Elektrische Energieversorgung

1 Überblick über die geschichtliche Entwicklung der elektrischen Energieversorgung.- 2 Grundzüge der elektrischen Energieerzeugung.- 2.1 Fossil befeuerte Kraftwerke.- 2.1.1 Kondensationskraftwerke.- 2.1.1.1 Prinzipieller Ablauf der Energieumwandlung in Kondensationskraftwerken.- 2.1.1.2 Aufbau von Kondensationskraftwerken.- 2.1.1.2.1 Kesselanlage.- 2.1.1.2.2 Dampfturbine.- 2.1.1.2.3 Kondensator.- 2.1.1.2.4 Kesselspeisepumpen.- 2.1.1.2.5 Luftvorwärmer.- 2.1.1.2.6 Speisewasservorwärmer.- 2.1.1.3 Wärmeverbrauchskennlinie von Kondensationskraftwerken.- 2.1.2 Überblick über weitere Wärmekraftwerke.- 2.1.2.1 Gegendruckanlagen.- 2.1.2.2 Kraftwerke mit Gasturbinen.- 2.1.2.3 Kombinationskraftwerke.- 2.2 Wasserkraftwerke.- 2.2.1 Bauarten von Wasserturbinen.- 2.2.2 Bauarten von Wasserkraftwerken.- 2.3 Kernkraftwerke.- 2.4 Kraftwerksregelung.- 2.4.1 Regelung von Wärmekraftwerken.- 2.4.1.1 Regelung eines Blockes im Inselbetrieb.- 2.4.1.2 Regelung im Insel- und Verbundnetz.- 2.4.2 Regelung von Wasser- und Kernkraftwerken.- 2.5 Kraftwerkseinsatz.- 2.5.1 Verlauf der Netzlast.- 2.5.2 Deckung der Netzlast.- 3 Aufbau von Energieversorgungsnetzen.- 3.1 Übertragungssysteme.- 3.2 Wichtige Netzstrukturen.- 3.2.1 Niederspannungsnetze.- 3.2.2 Mittelspannungsnetze.- 3.2.3 Hoch-und Höchstspannungsnetze.- 4 Aufbau und Ersatzschaltbilder wichtiger Netzelemente.- 4.1 Berechnung von Netzwerken mit induktiven Kopplungen.- 4.1.1 Analytische Beschreibung der induktiven Kopplung bei dünnen Leiterschleifen.- 4.1.2 Berechnung von Netzwerken mit induktiv gekoppelten Leiterschleifen.- 4.1.3 Induktive Kopplung bei Spulen.- 4.1.4 Zwei- und Vierpolersatzschaltungen für Netzteile.- 4.1.4.1 Ersatzschaltung für Zweipole.- 4.1.4.2 Ersatzschaltung für Vierpole.- 4.2 Transformatoren.- 4.2.1 Volltransformatoren.- 4.2.1.1 EinphasigeZweiwicklungstransformatoren.- 4.2.1.1.1 Aufbau eines einphasigen Zweiwicklungstransformators.- 4.2.1.1.2 Ersatzschaltbild eines einphasigen Zweiwicklungstransformators.- 4.2.1.1.3 Betriebsverhalten von Zweiwicklungstransformatoren im einphasigen Netzverband.- 4.2.1.2 EinphasigeDreiwicklungstransformatoren.- 4.2.1.3 Dreiphasige Transformatoren.- 4.2.1.3.1 Aufbau eines dreiphasigen Zweiwicklungstransformators.- 4.2.1.3.2 Schaltungsvarianten.- 4.2.1.3.3 Übersetzung bei symmetrischem Betrieb.- 4.2.1.3.4 Ersatzschaltbild fur den symmetrischen Betrieb.- 4.2.1.3.5 Betriebsverhalten von dreiphasigen Zweiwicklungstransformatoren im Netzverband.- 4.2.2 Spartransformatoren.- 4.2.2.1 Aufbau und Einsatz von Spartransformatoren.- 4.2.2.2 Ersatzschaltbild eines Spartransformators.- 4.2.3 Transformatoren mit einstellbarer Übersetzung.- 4.2.3.1 Erläuterung der direkten Spannungseinstellung.- 4.2.3.2 Erläuterung der indirekten Spannungseinstellung.- 4.2.3.3 Leistungsverhältnisse beim Umspannen mit einstellbaren Übersetzungen.- 4.3 Wandler.- 4.3.1 Spannungswandler.- 4.3.2 Stromwandler.- 4.4 Synchrongeneratoren.- 4.4.1 Grundsätzlicher Aufbau von Synchronmaschinen.- 4.4.2 Erläuterungen zum Betriebsverhalten von Synchronmaschinen.- 4.4.2.1 Ersatzschaltbild für den stationären Betrieb.- 4.4.2.2 Betriebseigenschaften von Synchronmaschinen in Energieversorgungsnetzen.- 4.4.3 Erläuterungen zum Kurzschlußverhalten von Synchronmaschinen.- 4.4.3.1 Dreipoliger Klemmenkurzschluß bei einer verlustfreien, leerlaufenden Synchronmaschine mit Magnetläufer.- 4.4.3.2 Dreipoliger Klemmenkurzschluß bei einer verlustfreien, leerlaufenden Vollpolmaschine.- 4.4.3.3 Kurzschlußverhalten einer belasteten Vollpolmaschine.- 4.5 Freileitungen.- 4.5.1 Aufbau von Freileitungen.- 4.5.2 Ersatzschaltbilder von Drehstromfreileitungen für den symmetrischen Betrieb.- 4.5.2.1 Induktivitätsbegriffbei Dreileitersystemen.- 4.5.2.2 Kapazitätsbegriff bei Dreileitersystemen.- 4.5.2.2.1 Berechnung der Teilkapazitäten.- 4.5.2.2.2 Festlegung einer Betriebskapazität.- 4.5.2.3 Ohmscher Widerstand bei Dreileitersystemen.- 4.5.2.4 Ableitungswiderstand bei Dreileitersystemen.- 4.5.3 Betriebsverhalten von symmetrisch aufgebauten Drehstromfreileitungen bei symmetrischem Betrieb.- 4.6 Kabel.- 4.6.1 Aufbau von Kabeln.- 4.6.2 Ersatzschaltbild und Betriebsverhalten von Drehstromkabeln.- 4.7 Lasten.- 4.8 Leistungskondensatoren.- 4.8.1 Aufbau von Leistungskondensatoren.- 4.8.2 Grundsätzliche Erläuterungen zur Blindleistungskompensation.- 4.8.3 Blindleistungskompensation bei Netzen mit parasitären Oberschwingungen.- 4.9 Drosselspulen.- 4.10 Schalter.- 4.10.1 Ersatzschaltbild und prinzipielle Eigenschaften von Schaltern.- 4.10.2 Beschreibung wichtiger Schaltertypen.- 4.11 Schaltanlagen.- 4.11.1 Aufbau von Schaltanlagen.- 4.11.1.1 Freiluftschaltanlagen.- 4.11.1.2 Innenraumschaltanlagen.- 4.11.2 Berücksichtigung von Schaltanlagen in Ersatzschaltbildern.- 4.12 Überblick über wichtige Einrichtungen zum Schutz von Netzelementen.- 4.12.1 Einrichtungen zum Schutz vor Überspannungen.- 4.12.2 Einrichtungen zum Schutz von Öberströmen.- 4.12.2.1 Sicherungen, Leitungsschutzschalter, Is-Begrenzer.- 4.12.2.2 Schutzsysteme.- 5 Bemessung von Netzen mit elektrisch kurzen Leitungen im Normalbetrieb.- 5.1 Bemessungskriterien fur den Normalbetrieb und Erläuterungen zu elektrisch kurzen Leitungen.- 5.2 Einseitig gespeiste Leitung ohne Verzweigung.- 5.3 Einseitig gespeiste Leitung mit Verzweigungen.- 5.4 Zweiseitig gespeiste Leitung.- 5.5 Vermaschtes Netz.- 5.6 Nachbildung von Teilnetzen.- 5.7 Lastflußrechnung.- 6 Dreipoliger Kurzschluß.- 6.1 Generatorferner dreipoliger Kurzschluß.- 6.1.1 Berechnung des stationären Kurzschlußstromverlaufes in unverzweigten Netzen.- 6.1.2 Berechnung des transienten Kurzschlußstromverlaufes in unverzweigten Netzen.- 6.2 Generatornaher dreipoliger Kurzschluß.- 6.2.1 Berechnung des Anfangskurzschlußwechselstromes in unverzweigten Netzen.- 6.2.2 Berechnung des Stoßkurzschluß-, Ausschaltwechsel- und Dauerkurzschlußstromes in unverzweigten Netzen.- 6.3 Ersatzschaltbilder von Verbrauchern beim dreipoligen Kurzschluß.- 6.4 Dreipoliger Kurzschluß in verzweigten Netzen.- 6.4.1 Ermittlung des Anfangskurzschlußwechselstromes in verzweigten Netzen.- 6.4.2 Berechnung des Stoßkurzschluß-, Ausschaltwechsel- und Dauerkurzschlußstromes in verzweigten Netzen.- 6.5 Veranschaulichung der Kurzschlußstromberechnung an einem Beispiel.- 7 Kurzschlußfestigkeit von Anlagen.- 7.1 Lichtbogenkurzschlüsse in Anlagen.- 7.2 Mechanische Kurzschlußfestigkeit.- 7.2.1 Auslegung von dünnen Leiterschienen.- 7.2.2 Auslegung von Leiterschienen mit großen Querschnittsabmessungen.- 7.2.3 Auslegung von Stützern.- 7.2.4 Auslegung von Leiterseilen und Kabeln.- 7.3 Thermische Kurzschlußfestigkeit.- 7.4 Maßnahmen zur Beeinflussung der Kurzschlußleistung.- 8 Anwendung der Lastfluß- und Kurzschlufestromberechnungen bei Betrieb und Planung von Netzen.- 9 Berechnung von unsymmetrisch gespeisten Drehstromnetzen mit symmetrischem Aufbau.- 9.1 Methode der symmetrischen Komponenten.- 9.2 Anwendung der symmetrischen Komponenten auf unsymmetrisch betriebene Drehstromnetze.- 9.3 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Mit- und Gegensystem der symmetrischen Komponenten.- 9.4 Impedanzen wichtiger Betriebsmittel im Nullsystem der symmetrischen Komponenten.- 9.4.1 Nullimpedanz einer Freileitung ohne Erdseil.- 9.4.1.1 Ohmscher Widerstand einer nullspannungsgespeisten Freileitung.- 9.4.1.2 Induktivität einer nullspannungsgespeisten Freileitung.- 9.4.1.3 Kapazitäten einer nullspannungsgespeisten Freileitung.- 9.4.2 Nullimpedanz einer Freileitung mit Erdseil.- 9.4.3 Nullimpedanz einer Doppelleitung.- 9.4.4 Nullimpedanz von Kabeln.- 9.4.5 Nullimpedanz von Transformatoren.- 9.4.5.1 Dreischenkeltransformatoren.- 9.4.5.2 Fünfschenkeltransformatoren.- 9.4.6 Nullimpedanz von Synchronmaschinen.- 9.5 Veranschaulichung des Berechnungsverfahrens an einem Beispiel.- 10 Berechnung von symmetrisch gespeisten Drehstromnetzen mit punktuellen Asymmetrien im Aufbau.- 10.1 Beschreibung häufiger Asymmetrien.- 10.2 Erläuterung des Berechnungsverfahrens.- 10.3 Anwendung des Berechnungsverfahrens auf verschiedene Fehlerarten.- 10.3.1 Erdschluß mit Übergangswiderstand.- 10.3.2 Zweipoliger Kurzschluß mit Erdberührung.- 10.3.3 Leiterunterbrechung.- 10.3.4 Mehrfachfehler.- 10.4 Vereinfachte Bestimmung des Stoßkurzschluß-, Ausschaltwechsel- und Dauerkurzschlußstroms für einige wichtige Asymmetrien.- 11 Sternpunktbehandlung in Energieversorgungsnetzen.- 11.1 Netze mit isolierten Sternpunkten.- 11.2 Netze mit Erdschlußkompensation.- 11.3 Netze mit niederohmiger Sternpunkterdung.- 12 Wichtige Maßnahmen zum Schutz von Menschen in Netzen mit Nennspannungen über 1 kV.- 12.1 Direkter und indirekter Berührungsschutz.- 12.2 Berührungsspannungen bei Erdern.- 12.3 Berechnung von Erdungsspannungen bei unsymmetrischen Fehlern.- 12.4 Wichtige Auslegungskriterien für Erdungsanlagen.- Sachwortverzeichnis.