eet1 Teil2 Energieübertragung und -verteilung FHNW
Teil 2 Skript Wiederkehr
Teil 2 Skript Wiederkehr
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Cartes-fiches
Was sind die Vorteile der HGÜ?
- Bei Gleichspannung entstehen keine kapazitiven oder induktiven Blindströme auf der Leitung. Deswegen können als Anwendung lange Seekabel gebaut werden, ohne dass ein hoher kapazitiver Strom entsteht. Weiter sind dadurch auch sehr lange Freileitungen (über 1000 km) möglich.
- Die bipolaren Leitungen weisen bei gleicher Übertragungsleistung im Vergleich zu HDÜ weniger ohmsche Verluste auf. (Siehe Kapitel 4.3.11).
- Die dielektrischen Verluste (von Kabeln) sind kleiner.
- Es lassen sich Netze unterschiedlicher Frequenz und Phasenlage koppeln. So kann auch ein 50 Hz Netz mit einem 16,7 Hz Netz (Bahnnetz) gekoppelt werden.
- Die Kraftwerksturbine lässt sich je nach Leistung mit unterschiedlicher Drehzahl fahren, was für hydraulische Kraftwerke einen besseren Wirkungsgrad ergibt.
- Netzstabilitätsprobleme werden verringert, die Leistungsübertragung ist einfach regelbar.
- Kein induktiver Spannungsabfall.
- Kein Skineffekt.
Was sind die Nachteile von HGÜ?
- Die Gleich- und Wechselrichter bedeuten eine zusätzliche, grosse Investition.
- Aufwendige Glättungsschaltungen gegen Oberwellen sind notwendig.
- Die Stromrichter benötigen Blindleistung, welche den Kraftwerksgenerator belastet.
- Schutz und Steuerung sind aufwendig.
- Nicht geeignet für vermaschtes Netz, da auf der DC-Seite keine Energie entnommen werden kann.
Was sind Einsatzgebiete von HGÜ?
- Freileitungen für grosse Distanzen und hohe Leistung
- Seekabel, längere Landkabel
- Kurzkopplung (frequenz- und phasenelastisch), engl. Back-to-Back
- Anbindung von Windenergieanlagen
- Kurzkopplung zur Dämpfung von Oszillationen und Begrenzung der Kurzschlussleistung
Welche zwei HGÜ Technologien gibt es?
Netzgeführte und Selbstgeführte HGÜ
Was haben Netzgeführte HGÜ für eigenschaften?
- seit ca. 1970
- „HVDC-Classic“, „Conventional HVDC“
- Thyristoren als Schaltelemente
- Phasenanschnitt
- bis +/-1100 kV, bis 12’000 MW 41 (Freileitung) bzw. bis +/-600 kV, bis 2 GW (Kabel).
- im Betrieb wird die übertragene Wirkleistung vorgegeben, sie hängt lediglich von der Spannungsdifferenz ab (Zündwinkel der Thyristoren)
- Leistungsumkehr durch Umpolung der Spannungsrichtung (via Zündwinkel)
- Blindleistungsbereitstellung für die Leistungselektronik an den Anschlusspunkten notwendig (Kapazitäten)
- wegen der tiefen Schaltfrequenz erheblicher Aufwand zur Beseitigung der Oberwellen
- Kabelstrecken mit Öl-Papier
Was haben Selbstgeführte HGÜ für Eigenschaften?
- seit ca. 2000
- „HVDC-Light“ (ABB), „HVDC-Plus“ (Siemens)
- IGBT als Schaltelemente, Pulsweitenmodulation
- bis +/-500 kV, bis 2000 MW (2015)
- kann Blindleistung bereitstellen
- schwarzstartfähig (wichtig für off-shore Windkraftwerke)
- Kabelstrecken mit (umweltmässig problemloserem) VPE möglich
- Einsatz von Multilevel Convertern mit mehreren Spannungsstufen (geringerer Filteraufwand, Sinusform)
- höhere Stromrichterverluste als netzgeführt
Was gibt es bei HGÜ für Leitungstopologien?
- Unipolar, ein Leiter
- Unipolar, zwei Leiter
- Bipolar
Was haben Bipolare Leitungen für Eigenschaften? (5 Punkte)
- doppelte Übertragungsleistung
- doppelter Stromrichteraufwand
- verkleinerter Leitungsaufwand
- kein Erdstrom
- im Defektfall eines Stromrichters kann noch immer die halbe Leistung übertragen werden, zweite Leitung als Rückleiter
Was ist die IEC und was heisst der Namen?
Normen, International Electrotechnical Commission
Was ist die CENELEC und was heisst der Namen?
Comité Européen de Normalisation Électrotechnique; Europäisches Komitee für elektrotechnische Normung
Was ist beim Widerstandsbelag zu beachten?
- der Einfluss der Temperatur
- die Stromverdrängung bei Wechselstrom ( Skin-Effekt )
- der Einfluss paralleler Leiter ( Proximity-Effekt)
bis zu welcher Temperatur werden Freileitungen Betrieben? Was sind die Begrenzenden Faktoren?
Freileitungen werden bei bis zu 80°C betrieben. Begrenzend ist dabei die Festigkeit des Leiterseils bzw. der Durchhang
Aus was setzt sich der Leitwertbelag zusammen?
Aus den Ableitungsverlusten und den Koronaverlusten.
Wann entsteht Korona?
Wenn die Feldstärke E_max an der Leiteroberfläche grösser ist als die Durchbruchfeldstärke.
Aus was setzt sich die Betriebskapazität zusammen?
Aus der Erdkapazität C_e und 3 mal der Gegenkapazität C_g
Wie gross ist der mittlere Wellenwiderstand?
375 Ohm
Wann wird die Leitung mit ihrer natürlichen Leistung belastet?
Wenn die Bürde gleichgross ist wie der Wellenwiderstand. (Q'_l=Q'_C)
Ab welcher Leitungslänge weist die Berechnungen mit konzentrierten Elementen gröbere Fehler auf?
Ab Freileitungen mit welche länger 200km sind
Was ist \(\gamma\) in der Leitungstheorie?
Ausbreitungskonstante (Übertragungsmass) eine Komplexe Grösse welche sich aus dem Dämpfungsmass \(\alpha\) in 1/m und dem Phasenmass \(\beta\) in rad/m zusammensetzt
Was sind die vier Sonderfälle für den Reflexionsfaktor r_2?
- Wellenanpassung r_2=0
- Leerlauf r_2=1
- Kurzschluss r_2=-1
- Stossstelle
Was ist der Proximity-Effekt?
bezeichnet in der Elektrotechnik den Anstieg des ohmschen Widerstands für Wechselstrom einer Wicklung gegenüber der Einzelwindung. Er tritt zwischen von Wechselstrom durchflossenden eng benachbarten Leitern auf.
