Grundlagen der Übertragung elektrischer Energie

1 Einführung.- 1.1 Die Bedeutung der elektrischen Energie.- 1.2 Prinzipieller Aufbau der Energieanlagen.- 2 Das Rechnen mit Wechselströmen.- 2.1 Wechselgrößen.- 2.2 Zerlegung einer Wechselgröße in Harmonische.- 2.3 Elektrische Grundlagen.- 2.3.1 Die Maxwellschen Gleichungen.- 2.3.2 Die Kirchhoffschen Regeln.- 2.3.3 Die idealisierten Zweipole.- 2.3.3.1 Der ideale ohmsche Widerstand.- 2.3.3.2 Die ideale Spule.- 2.3.3.3 Der ideale Kondensator.- 2.3.3.4 Die ideale Spannungs- und Stromquelle.- 2.4 Der unverzweigte Stromkreis.- 2.5 Die symbolische Rechnung.- 2.6 Reihen- und Parallelschaltung von Impedanzen.- 2.7 Elektrische Netzwerke.- 2.7.1 Das Verfahren der Maschenanalyse.- 2.7.2 Das Verfahren der Knotenanalyse.- 2.7.3 Der Überlagerungssatz.- 2.7.4 Der Satz von der Ersatzspannungsquelle.- 2.7.5 Umwandlung eines Impedanzdreiecks in einen Impedanzstern und umgekehrt.- 2.8 Elektrische Leistung.- 2.9 Übungsaufgaben zu Kapitel 2.- 3 Mehrphasensysteme.- 3.1 Das allgemeine Mehrphasensystem.- 3.1.1 Die Leistung des allgemeinen Mehrphasensystems.- 3.2 Symmetrische Mehrphasensysteme.- 3.3 Spezielle Mehrphasensysteme.- 3.3.1 Das symmetrische Zweiphasensystem.- 3.3.2 Das unsymmetrische Zweiphasensystem.- 3.3.3 Das symmetrische Dreiphasensystem.- 3.3.3.1 Das symmetrisch belastete Dreiphasensystem.- 3.3.3.2 Die Leistungsmessung im symmetrischen Dreiphasensystem.- 3.3.3.2.1 Wirkleistungsmessung.- 3.3.3.2.2 Blindleistungsmessung.- 3.4 Oberschwingungen im symmetrischen Drehstromsystem.- 3.5 Übungsaufgabe zu Kapitel 3.- 4 Die Drehstromleitung.- 4.01 Die Leitungsgleichungen.- 4.02 Deutung des Ergebnisses.- 4.03 Die natürliche Leistung.- 4.04 Die verlustlose Leitung.- 4.05 Die Ersatzschaltung der Drehstromleitung.- 4.06 Das Betriebsdiagramm der Leitung.- 4.07 Die Ersatzschaltung von Leitungen unter 500 km Länge.- 4.08 Die experimentelle Ermittlung der Impedanzen der Ersatzschaltung und der Leitungskonstanten.- 4.08.1 Der Kurzschlußversuch.- 4.08.2 Der Leerlaufversuch.- 4.09 Die Berechnung des Spannungsabfalles einer Leitung.- 4.10 Der Spannungsabfall bei Leitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.1 Die Berechnung des Spannungsabfalles bei Fernübertragungsleitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.2 Die Berechnung des Spannungsabfalles bei Nieder- und Mittelspannungsleitungen mit Zwischenentnahmen.- 4.10.2.1 Der Spannungsabfall bei verteilter Belastung.- 4.10.2.2 Der Verlauf des Spannungsbetrages längs Niederund Mittelspannungsleitungen.- 4.11 Das Verwerfen der Lasten und die zweiseitig gespeiste Leitung.- 4.12 Die Bestimmung der Stromverteilung in vermaschten Netzen.- 4.13 Übungsaufgaben zu Kapitel 4.- 5 Der Transformator.- 5.1 Bezeichnung und Schaltung der Transformatoren.- 5.2 Die Ersatzschaltung des Drehstromtransformators.- 5.3 Kurzschluß- und Leerlaufversuch.- 5.3.1 Der Kurzschlußversuch.- 5.3.2 Der Leerlaufversuch.- 5.4 Der Spannungsabf all im Transformator.- 5.5 Parallelbetrieb von Transformatoren.- 5.6 Der wirtschaftliche Einsatz parallel geschalteter Transformatoren..- 5.7 Der Transformator im Netzverband.- 5.8 Übungsaufgabe zu Kapitel 5.- 6 Die Leitungskonstanten.- 6.1 Der ohmsche Widerstand.- 6.2 Die Ableitung gB.- 6.3 Induktivitäten von Leitungen.- 6.3.01 Das magnetische Feld eines stromdurchflossenen, langen, kreiszylindrischen Leiters.- 6.3.02 Das magnetische Feld einer Leiterschleife, ihre Induktivität und der mit ihr verkettete Fluß.- 6.3.03 Der Einfluß weiterer stromführender Leiter auf eine Leiterschleife.- 6.3.04 Induktivitäten von Mehrleitersystemen.- 6.3.05 Induktivitäten und Ersatzschaltung des Dreileitersystems.- 6.3.06 Die Ersatzschaltung des Vierleitersystems.- 6.3.07 Induktivitäten und Ersatzschaltungen von Doppelleitungen.- 6.3.08 Induktivitäten und Ersatzschaltungen verdrillter Leitungen.- 6.3.09 Die Berücksichtigung der Magnetisierbarkeit von Stahlseilen.- 6.3.10 Die Erde als stromführender Leiter.- 6.3.11 Induktivitäten und Flußkoeffizienten von Bündelleitern.- 6.3.12 Die Verallgemeinerung der Flußkoeffizienten auf Leiter beliebigen Querschnitts.- 6.3.13 Die näherungsweise Berechnung der Induktivitäten von Sammelschienen.- 6.4 Kapazitäten von Leitungen.- 6.4.01 Das elektrische Feld eines langgestreckten Leiters mit kreisförmigem Querschnitt.- 6.4.02 Die Kapazität eines Koaxialkabels.- 6.4.03 Die Kapazität einer Leiterschleife.- 6.4.04 Der Einfluß der Erde auf das elektrische Feld.- 6.4.05 Teilkapazitäten von n Leitern über Erde.- 6.4.06 Die Berechnung der Schleifenkapazität und der Erdkapazität einer Leiterschleife.- 6.4.07 Betriebs- und Erdkapazität der symmetrisch gebauten Drehstromleitung ohne Erdseil.- 6.4.08 Betriebs- und Erdkapazität der symmetrischen Drehstromleitung mit Erdseil.- 6.4.09 Betriebs- und Erdkapazität verdrillter Leitungen.- 6.4.10 Kapazitäten von Doppelleitungen.- 6.4.11 Kapazitäten von Leitungen aus Bündelleitern.- 6.4.12 Die kapazitive Beeinflussung von Leitungen.- 6.4.13 Die Berechnung der Randfeldstärke.- 6.5 Übungsaufgaben zu Kapitel 6.- 7 Der Erdschluß im isoliert betriebenen und im gelöschten Netz.- 7.1 Die Betriebsweisen von Netzen.- 7.2 Der Erdschluß im isoliert betriebenen Drehstromnetz geringer Ausdehnung.- 7.3 Der Erdschluß im gelöscht betriebenen Netz geringer Ausdehnung.- 7.4 Der Doppelerdschluß im isolierten und im gelöschten Netz.- 7.5 Übungsaufgabe zu Kapitel 7.- 8 Der Kurzschluß im Drehstromnetz.- 8.1 Dreipoliger Kurzschluß hinter dem Transformator.- 8.2 Dreipoliger Kurzschluß der Synchronmaschine.- 8.3 Dreipoliger Kurzschluß im Netz.- 8.4 Die Kurzschlußberechnung mit 10 kV als Bezugsspannung.- 8.5 Die thermische Kurzschlußbeanspruchung.- 8.6 Übungsaufgabe zu den Kapiteln 8 und 10.- 9 Das Verfahren der symmetrischen Komponenten zur Behandlung unsymmetrischer Fehler.- 9.1 Herleitung der Komponenten-Ersatzschaltungen eines zyklisch symmetrischen Netzes.- 9.2 Die Verknüpfung der Komponenten-Ersatzschaltungen eines Drehstromnetzes zur Darstellung unsymmetrischer Fehler.- 9.2.1 Der zweipolige Kurzschluß.- 9.2.2 Der zweipolige Erdkurzschluß.- 9.2.3 Der einpolige Erdschluß bzw. Erdkurzschluß.- 9.3 Die Komponenten-Ersatzschaltungen der einzelnen Anlagenteile.- 9.4 Die Berücksichtigung von Fehlerwiderständen.- 9.5 Leiterunterbrechungen und Doppelfehler.- 9.5.1 Leiterunterbrechungen.- 9.5.2 Doppelfehler.- 9.6 Übungsaufgabe zu Kapitel 9.- 10 Die mechanischen Kräfte im elektrischen und magnetischen Feld.- 10.1 Berechnung der Kraft auf die Leiter einer Schleife aufgrund ihres elektrischen Feldes.- 10.2 Berechnung der Kraft auf die Leiter einer Schleife aufgrund ihres magnetischen Feldes.- 10.2.1 Leiter mit rundem Querschnitt.- 10.2.2 Leiter mit rechteckigem Querschnitt.- 10.3 Bestimmung der Kräfte aus der Feldenergie.- 11 Die Stabilität der Energieübertragung mit Drehstrom.- 11.1 Die statische Stabilität von Energieübertragungssystemen.- 11 1 1 Einspeisung einer Synchronmaschine in ein Netz starrer Spannung.- 11.1.1.1 Ermittlung der von einer Synchonmaschine erzeugten Leistung.- 11.1.1.2 Das Stabilitätskriterium einer Synchronmaschine.- 11.1.1.3 Die Grenzleistung eines Übertragungssystems.- 11.1.2 Die statische Stabilität bei zwei Synchronmaschinen.- 11.1.3 Mittel zur Erhöhung der übertragbaren Leistung.- 11.1.3.1 Verbesserung der Stabilität durch Einbau von Kondensatoren in das Übertragungsnetz.- 11.1.3.2 Verbesserung der Stabilität durch zusätzliche Entnahme von Blindleistung.- 11.2 Dynamische Stabilität.- 11.2.1 Die Schwingungsgleichung der Synchronmaschine.- 11.2.2 Der Flächensatz.- 11.2.3 Numerische Integration der Schwingungsgleichung.