Allgemeines zur elektrischen Energieversorgung Einführung, Primärenergie und elektrische Energie Erzeugung, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie .
Grundlagen zur Berechnung in Drehstromnetzen Überblick Komplexe Größen Die Transformation zeitlich sinusförmig verlaufender Größen in die komplexe Ebene Die komplexe Leistung im Wechsel-und Drehstromnetz . . . . Zählpfeile und Zählpfeilsysteme Symmetrische Komponenten Allgemeines Symmetrierung und Entsymmetrierung Impedanzen im Mit-, Gegen-und Nullsystem Drehstromleistung und Komponentenleistungen Modale Komponenten Allgemeiner Ansatz Bestimmung der Transformationsmatrix Transformation von Zeigergrößen Leistung in modalen Komponenten Gebräuchliche Komponentensysteme
Wasserkraftwerke und Windenergieanlagen Bedeutung Wasserkraftgeneratoren
93 93 94
XII
Inhaltsverzeichnis
4.3 4.4 4.5
Wasserturbinen Laufwasser- und Speicherkraftwerke Windenergieanlagen
96 102 111
5 5.1 5.2 5.3 5.4 5.5 5.5.1 5.5.2 5.5.3 5.5.4
Drehstromgeneratoren Allgemeines Gleichungssystem der Synchronmaschine Stationärer Betrieb Leerlauf- und Kurzschlusskennlinie Nichtstationärer Betrieb Operatorengleichungen Zeitlicher Stromverlauf bei dreipoligem Klemmenkurzschluss . Kurzschlussdrehmomente und Fundamentbeanspruchung . . . Ersatzschaltungen für den subtransienten und den transienten Zustand
119 119 126 130 140 142 143 147 152
6 6.1 6.2 6.2.1 6.2.2 6.3 6.3.1 6.3.2 6.3.3
Generator- und Turbinenregelung Erregungseinrichtungen Spannungsregelung Statik der Spannungsregelung Spannungsregelung eines Turbogenerators Turbinenregelung Bilanzmodell des Netzes Primärregelung Sekundärregelung
Eigenbedarfsanlagen in Kraftwerken Aufgabe des Eigenbedarfs Aufbau von Eigenbedarfsnetzen, Prinzipschaltung Auswahl der Eigenbedarfstransformatoren Niederspannungsversorgung Sicherstellung des Eigenbedarfs in thermischen Kraftwerken . . Grundüberlegungen Reserveversorgung des Eigenbedarfs Notstillsetzen des Blockes, Notstromversorgung Spannungshaltung und Schnellumschaltung Spannungseinbruch beim Einschalten von Motoren Umschaltung des Eigenbedarfs Schutz von Kraftwerksblöcken Allgemeines Schutzmaßnahmen für Kraftwerksblöcke
Zwei- und Dreiwicklungstransformatoren 223 Ersatzschaltung und Zeigerdiagramm 223 Leistungsaufnahme und Spannungsänderung bei Belastung . . 227 Dreiwicklungstransformatoren 229 Nullsystem und Sternpunktbelastbarkeit 233 Rushströme beim Einschalten 236 Wicklungen und Stufenschalter 239 Spartransformatoren 243 Ersatzschaltungen in symmetrischen Komponenten 246 Impedanzersatzschaltungen 246 Admittanzersatzschaltungen 253 Ersatzschaltungen ohne Übertrager 255
Freileitungen 257 Mastformen, Kosten 257 Aufbau der Freileitungen 260 Mittlere geometrische Abstände 265 Impedanzen 270 Allgemeines 270 Selbst- und Gegenimpedanzen von Leiterschleifen 271 Impedanzen in symmetrischen Komponenten 280 Induktive Beeinflussung 291 Kapazitäten 292 Allgemeines 292 Selbst- und Gegenpotenzialkoeffizienten von Leiterschleifen . . 294 Admittanzen in symmetrischen Komponenten 298 Oberflächenrandfeldstärke 303 Die Leitung im stationären Betrieb 306 Leitungsgleichungen 306 Ersatzschaltungen für die kurze Leistung 307 Wellenwiderstand und natürliche Leistung 308 Verluste, wirtschaftliche Stromdichte 310 Wirkung der Freileitungen auf den Menschen 314 Elektrische und magnetische Feldstärke am Erdboden 314 HF-Störfeldstärke und Geräuschpegel 321
Kabel , Allgemeines Aufbau der Kabel Kabelauslegung und Belastbarkeit Allgemeine Überlegungen Strombelastbarkeit Verlustberechnung Wärmewiderstände Normalbedingungen für Kabelbelastung und Häufung
323 323 323 329 329 330 332 337 339
XIV
Inhaltsverzeichnis
10.3.6 10.4 10.4.1 10.4.2 10.5
Kabelbelastung bei Bodenaustrocknung und wechselnder Last Impedanzen und Kapazitäten Impedanzen im Mit-und Nullsystem Kapazitäten, Ladeleistungen und kapazitiver Erdschlussstrom Hochspannungs- und Hochleistungskabel
Strom-Spannungsbeziehungen an der Fehlerstelle Einpoliger Erdkurzschluss Einfachlängsfehler Strom-Spannungsbeziehungen an der Fehlerstelle Einpoliger Längsfehler Zweipoliger Längsfehler Doppelerdkurzschluss und andere Doppelfehler Fehlermatrizenverfahren Fehlerbedingungen Nachbildung von Kurzschlüssen an der Admittanzmatrix . . . Nachbildung von Unterbrechungen an der Admittanzmatrix . . Nachbildung von Kurzschlüssen an der Impedanzmatrix . . . . Nachbildung von Kurzschlüssen und Unterbrechungen in modalen Komponenten
Leistungsfluss im Drehstromnetz Aufgabe Leistungsfluss auf Leitungen Vorgabe der Belastung als konstante Impedanz Vorgabe der Belastung durch konstanten Strom Vorgabe der Belastung durch konstante Leistung Vorgabe der Abnahmeleistungen als Funktion der Spannung . . Leistungsfluss auf Leitungen bei mehreren Abnahmen Leistungsfluss in Ringnetzen Leistungsfluss in vermaschten Netzen Methoden der Leistungsflussberechnung - Einführung Knotenpunktverfahren Newton-Verfahren Entkoppelte Leistungsflussberechnung Gleichstromleistungsflussberechnung
Kurzschlussströme und Kurzschlussbeanspruchungen Einführung Zeitlicher Verlauf des Kurzschlussstromes Methoden zur Berechnung der Kurzschlussströme Allgemeines Überlagerungsverfahren Verfahren mit der Ersatzspannungsquelle an der Kurzschlussstelle Nachbildung der Betriebsmittel beim Verfahren mit der Ersatzspannungsquelle an der Kurzschlussstelle Allgemeines Netzeinspeisungen Leitungen (Freileitungen und Kabel) Transformatoren
Generatoren Kraftwerksblöcke mit Stufenschalter Kraftwerksblöcke ohne Stufenschalter Korrekturfaktoren bei Kurzschluss zwischen Generator und Blocktransformator Motoren Kurzschlussströme und ihre Berechnung Allgemeines Anfangs-Kurzschlusswechselstrom Stosskurzschlussstrom Ausschaltstrom Dauerkurzschlussstrom Beitrag von Asynchronmotoren zum Kurzschlussstrom . . . . Thermisch gleichwertiger Kurzschlussstrom und Joule-Integral Berechnung der Kurzschlussströme im per-unitoder im %/MVA-System Physikalische, relative und semirelative Größen Definition der Größen des p.u.-Systems und des %/MVA-Systems Kurzschlussstromberechnung im %/MVA-System Mechanische und thermische Kurzschlussfestigkeit Grundüberlegungen zu Kurzschlusskräften Beanspruchung biegesteifer Leiter und Stütztpunktbeanspruchung Beanspruchung in Hochspannungsanlagen mit Seilen Thermische Kurzschlussfestigkeit Begrenzung der Kurzschlussströme
549 553 560
Sternpunktbehandlung und Erdung in Hochspannungsnetzen Überblick Sternpunktbehandlung Einführung Netze mit isoliertem Sternpunkt Netze mit Erdschlusskompensation Netze mit niederohmiger Sternpunkterdung Sternpunktbehandlung auf der OS- und US-Seite eines YyO d5-Transformators Erdung in Hochspannungsnetzen Über Erde fließende Teilkurzschlussströme Schleifenimpedanzen, Erdseilreduktionsfaktoren und Kettenleiterimpedanzen Erdkurzschluss in der Nähe einer Anlage Ausbreitungswiderstände von Erdern und Erdungsanlagen . . Bau von Erdungsanlagen und Erdungsmessungen Beeinflussung
Überspannungen und Isolationskoordination Übersicht Spannungserhöhungen Zeitweilige Spannungserhöhung bei Erdschluss Zeitweilige Spannungserhöhung bei Lastabwurf, Ferranti-Effekt Spannungserhöhung durch kapazitive Unsymmetrie Resonanzüberspannnungen Innere Überspannungen Transiente Erdschlussüberspannungen Überspannungen beim Schalten kleiner induktiver Ströme . . Überspannungen beim Schalten von Kondensatoren und Leitungen Überspannungen beim Ausschalten von Kurzschlussströmen . . Äußere Überspannungen Überblick Atmosphärische Entladung und Blitzeinschlag Wanderwellen auf Leitungen Isolationsminderung Isolationskoordination Auswahl und Einsatz von Überspannungsableitern Funkenstreckenabieiter Metalloxidableiter Ableiterabsatz
Stabilität der Drehstromübertragung Einführung, Begriff der Stabilität, Modellbildung Statische Stabilität Statische Stabilität ohne Regelung Statische Stabilität mit Regelung Selbsterregung Transiente Stabilität Einflussgrößen und Untersuchungsmethode Transiente Stabilität abhängig von Kurzschlussart, -dauer und Netzaufbau 18.3.3 Stabilitätsverlust und Resynchronisierung 18.3.4 Einfluss von Generatorauslegung und Erregersystem auf die transiente Stabilität
801 801 806 806 810 814 817 817
19 19.1 19.2 19.3 19.4 19.4.1 19.4.2
835 835 837 837 841 841 845
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Wirkungsweise Technische Besonderheiten der HGÜ gegenüber der DHÜ Entwicklung der HGÜ Betriebsmittel der HGÜ Gesamtanordnung HGÜ-Stationen
