Energieübertragung
Stoff aus Fachhochschule
Stoff aus Fachhochschule
Wozu dienen ersatzschaltungen (Pi und T)?
laufzeiten der Leitungen gehen verloren, somit keine wanderwellen.
Dreieck mit Reaktanz
Reaktanz X
ZL= Induktivität
Wie hoch ist der Wellenwiderstand bei 1 Phase bei Freileitungen?
Zw=375 Ohm
Wann wird die Leitung mit ihrer natürlichen Widerstand belastet?
Wenn die Bürde gleich gross wie der Wellenwiederstand ist.
Q'L=Q'C
Formel: natürliche Leistung
...
Unterschied Pnat und Pmax bei den Hochspannungs-Freileitungen.
In der Praxis ist Pmax=3*Pnat
Wie senkt man die Koronaverluste von Leiterseilen?
Wenn man Bündel macht.
Da bei zunehmenden Radius die Fläche quadratisch zunimmt, die Oberfläche (Kühlung) aber linear, nimmt die Stromdichte mit Radius ab.
Was versteht man unter Kabeln?
Isolierte Leitungen. Die Leiter befinden sich auf engerem Raum als bei Freileitungen.
Was ist eine Ader bei Kabeln?
Leiter + Isolator
Warum sind Leiter bei Niderspannungskabeln sektorförmig ausgeführt?
Für bessere Raumnutzung
Warum haben Kabel einen geschlossenen Mantel aus Kupfer/Alu/Blei drumherum?
Weil es eine Abdichtende Wirkung hat, weil Kunststoff nicht dichtend ist, es würde Wasser aufnehmen.
Weshalb werden bei Mittelspannungskabeln (Radialfeldkabeln) die Leitschichten geerdet?
Weil das Feld ansonsten inhomogen wäre und es können Entladungen entstehen.
Deshalb wird pro Ader eine Leitschicht auf Erdpotential gebracht um das Feld zu steuern.
Wesenteliche Aufgabe:
-Kapazitiven Strom abführen
-Kurzschlussstrom im Fehlerfall abführen
Zeichne und bennen das Radialfeldkabel
...
Ab wiviel kV werden Kabel einadrig ausgeführt?
Ab 20kV
Wie unterscheiden sich die Magnetfelder bei Einleiterkabel im vergl. zu Dreileiterkabel?
Im Einleiterkabel sind die Magnetfelder grösser.
Im Dreileiterkabel heben sie sich gegenseitig sogar auf.
Welches sind belastbarer, Öl oder Kunststoffkabel?
kunsstoffkabel haben höhere Dielektrizitätsverluste als Ölkabel und können wegen Eigenerwärmung weniger belastet werden.
Wo ist die Kapazität kleiner? Kabel, Freileitungen?
Freileitungen haben einen kleinere Kapazität
C'Kabel >> C'Freileitung
-->Kabel haben eine höhere Geometrie
Wie lautet die Betriebskapazität bei Einleiter und Radialfeldkabel?
Cb'=Ce'
Wie gross ist der Wellenwiderstand des Kabels?
Zw= 50 Ohm
Warum werden Freileitungen anstatt Kabel verwendet?
2 Gründe
1. Kabel sind Faktor 10 teurer (Leiterquerschnitt grösser)
2. Kabel haben einen niedrigen Wellenwiderstand (Zw=50 Ohm) um natürliche Leistung zu transportieren.
Nenne die 3 Hauptkomponente des Übertragungsnetzes
Leitungen-Energietransport: Übertragung erfolgt mittels HDÜ (Hochspannungs-Drehstrom-Übertragung) oder HGÜ (Hochspannungs-Gleichstromübertragung)
Transformatoren zur Erhöhung d. Generatorspannung auf die Übertragungsspannung, bzw. Absenkung auf die Verteilungsspannung
Schaltanlagen für Aufteilung oder Zusammenführung des Energieflusses
Nenne die drei Transportarten von elektrischer Energie
Freileitungen
Kabel
Rohrgasleitungen
Für welche Strecken werden Kabel in der Hochspannung eingesetzt?
kleiner als 50km
Wozu dienen Erdseile bei Tragmasten?
Erdseile dienen als Blitzableiter
Betrachtet man eine Freileitung mit der Sternspannung Uy und dem Strom I, so entstehen:
(4 Punkte)
1. Ein elektrisches Feld E zwischen Leiter und Erdboden, bzw. zwischen den Leitern im Drehstromnetz.
dh. auch eine Kapazität zwischen Elektroden!
2.Ein magnetisches Feld durch den Strom I
dh. Induktivität L
3. Spannungsabfall im Leiterseil durch den Ohmschen Widerstand
4. Verluste im Dielektrikum (Luft) durch Korona (Entladungen an der Leiteroberfläche, wenn lokal die Durchschlagsfeldstärke der Luft überschritten wird)
Was sind Leitungsbeläge?
Leitungsbeläge sind eine Darstellungsform einer Vierpoligen Leitung.
Mit Belägen sind Grössen pro Längeneinheit gemeint.
zb. Ohm/km
Zeichne ein Leitungsnachbild der Hochspannungsleitung mit seinen vier Belägen
L'= Induktivitätsbelag
R'=Widerstandsbelag
G'=Leitwertbelag
C'=Kapazitätsbelag
Was ist der Skineffekt?
Stromverdrängungseffekt bei Wechselstrom. Der Strom wird mit wachsender Frequenz aus dem inneren des Leiters nach aussen verdrängt.
Der Skineffekt bei Leiterseilen kann vernachlässigt werden, da Leiterseile aus einzelnen Drähten
Formel Widerstandsbelag R'
R'=p/A
p=[mm2/Ohm*m] ->spez. Widerstand
A=[Ohm/m]
Aus was setzt sich der Leitwertbelag G' zusammen?
Aus Koronaverluten und Ableitungsverlusten
Koronaverluste sind Gasentladungen an der Leiteroberfläche. Sie treten auf wenn die kritische Feldstärke an der Leiteroberfläche überschritte wird.
Die Entladungen sind Wetterabhängig (Temp, Druck, Feuchtigkeit)
Dh. Die Maximale Feldstärke findet an der Oberfläche statt.
Emax= Uy/( r*ln(d/r))
Formel P'v?
P'v=3*R' * I2
Was versteht man unter Betriebskapazität?
bzw. CB'
Es werden unterschieden:
Erdkapazität CE + Betriebskapazität je Leiter des Systems Cg (gegenkapazität)
Cb = CE + 3 Cg
Zeichne die Pi-Ersatzschaltung und T-Ersatzschaltung
..siehe Foto
Wie ist die Formel für Kurzschlussberechnungen bei Hochspannungs-Freileitungen?
Z'L=R' + jwL'
Bei Kurzschlussberechnungen genügt es nur die Längsimpedanz zu betrachten.
für Hochspannungs-Freileitungen gilt:
Z'L= 0.4Ohm/km
phiZ= 85°
Formel: Kapazitive Strom pro Phase beträgt pro Längeneinheit:
I'c=Uy*w*C'
Formel: Kapazitive Blindleistung
Q'c=3*I'c2/(w*C')= 3*Uy2*w*C'=Udreieck2*w*C'
Formel: Induktive Blindleistung
Q'L=3*I2*w*L'
Formel Bürde, wenn sich Q'L und Q'C aufheben
(Wellenwiderstand)
ZB=Uy/I=sqrt(L'/C')
Der Wellenwiderstand als charakteristische Grösse der Leist ist näherungsweise eine reele Grösse
Formel für Wellenimpedanz (Wenn alle Beläge berücksichtigt werden)
..
Merkmale Kaplan Turbine inkl. Zeichnung
- Fallhöhen von 2-70 m
- Niederdruckanlagen
- Wasserstrom durch Spiralgehäuse
- Via Leitschaufeln auf Laufrad
- Leitschaufeln verstellbar für
Leistungsregulierung
- Laufradschaufeln verstellbar für optimalen Wirkungsgrad
Druckenergie -> Mechanische Energie (Reaktionsturbine)
Horizontaler Einbau
-Kühlt den Generator
-tiefer vergraben, so dass die Landschaft nicht gross verändert wird.
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Cartes-fiches
Nenne die 3 Hauptkomponente des Übertragungsnetzes
Leitungen-Energietransport: Übertragung erfolgt mittels HDÜ (Hochspannungs-Drehstrom-Übertragung) oder HGÜ (Hochspannungs-Gleichstromübertragung)
Transformatoren zur Erhöhung d. Generatorspannung auf die Übertragungsspannung, bzw. Absenkung auf die Verteilungsspannung
Schaltanlagen für Aufteilung oder Zusammenführung des Energieflusses
Nenne die drei Transportarten von elektrischer Energie
Freileitungen
Kabel
Rohrgasleitungen
Für welche Strecken werden Kabel in der Hochspannung eingesetzt?
kleiner als 50km
Wozu dienen Erdseile bei Tragmasten?
Erdseile dienen als Blitzableiter
Betrachtet man eine Freileitung mit der Sternspannung Uy und dem Strom I, so entstehen:
(4 Punkte)
1. Ein elektrisches Feld E zwischen Leiter und Erdboden, bzw. zwischen den Leitern im Drehstromnetz.
dh. auch eine Kapazität zwischen Elektroden!
2.Ein magnetisches Feld durch den Strom I
dh. Induktivität L
3. Spannungsabfall im Leiterseil durch den Ohmschen Widerstand
4. Verluste im Dielektrikum (Luft) durch Korona (Entladungen an der Leiteroberfläche, wenn lokal die Durchschlagsfeldstärke der Luft überschritten wird)
Was sind Leitungsbeläge?
Leitungsbeläge sind eine Darstellungsform einer Vierpoligen Leitung.
Mit Belägen sind Grössen pro Längeneinheit gemeint.
zb. Ohm/km
Zeichne ein Leitungsnachbild der Hochspannungsleitung mit seinen vier Belägen
L'= Induktivitätsbelag
R'=Widerstandsbelag
G'=Leitwertbelag
C'=Kapazitätsbelag
Was ist der Skineffekt?
Stromverdrängungseffekt bei Wechselstrom. Der Strom wird mit wachsender Frequenz aus dem inneren des Leiters nach aussen verdrängt.
Der Skineffekt bei Leiterseilen kann vernachlässigt werden, da Leiterseile aus einzelnen Drähten
Formel Widerstandsbelag R'
R'=p/A
p=[mm2/Ohm*m] ->spez. Widerstand
A=[Ohm/m]
Aus was setzt sich der Leitwertbelag G' zusammen?
Aus Koronaverluten und Ableitungsverlusten
Koronaverluste sind Gasentladungen an der Leiteroberfläche. Sie treten auf wenn die kritische Feldstärke an der Leiteroberfläche überschritte wird.
Die Entladungen sind Wetterabhängig (Temp, Druck, Feuchtigkeit)
Dh. Die Maximale Feldstärke findet an der Oberfläche statt.
Emax= Uy/( r*ln(d/r))
Formel P'v?
P'v=3*R' * I2
Was versteht man unter Betriebskapazität?
bzw. CB'
Es werden unterschieden:
Erdkapazität CE + Betriebskapazität je Leiter des Systems Cg (gegenkapazität)
Cb = CE + 3 Cg
Zeichne die Pi-Ersatzschaltung und T-Ersatzschaltung
..siehe Foto
Wie ist die Formel für Kurzschlussberechnungen bei Hochspannungs-Freileitungen?
Z'L=R' + jwL'
Bei Kurzschlussberechnungen genügt es nur die Längsimpedanz zu betrachten.
für Hochspannungs-Freileitungen gilt:
Z'L= 0.4Ohm/km
phiZ= 85°
Formel: Kapazitive Strom pro Phase beträgt pro Längeneinheit:
I'c=Uy*w*C'
Formel: Kapazitive Blindleistung
Q'c=3*I'c2/(w*C')= 3*Uy2*w*C'=Udreieck2*w*C'
Formel: Induktive Blindleistung
Q'L=3*I2*w*L'
Formel Bürde, wenn sich Q'L und Q'C aufheben
(Wellenwiderstand)
ZB=Uy/I=sqrt(L'/C')
Der Wellenwiderstand als charakteristische Grösse der Leist ist näherungsweise eine reele Grösse
Formel für Wellenimpedanz (Wenn alle Beläge berücksichtigt werden)
..
Merkmale Kaplan Turbine inkl. Zeichnung
- Fallhöhen von 2-70 m
- Niederdruckanlagen
- Wasserstrom durch Spiralgehäuse
- Via Leitschaufeln auf Laufrad
- Leitschaufeln verstellbar für
Leistungsregulierung
- Laufradschaufeln verstellbar für optimalen Wirkungsgrad
Druckenergie -> Mechanische Energie (Reaktionsturbine)
Horizontaler Einbau
-Kühlt den Generator
-tiefer vergraben, so dass die Landschaft nicht gross verändert wird.
merkmale Kaplan Turbine?
- Fallhöhen von 2-70 m
- Niederdruckanlagen
- Wasserstrom durch Spiralgehäuse
- Via Leitschaufeln auf Laufrad
- Leitschaufeln verstellbar für Leistungsregulierung
- Laufradschaufeln verstellbar für optimalen Wirkungsgrad
Druckenergie -> Mechanische Energie (Reaktionsturbine)
Horizintaler Einbau
-kühlt generator, keine Kühlschächte notwendig
-Niedriger im Boden, passt sich besser der Landschaft an
Merkmale Francis Turbine?
- Fallhöhen von 60-300 m
- Mitteldruckanlagen
- Wasserstrom über Spiralgehäuse
- Via Leitschaufeln auf Laufrad
- Leitschaufeln verstellbar für Leistungsregulierung
- Laufradschaufeln fest
Druckenergie -> Mechanische Energie (Reaktionsturbine)
Merkmale Pelton Turbine?
- Fallhöhen ab 300 m (bis 1800m)
- Hochdruckanlagen
- Wasserstrom über Spiralgehäuse durch Düsen (max. 6 Düsen)
- Düsennadel verstellbar für Leistungsregulierung
- Prellplatten für Schnellabschaltung
- Laufradschaufeln fest
- Druckenergie -> kinetische Energie (Aktionsturbine)
Wassergeschwindigkeit: v= sqrt(2gh)
-->hängt nicht von Düsenanzahl oder Strahldurchmeser ab!
Schaufelradgeschwindigkeit: u=v/2=w*r
Wandlung von Wasserdruck in Geschwindigkeit
Erzielbare mechanische Leistung der Turbine
(Formel)
ut*ud= Druckrohrwkg. / Turbinenwkg.
Formel: Leistung anhand Drehzahl:
..u=umfangsgeschwindikeit
Formel: Durchmesser Schaufelrad
..
Formel: Wasserstrahlfläche (Pelton):
..
Formel: Kraft aus Schaufelrad
..
Formel: Energie in Strömung
..U ist temperaturabhängig
Falls keine Wärme zugeführt wird, ist U=0
Wozu dient das Wasserschloss?
Wasserschloss: Sorgt für notwendigen Druckausgleich bei Druckstoss von Hochdruckanlagen (plötzliche Entlastung eines Generators)
Was macht die Kavitation?
Wie wird sie verhindert?
Kavitation ensteht an der Schaufeldrückseite durch Überdruck, Wasserteilchen beschädigen die Schaufeloberfläche durch implosion.
Vermeidung:
-durch erhöten Wasserdruck , jedoch sinkt die Produktion
-Reduktion der Drehzal
-Grösserer Turbinendurchmesser
Wie nennt man turbinen die kinetische energie umsetzen?
Aktionsturbine
Wie nennt man turbinen die potentielle energie umsetzen?
Reaktionsturbine
Wie erfolgt der Wassertransport bei Speicherkraftwerken?
Durch Druckstollen oder Druckleitungen bei einer Nutzhöhe von 50 bis 2000m.
Zeichne die Bauform einer Schaltbaren Kupplung
...T= Turbinenbetrieb
...P=Pumpenbetrieb
...G=Generator
Zeichne die Bauform einer Pumpturbine
(Francis Turbine)
...T= Turbinenbetrieb
...P=Pumpenbetrieb
...G=Generator
Nenne die 4 Typen von Speicher und Pumpenkraftwerken
1. Wasserzufluss in den Speicher – kein Pumpbetrieb: Mauvoisin
2. Zusätziches Einzugsgebiet , Pumpen von Wasser von Hilfsspeicher in Hauptspeicher: Grande Dixence
3. Pumpspeicherkraftwerk mit natürlichen Zuflüssen: Ferrera, Val di Lei
4. Reines Pumpspeicherkraftwerk – Pendelbetrieb zwischen zwei Becken: Wehr-Hornberg
Gesamte Beziehung für Scheinleistung
..
Wieso werden bei hohen Spannungen Bündelleiter eingesetzt?
Um Leitungsverluste zu reduzieren (weniger Koronaverluste)
Besseres Kühlen
Erhöhte Übertragungskapazität
