Technische Universität Ilmenau

Elektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme - Modultafeln der TU Ilmenau

Die Modultafeln sind ein Informationsangebot zu den Studiengängen der TU Ilmenau.

Die rechtsverbindlichen Studienpläne entnehmen Sie bitte den jeweiligen Studien- und Prüfungsordnungen (Anlage Studienplan).

Alle Angaben zu geplanten Lehrveranstaltungen finden Sie im elektronischen Vorlesungsverzeichnis.

Informationen und Handreichungen zur Pflege von Modulbeschreibungen durch die Modulverantwortlichen finden Sie unter Modulpflege.

Hinweise zu fehlenden oder fehlerhaften Modulbeschreibungen senden Sie bitte direkt an modulkatalog@tu-ilmenau.de.

Modulinformationen zu Modulnummer 200517 - allgemeine Informationen
Modulnummer200517
FakultätFakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachgebietsnummer2164 (Elektrische Energieversorgung)
Modulverantwortliche(r)Prof. Dr. Dirk Westermann
SpracheDeutsch
TurnusWintersemester
Vorkenntnisse

Grundlagen der Elektrotechnik

Elektrische Energietechnik

Rechnen mit komplexen Zahlen

Lernergebnisse und erworbene Kompetenzen

Nach Abschluss der Vorlesungen sind die Studierenden in der Lage, den grundlegenden Aufbau des elektrischen Energieversorgungssystems zu benennen sowie die Zerlegung in symmetrischen Komponenten zu dessen Beschreibung zu gebrauchen.

Die Studierenden sind nach dem Besuch der Vorlesung fähig, die Anwendung der Transformation auf symmetrische und pu-Größen zu demonstrieren.

Die Studierenden können nach Abschluss des Moduls den Lastfluss für Netzzweige, den Fehlerstrom für Netzzweige sowie die Netzsituation mit komplexen Größen im eingeschwungenen Zustand untersuchen.

Nach Abschluss des Modules können die Studierenden auf dem Gebiet der elektrischen Energiesysteme zielgerichtet arbeiten.

Sie können das stationäre Betriebsverhaltens mittels Zeigergrößen berechnen und die Annuitäten und Barwertmethode zur Bewertung von Netzausbaumaßnahmen anwenden.

Nach der Lehrveranstaltung haben die Studierenden ihre in der Vorlesung erworbenen Kenntnisse anhand praxisnaher Beispiele gefestigt und können sich mit Fachvertretern über technische Lösungen auf wissenschaftlichem Niveau austauschen.

Die Studierenden sind in der Lage, eine einfache Forschungsfrage zu beantworten und die Ergebnisse im Rahmen einer Präsentation einem Fachpublikum vorzustellen.

Inhalt

1 Struktur der elektrischen Energieversorgung

  • Elektrische Energie
  • Elektrische Energieversorgung in Deutschland/ Europa
  • AC versus DC
  • Spannungsebenen
  • Erzeugungsmix
  • Netzentgelte

 

2 Grundbegriffe und Methoden

  • Netzstruktur und -planung
  • Knoten-Zweig-Darstellung
  • Netzformen
  • Grundprinzipien der Netzplanung
  • Grundbegriffe Energiewirtschaft
  • Zählpfeile und Zählpfeilsysteme im Drehstromsystem
  • Phasordarstellung
  • Leistungsberechnung
  • Bezogene Größen
  • Komponentenzerlegung und Leistungsberechnung 
  • Symmetrische Komponenten
  • Einphasiges Ersatzschaltbild

 

3 Betriebsmittelmodelle

3.1 Leitung

  • Technologie Freileitung, Kabel, Gasisolierte Leitungen
  • NOVA Prinzip beim Netzausbau
  • Freileitungsmonitoring
  • Wirtschaftliche Stromdichte / Querschnittsauslegung
  • Lösung der Wellengleichung zur Herleitung einphasiges Ersatzschaltbild
  • Parametrierung des Ersatzschaltbilds
  • Betriebsverhalten der Leitung am Zeigerdiagramm
  • Natürliche Leistung, Ladeleistung, natürlicher Betrieb

3.2 Transformator

  • Aufbau und Funktionsweise Drehstromtranxformator
  • Schaltgruppen
  • Leistungstransformator vs. Zusatztransformator
  • Stufenschalter 
  • Typische Ausführungsformen Transformatoren
  • Pi-Ersatzschaltbild / T-Ersatzschaltbild - Bezogene Ersatzschaltbilder
  • Kurzschlussversuch / Leerlaufversuch
  • Betriebsverhalten des Transformators am Zeigerdiagramm
  • Parallelbetrieb von Transformatoren
  • Transformator im Netzverbund - Ersatzschaltbild über mehrere Spannungsebenen
  • Transformator als Netzregler: Quer- und Längsregelung
  • Nullsystem des Transformators

3.3 Synchrongenerator

  • Ausführungsformen, Technologie und Funktionsweise
  • Erregersystem
  • Einphasiges Ersatzschaltbild 
  • Transformation auf Gegen- und Nullsystem
  • Betriebsverhalten am Zeigerdiagramm
  • PQ-Diagramm (Leistungsdiagramm)
  • Leistungs-Frequenzverhalten für statische Winkelstabilität

 

4 Berechnung einfacher Netzkonfigurationen

4.1 Lastfluss im Netzstrang 

  • Zielsetzung der Leistungsflussberechnung
  • Übersicht Verfahren
  • Typische Vereinfachungen
  • Einfache Berechnung eines Netzstrangs für unterschiedliche Lastmodelle
  • Ableitung Betriebsverhalten für den Zusammenhang von Wirkleistung, Blindleistung, Spannung und Spannungswinkel

4.2 Symmetrische Fehler

  • Einordnung Zeitbereich der Berechnung
  • Zielsetzung der Fehlerstromberechnung - Warum macht man das?
  • Unterteilung in subtransiente, transiente und stationären Fehlerzeitbereich
  • Fehlerstromberechnung bei einseitig gespeisten Fehlern
  • Fehlerstromberechnung bei zweiseitig gespeisten Fehlern anhand des Überlagungssatzes bzw. Satz von Thevenin
  • Definition Kurzschlussleistung

4.3 Unsymmetrische Fehler

  • Fehlerarten
  • Behandlung der Unsymmetrie mittels symmetrischer Komponenten
  • Modellierung der Fehlerstelle
  • Sternpunktbehandlung in Drehstromnetzen und deren Wirkung auf die Fehlerströme bzw. Spannungen in den drei Leitern bei unterschiedlichen Fehlerarten
  • Beispiele für die Vereinfachung von Ersatzschaltbildern (händische Berechnung) für unterschiedliche Fehlerarten und Sternpunktbehandlungen

 

Medienformen

Powerpoint, Tafelbild, Folienumdrucke, Textskript

Literatur

Fachbücher

  • Crastan, V.: "Elektrische Energieversorgung Bd.1",4. Aufl., Springer, Berlin, 2012
  • Schwab, A.: "Elektroenergiesysteme", Springer,3.Aufl., Springer, Berlin, 2012
  • Oeding, D.; Oswald, B.: "Elektrische Kraftwerke und Netze", 8.Aufl., Springer, Berlin, 2016
  • Heuck, K.; Dettman, K.: "Elektrische Energieversorgung", 8. Aufl., Vieweg Verlag, Wiesbaden, 2010
  • (Oswald, B.: Berechnung von Drehstromnetzen, 2. Aufl., Springer Verlag, Berlin, 2013)
  • (Kundur, P.: "Power System Stability and Control", McGraw-Hill, New York, Toronto, 1994)

Internet

  • Youtube Sammlung zum Thema Netzausbau: https://www.youtube.com/user/Netzausbau
  • Dachverband Netzbetreiber Europa: https://www.entsoe.eu/
  • Deutsche TSO: http://www.50hertz.com/de/, http://www.amprion.net, https://www.transnetbw.de/de, http://www.tennet.eu/de/ 
  • Netzbelastung Regelzone 50Hertz: http://www.50hertz.com/Netzlast/Karte/index.html
  • Infodatenbank Energieeinsatz: https://www.energy-charts.de
  • Bsp. Hersteller Energietechnikprodukte für Transportnetze: www.siemens.de, http://www.abb.com/de, http://www.ge.com/de/,  
  • Energiewirtschaftsgesetz: http://www.gesetze-im-internet.de/enwg_2005/index.html
  • Erneuerbare Energien Gesetz: http://www.gesetze-im-internet.de/eeg_2014/index.html
Lehrevaluation
Spezifik Referenzmodul
ModulnameElektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme
Prüfungsnummer2100853
Leistungspunkte5
SWS4 (2 V, 2 Ü, 0 P)
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 120 Minuten
Details zum Abschluss

schriftliche Prüfung, 120 Minuten (100% der Modulnote)

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl
Spezifik im Studiengang Master Electric Power and Control Systems Engineering 2021
ModulnameElektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme
Prüfungsnummer2100853
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)90
Selbststudium (h)60
VerpflichtungWahlmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 120 Minuten
Details zum Abschluss

schriftliche Prüfung, 120 Minuten (100% der Modulnote)

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl
Spezifik im Studiengang Bachelor Elektrotechnik und Informationstechnik 2021, Diplom Elektrotechnik und Informationstechnik 2021
ModulnameElektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme
Prüfungsnummer2100853
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungPflichtmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 120 Minuten
Details zum Abschluss

schriftliche Prüfung, 120 Minuten (100% der Modulnote)

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl
Spezifik im Studiengang Master Wirtschaftsingenieurwesen 2021 (ET)
ModulnameElektrische Energiesysteme 1 - Grundlagen Energiesysteme
Prüfungsnummer2100853
Leistungspunkte5
Präsenzstudium (h)45
Selbststudium (h)105
VerpflichtungWahlmodul
Abschlussschriftliche Prüfungsleistung, 120 Minuten
Details zum Abschluss

schriftliche Prüfung, 120 Minuten (100% der Modulnote)

Anmeldemodalitäten für alternative PL oder SL
max. Teilnehmerzahl