(kohlebefeuertes) Kraftwerk
Druck
Wirkungsgrad
Temperatur
2 Möglichkeiten wie diese gesteigert werden kann
Frischdampf p 280 bar
n = 43%
Frischdampf 570 bis 600°C
höher belastbare Werkstoffe / mehr Vorwärmstufen
Kraftwerk - Gasturbine
n = 39%
Windkraft
Generatortypen, Netzkopplung
Transformator
Bedingungen für Parallelschaltungen im Netzverbund
gleiche Phasenlage
gleiches Übersetzungsverhältnis
gleiche relative Kurzschlussspannung
annähernd gleiche Scheinleistung (0,5 bis 2 fache)
Freileitungen und Kabel, Netzrückwirkungen
Probleme beim Betrieb langer Leitungen
Hochspannungsdrehstromübertragung
Vor- und Nachteile
+ keine teuren Wechselrichter
- Kabelgewicht
- begrenzte Länge
Hochspannungsgleichstromübertragung
+/- 150 kV
+ geringeres Kabelgewicht
- teure Wechsel / Gleichrichter
Primärregelung
Eigenschaften, Vor- und Nachteile
0 … 30s
schneller proportional-Regler z.B. auf Dampfventil eines Kessels
+ schnell regulierbar
- bleibende Regelabweichung
Sekundärregelung
30s … 5min
integraler Regler, 1x pro Regelstrecke (sonst Aufschwingen)
+ Regelabweichung = 0
- langsamer
Phase bei Hochspannungsleitungen
Phasendrehung 6°/ 100km führt zu Stabilitätsproblemen
Zuschalten großer konstantlasten: Spannungsabfall -> Stromanstieg-> Spannungsabfall->usw.
immer unternatürlich -> dann rutscht Arbeitspunkt in natürlichen Punkt
Schaltung eines Netzabzweigs
Elemente von Sammelschiene bis Erdung
(Schalter, Wandler)
Verhalten von Strom und Spannung bei einer Leitung
max. Strom: am Anfang der Leitung
max. Spannungsfall: am Ende der Leitung (Farranti-Effekt)
Folgende Daten eines Drehstromtransformators sind gegeben:
110 kV / 10 kV, YNd5
a) Skizzieren Sie qualitativ die prinzipielle Verdrahtung (Verschaltung) der Spulen auf
der Primär- und Sekundär- Seite des Trafos und zeichnen Sie die angegebenen
Spannungen ein.
b) Geben Sie das komplexe Übersetzungsverhältnis ü an.
Synchronmaschine
Welche vier Anforderungen müssen für die Netzzuschaltung einer Synchronmaschine erfüllt sein?
Mit welcher Schaltung kann die Einhaltung dieser Bedingungen geprüft werden?
Netzstützung
Nennen Sie die zwei Netzgrößen zur Netzstützung. Erläutern Sie anhand einer dieser Größen die prinzipielle Funktionsweise dieser Netzregelung (Netzstützung).
Unter welchen Voraussetzungen können einphasige Ersatzschaltbilder der Betriebsmittel für Lastfluss- und Kurzschlussstromberechnungen von Energieversorgungsnetzen verwendet werden? Erläutern Sie das vereinfachte Ersatzschaltbild des Transformators.
Erläutern Sie die drei Ersatzschaltbilder zur Berechnung der Kurzschlussströme einer Synchronmaschine.
Erklären Sie de Bezeichnung DyN5 an einem Transtermator
Welche Schalterarten kommen bei Schaltanlagen zum Einsatz?
Mit welcher Schalterart können auch KS-Ströme ausgeschallet werden?
Leistungsschalter, Trennschalter, Lastschalter, Lasttrennschalter und Arbeitserder
Leistungsschalter
Erklären Sie das Problem der Spannungsinstabilität bei langen Freileitungen und wodurch sich diese vermeiden lässt.
Spannungsinstabilität entsteht bei langen Freileitungen durch die zunehmende Phasendrehung und Blindleistungsprobleme.
Sie wird durch Betrieb unterhalb der Stabilitätsgrenze, Blindleistungskompensation und geeignete Leitungsauslegung vermieden.
Erklären Sie das Problem des Spannungstrichters im Fehlerfall und durch welche Maßnahme sich die Ausdehnung des Spannungstrichters vermeiden lässt.
Der Spannungstrichter beschreibt den räumlichen Spannungseinbruch um eine Fehlerstelle, insbesondere bei Kurzschluss.
Fehler schnell und selektiv abschalten, damit der Spannungstrichter zeitlich kurz bleibt.
Netzimpedanz verringern bzw. Kurzschlussleistung erhöhen, z. B. durch stärkere Einspeisung oder vermaschtere Netzstruktur.
Nennen Sie je einen Vor-/Nachteil von Hochtemperatur
und Niedertemperatur Brennstoffzellen
Hochtemperatur:
Vorteil: hoher elektrischer Wirkungsgrad, Abwärme gut nutzbar, teilweise interne Reformierung von Erdgas möglich.
Nachteil: langsamer Start, hohe Materialbelastung, thermische Spannungen und Alterung.
Niedertemperatur:
Vorteil: schneller Start, kompakter Aufbau, gut regelbar.
Nachteil: benötigt sehr reinen Wasserstoff, empfindlich gegen CO, häufig teure Katalysatoren wie Platin.
Nennen Sie die 2 Arten der Netzkopplung von Windparks
(offshore) und nennen Sie je einem Vor-/Nachteil der jeweiligen
Technik
Drehstrom-/AC-Anbindung:
Vorteil: Transformatoren und Schalttechnik sind einfacher, bewährte Wechselstromtechnik.
Nachteil: Bei langen Seekabeln hohe kapazitive Ladeleistungen
HGÜ-/DC-Anbindung:
Vorteil: Für große Leistungen und lange Offshore-Entfernungen günstiger, weil keine Blindleistungsprobleme wie bei langen AC-Kabeln auftreten.
Nachteil: hoher Aufwand durch Umrichterstation offshore und onshore.
Zeichnen Sie ein TT Netz und erklären Sie, wo es eingesetzt wird.
TT-Netze werden dort verwendet, wo der Netzbetreiber keinen durchgehenden Schutzleiter bereitstellt oder wo lokale Erdung des Verbrauchers vorgesehen ist.
Erklären Sie den zeitlichen Verlauf der Frequenz-Wirkleistungs-Regelung
Nennen Sie 3 Arten der Netzkopplung von Windenergieanlagen im NS-Bereich (Zeichnung)
Wie lautet der maximale Leistungsbeiwert?
Direkt gekoppelter Asynchrongenerator
Umrichtergekoppelter Asynchrongenerator
Doppelt gespeister Asynchrongenerator
Umrichtergekoppelter Synchrongenerator mit Permanenterregung
Umrichtergekoppelter Synchrongenerator mit elektrischer Erregung
c_p,max = 0,593
Beschreiben Sie, was ein Inselnetz(-betrieb) ist.
Inselbetrieb bedeutet vom Verbundnetz getrennter Betrieb eines Teilnetzes; Frequenz- und Spannungsregelung müssen durch die lokalen Erzeuger und Regler erfolgen.
Nennen Sie die Temperatur im Verbrennungsraum einer Gasturbine und Methoden um diese zu beherrschen
Gasturbinen der 1980er-Jahre: 750°C
Brennkammer mit Keramik
wärmestabile Turbinenschaufeln
Kühlung der Schaufeln
Außenkühlung
Welches Problem entsteht durch die 3. Harmonische im Vierleitersystem und wie kann es vermieden bzw. reduziert werden?
(150Hz) überlagern sich gleichphasig in Nullleiter
-> Überlagern mit gegenphasiger 5. Harmonischen / Nutzung von 3phasigen Wechselrichtern
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