eet2 msp
FHNW Modul Elektrische Energietechnik 2 (eet2), Vorbereitung für die Schlussprüfung.
FHNW Modul Elektrische Energietechnik 2 (eet2), Vorbereitung für die Schlussprüfung.
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Cartes-fiches
Welche wichtigen Test gibt es für Primärelemente (primary equipment)?
Hight voltage
Hight Current
Partial Discharge
Was ist Überspannung?
Innere Überspannungen entstehen durch Schaltvorgänge (transient) oder durch
Resonanzerscheinungen (statisch) im Netz.
das 2,5- bis 3-fache der Scheitelwert der Leiter-Erde-Spannung wird erreicht
Was Schütz das Primary Equipement vor Überspannung im HV-Netz?
Überspannungsableiter
Was ist äussere Überspannungen?
Äussere Überspannungen entstehen durch Gewitter. Die Entladungen erfolgen im
Bereich von Mikrosekunden, was Frequenzen von 100 kHz bis einigen MHz entspricht.
Die Höhe der Überspannung ist unabhängig von der Betriebsspannung. Nur der
Überspannungsableiter ist ein wirksamer Schutz
Was ist Isolationskoordination?
Jedes Anlagenteil muss entsprechend seiner Betriebsspannung gegen
Überspannungen dimensioniert sein, mindestens bis zur Ansprechspannung eines
Überspannungsschutzes. Man spricht hier von Isolationskoordination. Diese
Spannungsfestigkeit wird mit genormten Spannungsformen (Blitzstossspannung zur
Prüfung auf externe Überspannungen bzw. Schaltstossspannung zur Prüfung auf
interne Überspannungen) getestet.
Warum werden an geöffnete Trenner und Leistungsschalter die höchsten
Anforderungen bezüglich Stosshaltespannung gestellt?
Aus Sicherheitsgründen -> Zum Schutz des Service-Personals (bei Arbeiten am Objekt)
Was ist zentrale Einspeisung?
Unter zentraler Einspeisung versteht man Grosskraftwerke mit über 100 MW und
Anbindung ans Höchstspannungsnetz, im Allgemeinen entfernt von Lastschwerpunkten.
DG: Mögliche Definitionen für dezentrale Einspeisung?
- Dezentral 1: Erzeugungsart -> keine taugliche Definition
- Dezentral 2: Netzsteuerung, Schutz, Leittechnik, Messung -> keine taugliche Definition
- Dezentral 3: Einspeiseleistung, Leitungslänge, Spannungsebene, Netzstruktur -> keine taugliche Definition
- Dezentral 4: Kraftwerke mit einer Leistung <10 MW -> taugliche Definition
Wann spricht man von dezentraler Energieerzeugung?
Kraftwerke mit einer Leistung <10 MW werden als dezentral bezeichnet...
Wie viel ist die Bezugsimpedanz im NS Netz?
0.4 Ohm p.u.
Tabelle S.1-2
Probleme mit zentraler, fluktuierender Einspeisung?
• Überlastung des bestehenden Übertragungsnetzes, da der Einspeiseort sich
nicht mit dem Verbrauchszentrum deckt (Lösung: siehe HGÜ)
• Kurzschlussleistung von Windkraftwerken und Photovoltaik gegenüber
konventionellen Kraftwerken mit Turbine/Synchrongenerator
• Frequenzhaltung
• Spannungshaltung
Welche Lösungen gibt es um der Überlastung des bestehenden Übertragungsnetzes durch zentral fluktuierende Einspeisung entsteht?
- Ausbau Übertragungsnetz (z.B mit HGÜ)
- Zellularer Ansatz (ausbalancierte Energiezellen, Smart Grid)
Lösung für mangelnde Kurzschlussleistung von zentral fluktuierende Einspeisungim im Fehlerfall?
Verwendung von empfindlichen Distanzschutzeinrichtungen mit Unterimpedanzanregung.
Wie unterschiedet sich der Innenwiderstand von Leistungselektronik?
Ist lastabhängig.
Wie kann die Frequenzerhaltung für zentral fluktuierende Einspeisung gewährleistet? Was ist die Ursache für diese Problematik?
Bei Windkraftwerken steht die rotierende Masse zur Verfügung. Die Turbinen-
Geschwindigkeit wird aber auf den anfallenden Wind bzw. den Wirkungsgrad optimiert.
Andere Regelstrategien unter Berücksichtigung der Netzfrequenz wären machbar, so
dass das Massenträgheitsmoment trotz Entkopplung mit Leistungselektronik wirkt.
Teilweise wird heute die Produktion gedrosselt (gebremst), wenn die Nachfrage zu klein
ist bei gleichzeitig grossem Windangebot.
Skript DE S. 1-5
Wie kann die Spannungshaltung für zentral fluktuierende Einspeisung gewährleistet werden? Warum gibt es diese Problematik?
Die Spannung im Netz ist vom Blindleistungsfluss abhängig. Entsprechend wird die Spannung über die Blindleistung geregelt.
Die Blindleistung wird vom Wechselrichter der HGÜ bzw. der ASM am Drehstromnetz
bereitgestellt, dazu muss ev. zusätzlich Blindleistung mit Drosseln oder Kondensatoren
bereitgestellt werden.
Skript DE S. 1-5
Probleme/Herausfoderungen mit dezentraler Einspeisung?
• Überlastung von Betriebsmitteln
• Spannungshaltung, Blindleistung
• Rückspeisung im Fehlerfall und Schutzprobleme
• Inselnetzbildung
• Frequenzabhängiger Lastabwurf bei Grossstörung
• Kurzunterbrechung/Automatische Wiedereinschaltung
• Frequenzregelung
• Netzqualität (EMV)
• Resonanzerscheinungen
Auf welche Netze wird mit einer Leistung von < 10MW eingespeist?
Mittelspannungs- oder Niederspannungsnetz
Was ist mit der Überlastung von Betriebsmitteln in Zusammenhang mit dezentraler Energieerzeugung gemeint (BSP. Bauernhof Solaranlage)?
• die Generator-Leistung begrenzt werden
• Energie lokal gespeichert werden (Batterie)
• der minimale Bezug erhöht werden (Lastmanagement)
• der Leitungsquerschnitt erhöht werden
Skript DE S. 1-7
Wie hoch wird die Verbraucher-Leerlaufspannung im Niederspannungsnetz damit sie die Toleranzen unter allen Lastbedingungen einhalten kann?
Wie hoch ist die Spannungtoleranz im Niederspannungsnetz in der Schweiz?
1.03*Un
+/- 10%
Skript DE S. 1-8
Was versteht man unter der Problematik Spannungshaltung, Blindleistung im Zusammenhang mit dezentraler Einspeisung?
Lösungen?
Durch einspeisen steigt die Verbraucherspannung an und kann die Spannungstoleranzen übersteigen.
Abhilfe:
- Blindleistung einspeisen (siehe Zeigerdiagram Skrip DE S. 1-9
- Direkte Leitung zu Rückspeisetrafo
- Eigener Einspeisetrafo
- Reduktion Einspeiseleistung
- Regelbare Ortsnetz-Trafos (sehr teuer, aber wirksam)
- Seriell Spannungsquelle (Leistungselektronik)
Was ist die Leistungszahl Kp im Zusammenhang mit Frequenzsteuerung?
Sinkt im Netz die Frequenz, weil ein Nachfrageüberhang besteht, wird die
Turbinenleistung erhöht.
P_soll - P_el + Kp*(f_soll - f_ist) = 0
Wie kann die Blindleistung einer DG geregelt werden? Zeichne entsprechende Grafik.
\(Q_{soll} - Q_{ist} + K \cdot (f_{soll}-f_{ist})\)
Lösung Skript DE S. 1-10
Zechne den Jahresertrag einer PV Anlage in Abhängigkeit der Leistung.
Wie viel macht eine Reduktion der Leistung auf 70% ungefähr auf den Jahrlichen Jahresertrag aus?
Grafik: Skript DE S. 1-11
ca. 5% weniger Jahresertrag.
Wie viel Energie braucht ein 4 Personen Haushalt im Einfamilienhaus jährlich ca.?
5000kWh
Quelle: https://www.energieeffizienz.ch/dam/studien/2013_typischer_haushalt_stromverbrauch_d/pdf_de/SAFE_typischer_Haushaltstromverbrauch_12_2013/Der%20typische%20Haushalt-SV-SAFE-Dez-2013.pdf
Dezentrale Einspeisung (Spannungserhaltung): Welche Vorteile hat eine serielle Spannungsquelle gegenüber einem regelbarem Ortstrafo?
Die Serielle Spannungsquelle kann jede Phase einzeln Reglen und somit auf usnysmmterische Lasten besser reagieren.
was versteht man unter Selektivität in Zusammenhang mit DG: Rückspeisung im Fehlerfall und Schutzprobleme?
Sicherungen oder Überstromrelais schalten mit einer Zeitverzögerung (Verzögerung wir grösser Richtung Quelle), um unselektives Auslösen von Schutzschaltern zu unterbinden.
Erkläre dei Problematik DG: Rückspeisung im Fehlerfall und Schutzprobleme?
Welche Lösung gibt es?
Problem:
Dezentrale Einspeisung kann die Staffelung mit Überstromrelais stören und somit unselektives Auslösen von Schutzeinrichtungen zur Folge haben.
Abhlife:
Schutzelemente mit gerichteter Charakteristik (unterschiedlieche Auslözeiten je nach Stromrichtung). Diese Lösung gilt nur für Anlagen Netze mit einer DG. Bei mehreren DG's braucht es einen Differentialschutz oder Impedanzschutz
Inselnetzbildung: Beschreibe die Problematik...
- Problematisch ist jedoch, wenn mangels Regelungsmöglichkeit von Blind- oder Wirkleistung die Spannung oder die Frequenz nicht stimmt. Gerade Solaranlagen können ja ihr Leistungsangebot nicht nach Bedarf vergrössern.
- Personengefährdung, beispielsweise bei Wartungsarbeiten am (vermeintlich) abgeschalteten Netz!
Inselnetzbildung: Nenne drei Massnahmen um Inselnetzbildung zu vermeiden. Erkläre in 2-3 Sätzen wie diese funktionieren.
Frequenzmessung: Im Inselbetrieb stimmt die Frequenz nur bei angepasster Last, somit kann bei z.B.
<49.8 Hz bzw. >50.2 Hz abgeschaltet werden
Dreiphasige Spannungsüberwachung: DG schaltet bei 80% der Nennspannung aus
Messung der Impedanz: Impedanzmessung durch Strompuls. Impedanz des speisenden Netztes (z.B NS oder MS) liegt parallel zur Last. Wird das speisende Netz abgeschaltet, steigt die Impedanz um 1 Ohm wird abgeschaltet.
DG: Frequenzabhängiger Lastabwurf bei Grossstörung: Erkläre Problematik und eine Abhilfemassnahme
Sinkt die Frequenz wird im Extremfall Last vom Netzt getrennt. Mit vielen DG's würden in so einem Fall auch die Erzeuger vom Netz getrennt.
Eine gebietsweise Abschaltung im Verteilnetz durch Unterfrequenzrelais taugt mit vilen DG's nicht mehr. Es braucth eine auf einzelne DG's abgestimmte Abschaltung -> Smart Grid
DG: Kurzunterbrechung / Automatische Wiedereinschaltung
- Erkläre die Problematik
- Abhilfemassnahmen?
Bei einem Fehler im Mittelspannungsnetz oder im NS-Netz öffnet der zuständige Schalter. Der Lichbogen wird jedoch weiterhing von der DG gespeist, ein Wiedereinschalten ist nicht möglich.
Lösung: Eine Schnellauslösung ist auf beiden Seiten notwendig.
DG: Frequenzregelung
Erkläre Problematik und Abhilfemassnahmen
- Bei DEAs fehlt der Primärregelmechanismus, die Wirkleistung wird frequenzunabhängig eingespeist. Damit wird das Gleichgewicht Erzeugung / Verbrauch nicht gestützt.
- Einbau von Regelcharakteristik ist je nach DEA möglich. Bei Photovoltaikanlagen ist eine Erhöhung der Leistung bei Unterfrequenz nicht möglich ohne Einbau eine Zusatzspeichers. Hingegen könnte beispielsweise bei einem Frequenzanstieg ab 50.2 Hz die Leistung um 40%/Hz reduziert werden und bei 51 Hz abgeschaltet werden.
DG: Resonanzerscheinungen
Erkläre Problematik und Abhilfe (mit Ersatzschaltbild)
Durch L/C Last kann die Spannung gefährlich hoch ansteigen im Bereich der Resonanzfrequenz (Frequenz durch Oberwellen, z.B. 7. und 11. Harmonische). Beispiel einer LC Last:
L: Trafo, Leitung, Last
C: Leitung, Kompensationkapazität (für L-Last)
Abhilfe:
- Filterung der Oberwellen
- Verdrosselung des Kompensationskondensators
Wie berechnet sich die Feldstärke in einem Homgenen Feld?
U/a
U = Elektrodenspannung
a = Abstand der Elektroden
Wie berechnet sich die Höhcstfeldsärke \(E_{max}\) in einem inhomogenen Feld?
\(E_{max} = {U \over \eta \cdot a}\)
\(\eta =\)Ausnutzungsfaktor (Schwaiger)
Die Formel kann benutzt werden zur Berechnung, aber nur mit grossen Einschränkungen.
Wie lautet die Einheit der elektrischen Verschiebungsdiche/Flussdichte D?
\(D = {As \over m^2}\)
Wie lautet die Einheit der Dielektrizitätskontante \(\varepsilon_0\)?
\(\varepsilon_0 = {As \over Vm}\)
Was sagt besagt das Umlaufintegral von E?
Was sagt besagt das Flächenintegral von D?
\(\int E \cdot dl = 0\)
\(\int D \cdot dA = 0\)
Gib das Potential V und die Feldstärke E für eine Punkladung an.
\(E_r = {Q \over 4 \cdot \pi \cdot \varepsilon \cdot r^2} \\V_r = {Q \over 4 \cdot \pi \cdot \varepsilon \cdot r}\)
