Planung von Elektroanlagen: Theorie, Vorschriften, Praxis

669 Pages·2018·30.254 MB·German

by  Ismail Kasikci

Planung von Elektroanlagen
Ismail Kasikci
Planung von Elektroanlagen
Theorie, Vorschriften, Praxis
3., vollständig überarbeitete und erweiterte Auflage
IsmailKasikci
Energie-Ingenieurwesen
BiberachUniversityofAppliedSciences
Biberach,Deutschland
ISBN978-3-662-56426-4 ISBN978-3-662-56427-1(eBook)
https://doi.org/10.1007/978-3-662-56427-1
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Vorwort zur dritten Auflage
Für die Berechnung, Bemessung und Bewertung einer elektrischen Anlage benötigt der
ElektroplanernebenumfassendemFachwisseneinNachschlagewerk,mitdessenHilfeer
seine Arbeit einfacher gestalten kann. Die dritte Auflage des vorliegenden Buches soll
dieseAufgabeerfüllen.
Die dritte Auflage wurde komplett überarbeitet, didaktisch verbessert, und neue
Themen, wie beispielsweise die Spannungsfallberechnung in elektrischen Netzen aufge-
nommen.
JedesThemaistsogeschrieben,dassderLeserseineAufgabenmithilfediesesBuches
ohnegroßeMühebewältigenkann.VieleBeispieleausderPraxis,Tabellen,Diagramme
sowie eine umfangreiche Literatursammlung machen das Kompendium zu einem voll-
ständigenWerkzeug.AusdenzahlreichenTabellenundDiagrammenkönnendiefürden
RechengangerforderlichenPlanungswerteundGleichungenentnommenwerden.
DasBuchistsowohlfürdieLehrealsauchfürdiePraxisgutgeeignet.Einbesonderer
WertwurdeaufdieVertiefungderTheorie,derPraxisundderNormengelegt.
DieFirmenABB,Dehn+SöhneundSiemenshabenmichbereitwilligmittechnischen
Unterlagen und Bildmaterial unterstützt. Dank gebührt auch dem Springer Verlag und
insbesondereFrauKollmar-ThoniundHerrnKottuschfürdieUnterstützungbeiderVer-
öffentlichungdesBuches.WeiterhinmöchteichFrauStrasserfürdasKorrekturlesendes
finalenTextesherzlichdanken.
Verlag und Autor bedanken sich im Voraus bei den Benutzern dieses Buches für
konstruktiveVerbesserungsvorschläge.BeimVerfassenderKapitelistesfastunmöglich,
dassnichtandereinenoderanderenStelleSchreibfehlerentstehen.
IchbitteSiedaher,vorkommendeFehlerzuentschuldigen,undmirdiesemitzuteilen,
damitichsiebeidernächstenAuflageverbessernkann.
Bei Fragen, Wünschen und Anregungen wenden Sie sich bitte an mich oder an den
Verlag.
IchwünscheIhnenvielSpaßundErfolgbeiIhrerArbeitundbeimLesendiesesBuches.
Weinheim,imAugust2018 IsmailKasikci
V
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung .................................................... 1
2 Drehstromtechnik .............................................. 5
2.1 ArtenderDrehstromsysteme,Bezeichnungen ..................... 5
2.2 SchaltungenderDrehstromsysteme............................. 6
2.3 SchaltungendesGenerators .................................. 7
2.4 SchaltungendesVerbrauchers................................. 9
2.5 UnsymmetrischeDrehstromsysteme ............................ 11
2.6 Verkettungsfaktor .......................................... 12
2.7 Zählpfeilsystem ........................................... 13
Literatur ...................................................... 14
WeiterführendeLiteratur .......................................... 14
3 EinführungindiekomplexeRechnung ............................. 17
3.1 BegriffeundRechenregeln ................................... 17
3.2 RechenregelnfürkomplexeZahlen............................. 18
3.3 KomplexeGrößenderWechselstromtechnik ...................... 19
Literatur ...................................................... 20
WeiterführendeLiteratur .......................................... 20
4 LeistungenimDrehstromsystem .................................. 21
Literatur ...................................................... 22
5 BeispielezurWechselstromtechnik................................. 23
5.1 Sinusspannung ............................................ 23
5.2 Sinusstrom ............................................... 23
5.3 KomplexeGröße .......................................... 24
5.4 BelastungderDS-Netze ..................................... 24
5.5 SymmetrischesSystem ...................................... 25
5.6 KomplexeZahlinPolar-undExponentialform .................... 25
5.7 KomplexeZahlinPolar-undExponentialform .................... 25
5.8 Stern-Dreieck-Schaltung..................................... 25
VII
VIII Inhaltsverzeichnis
5.9 Stern-Stern-Schaltung....................................... 26
5.10 Verbraucher .............................................. 27
WeiterführendeLiteratur .......................................... 28
6 SymmetrischeKomponenten ..................................... 29
6.1 Mit-,Gegen-undNullsystem ................................. 31
6.2 ImpedanzendersymmetrischenKomponenten .................... 34
6.3 BeispielezusymmetrischenKomponenten ....................... 36
6.3.1 KomponentenströmeineinemVierleiternetz ............... 36
6.3.2 EinpoligerKurzschlussstrom ........................... 36
6.3.3 ZweipoligerKurzschlusstrom .......................... 37
6.3.4 SymmetrischeLast .................................. 37
6.3.5 UnsymmetrischeFehler ............................... 38
6.3.6 SpannungeneinesGenerators .......................... 38
6.3.7 Zusammenfassung ................................... 38
Literatur ...................................................... 39
WeiterführendeLiteratur .......................................... 39
7 KurzschlussundErdschlussimDrehstromnetz....................... 41
7.1 BegriffeundDefinitionen .................................... 41
7.2 Knotenpunktverfahren ...................................... 44
7.3 VerfahrenderErsatzspannungsquelle ........................... 45
7.4 KurzschlussimpedanzenderBetriebsmittel ....................... 48
7.4.1 Netzeinspeisung .................................... 48
7.4.2 Beispiel:BerechnungderNetzeinspeisung................. 49
7.4.3 Synchrongeneratoren................................. 50
7.4.4 DreipoligerKurzschlussamGenerator.................... 52
7.4.5 Beispiel:BerechnungeinesGenerators ................... 55
7.4.6 Beispiel:BerechnungeinesanderenGenerators ............. 56
7.4.7 Transformatoren .................................... 56
7.4.8 Beispiel:BerechnungeinesTransformators ................ 58
7.4.9 Beispiel:ImpedanzeinesTransformators .................. 59
7.4.10 LeitungenundKabel ................................. 59
7.4.11 Beispiel:BerechnungeinesKabels....................... 65
7.4.12 Asynchronmotoren .................................. 67
7.4.13 Beispiel:KurzschlussimpedanzdesMotors ................ 68
7.4.14 Impedanzkorrekturen................................. 69
7.5 BerechnungderKurzschlussströme............................. 72
7.5.1 DreipoligerKurzschluss............................... 72
7.5.2 BeispielfürdendreipoligenKurzschluss .................. 73
7.5.3 ZweipoligerKurzschluss .............................. 74
7.5.4 BeispielfürdenzweipoligenKurzschluss ................. 75
7.5.5 EinpoligerKurzschluss ............................... 76
Inhaltsverzeichnis IX
7.5.6 BeispielfürdeneinpoligenKurzschluss................... 77
7.5.7 Stoßkurzschlussstrom ................................ 79
7.5.8 BeispielfürdenStoßkurzschlussstrom.................... 79
7.5.9 Beispiel:BerechnungallerKurzschlussarten ............... 80
7.5.10 Ausschaltwechselstrom ............................... 81
7.5.11 Dauerkurzschlussstrom ............................... 83
7.5.12 MehrfacheinseitiggespeisteKurzschlüsse................. 84
7.5.13 ThermischeunddynamischeKurzschlussfestigkeit .......... 84
7.5.14 BerechnungderMehrfachfehler......................... 86
7.6 BeispielezurKurzschlussberechnung ........................... 87
7.6.1 KurzschlussfestigkeiteinesKabels....................... 87
7.6.2 ErmittlungderKurzschlussströmebeieinem
380-kV-Hochspannungsnetz............................ 88
7.6.3 BerechnungderKurzschlussarten ....................... 95
7.6.4 GeneratornaherKurzschluss............................ 98
7.6.5 AnschlusseinesTransformatorsübereinFremdnetz.......... 99
7.6.6 ParallelschaltungvonGeneratorenundTransformatoren ...... 101
7.6.7 BeitrageinesHochspannungsmotorszumKurzschlussstrom ... 102
7.6.8 BerechnungeinesIndustrienetzesmitverschiedenen
Netznennspannungen................................. 103
7.6.9 KurzschlussstromfestigkeiteinesKabels .................. 106
7.6.10 BerechnungeinesMotoranschlusses ..................... 107
7.6.11 BerechnungderDatenvonHS-Motoren................... 108
7.6.12 BerechnungeinesNiederspannungsstrahlennetzes ........... 110
7.6.13 BerechnungmitbezogenenGrößen ...................... 120
7.7 Zusammenfassung ......................................... 121
Literatur ...................................................... 121
WeiterführendeLiteratur .......................................... 122
8 Lastflussrechnung.............................................. 123
8.1 Begriffe ................................................. 123
8.2 Einführung ............................................... 124
8.3 NotationdermathematischenGrößen ........................... 125
8.4 Newton-Raphson-Verfahren .................................. 126
8.4.1 Beispiel:Lastflussberechnung .......................... 128
8.4.2 Beispiel:AnwendungdesNewton-Raphson-Verfahrens ....... 128
8.5 Zusammenfassung ......................................... 129
Literatur ...................................................... 129
WeiterführendeLiteratur .......................................... 129
9 Spannungsfallberechnung........................................ 131
9.1 GrundlagenzurSpannungsfallberechnung ....................... 131
9.1.1 Fehlerder(cid:2)U-Näherungsgleichung...................... 134
X Inhaltsverzeichnis
9.1.2 Cosinussatz:SatzdesPythagoras........................ 136
9.1.3 UnsymmetrischeNetze ............................... 137
9.1.4 Beispiel:UnsymmetrischeVerbraucher ................... 138
9.1.5 Beispiel:Spannungsfallaufeiner20-kV-Leitung ............ 138
9.1.6 Beispiel:Leitungsparameterder20-kV-Leitung ............. 140
9.1.7 Beispiel:Spannungsfallaufeiner10-kV-Leitung ............ 140
9.1.8 Beispiel:NS-NetzmitderHauptzuleitung ................. 141
9.1.9 Beispiel:BerechnungdesSpannungsfallsmitImpedanzwinkel.. 142
9.1.10 Beispiel:NS-Verbrauchermitcos' =0,8 ................. 142
9.1.11 Beispiel:NS-Verbrauchermitcos' =1 ................... 143
9.1.12 Beispiel:GegenüberstellungdesImpedanzwinkelsund
desLeistungsfaktors ................................. 143
9.2 SpannungsfallberechnunginHS-Anlagen ........................ 144
9.3 SpannungsfallberechnunginNS-Anlagen ........................ 145
9.3.1 Berechnungsgleichungen .............................. 147
9.3.2 Gleichstrom........................................ 147
9.3.3 Einphasenwechselstrom............................... 148
9.3.4 Drehstrom ......................................... 149
9.3.5 SpannungsfallbeiRingleitung .......................... 150
9.3.6 SpannungsfallbeieinemStrahlennetz .................... 151
9.3.7 Beispiel:SpannungsfalleinesStranges.................... 153
9.3.8 Beispiel:SpannungsfalleinesRingnetzes.................. 153
9.3.9 Beispiel:BestimmungderÜbertragungslänge .............. 154
9.3.10 Beispiel:SpannungsfallbeimWechselstrom................ 155
9.3.11 Beispiel:SpannungsfallbeiFreileitung ................... 155
9.3.12 Beispiel:EinspeisungzurSchule ........................ 155
9.3.13 Beispiel:Gebäude ................................... 155
9.3.14 Beispiel:VersorgungeinerHauptverteilung ................ 156
9.3.15 Beispiel:Straßenbeleuchtung........................... 156
9.3.16 Beispiel:BeliebigeLast............................... 157
9.3.17 Beispiel:SpannungsfallbeieinemRingnetz................ 157
9.3.18 Beispiel:BerechnungderVerluste ....................... 159
9.3.19 Beispiel:DS-Pumpenmotor ............................ 159
9.4 ZulässigerSpannungsfallnachTAB ............................ 160
9.5 ZulässigerSpannungsfallnachVDE ............................ 160
9.6 ZulässigerSpannungsfallnachNAV ............................ 160
9.7 BerechnungdeszulässigenSpannungsfalls ....................... 161
9.8 GrenzlängezurEinhaltungvonSchutzmaßnahmen ................. 162
9.9 GrenzlängeinAbhängigkeitvonderBerührungsspannung ........... 163
9.10 BerechnungdermaximalzulässigenLeitungslängen................ 163
9.10.1 Beispiel:ErmittlungderzulässigenKabellänge ............. 163
9.10.2 Beispiel:SpannungsfallberechnungeinerMotorzuleitung...... 164
Inhaltsverzeichnis XI
9.11 BeispielezurSpannungsfallberechnung ......................... 165
9.11.1 Beispiel:Energieübertragung ........................ 165
9.11.2 Beispiel:Modellberechnungen ....................... 166
9.11.3 Beispiel:ErsatzschaltbildvonFreileitungen ............. 169
9.11.4 Beispiel:Ersatzschaltbild ........................... 171
9.11.5 Beispiel:Verbraucherdaten,StromundSpannung......... 172
9.11.6 Beispiel: Verbraucherdaten, Spannung, Strom,
LeistungundLeistungsfaktor ........................ 174
9.11.7 Beispiel:Leiterquerschnitt .......................... 176
9.11.8 Beispiel:LeistungenandenKnotenpunkten ............. 177
9.11.9 Beispiel:SpannungandenKondensatoren .............. 178
9.11.10 Beispiel:SpannungandenMotorklemmen.............. 179
9.11.11 Beispiel:Verbraucherspannung ...................... 181
9.11.12 Beispiel:VerbraucherspannungundWirkungsgrad
derLeitung ..................................... 182
9.11.13 Beispiel:Speisespannung........................... 184
9.11.14 Beispiel:Wellenwiderstand,StromundLeistung ......... 184
9.11.15 Beispiel:SpannungamEndederLeitung ............... 185
9.11.16 Beispiel:Stromverteilung........................... 187
9.11.17 Beispiel:SpannungamAnfangderLeitung ............. 188
9.11.18 Beispiel:WellenwiderstandundnatürlicheLeistung ....... 188
9.11.19 Beispiel:SpannungamEndedesKabels ............... 189
9.11.20 Beispiel:StromamAnfangundEndedesKabels ......... 190
9.11.21 Beispiel:SpannungundStromamAnfangdesKabels ..... 191
9.11.22 Beispiel:StromundSpannungamAnfangdesKabels ..... 192
9.11.23 Beispiel:Ausbreitungsgeschwindigkeit ................ 194
9.11.24 Beispiel:Ladestromkompensationsdrossel .............. 194
9.11.25 Beispiel:Wirk-undBlindleistungamAnfangderLeitung .. 196
9.11.26 Beispiel:Kondensatorleistung ....................... 197
9.11.27 Beispiel:LeitungsparameterderLeitung ............... 198
9.11.28 Beispiel:LeitungsparameterderLeitung ............... 199
9.11.29 Beispiel:VierFälledesLeistungsfaktors ............... 201
9.12 Zusammenfassung ....................................... 201
Literatur ..................................................... 204
10 StrombelastbarkeitvonKabelnundLeitungen ...................... 205
10.1 SchutzbeiÜberlast....................................... 205
10.2 Beispiel:SchutzbeiÜberlast................................ 207
10.3 SchutzbeiKurzschluss .................................... 207
10.4 Beispiel:SchutzbeiKurzschluss............................. 208
10.5 Strombelastbarkeit ....................................... 209
10.5.1 BelastbarkeitimungestörtenBetrieb .................. 209
10.5.2 Beispiel:ZuleitungeinerVerteilung ................... 209