=4528061&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm http://bvbr.bib-bvb.de:8991/F?func=service&doc_library=BVB01&local_base=BVB01&doc_number=027012261&sequence=000001&line_number=0001&func_code=DB_RECORDS&service_type=MEDIA
Umfang:	XXIII, 783 S. Ill., graph. Darst., Tab.
ISBN:	9783834816993 9783834821744 383481699X

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adam_text	VII Inhaltsverzeichnis Formelzeichen 1 2 XVIII Überblick über die geschichtliche Entwicklung der elektrischen Energieversorgung 1 Grundzüge der elektrischen Energieerzeugung 6 2.1 6 7 Stromerzeugung mit fossil befeuerten Kraftwerken.................................... 2.1.1 Kohlebefeuerte Blockkraftwerke......................................................... 2.1.1.1 Dampfkraftwerksprozess in kohlebefeuerten Blockkraft werken ................................................................................ 2.1.1.2 Aufbau kohlebefeuerter Blockkraftwerke............................ 2.1.1.3 Wärmeverbrauchskennlinie von Kondensationskraftwerken 2.1.2 Erdgasbefeuerte Kraftwerke............................................................... 2.1.2.1 Gasturbinen-Kraftwerke...................................................... 2.1.2.2 Gas-und-Dampf-Kraftwerke................................................ 2.1.2.3 Blockheizkraftwerke............................................................ 2.1.2.4 Brennstoffzellen.................................................................. 2.1.3 Erdgas-/kohlebefeuerte Anlagen ...................................................... 2.2 Stromerzeugung mit Wasserkraftwerken...................................................... 2.2.1 Bauarten von Wasserturbinen............................................................ 2.2.2 Bauarten von Wasserkraftwerken...................................................... 2.3 Stromerzeugung mit Kernkraftwerken......................................................... 2.4 Stromerzeugung aus regenerativen Energiequellen....................................... 2.4.1 Windenergieanlagen........................................................................... 2.4.1.1 Grundlagen der Windkraftausnutzung.............................. 2.4.1.2 Konstruktive Ausführung und Größenentwicklung .... 2.4.1.3 Charakteristik der Energielieferung ................................. 2.4.1.4 Drehzahlregelung und Leistungsbegrenzung..................... 2.4.1.5 Leistungskurven von WEA................................................ 2.4.1.6 Offshore-Windenergieanlagen............................................. 2.4.2 Solarthermische Kraftwerke............................................................... 2.4.2.1 Parabolrinnenkraftwerk...................................................... 2.4.2.2 Turmkraftwerk..................................................................... 2.4.2.3 Dish-Stirling-System............................................................ 2.4.2.4 Aufwindkraftwerk............................................................... 2.4.3 Biomassekraftwerke ........................................................................... 2.4.4 Geothermische Kraftwerke.................................................................. 2.4.5 Gezeitenkraftwerke.............................................................................. 2.4.6 Wellenkraftwerke................................................................................ 2.4.7 Strömungskraftwerke.......................................................................... 2.4.8 Photovoltaische Anlagen..................................................................... 2.4.8.1 Aufbau und Betriebsverhalten.......................................... 2.4.8.2 Wechselrichterkonzepte...................................................... 2.4.8.3 Anlagenkonzepte.................................................................. 7 10 18 19 19 20 21 22 24 24 25 26 27 29 30 30 32 35 36 40 40 43 43 44 45 45 46 47 48 49 50 51 51 54 55 Inhaltsverzeichnis VIII 2.4.9 3 Speichertechnologien in der Energieversorgung.............................. 2.4.9.1 Pumpspeicherwerke............................................................. 2.4.9.2 Druckluftspeicher ................................................................ 2.4.9.3 Schwungmassenspeicher (Schwungrad)............................... 2.4.9.4 Wärmespeicher..................... 2.4.9.5 Batteriespeicher................................................................... 2.4.9.6 Wasserstoffspeicher............................................................. 2.4.9.7 Kondensatorspeicher............................................................. 2.4.9.8 Supraleitende Magnetspeicher ........................................... 2.4.10 Schlussfolgerungen.............................................................................. 2.5 Kraftwerksregelung.......................................................................................... 2.5.1 Regelung von Wärmekraftwerken...................................................... 2.5.1.1 Regelung eines Kraftwerks im Inselbetrieb ..................... 2.5.1.2 Regelung im Insel- und Verbundnetz.................................. 2.5.2 Regelung von Wasser- und Kernkraftwerken.................................... 2.6 Kraftwerkseinsatz............................................................................................. 2.6.1 Verlauf der Netzlast........................................................................... 2.6.2 Deckung der Netzlast ........................................................................ 2.7 Aufgaben......................................................................................................... 56 56 57 57 58 58 59 60 60 60 62 62 62 67 71 72 72 73 74 Aufbau von Energieversorgungsnetzen 76 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Übertragungssysteme....................................................................................... 77 3.1.1 Einphasige Systeme ........................................................................... 77 3.1.2 Dreiphasige Systeme........................................................................... 77 3.1.3 HGÜ-Anlagen....................................................................................... 80 Wichtige Strukturen von Drehstromnetzen................................................... 81 3.2.1 Niederspannungsnetze........................................................................ 82 3.2.2 Mittelspannungsnetze........................................................................ 84 3.2.3 Hoch- und Höchstspannungsnetze...................................................... 86 Netzstrukturen von Windparks..................................................................... 89 Aufbau und Punktion von Bordnetzen......................................................... 90 3.4.1 Bordnetz von Kraftfahrzeugen ......................................................... 90 3.4.1.1 Bauweise und Funktion von Klauenpolgeneratoren .... 91 3.4.1.2 Spannungsregelung und Gleichrichtung des erzeugten Drehstroms........................................................................... 92 3.4.1.3 Netzgestaltung bei Kraftfahrzeugen................................. 94 3.4.2 Bordnetz von Flugzeugen.................................................................. 95 3.4.2.1 Stromerzeugung bei Flugzeugen....................................... 95 3.4.2.2 Netzgestaltung bei Flugzeugen.......................................... 96 3.4.3 Bordnetz von Schiffen........................................................................ 98 3.4.3.1 Stromerzeugung bei Schiffen............................................. 99 3.4.3.2 Netzgestaltung bei Schiffen...................................................101 3.4.4 Weitere Bordnetze.................................................................................103 Aufgaben............................................................................................................105 Inhaltsverzeichnis 4 Aufbau und Ersatzschaltbilder der Netzelemente 4.1 IX 106 Berechnung von Netzwerken mit induktiven Kopplungen...............................106 4.1.1 Analytische Beschreibung induktiver Kopplungen..............................106 4.1.2 Stationäre Beschreibung von Netzen mit induktiven Kopplungen . 110 4.1.2.1 Veranschaulichung der manuellen Berechnungsmethode an einem Beispiel ..................................................................111 4.1.2.2 Admittanzform von mehrtorigen Netzen..............................112 4.1.2.3 Impedanzform von mehrtorigen Netzen..............................114 4.1.3 AusgleichsVorgänge in Netzen...............................................................116 4.1.3.1 Anwendung der Laplace-Transformation..............................116 4.1.3.2 Erläuterungen zu Eigenfrequenzspektren ...........................118 4.1.4 Nichtlineare Induktivitäten..................................................................120 4.2 Leistungstransformatoren................................................................................ 123 4.2.1 Einphasige Zweiwicklungstransformatoren..........................................123 4.2.1.1 Aufbau, Eigenfrequenzspektren und transientes Verhal ten von einphasigen Zweiwicklungstransformatoren .... 124 4.2.1.2 Niederfrequentes Ersatzschaltbild eines einphasigen Zwei wicklungstransformators .........................................................133 4.2.1.3 Betriebsverhalten von Zweiwicklungstransformatoren im einphasigen Netzverband ...................................................... 138 4.2.2 Einphasige Dreiwicklungstransformatoren..........................................140 4.2.3 Dreiphasige Leistungstransformatoren................................................144 4.2.3.1 Aufbau eines Drehstromtransformators mit zwei Wick lungen ...................................................................................... 144 4.2.3.2 Schaltungen ............................................................................145 4.2.3.3 Übersetzung bei symmetrischem Betrieb ............................ 147 4.2.3.4 Ersatzschaltbild für den symmetrischen Betrieb ................ 150 4.2.3.5 Betriebsverhalten von dreiphasigen Zweiwicklungstrans formatoren im Netzverband...................................................157 4.2.4 Spartransformatoren..............................................................................159 4.2.4.1 Aufbau und Einsatz von Spartransformatoren................... 159 4.2.4.2 Ersatzschaltbild eines Spartransformators............................ 160 4.2.5 Transformatoren mit einstellbarer Übersetzung.................................162 4.2.5.1 Erläuterung der direkten Spannungseinstellung................... 163 4.2.5.2 Erläuterung der indirekten Spannungseinstellung................ 165 4.2.5.3 Leistungsverhältnisse bei Umspannern mit einstellbaren Übersetzungen........................................................................167 4.3 Messwandler ..................................................................................................... 170 4.3.1 Spannungswandler................................................................................ 171 4.3.1.1 Induktive Spannungswandler.................................................171 4.3.1.2 Kapazitive Spannungswandler..............................................174 4.3.2 Stromwandler......................................................................................... 175 4.4 Synchronmaschinen............................................................................................ 178 4.4.1 Grundsätzlicher Aufbau von Synchronmaschinen..............................178 4.4.2 Modellgleichungen einer Synchronmaschine.......................................180 4.4.2.1 Qualitative Feldverhältnisse in einer Vollpolmaschine . . 181 4.4.2.2 Formulierung der Modellgleichungen.....................................183 X Inhaltsverzeichnis 4.4.3 4.5 4.6 4.7 4.8 Betriebsverhalten von Synchronmaschinen..........................................186 4.4.3.1 Ersatzschaltbild für den stationären Betrieb ......................186 4.4.3.2 Betriebseigenschaften von Synchronmaschinen in Energie versorgungsnetzen ..................................................................190 4.4.3.3 Spannungsregelung von Synchronmaschinen.........................194 4.4.4 Verhalten von Synchronmaschinen bei einem dreipoligen Kurzschluss.............................................................................................196 4.4.4.1 Dreipoliger Klemmenkurzschluss bei einer verlustfreien, leer laufenden Synchronmaschine mit Dauermagnetläufer . 196 4.4.4.2 Dreipoliger Klemmenkurzschluss bei einer verlustfreien Vollpolmaschine mit Gleichstromerregung...........................199 4.4.4.3 Netzkurzschluss bei einer verlustbehafteten Vollpolma schine mit Erreger- und Dämpferwicklung...........................206 Freileitungen..................................................................................................... 213 4.5.1 Aufbau von Freileitungen.................................................................... 213 4.5.1.1 Masten.................................................................................... 213 4.5.1.2 Leiterseile................................................................................. 215 4.5.1.3 Erdseile.................................................................................... 217 4.5.1.4 Isolatoren................................................................................. 218 4.5.2 Ersatzschaltbilder von Drehstromfreileitungen für den symmetri schen Betrieb......................................................................................... 219 4.5.2.1 Induktivitätsbegriff bei Dreileitersystemen.........................220 4.5.2.2 Kapazitätsbegriff bei Dreileitersystemen.............................. 226 4.5.2.3 Ohmscher Widerstand bei Dreileitersystemen......................233 4.5.2.4 Ableitungswiderstand bei Dreileitersystemen..................... 233 4.5.3 Betriebsverhalten von symmetrisch aufgebauten Drehstromfreilei tungen bei symmetrischem Betrieb......................................................235 4.5.3.1 Natürlicher Betrieb............................................................... 235 4.5.3.2 Übernatürlicher Betrieb......................................................... 237 4.5.3.3 Unternatürlicher Betrieb ...................................................... 237 4.5.3.4 Betriebsverhalten verlustbehafteter Freileitungen................238 4.5.4 Transientes Verhalten von Freileitungen im symmetrischenBetrieb 240 Kabel...................................... 243 4.6.1 Aufbau von Kabeln ............................................................................. 244 4.6.1.1 Kunststoffkabel..................................................................... 244 4.6.1.2 Massekabel.............................................................................. 247 4.6.1.3 Ölkabel.................................................................................... 248 4.6.1.4 Gaskabel................................................................................. 248 4.6.2 Zulässige Betriebsströme von Kabeln...................................................249 4.6.3 Bezeichnungen von Normkabeln .........................................................250 4.6.4 Garnituren von Kabeln ....................................................................... 252 4.6.5 Ersatzschaltbild und Betriebsverhalten von Drehstromkabeln . . . 254 Lasten................................................................................................................. 257 4.7.1 Motorische Lasten................................................................................ 257 4.7.2 Mischlasten............................................................................................ 258 4.7.3 Leistungsverhalten von Lasten im Netzbetrieb....................................259 Leistungskondensatoren................................................................................... 261 4.8.1 Aufbau von Leistungskondensatoren....................................................261 Inhaltsverzeichnis 4.8.2 4.8.3 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 XI Grundsätzliche Erläuterungen zur Blindleistungskompensation . . 262 Blindleistungskompensation bei Netzen mit parasitären Ober schwingungen ......................................................................................... 264 4.8.3.1 Modell eines Netzes mit Stromrichteranlagen....................265 4.8.3.2 Auswertung des Ersatzschaltbilds ......................................266 4.8.3.3 Netzrückwirkungen..............................................................267 4.8.4 Schnelle Blindleistungskompensation...................................................269 4.8.5 Leistungsflusssteuerung mit FACTS .................................................. 271 Drosselspulen..................................................................................................... 274 Schalter.............................................................................................................. 277 4.10.1 Eigenschaften idealer und realer Schalter ..........................................277 4.10.2 Aufbau und Wirkungsweise von Schaltern..........................................278 4.10.2.1 Leistungsschalter.................................................................... 279 4.10.2.2 Trennschalter.......................................................................... 282 4.10.2.3 Lastschalter .......................................................................... 284 Schaltanlagen..................................................................................................... 285 4.11.1 Schaltungen von Schaltanlagen............................................................285 4.11.2 Bauweise von Schaltanlagen................................................................. 291 4.11.2.1 Konventionelle Freiluftschaltanlagen....................................291 4.11.2.2 Gasisolierte metallgekapselte Schaltanlagen........................295 4.11.2.3 Konventionelle Zellenbauweise.............................................301 4.11.3 Berücksichtigung von Schaltanlagen in Ersatzschaltbildern...............303 4.11.4 Leittechnik in Schaltanlagen................................................................. 304 4.11.4.1 Aufgaben der Leitebenen......................................................304 4.11.4.2 Kommunikation der Leitebenen ..........................................306 4.11.4.3 Kommunikation über Rundsteuerung.................................307 Isolationskoordination und Schutz von Betriebsmitteln vor unzulässigen Überspannungen............................................................................................... 308 4.12.1 Beanspruchungen von Betriebsmitteln durch verschiedene Über spannungsarten ...................................................................................... 308 4.12.1.1 Zeitweilige Überspannungen ................................................308 4.12.1.2 Transiente Überspannungen.................................................. 309 4.12.2 Festlegung des Isoliervermögens von Betriebsmitteln mithilfe von genormten Bemessungsspannungen......................................................315 4.12.2.1 Durchschlagskennlinien von Spitze-Platte-Anordnungen . 315 4.12.2.2 Kennzeichnung der Durchschlagskennlinien durch reprä sentative Überspannungen .................................................. 316 4.12.2.3 Festlegung von Isolationspegeln ..........................................318 4.12.2.4 Isoliervermögen weiterer Anordnungen.................................319 4.12.3 Überspannungsableiter und Blitzschutzeinrichtungen........................321 4.12.3.1 Ventilableiter.......................................................................... 321 4.12.3.2 Metalloxidableiter................................................................. 324 4.12.3.3 Blitzschutzeinrichtungen ......................................................327 Schutz der Betriebsmittel vor unzulässigen Strombeanspruchungen .... 328 4.13.1 Sicherungen und Is-Begrenzer.............................................................. 328 4.13.1.1 HH-Sicherungen.................................................................... 328 4.13.1.2 NH-Sicherungen.................................................................... 331 4.13.1.3 Is-Begrenzer.......................................................................... 333 XII Inhaltsverzeichnis 4.13.2 Schutzsysteme für Betriebsmittel........................................................ 334 4.13.2.1 Vergleichsprinzip.................................................................... 334 4.13.2.2 Überstromprinzip................................................................. 335 4.13.2.3 Distanzprinzip....................................................................... 337 4.13.2.4 Weitere Netzschutz-Prinzipien.............................................339 4.13.2.5 Technische Umsetzung der Schutzprinzipien........................339 4.14 Netzanbindung von Windenergieanlagen......................................................340 4.14.1 Stationäres Ersatzschaltbild einer Netzanbindung von Windener gieanlagen ............................................................................................... 340 4.14.2 Generatoren und leistungselektronische Einrichtungen für die Netz anbindung ............................................................................................... 342 4.14.2.1 Netzkopplung von Generatoren.............................................342 4.14.2.2 Betriebsverhalten von doppelt gespeisten Asynchronge neratoren in Windenergieanlagen......................................... 344 4.14.2.3 Leistungselektronische Einrichtungen in Windenergiean lagen ...................................................................................... 348 4.14.2.4 Funktionsweise selbstgeführter Wechselrichter.....................351 4.14.2.5 Typische Anwendungen von selbstgeführten Wechselrich tern in Windenergieanlagen...................................................353 4.14.3 Netzanbindung von Windparks............................................................355 4.14.3.1 Spannungsebenen in Windparks..........................................355 4.14.3.2 Technisch optimierte Netzanbindung von Windparks . . . 356 4.14.3.3 Transiente Simulation von Windparks.................................357 4.15 Ersatzschaltungen von Photovoltaikanlagen...................................................358 4.15.1 Eindiodenmodell................................................................................... 358 4.15.2 Modellbildung für Solarmodule............................................................360 4.16 Aufgaben........................................................................................................... 361 5 Auslegung von Netzen im Normalbetrieb 370 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.6 5.7 370 371 376 377 381 382 384 385 385 Kriterien für zulässige thermische Dauerbelastung und Spannungshaltung Einseitig gespeiste Leitung ohne Verzweigungen.......................................... Einseitig gespeiste Leitung mit Verzweigungen .......................................... Zweiseitig gespeiste Leitung........................................................................... Vermaschtes Netz............................................................................................. Nachbildung von Teilnetzen........................................................................... Lastflussberechnung in Energieversorgungsnetzen....................................... 5.7.1 Lastflussberechnung mithilfe der Stromsummen.............................. 5.7.1.1 Netze mit Stromeinprägungen........................................... 5.7.1.2 Netze mit einer eingeprägten Spannungsquelle und Lasten mit konstantem Strom .......................................... 5.7.1.3 Netze mit einer eingeprägten Spannungsquelle und Lasten mit konstanter Wirk- und Blindleistung............... 5.7.1.4 Netze mit mehreren eingeprägten Spannungsquellen . . . 5.7.1.5 Netze mit Kraftwerkseinspeisungen ................................. 5.7.2 Lastflussberechnung mithilfe der Leistungssummen........................ 5.7.3 Lastflussberechnung in Netzen mit mehreren Spannungsebenen . . 5.7.4 Berechnung von Eigenwerten aus der stationären Knotenadmittanzmatrix.......................................................................................... 5.8 Aufgaben........................................................................................................ 387 387 388 389 389 393 394 395 Inhaltsverzeichnis XIII 6 398 Dreipoliger Kurzschluss 6.1 Generatorferner dreipoliger Kurzschluss........................................................ 399 6.1.1 Berechnung des Kurzschlussstromverlaufs in unverzweigten Netzen mit einer Netzeinspeisung.................................................................... 399 6.1.1.1 Berechnung des stationären Kurzschlusswechselstroms . . 399 6.1.1.2 Berechnung des Einschwingvorgangs................................... 401 6.1.2 Berechnung der Kurzschlussströme in verzweigten Netzanlagen mit mehreren Netzeinspeisungen................................................................. 404 6.1.2.1 Modellierung und Lösungsmethodik von verzweigten Netz anlagen ................................................................................... 404 6.1.2.2 Berechnung der stationären Kurzschlussströme mit dem Verfahren der Ersatzspannungsquelle .................................406 6.1.2.3 Berechnung des Einschwingvorgangs bei dem Verfahren mit der Ersatzspannungsquelle............................................ 408 6.1.2.4 Veranschaulichung der Kurzschlussstromberechnung bei verzweigten Netzen an einem Beispiel................................ 413 6.1.2.5 Einfluss der Netzkapazitäten und Mischlasten auf die Kurz schlussströme .......................................................................... 417 6.2 Generatornaher dreipoliger Kurzschluss........................................................ 419 6.2.1 Modell eines verlustlosen, mehrfach gespeisten Netzes mit einem generatornahen Kurzschluss................................................................. 419 6.2.2 Berechnung des Anfangskurzschlusswechselstroms bei generator nahen Kurzschlüssen............................................................................. 423 6.2.3 Berechnung des Stoßkurzschlussstroms für generatornahe Fehler . 425 6.2.4 Berechnung des Kurzschlussausschaltstroms...................................... 429 6.2.5 Berücksichtigung von Netzkapazitäten, Mischlasten, motorischen Verbrauchern und Windenergieanlagen bei generatornahen Kurz schlüssen ............................................................................................... 432 6.3 Kurzschluss in Bordnetzen................................................................................ 433 6.3.1 Kraftfahrzeuge...................................................................................... 433 6.3.2 Flugzeuge............................................................................................... 434 6.3.3 Schiffe..................................................................................................... 434 6.4 Aufgaben........................................................................................................... 437 7 Auslegung von Netzen gegen Kurzschlusswirkungen und Auslegung von Schaltern 7.1 7.2 441 Lichtbogenkurzschlüsse in Anlagen................................................................. 441 Mechanische Kurzschlussfestigkeit ................................................................. 444 7.2.1 Auslegung von linienförmigen, biegesteifen Leitern...........................445 7.2.1.1 Berechnung der Stromkräfte................................................445 7.2.1.2 Dimensionierung der Leiterschienen....................................447 7.2.1.3 Stromkräfte bei gekrümmten und gekapselten Leiter schienen ................................................................................... 449 7.2.2 Auslegung von Leiterschienen mit großen Querschnittsabmes sungen ..................................................................................................... 450 7.2.3 Auslegung von Stützern....................................................................... 453 7.2.4 Auslegung von Leiterseilen und Kabeln ............................................ 454 XIV Inhaltsverzeichnis 7.3 Thermische Kurzschlussfestigkeit.................................................................... 454 7.3.1 Berechnung der Wärmebeanspruchung................................................454 7.3.2 Festlegung des zulässigen Kurzzeitstroms ......................................... 457 7.4 Maßnahmen zur Beeinflussung der Kurzschlussleistung................................ 459 7.5 Auswirkungen von Kurzschlüssen auf das transiente Generatordrehzahl verhalten ........................................................................................................... 462 7.5.1 Wichtige Netzparameter zur Gewährleistung der transienten Stabilität...................................... 463 7.5.1.1 Modellierung einer Generatornetzanbindung......................463 7.5.1.2 Diskussion der Modellgleichung..............................................468 7.5.1.3 Interpretation verschiedener Fehlersituationen mit dem Flächenkriterium.................................................................... 468 7.5.1.4 Fehler in einer unterlagerten Spannungsebene......................469 7.5.1.5 Fehler im Höchstspannungsnetz ..........................................470 7.5.1.6 Fehler mit Ausschaltung..........................................................472 7.5.2 Drehzahlverhalten der Generatoren in einem kurzschlussbehafteten Netz mit mehrfacher Generatoreinspeisung .......................................472 7.6 Auslegung von Schaltern................................................................................... 475 7.6.1 Einschwingspannungen nach einem Schalter-Klemmenkurzschluss in einphasigen Netzen.......................................................................... 477 7.6.2 Bewertung der Einschwingspannungen............................................... 481 7.6.3 Abstandskurzschluss in einphasigen Netzen...................................... 483 7.6.4 Auslegung von Leistungsschaltern in Drehstromnetzen.....................486 7.6.5 SchaltVorgänge ohne Kurzschluss........................................................ 487 7.7 Aufgaben........................................................................................................... 489 8 Grundzüge der Betriebsführung und Planung von elektrischen Energieanlagen 8.1 491 Betriebsführung von Netzanlagen.................................................................... 491 8.1.1 Organisation des Strommarktes............................................................491 8.1.1.1 Organisation des Strommarktes vor der Deregulierung . . 491 8.1.1.2 Organisation des Strommarktes nach der Deregulierung . 492 8.1.2 Betriebsführung von Übertragungsnetzen..........................................498 8.1.2.1 Datenbasis und Aufgabenspektrum des Netzrechners . . . 498 8.1.2.2 Offline-Netzführung mit dem Netzrechner............................500 8.1.2.3 Online-Netzführungsrechnung ..............................................505 8.1.2.4 Fahrplanmanagement.............................................................506 8.1.3 Betriebsführung von Verteilungsnetzen................................................507 8.1.3.1 Datenbasis und Aufgabenspektrum der Schaltleitung . . . 507 8.1.3.2 Führung von Verteilungsnetzen..............................................508 8.2 Gesichtspunkte zur Planung von Netzen.........................................................509 8.2.1 Planung von Niederspannungsnetzen...................................................509 8.2.2 Ausbauplanung von Mittelspannungsnetzen.......................................512 8.2.3 Ausbauplanung von Hoch- und Höchstspannungsnetzen..................513 8.3 Netzintegration und Systemdienstleistungen von Erzeugungsanlagen . . . 515 8.3.1 Wichtige Vorschriften und Richtlinien................................................516 Inhaltsverzeichnis XV 8.3.2 8.4 9 Anforderungen beim Anschluss an ein Netz....................................517 8.3.2.1 Wirkleistungsabgabe und Frequenzhaltung........................517 8.3.2.2 Blindleistungsbereitstellung und Spannungshaltung . . . 520 8.3.2.3 Verhalten bei Spannungseinbrüchen....................................521 8.3.2.4 Besondere Anschlussbedingungen für Erzeugungsanlagen mit regenerativen Energien in Übertragungsnetzen .... 523 8.3.2.5 Systemdienstleistungen von Windenergieanlagen...............525 8.3.2.6 Anforderungen an die Spannungsqualität...........................529 Aufgaben...........................................................................................................531 Berechnung von unsymmetrisch gespeisten Drehstromnetzen mit symmetrischem Aufbau 534 9.1 9.2 Methode der symmetrischen Komponenten ...................................................534 Anwendung der symmetrischen Komponenten auf unsymmetrisch betrie bene Drehstromnetze......................................................................................... 537 9.3 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Mit- und Gegensystem der sym metrischen Komponenten................................................................................ 542 9.4 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Nullsystem der symmetrischen Komponenten..................................................................................................... 544 9.4.1 Nullimpedanz einer Freileitung ohne Erdseil.......................................545 9.4.1.1 Ohmscher Widerstand einer nullspannungsgespeisten Frei leitung ................................................................................... 546 9.4.1.2 Induktivität einer nullspannungsgespeisten Freileitung . . 548 9.4.1.3 Kapazitäten einer nullspannungsgespeisten Freileitung . . 550 9.4.2 Nullimpedanz einer Freileitung mit Erdseil ...................................... 550 9.4.3 Nullimpedanz einer Doppelleitung..................................................... 552 9.4.4 Nullimpedanz von Kabeln.................................................................... 554 9.4.5 Nullimpedanz von Transformatoren .................................................. 556 9.4.5.1 Dreischenkeltransformatoren................................................556 9.4.5.2 Fünfschenkeltransformatoren................................................563 9.4.6 Nullimpedanz von Synchronmaschinen............................................... 564 9.5 Veranschaulichung des Berechnungsverfahrens an einem Beispiel ...............564 9.6 Aufgaben........................................................................................................... 569 10 Berechnung von Drehstromnetzen mit symmetrischen Betriebs mitteln und punktuellen unsymmetrischen Fehlern 570 10.1 Beschreibung häufiger unsymmetrischer Fehler ............................................ 570 10.2 Erläuterung des Berechnungsverfahrens ........................................................ 571 10.3 Anwendung des ВerechnungsVerfahrens auf verschiedene Fehlerarten . . . 577 10.3.1 Erdschluss mit Übergangswiderstand.................................................. 577 10.3.2 Zweipoliger Kurzschluss mit und ohne Erdberührung........................578 10.3.2.1 Zweipoliger Kurzschluss ohne Übergangswiderstände . . . 578 10.3.2.2 Zweipoliger Kurzschluss mit Übergangswiderständen . . . 581 10.3.3 Einpolige Leiterunterbrechung ........................................................... 583 10.3.4 Unsymmetrische Mehrfachfehler ........................................................ 586 XVI Inhaltsverzeichnis 10.4 Ausgleichsvorgänge bei unsymmetrischen Fehlern.......................................589 10.4.1 Transiente Komponentenersatzschaltbilder für unsymmetrische generatorferne Fehler............................................................................. 589 10.4.2 Transiente Komponentenersatzschaltbilder für unsymmetrische generatornahe Fehler............................................................................. 593 10.4.3 Numerische Auswertung der transienten Komponentenersatzschalt bilder ..................................................................................................... 594 10.4.4 Näherungsverfahren zur Bestimmung des Stoßkurzschlussstroms bei ein- und· zweipoligen Kurzschlüssen................................................597 10.5 Aufgaben........................................................................................................... 597 11 Sternpunktbehandlung in Energieversorgungsnetzen 600 11.1 Einfluss der Sternpunktbehandlung auf das stationäre Netzverhalten bei einpoligen Erdschlüssen................................................................................... 600 11.1.1 Netze mit isolierten Sternpunkten ......................................................600 11.1.2 Netze mit Erdschlusskompensation..................................................... 604 11.1.3 Netze mit niederohmiger Sternpunkterdung.......................................610 11.1.4 Veranschaulichung der Spannungsverhältnisse durch Zeigerdiagram me ........................................................................................................... 614 11.2 Einfluss der Sternpunktbehandlung auf das transiente Netzverhalten bei einpoligen Erdschlüssen................................................................................... 616 11.2.1 Transiente Überspannungen durch Dauererdschlüsse........................616 11.2.2 Erdschlüsse mit selbstständig löschendem Lichtbogen........................619 11.3 Einfluss der Sternpunktbehandlung auf Ferroresonanzerscheinungen . . . 622 11.3.1 Erläuterung des Ferroresonanzeffekts...................................................622 11.3.2 Ferroresonanzgefährdete Anlagenkonfigurationen..............................626 11.4 Aufgaben........................................................................................................... 632 12 Wichtige Maßnahmen zum Schutz vonMenschenund Tieren 635 12.1 Berührungsschutz in Netzen mit Nennspannungen größer als 1 kV...............635 12.1.1 Zulässige Körperströme und Berührungsspannungen........................635 12.1.2 Direkter und indirekter Berührungsschutz..........................................637 12.2 Berührungsspannungen bei Erdern..................................................................639 12.3 Berechnung von Erdungsspannungen bei unsymmetrischen Fehlern .... 643 12.4 Wichtige Auslegungskriterien für Erdungsanlagen..........................................650 12.4.1 Auslegungskriterien für Netze mit isolierten Sternpunkten oder mit Erdschlusskompensation....................................................................... 650 12.4.2 Auslegungskriterien für Netze mit niederohmiger Sternpunkt erdung ..................................................................................................... 651 12.5 Indirekter Berührungsschutz in Niederspannungsnetzen.................................651 12.6 Aufgaben........................................................................................................... 656 13 Investitionsrechnung und Wirtschaftlichkeitsberechnung für elektrische Anlagen Inhaltsverzeichnis 13.2 13.3 13.4 13.5 XVII 13.1.1.3 Sonstige Kosten.................................................................... 663 13.1.1.4 Ausgaben, Einnahmen, operatives Betriebsergebnis . . . 663 13.1.2 Fixe und variable Kosten.................................................................... 663 13.1.3 Einzel- und Gemeinkosten.................................................................... 664 Gestaltung der Strompreise............................................................................. 666 13.2.1 Grundstruktur der Preise bzw. Entgelte.............................................667 13.2.2 Preisgestaltung der Netzbetreiber........................................................ 668 13.2.3 Preisgestaltung der Stromhändler........................................................ 670 13.2.4 Strombezugsvertrage mit Niederspannungsnetzkunden.....................670 13.2.5 Strombezugsverträge mit Mittelspannungsnetzkunden.....................671 13.2.6 Strombezugsverträge mit Großkunden................................................672 Aufbereitung der Lastverläufe.......................................................................... 673 Investitionsrechnung für Netzanlagen.............................................................. 675 13.4.1 Kostenvergleich...................................................................................... 675 13.4.1.1 Zulässigkeit eines Kostenvergleichs.................................675 13.4.1.2 Statischer Kostenvergleich einer Ersatzinvestition für einen Umspanner........................................................................676 13.4.1.3 Dynamischer Kostenvergleich einer Ersatzinvestitionfür einen Umspanner ................................................................. 678 13.4.1.4 Kostenvergleich bei einer Rationalisierungsinvestition . . 680 13.4.2 Methoden zur Beurteilung der Wirtschaftlichkeit..............................680 13.4.2.1 Kapitalwertmethode.........................................................681 13.4.2.2 Methode des internen Zinsfußes ..........................................682 13.4.2.3 Annuitätenmethode.........................................................682 13.4.2.4 Dynamische Amortisationsdauer....................................683 13.4.3 Investitionsentscheidung....................................................................... 683 Aufgaben.............................................................. 684 Lösungen 686 Anhang 742 Richtwerte für Freileitungen...................................................................................... 742 Richtwerte für Kabel.................................................................................................. 744 Zulässige Betriebsströme für Stromschienen aus Aluminium.................................745 Kennlinien für NH-Sicherungen zum Motorschutz...................................................745 Übersichtsschaltpläne realer Energieversorgungsnetze............................................ 746 Richtwerte für Kosten............................................................................................... 749 Elektrischer Wirkungsgrad wichtiger Kraftwerksarten.............................................750 Struktur eines Sondervertrags mit Mengenzonung.................................................. 750 Beispiele für Netzentgelte von Energieversorgungsunternehmen...........................751 Wichtige Laplace-Transformierte............................................................................. 753 Quellenverzeichnis 754 Verzeichnis wichtiger Normen und Richtlinien 755 Literaturverzeichnis 762 Sachwort Verzeichnis 771 659 13.1 Struktur der Kosten........................................................................................ 659 13.1.1 Kostenarten............................................................................................ 659 13.1.1.1 Kapitalkosten ....................................................................... 659 13.1.1.2 Betriebskosten....................................................................... 661
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Signatur:	1303 ELT 900f 2013 L 899(9) Lageplan
Exemplar 1	Ausleihbar Am Standort
Exemplar 2	Ausleihbar Am Standort
Exemplar 3	Ausleihbar Am Standort
Exemplar 4	Ausleihbar Am Standort
Exemplar 5	Ausleihbar Am Standort

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Bestandsangaben von Teilbibliothek Straubing
Signatur:	1304 ELT 900f 2010 A 7752(9) Lageplan
Exemplar 1	Nicht ausleihbar Am Standort