ET Band 3 Kapitel 10 "Drehstromtheorie"
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Elektrotechnik für Elektroberufe, Auflage 2022
Welche Netzform weist die grösste Versorgungssicherheit auf?
Maschennetze
Ringnetze werden immer von zwei Seiten eingespeist. Bei dieser Art von Einspeisung sind der Spannungsfall und damit auch die Verluste geringer als bei Strahlennetzen. Zudem ist die Versorgungssicherheit viel höher.
Welche Vor- und Nachteile haben Strahlennetze?
Vorteile: Die Vorteile der Strahlennetze liegen darin, dass ihr Aufbau sehr einfach ist, dass sie einfach berechnet und überwacht werden können.
Nachteile: Spannungsfall am Leitungsende bei starker Belastung. Bei Ausfall der Trafostation oder einer Leitung sind alle nachfolgenden Verbraucher vom Netz getrennt.
Strahlennetze werden nur einseitig eingespeist. Von der Trafostation führen die einzelnen Leitungen strahlenförmig zu den Verbrauchern.
Welche drei verschiedenen Netzformen unterscheidet man bei Ortsnetzen?
- Strahlennetze
- Ringnetze
- Maschennetze
Was sind örtliche Verteilnetze?
Die Feinverteilung der elektrischen Energie erfolgt in Ortsnetzen mit den üblichen Nennspannungen von 3 x 400 V / 230 V. Ortsnetze sind damit Niederspannungsnetze. Sie werden über Transformatoren versorgt, welche ihrerseits aus Hochspannungsverteilanlagen gespeist werden.
Swissgrid AG mit Sitz in Laufenburg ist die Schweizer Übertragungsnetzbetreiberin.
Wer ist für die Koordination des Energietransports in Europa zuständig?
Die UCTE (Union für die Koordinierung des Transports von Elektrizität) ist eine Organisation welcher Übertragungsnetzbetreiber in 24 Ländern angehört. Seit dem 1. Juli 2009 werden die Aufgaben der UCTE vom Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E, European Network of Transmission System Operators for Electricity) übernommen.
Welche Netze haben wir in den Netzebenen 1, 3, 5 und 7? Geben Sie die dazugehörenden Spannungswerte an.
Netzebene 1: Höchstspannung (380 kV; 220 kV)
Netzebene 3: Hochspannung (50 – 150 kV meist 110 kV)
Netzebene 5: Mittelspannung (10 – 30 kV)
Netzebene 7: Niederspannung (bis 1 kV bzw. 400 und 230 V)
Die Hauptgründe für ein europäisches Verbundnetz sind: Internationaler Austausch von elektrischer Energie und die damit erreichte hohe Versorgungssicherheit.
Welche weiteren Gründe sprechen für ein Verbundnetz?
Durch Energieaustausch können Lastschwankungen auskorrigiert werden. Das ganze Energiesystem wird stabiler. Die Kraftwerke werden besser ausgenutzt und somit müssen weniger Kraftwerke bereitgestellt werden. Die Kraftwerke können an produktionsgünstigen Orten errichtet werden.
Internationaler Austausch von elektrischer Energie und die damit erreichte hohe Versorgungssicherheit.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom, wenn ein symmetrischer Drehstromverbraucher mit einem Bemessungsstrom von 7,5 A angeschlossen ist?
Bei symmetrischer Belastung fliesst kein Strom im Neutralleiter.
Wie verhalten sich die Leistungen, wenn der gleiche Verbraucher einmal in Stern und einmal in Dreieck betrieben wird?
Im Drehstromnetz nimmt der gleiche Verbraucher in der Dreieckschaltung die 3-fache Sternleistung auf! Der Aussenleiterstrom ist bei der Dreieckschaltung ebenfalls dreimal grösser als der Aussenleiterstrom bei der Sternschaltung.
Darf die Leistungsformel \(S = { \sqrt{3} *U*I}\)bei der Stern- oder der Dreieckschaltung verwendet werden?
Für beide Schaltungen kann die Scheinleistung mit derselben Formel berechnet werden. Es sind immer die verkettete Spannung und der Aussenleiterstrom einzusetzen!
Was passiert in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz, wenn für eine Isolationsmessung der Neutralleitertrenner vor der Überstrom-Schutzeinrichtung geöffnet wird?
Einzelne Verbraucher können an einer zu grossen Strangspannung liegen und damit zerstört werden. Es entsteht eine Sternpunktverschiebung.
Welcher Leiter ist in einem Drehstromnetz erforderlich, wenn eine unsymmetrische Belastung vorliegt?
Für unsymmetrische Belastungen braucht es in einem Drehstromnetz einen Neutralleiter, damit die geometrische Summe der Ströme weiterhin gleich Null ist.
Was bedeutet "symmetrische Belastung" in einem Drehstromnetz?
Jeder Aussenleiter ist gleich (z.B. I = 5 A) und gleichartig (z.B. alles Wirkwiderstände) belastet.
Wie werden die einzelnen Spannungen und Ströme im Drehstromnetz bezeichnet?
U: verkettete Spannung, Aussenleiterspannung, Polleiterspannung
UStr: Strangspannung, Phasenspannung
I: Aussenleiterstrom, Polleiterstrom
IStr: Strangstrom, Phasenstrom
Welche Spannungen können im Einheitsnetz zwischen den aktiven Leitern gemessen werden?
L1 – L2 : 400 V; L2 – L3 : 400 V; L3 – L1 : 400 V
L1 – N : 230 V; L2 – N : 230 V; L3 – N : 230 V
Wie ist ein Drehstromgenerator aufgebaut?
Ein Dreiphasengenerator besitzt im Stator, auch Ständer genannt, drei um 120° räumlich versetzte Spulen. Diese Spulen werden auch als Wicklungszweige, Stränge oder Phasen bezeichnet. Sie besitzen jeweils die gleiche Windungszahl. Durch das Drehen des Polrades werden in den Strängen gleiche Wechselspannungen induziert, die zeitlich um 1/3 Periode gegeneinander verschoben sind.
Nennen Sie drei zentrale Vorteile eines Drehstromsystems gegenüber eines Wechselstromsystems.
1. Für Verbraucher stehen zwei Spannungswerte zur Verfügung (230 V / 400 V).
2. Mit Drehstrom lässt sich einfach ein sich drehendes Magnetfeld (Drehfeld) erzeugen.
3. Bessere Lastverteilung auf drei Aussenleiter möglich
Weshalb werden Drehstromgeneratoren als Innenpolmaschinen (Magnetische Pole im Rotor) gebaut?
Dadurch kann die elektrische Energie über die festen Anschlüsse abgenommen werden.
Weshalb werden die drei Einphasenwechselströme bei einem Drehstromnetz verkettet?
Durch die Verkettung können Leiter eingespart werden, was die Energieübertragung wirtschaftlicher macht. Bei der Sternschaltung sind 4 Leiter, bei der Dreieckschaltung nur 3 Leiter nötig.
Wie gross ist die Strangleistung eines symmetrischen Verbrauchers, wenn die Bemessungsleistung des Verbrauchers bekannt ist?
Die Strangleistung beträgt ein Drittel.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom in der nachfolgenden Schaltung? Versuchen Sie die Aufgaben ohne Neutralleiterstrom-Konstruktion zu lösen.
10 A, es entsteht ein gleichseitiges Dreieck.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom in der nachfolgenden Schaltung? Versuchen Sie die Aufgaben ohne Neutralleiterstrom-Konstruktion zu lösen.
3 A, Im gleichseitigen Dreieck fehlt die Strecke von „3 A“.
Was passiert in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz, wenn für eine Isolationsmessung der Neutralleitertrenner vor den Überstrom-Schutzeinrichtungen geöffnet wird?
Einzelne Verbraucher können an einer zu grossen Strangspannung liegen und damit zerstört werden. Es entsteht eine Sternpunktverschiebung.
Warum werden Einphasenverbraucher auch für 1 x 400 V, statt nur für 1 x 230 V gebaut?
Durch die höhere Spannung fliesst ein kleinerer Strom. Dadurch lässt sich in einem Verbraucher der Querschnitt verringern.
Wie gross ist beim dargestellten Verbraucher die Leistung, wenn ein Aussenleiter ausfällt?
Er hat noch die halbe Bemessungsleistung
Wie gross ist beim dargestellten Verbraucher die Leistung, wenn ein Aussenleiter ausfällt?
Er hat noch zwei Drittel der Bemessungsleistung.
Welche Unterlagen bzw. Informationen braucht ein Verteilnetzbetreiber (EW), wenn ein neues Mehrfamilienhaus erstellt wird?
Situations- und Grundrisspläne, den berechneten Leistungsbedarf, sowie die gewünschte Bemessungsstromstärke der Anschlussüberstromunterbrecher.
Ab welcher Leistungsänderung muss dem EW eine Installationsanzeige eingereicht werden?
Ab einer Scheinleistung > 3,6 kVA
Wofür steht die Abkürzung HGÜ?
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Welche Art von Leistungs- bzw. Energieübertragung hat man bei Gleichstrom-Übertragung nicht?
Es ist keine Blindleistung und damit auch keine Blindenergie auf dem Netz vorhanden.
Ab welcher Leitungslänge macht eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Sinn?
Ab ca. 600 km
Woher stammt der kapazitive Einfluss bei langen Leitungen?
Bei langen Leitungen wirkt jede Ader wie eine Platte in einem Kondensator. Die Isolation zwischen den Adern bildet das Dielektrikum. Bei Wechselstrom entsteht so ein kapazitiver Blindwiderstand.
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Cartes-fiches
Welche Netzform weist die grösste Versorgungssicherheit auf?
Maschennetze
Ringnetze werden immer von zwei Seiten eingespeist. Bei dieser Art von Einspeisung sind der Spannungsfall und damit auch die Verluste geringer als bei Strahlennetzen. Zudem ist die Versorgungssicherheit viel höher.
Welche Vor- und Nachteile haben Strahlennetze?
Vorteile: Die Vorteile der Strahlennetze liegen darin, dass ihr Aufbau sehr einfach ist, dass sie einfach berechnet und überwacht werden können.
Nachteile: Spannungsfall am Leitungsende bei starker Belastung. Bei Ausfall der Trafostation oder einer Leitung sind alle nachfolgenden Verbraucher vom Netz getrennt.
Strahlennetze werden nur einseitig eingespeist. Von der Trafostation führen die einzelnen Leitungen strahlenförmig zu den Verbrauchern.
Welche drei verschiedenen Netzformen unterscheidet man bei Ortsnetzen?
- Strahlennetze
- Ringnetze
- Maschennetze
Was sind örtliche Verteilnetze?
Die Feinverteilung der elektrischen Energie erfolgt in Ortsnetzen mit den üblichen Nennspannungen von 3 x 400 V / 230 V. Ortsnetze sind damit Niederspannungsnetze. Sie werden über Transformatoren versorgt, welche ihrerseits aus Hochspannungsverteilanlagen gespeist werden.
Swissgrid AG mit Sitz in Laufenburg ist die Schweizer Übertragungsnetzbetreiberin.
Wer ist für die Koordination des Energietransports in Europa zuständig?
Die UCTE (Union für die Koordinierung des Transports von Elektrizität) ist eine Organisation welcher Übertragungsnetzbetreiber in 24 Ländern angehört. Seit dem 1. Juli 2009 werden die Aufgaben der UCTE vom Verband Europäischer Übertragungsnetzbetreiber (ENTSO-E, European Network of Transmission System Operators for Electricity) übernommen.
Welche Netze haben wir in den Netzebenen 1, 3, 5 und 7? Geben Sie die dazugehörenden Spannungswerte an.
Netzebene 1: Höchstspannung (380 kV; 220 kV)
Netzebene 3: Hochspannung (50 – 150 kV meist 110 kV)
Netzebene 5: Mittelspannung (10 – 30 kV)
Netzebene 7: Niederspannung (bis 1 kV bzw. 400 und 230 V)
Die Hauptgründe für ein europäisches Verbundnetz sind: Internationaler Austausch von elektrischer Energie und die damit erreichte hohe Versorgungssicherheit.
Welche weiteren Gründe sprechen für ein Verbundnetz?
Durch Energieaustausch können Lastschwankungen auskorrigiert werden. Das ganze Energiesystem wird stabiler. Die Kraftwerke werden besser ausgenutzt und somit müssen weniger Kraftwerke bereitgestellt werden. Die Kraftwerke können an produktionsgünstigen Orten errichtet werden.
Internationaler Austausch von elektrischer Energie und die damit erreichte hohe Versorgungssicherheit.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom, wenn ein symmetrischer Drehstromverbraucher mit einem Bemessungsstrom von 7,5 A angeschlossen ist?
Bei symmetrischer Belastung fliesst kein Strom im Neutralleiter.
Wie verhalten sich die Leistungen, wenn der gleiche Verbraucher einmal in Stern und einmal in Dreieck betrieben wird?
Im Drehstromnetz nimmt der gleiche Verbraucher in der Dreieckschaltung die 3-fache Sternleistung auf! Der Aussenleiterstrom ist bei der Dreieckschaltung ebenfalls dreimal grösser als der Aussenleiterstrom bei der Sternschaltung.
Darf die Leistungsformel \(S = { \sqrt{3} *U*I}\)bei der Stern- oder der Dreieckschaltung verwendet werden?
Für beide Schaltungen kann die Scheinleistung mit derselben Formel berechnet werden. Es sind immer die verkettete Spannung und der Aussenleiterstrom einzusetzen!
Was passiert in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz, wenn für eine Isolationsmessung der Neutralleitertrenner vor der Überstrom-Schutzeinrichtung geöffnet wird?
Einzelne Verbraucher können an einer zu grossen Strangspannung liegen und damit zerstört werden. Es entsteht eine Sternpunktverschiebung.
Welcher Leiter ist in einem Drehstromnetz erforderlich, wenn eine unsymmetrische Belastung vorliegt?
Für unsymmetrische Belastungen braucht es in einem Drehstromnetz einen Neutralleiter, damit die geometrische Summe der Ströme weiterhin gleich Null ist.
Was bedeutet "symmetrische Belastung" in einem Drehstromnetz?
Jeder Aussenleiter ist gleich (z.B. I = 5 A) und gleichartig (z.B. alles Wirkwiderstände) belastet.
Wie werden die einzelnen Spannungen und Ströme im Drehstromnetz bezeichnet?
U: verkettete Spannung, Aussenleiterspannung, Polleiterspannung
UStr: Strangspannung, Phasenspannung
I: Aussenleiterstrom, Polleiterstrom
IStr: Strangstrom, Phasenstrom
Welche Spannungen können im Einheitsnetz zwischen den aktiven Leitern gemessen werden?
L1 – L2 : 400 V; L2 – L3 : 400 V; L3 – L1 : 400 V
L1 – N : 230 V; L2 – N : 230 V; L3 – N : 230 V
Wie ist ein Drehstromgenerator aufgebaut?
Ein Dreiphasengenerator besitzt im Stator, auch Ständer genannt, drei um 120° räumlich versetzte Spulen. Diese Spulen werden auch als Wicklungszweige, Stränge oder Phasen bezeichnet. Sie besitzen jeweils die gleiche Windungszahl. Durch das Drehen des Polrades werden in den Strängen gleiche Wechselspannungen induziert, die zeitlich um 1/3 Periode gegeneinander verschoben sind.
Nennen Sie drei zentrale Vorteile eines Drehstromsystems gegenüber eines Wechselstromsystems.
1. Für Verbraucher stehen zwei Spannungswerte zur Verfügung (230 V / 400 V).
2. Mit Drehstrom lässt sich einfach ein sich drehendes Magnetfeld (Drehfeld) erzeugen.
3. Bessere Lastverteilung auf drei Aussenleiter möglich
Weshalb werden Drehstromgeneratoren als Innenpolmaschinen (Magnetische Pole im Rotor) gebaut?
Dadurch kann die elektrische Energie über die festen Anschlüsse abgenommen werden.
Weshalb werden die drei Einphasenwechselströme bei einem Drehstromnetz verkettet?
Durch die Verkettung können Leiter eingespart werden, was die Energieübertragung wirtschaftlicher macht. Bei der Sternschaltung sind 4 Leiter, bei der Dreieckschaltung nur 3 Leiter nötig.
Wie gross ist die Strangleistung eines symmetrischen Verbrauchers, wenn die Bemessungsleistung des Verbrauchers bekannt ist?
Die Strangleistung beträgt ein Drittel.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom in der nachfolgenden Schaltung? Versuchen Sie die Aufgaben ohne Neutralleiterstrom-Konstruktion zu lösen.
10 A, es entsteht ein gleichseitiges Dreieck.
Wie gross ist der Neutralleiterstrom in der nachfolgenden Schaltung? Versuchen Sie die Aufgaben ohne Neutralleiterstrom-Konstruktion zu lösen.
3 A, Im gleichseitigen Dreieck fehlt die Strecke von „3 A“.
Was passiert in einem unsymmetrisch belasteten Drehstromnetz, wenn für eine Isolationsmessung der Neutralleitertrenner vor den Überstrom-Schutzeinrichtungen geöffnet wird?
Einzelne Verbraucher können an einer zu grossen Strangspannung liegen und damit zerstört werden. Es entsteht eine Sternpunktverschiebung.
Warum werden Einphasenverbraucher auch für 1 x 400 V, statt nur für 1 x 230 V gebaut?
Durch die höhere Spannung fliesst ein kleinerer Strom. Dadurch lässt sich in einem Verbraucher der Querschnitt verringern.
Wie gross ist beim dargestellten Verbraucher die Leistung, wenn ein Aussenleiter ausfällt?
Er hat noch die halbe Bemessungsleistung
Wie gross ist beim dargestellten Verbraucher die Leistung, wenn ein Aussenleiter ausfällt?
Er hat noch zwei Drittel der Bemessungsleistung.
Welche Unterlagen bzw. Informationen braucht ein Verteilnetzbetreiber (EW), wenn ein neues Mehrfamilienhaus erstellt wird?
Situations- und Grundrisspläne, den berechneten Leistungsbedarf, sowie die gewünschte Bemessungsstromstärke der Anschlussüberstromunterbrecher.
Ab welcher Leistungsänderung muss dem EW eine Installationsanzeige eingereicht werden?
Ab einer Scheinleistung > 3,6 kVA
Wofür steht die Abkürzung HGÜ?
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Welche Art von Leistungs- bzw. Energieübertragung hat man bei Gleichstrom-Übertragung nicht?
Es ist keine Blindleistung und damit auch keine Blindenergie auf dem Netz vorhanden.
Ab welcher Leitungslänge macht eine Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung Sinn?
Ab ca. 600 km
Woher stammt der kapazitive Einfluss bei langen Leitungen?
Bei langen Leitungen wirkt jede Ader wie eine Platte in einem Kondensator. Die Isolation zwischen den Adern bildet das Dielektrikum. Bei Wechselstrom entsteht so ein kapazitiver Blindwiderstand.