Innerhalb der gesamten Energieversorgung kommt der elektrischen Rnergie be sondere Bedeutung zu. Dies ist begrtindet in den hervorragend~n spezifischen Merkmalen dieser Energieart, wie masseloser Energietransport, Umsetzbarkeit in jede Art von Nutzenergie und optimal mogliche Anpassung an die Forde rung der Verbrauchersysteme. Dartiberhinaus steht elektrische Energie wegen der hohen Verluste, der Schadstoffemission und des Einsatzes von Nuklearener gie bei der Erzeugung hinsichtlich der zuktinftigen Bedarfsentwicklung im Vor dergrund der energiepolitischen Diskussion. Der Verbraucher fordert…mehr
Innerhalb der gesamten Energieversorgung kommt der elektrischen Rnergie be sondere Bedeutung zu. Dies ist begrtindet in den hervorragend~n spezifischen Merkmalen dieser Energieart, wie masseloser Energietransport, Umsetzbarkeit in jede Art von Nutzenergie und optimal mogliche Anpassung an die Forde rung der Verbrauchersysteme. Dartiberhinaus steht elektrische Energie wegen der hohen Verluste, der Schadstoffemission und des Einsatzes von Nuklearener gie bei der Erzeugung hinsichtlich der zuktinftigen Bedarfsentwicklung im Vor dergrund der energiepolitischen Diskussion. Der Verbraucher fordert eine sichere, ausreichende, preisgtinstige und um weltfreundliche Stromversorgung. Die stromerzeugenden Unternehmen fUgen dem noch das Verlangen nach wirtschaftlichem Anlagenaufbau und -betrieb und opti mal em Maschinenschutz hinzu. Diese Forderungen betreffen im Kraftwerk so wohl den elektrotechnischen als auch den maschinenbaulichen Teil. Seit 1969 lese ich im Rahmen der Lehrveranstaltungenmeines Lehrstuhls und Laboratoriums fUr Energiewirtschaft und Kraftwerkstechnik der Technischen Universitat Mtinchen tiber elektrische Kraftwerkstechnik. Dem Erarbeiten der Vor lesungskonzeption liegt eine Themenabgrenzung und Aufgabenteilung zugrunde, die auf dem neuen Studienplan im Fachbereich Elektrotechnik aufbaut. Dabei galt es, den Gesamtkomplex, aufbauend auf den in anderen Vorlesungen ermit telten theoretischen Grundlagen, moglichst anwendungsorientiert darzubieten und das Verstandnis fUr das Zusammenwirken der einzelnen Komponenten und Untersysteme zu wecken. Schwerpunkte einer elektrischen Kraftwerkstechnik sind naturgemafl der Generator, der Blocktransformator, die Eigenbedarfsanlage, die Schutzeinrichtun gen und die Steuer-und Regelanlagen. Bei der Behandlung der damit verbundenen Probleme wird es vielfach notwendig, auch maschinenbauliche Belange mit anzu sprechen. Eine eindeutige Abgrenzung zwischen elektrischer und maschinenbauli cher Kraftwerkstechnik laflt sich jedoch nicht ziehen.
Dr. Heiner Ellebracht, Dr. Gerhard Lenz, Gislea Osterhold und Dr. Helmut Schäfer sind Geschäftsführer der eurosysteam in Heidelberg. Die Tätigkeitschwerpunkte sind Beratung bei Change Management und Mergerprozessen, Coaching und Fortbildung in systemischem Denken und Handeln.
Inhaltsangabe
Einführung.- 1.1 Entwicklung der Kraftwerkstechnik.- 1.2 Entwicklung des Verbundbetriebs.- 1.2.1 Art und Aufgabe des Verbundbetriebs.- 1.2.2 Hoch- und Höchstspannungs-Drehstromübertragung.- 1.2.3 Hoch- und Höchstspannungs-Gleichstromübertragung.- 1.3 Struktur der Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutschland.- 1.4 Grundbegriffe der Elektrizitätswirtschaft.- 1.4.1 Leistungsbegriffe.- 1.4.2 Arbeitsbegriffe.- 1.4.3 Zeitbegriffe und Verhältniszahlen.- 2 Grundsätzliche Überlegungen bei der Konzeption und Entwicklung von Kraftwerken.- 2.1 Komplexität und gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Parameter.- 2.2 Energieverbrauch und räumliche Zuordnung.- 2.3 Kraftwerksart und Brennstoff.- 2.4 Kraftwerkskühlung.- 2.5 Einbindung in das elektrische Netz.- 2.6 Sonstige Einflußgrößen.- 2.7 Stellung der Elektrotechnik im Kraftwerksbau.- 3 Generatoren.- 3.1 Synchrongeneratoren für Drehstrom.- 3.1.1 Allgemeines.- 3.1.1.1 Turbogeneratoren.- 3.1.1.2 Wasserkraftgeneratoren.- 3.1.1.3 Antrieb durch Dieselmotoren oder Dampfmaschinen.- 3.1.2 Kühlung.- 3.1.3 Erregung.- 3.1.4 Zeigerdiagramm des Vollpolsynchrongenerators.- 3.1.5 Betriebszustände der Sychronmaschine am Netz.- 3.1.5.1 V-Kurven.- 3.1.5.2 Die natürlichen Spannungskennlinien des Synchrongenerators.- 3.1.6 Wirkleistung, Drehmoment und Stabilität.- 3.1.6.1 Allgemeines.- 3.1.6.2 Statische Stabüität.- 3.1.6.3 Dynamische Stabilität.- 3.1.6.4 Mechanisches Modell des Synchrongenerators.- 3.1.6.5 Stabilitätsprobleme durch die angeschlossenen Leitungen.- 3.1.6.6 Einfluß der Spannungsregelung auf die Stabilität.- 3.1.6.7 Pendelungen bei Kurzschluß.- 3.1.6.8 Pendelungen beim Synchronisieren.- 3.2 Synchrongeneratoren für Bahnstrom.- 3.3 Asynchrongeneratoren.- 4 Transformatoren.- 4.1 Grundsätzliches Betriebsverhalten.- 4.1.1 Ersatzschaltbild des Transformators.- 4.1.2 Leerlauf.- 4.1.3 Kurzschluß.- 4.1.4 Spannungsänderung bei Belastung.- 4.1.5 Wirtschaftliche Größe und Verlustverhalten.- 4.2 Spannungsregelung.- 4.2.1 Transformator mit Regelwicklung.- 4.2.2 Transformator mit Stufenschalter.- 4.2.3 Spannungsregelung durch Zusatztransformator.- 4.3 Technische Ausführung von Maschinentransformatoren.- 4.3.1 Bauformen und Transport.- 4.3.2 Kühlung.- 4.3.3 Geräuschbildung.- 5 Verteilungsanlagen im Kraftwerk.- 5.1 Bauweise von Kraftwerken.- 5.1.1 Sammelschienenkraftwerk.- 5.1.2 Blockkraftwerk.- 5.2 Ableitung und Umspannung.- 5.2.1 Generatorableitung.- 5.2.2 Transformator-und Schalteranordnung.- 5.2.3 Sternpunkt in Drehstromnetzen.- 5.3 Eigenbedarfsanlagen von Kraftwerken.- 5.3.1 Aufgabe des Eigenbedarfs.- 5.3.2 Grundsätzliche Kriterien und versorgungstechnische Ausführungen.- 5.3.3 Eigenbedarfsschaltanlagen.- 5.3.4 Eigenbedarfsschaltwarte.- 5.3.5 Gleichstromanlage.- 6 Schutzeinrichtungen.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Generatorschutz.- 6.2.1 Generatorschutz bei inneren Fehlern.- 6.2.1.1 Schutz bei Wicklungsschluß.- 6.2.1.2 Schutz bei Windungsschluß.- 6.2.1.3 Schutz bei Ständererdschluß.- 6.2.1.4 Schutz bei Rotorerdschluß.- 6.2.1.5 Schnellentregung.- 6.2.2 Generatorschutz gegen äußere Einflüsse.- 6.2.2.1 Überstrom-und Überlastschutz.- 6.2.2.2 Spannungssteigerungsschutz.- 6.2.2.3 Schieflastschütz.- 6.2.2.4 Rückleistungsschutz.- 6.3 Transformatorschutz.- 6.3.1 Transformatorschutz bei inneren Fehlern.- 6.3.1.1 Buchholz-Schutz.- 6.3.1.2 Differentialschutz.- 6.3.2 Transformatorschutz gegen äußere Fehler.- 6.3.2.1 Überstrom-und Überlastschutz.- 6.3.2.2Überspannungsschutz.- 7 Spannungs- und Blindleistungsregelung.- 7.1 Grundprinzipien der Spannungsregelung.- 7.1.1 Allgemeines und Begriffsbestimmungen.- 7.1.2 Generator im Alleinbetrieb.- 7.1.2.1 Astatische Regelung.- 7.1.2.2 Laststromgesteuerte Regelung mit Statikwiderstand.- 7.1.2.3 Laststromgesteuerte Regelung mit Statikimpedanz.- 7.2 Regelung beim Parallelbetrieb von Generatoren.- 7.2.1 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator ungeregelt.- 7.2.2 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator kennliniengeregelt, mit Statikwiderstand.- 7.2.3 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator kennliniengeregelt, mit Statikimpedanz.- 7.2.4 Beide Generatoren kennliniengeregelt, mit Statikwiderstand.- 7.2.5 Beide Generatoren kennliniengeregelt, mit Statikimpedanz.- 7.2.6 Summenstromregelung aller Generatoren, mit Statikwiderstand.- 7.3 Schlußbetrachtungen.- 8 Frequenz-Leistungs-Regelung.- 8.1 Maschinenregelung im Kraftwerk.- 8.1.1 Allgemeines.- 8.1.2 Regelung von parallel arbeitenden Maschinen.- 8.2 Regelung von parallel arbeitenden Kraftwerken.- 8.3 Wechselwirkungen zwischen der Erzeuger- und Abnehmerstatik.- 8.4 Regelung bei Verbundnetzen.- 8.4.1 Frequenz-und Fahrplan-geregelte Netzgruppen.- 8.4.2 Frequenz-Übergabeleistungs-Regelung.- 9 Automatisierung im Dampfkraftwerk.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Wirtschaftliche und betriebliche Gesichtspunkte.- 9.3 Reine Rechner-Automatisierung.- 9.4 Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.1 Programmablauf einer Untergruppensteuerung.- 9.4.2 Gerätetechnik und mechanischer Aufbau der Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.2.1 Kommandobaustein.- 9.4.2.2 Verriegelungsbaustein.- 9.4.2.3 Schrittschaltwerk.- 9.4.2.4 Überwachungsbaustein.- 9.4.2.5 Betätigungsbaustein.- 9.4.2.6 Programmierung der Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.2.7 Freilastgeräte und ihre Prozeßauswirkungen.- 9.4.2.8 Prozeßführung durch das Blockleitgerät.- 9.5 Meßdatenverarbeitung im Wärmekraftwerk.- 9.5.1 Protokollierung des Prozeßablaufes.- 9.5.2 Aufbau und Funktion der Prozeßrechneranlage.- Literatur.
Einführung.- 1.1 Entwicklung der Kraftwerkstechnik.- 1.2 Entwicklung des Verbundbetriebs.- 1.2.1 Art und Aufgabe des Verbundbetriebs.- 1.2.2 Hoch- und Höchstspannungs-Drehstromübertragung.- 1.2.3 Hoch- und Höchstspannungs-Gleichstromübertragung.- 1.3 Struktur der Stromerzeugung in der Bundesrepublik Deutschland.- 1.4 Grundbegriffe der Elektrizitätswirtschaft.- 1.4.1 Leistungsbegriffe.- 1.4.2 Arbeitsbegriffe.- 1.4.3 Zeitbegriffe und Verhältniszahlen.- 2 Grundsätzliche Überlegungen bei der Konzeption und Entwicklung von Kraftwerken.- 2.1 Komplexität und gegenseitige Beeinflussung der verschiedenen Parameter.- 2.2 Energieverbrauch und räumliche Zuordnung.- 2.3 Kraftwerksart und Brennstoff.- 2.4 Kraftwerkskühlung.- 2.5 Einbindung in das elektrische Netz.- 2.6 Sonstige Einflußgrößen.- 2.7 Stellung der Elektrotechnik im Kraftwerksbau.- 3 Generatoren.- 3.1 Synchrongeneratoren für Drehstrom.- 3.1.1 Allgemeines.- 3.1.1.1 Turbogeneratoren.- 3.1.1.2 Wasserkraftgeneratoren.- 3.1.1.3 Antrieb durch Dieselmotoren oder Dampfmaschinen.- 3.1.2 Kühlung.- 3.1.3 Erregung.- 3.1.4 Zeigerdiagramm des Vollpolsynchrongenerators.- 3.1.5 Betriebszustände der Sychronmaschine am Netz.- 3.1.5.1 V-Kurven.- 3.1.5.2 Die natürlichen Spannungskennlinien des Synchrongenerators.- 3.1.6 Wirkleistung, Drehmoment und Stabilität.- 3.1.6.1 Allgemeines.- 3.1.6.2 Statische Stabüität.- 3.1.6.3 Dynamische Stabilität.- 3.1.6.4 Mechanisches Modell des Synchrongenerators.- 3.1.6.5 Stabilitätsprobleme durch die angeschlossenen Leitungen.- 3.1.6.6 Einfluß der Spannungsregelung auf die Stabilität.- 3.1.6.7 Pendelungen bei Kurzschluß.- 3.1.6.8 Pendelungen beim Synchronisieren.- 3.2 Synchrongeneratoren für Bahnstrom.- 3.3 Asynchrongeneratoren.- 4 Transformatoren.- 4.1 Grundsätzliches Betriebsverhalten.- 4.1.1 Ersatzschaltbild des Transformators.- 4.1.2 Leerlauf.- 4.1.3 Kurzschluß.- 4.1.4 Spannungsänderung bei Belastung.- 4.1.5 Wirtschaftliche Größe und Verlustverhalten.- 4.2 Spannungsregelung.- 4.2.1 Transformator mit Regelwicklung.- 4.2.2 Transformator mit Stufenschalter.- 4.2.3 Spannungsregelung durch Zusatztransformator.- 4.3 Technische Ausführung von Maschinentransformatoren.- 4.3.1 Bauformen und Transport.- 4.3.2 Kühlung.- 4.3.3 Geräuschbildung.- 5 Verteilungsanlagen im Kraftwerk.- 5.1 Bauweise von Kraftwerken.- 5.1.1 Sammelschienenkraftwerk.- 5.1.2 Blockkraftwerk.- 5.2 Ableitung und Umspannung.- 5.2.1 Generatorableitung.- 5.2.2 Transformator-und Schalteranordnung.- 5.2.3 Sternpunkt in Drehstromnetzen.- 5.3 Eigenbedarfsanlagen von Kraftwerken.- 5.3.1 Aufgabe des Eigenbedarfs.- 5.3.2 Grundsätzliche Kriterien und versorgungstechnische Ausführungen.- 5.3.3 Eigenbedarfsschaltanlagen.- 5.3.4 Eigenbedarfsschaltwarte.- 5.3.5 Gleichstromanlage.- 6 Schutzeinrichtungen.- 6.1 Allgemeines.- 6.2 Generatorschutz.- 6.2.1 Generatorschutz bei inneren Fehlern.- 6.2.1.1 Schutz bei Wicklungsschluß.- 6.2.1.2 Schutz bei Windungsschluß.- 6.2.1.3 Schutz bei Ständererdschluß.- 6.2.1.4 Schutz bei Rotorerdschluß.- 6.2.1.5 Schnellentregung.- 6.2.2 Generatorschutz gegen äußere Einflüsse.- 6.2.2.1 Überstrom-und Überlastschutz.- 6.2.2.2 Spannungssteigerungsschutz.- 6.2.2.3 Schieflastschütz.- 6.2.2.4 Rückleistungsschutz.- 6.3 Transformatorschutz.- 6.3.1 Transformatorschutz bei inneren Fehlern.- 6.3.1.1 Buchholz-Schutz.- 6.3.1.2 Differentialschutz.- 6.3.2 Transformatorschutz gegen äußere Fehler.- 6.3.2.1 Überstrom-und Überlastschutz.- 6.3.2.2Überspannungsschutz.- 7 Spannungs- und Blindleistungsregelung.- 7.1 Grundprinzipien der Spannungsregelung.- 7.1.1 Allgemeines und Begriffsbestimmungen.- 7.1.2 Generator im Alleinbetrieb.- 7.1.2.1 Astatische Regelung.- 7.1.2.2 Laststromgesteuerte Regelung mit Statikwiderstand.- 7.1.2.3 Laststromgesteuerte Regelung mit Statikimpedanz.- 7.2 Regelung beim Parallelbetrieb von Generatoren.- 7.2.1 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator ungeregelt.- 7.2.2 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator kennliniengeregelt, mit Statikwiderstand.- 7.2.3 Ein Generator astatisch geregelt, ein Generator kennliniengeregelt, mit Statikimpedanz.- 7.2.4 Beide Generatoren kennliniengeregelt, mit Statikwiderstand.- 7.2.5 Beide Generatoren kennliniengeregelt, mit Statikimpedanz.- 7.2.6 Summenstromregelung aller Generatoren, mit Statikwiderstand.- 7.3 Schlußbetrachtungen.- 8 Frequenz-Leistungs-Regelung.- 8.1 Maschinenregelung im Kraftwerk.- 8.1.1 Allgemeines.- 8.1.2 Regelung von parallel arbeitenden Maschinen.- 8.2 Regelung von parallel arbeitenden Kraftwerken.- 8.3 Wechselwirkungen zwischen der Erzeuger- und Abnehmerstatik.- 8.4 Regelung bei Verbundnetzen.- 8.4.1 Frequenz-und Fahrplan-geregelte Netzgruppen.- 8.4.2 Frequenz-Übergabeleistungs-Regelung.- 9 Automatisierung im Dampfkraftwerk.- 9.1 Allgemeines.- 9.2 Wirtschaftliche und betriebliche Gesichtspunkte.- 9.3 Reine Rechner-Automatisierung.- 9.4 Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.1 Programmablauf einer Untergruppensteuerung.- 9.4.2 Gerätetechnik und mechanischer Aufbau der Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.2.1 Kommandobaustein.- 9.4.2.2 Verriegelungsbaustein.- 9.4.2.3 Schrittschaltwerk.- 9.4.2.4 Überwachungsbaustein.- 9.4.2.5 Betätigungsbaustein.- 9.4.2.6 Programmierung der Funktionsgruppenautomatik.- 9.4.2.7 Freilastgeräte und ihre Prozeßauswirkungen.- 9.4.2.8 Prozeßführung durch das Blockleitgerät.- 9.5 Meßdatenverarbeitung im Wärmekraftwerk.- 9.5.1 Protokollierung des Prozeßablaufes.- 9.5.2 Aufbau und Funktion der Prozeßrechneranlage.- Literatur.
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