Elektrische Energiesysteme - Power Electronics Systems Laboratory ...

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160 7. Symmetrische Komponenten in Dreiphasensystemen Zustand und erfahren auch eine Phasenverschiebung. Dieser Fehlerstrom ist oftmals ausreichend, um einen Lichtbogen an der Fehlerstelle aufrecht zu erhalten. I f R S G N I T I S T N I S I T I f U TR U SR C E I S + I T Abbildung 7.23. Das Energieübertragungsnetz im unsymmetrischen Betriebszustand hervorgerufen durch einen Erdkurzschluss. Um dieses Problem zu umgehen, kann anstatt der satten Erdung eine Drosselspule zwischen Generatorsternpunkt und Erde eingebaut werden, die als Petersenspule (Petersen Coil) oder Erdschlusslöschspule bezeichnet wird (Abbildung 7.24). E T ~ E S ~ E R L Sp ~ C E Abbildung 7.24. Petersenspule in einem Dreiphasennetz. Tritt nun ein einpoliger Erdfehler auf, fliesst ein Teil des Fehlerstroms auch durch die Petersenspule. Der Strom durch die Erdschlusslöschspule hinkt der Spannung um π 2 nach, jedoch eilt der Strom durch die Erdkapazität der Spannung um π 2 vor. Somit überlagern sich im Lichtbogen zwei Ströme,
7.6. Das gelöschte Netz 161 die exakt die entgegengesetzte Phase aufweisen und sich, bei richtiger Auslegung der Petersenspule, zu Null ergänzen. Die Grösse der Petersenspule muss also so gewählt werden, dass sie zusammen mit den Erdkapazitäten einen Parallelschwingkreis (Sperrkreis) bildet, der bei Netzfrequenz in Resonanz ist. Dann kann über das Nullsystem und damit auch über den Fehlerwiderstand R im Idealfall kein Strom fliessen. In Wirklichkeit wird trotz der Petersenspule ein kleiner Strom über die Erdschlussverbindung fliessen, denn die reale, nichtideale Induktivität besitzt auch einen ohmschen Widerstand. Ferner sind im Netz Ableitungswiderstände vorhanden, wodurch sowohl der induktive als auch der kapazitive Strom kein reiner Blindstrom ist und die beiden Ströme nicht exakt um π 2 phasenverschoben sind. Dadurch sperrt der Schwingkreis nicht vollständig. Es bleibt ein kleiner reeller Reststrom, der auch als ” Wattreststrom” bezeichnet wird. Ein solcher Reststrom liegt praktisch etwa in der Grössenordnung von 3 bis 10% des unkompensierten Erdschlussstroms. Der Kurzschlussstrom des am häufigsten vorkommenden Fehlers, des einpoligen Erdschlusses, ist damit so gering, dass ein Lichtbogen an der Fehlerstelle nicht mehr mit genügend Ladungsträgern versorgt werden kann und somit von selbst erlischt. Für die gesamte Induktivität der Sternpunktserdungen L Sp , wie sie im nächsten Abschnitt noch hergeleitet wird, muss gelten L Sp = 1 3ω 2 C E (7.84) wobei C E die Erdkapazität ist. Neben den ohmschen Elementen im Schwingkreis besteht ein weiteres Problem in der Bestimmung der Erdkapazität. Je länger die Leitung ist umso mehr nimmt sie die Eigenschaften einer verteilten Struktur an und umso weniger kann die totale Erdkapazität nur mit einer Kapazität nachgebildet werden. Deshalb begnügt man sich damit, dass bei langen Leitungen die vorhandene Petersenspule den Kurzschlussstrom auf einen ungefährlichen Wert begrenzt, so dass er aber noch sicher vom Leitungsschutzsystem detektiert und die Leitung in der Folge kurzfristig freigeschaltet werden kann. Herleitung des gelöschten Netzes Abbildung 7.25 links (RST) zeigt einen einpoligen Erdschluss bei satt geerdetem Sternpunkt. Der Verlauf des Kurzschlussstroms ist durch die fett gedruckten Linien hervorgehoben. Daraus wird ersichtlich, dass ein grosser Strom über die Fehlerstelle fliesst und dadurch den Lichtbogen aufrecht erhält. Das Ziel der Petersenspule (und somit des gelöschten Netzes) besteht darin, dass über die Erdschlussverbindung kein Strom fliesst und der Lichtbogen ” verhungert”. In der Praxis wird sich jedoch der Strom wegen verschieder Nichtidealitäten niemals ganz aufheben. 2 2 Da nur ein kleiner Fehlerstrom über die Kurzschlussstelle fliesst, kann das Energieübertragungsnetz also ohne Schaden längere Zeit im Erdschluss betrieben werden.
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Elektrische Energiesysteme Vorlesun
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iv Inhaltsverzeichnis 3.2.2 Dreipha
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viii Vorwort anliegenden Spannung.
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2 1. Einführung Abbildung 1.1. Wel
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4 1. Einführung Als ” Faustforme
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6 1. Einführung dukt entsteht Wass
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8 1. Einführung Abbildung 1.3. Ant
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10 1. Einführung Tabelle 1.1. Netz
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12 1. Einführung Tabelle 1.2. Netz
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14 1. Einführung Abbildung 1.7. Sc
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16 1. Einführung 1.3.4 Unterwerke
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18 1. Einführung Abbildung 1.9. Du
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20 1. Einführung
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22 2. Leistung im Wechselstromsyste
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38 3. Transformatoren gleichsinnig
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42 3. Transformatoren - Die Spannun
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44 3. Transformatoren R t u 2 L t i
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50 3. Transformatoren Transformator
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52 4. Bezogene Grössen im Rechner
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54 4. Bezogene Grössen 4.3 Wahl de
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58 4. Bezogene Grössen
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PSfrag 60 5. Leitungen Generator +
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64 5. Leitungen y dl Γ 1 Draht Γ
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68 5. Leitungen (5.7) berechnet wer
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70 5. Leitungen i 1 + i 2 + i 3 = 0
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72 5. Leitungen 2 d 12 d 23 1 d 13
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74 5. Leitungen Punkt β ermittelt
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76 5. Leitungen 2 d 12 d 23 1 d 13
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78 5. Leitungen zur Entfestigung f
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80 5. Leitungen 12 m 12 m 20 m y x
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82 5. Leitungen E (kV/m) 2, 5 2, 0
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84 5. Leitungen B eff (µT) 8 6 100
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86 5. Leitungen oder Bügeleisen, e
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88 5. Leitungen i(x,t) R ′ ∆x L
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90 5. Leitungen Division durch ∆x
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92 5. Leitungen Die Gleichungen (5.
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94 5. Leitungen |U a | x |U b | x |
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96 5. Leitungen 5.4.6 Die Wellengle
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98 5. Leitungen weitere Untersuchun
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100 5. Leitungen 5.5.2 Verlustlose
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102 5. Leitungen Tabelle 5.3. Betra
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104 6. Grundregeln der Energieüber
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