Mittwoch, 16. Mai 2012

Energietransformation, Weiterleitung, Schutzsysteme

Notizen, Unterricht

Energienetz
  • Kraftwerke im Verbundnetz
  • Kernkraftwerke (die hundert nachfolgenden Generationen werden sich an die zwei oder drei "Vorfolgenerationen" bedanken bzw. "verfluchen" (Zitat) wenn diese schon längst unter der Erde begraben sind, die solche Energieumwandlungsformen gefördert bzw. genutzt haben)
  • Regenerative Energiegewinnungsformen (mit Ratio + Notwendigkeit)

"Der richtige Mix macht's"
 



Beispiel von Energiegewinnung
  • H2O auf 400-600°C (nur unter hohem Druck möglich) => Turbine => Drehbewegung => Generatoren => erzeugen hohe Spannung (in kV) => "Hochtransformierung"
Vergleich der elektrischen Systeme mit Rohrsysteme
  • Rohre, Druckabfall, Druckbegrenzungsventile, Rohrquerschnitt, gewalzt, glatt
  • ergo: je höher der Druck desto größer muss die Wandung sein von pneumatischen und hydraulischen Systemen
  • je höher die elektrische Spannung, desto größer muss der Isolationswiderstand sein
  • in diesem Zusammenhang: gefährliche Ströme sind 50mA und mehr bei 50V-Wechselspannung oder 120V-Gleichspannung
Wirkungsbereiche bei Wechselstrom von 50Hz
 
Beispiel der Weiterleitung:

Hohe Spannungen lassen sich "verlustfreier" weiterleiten bzw. transportieren => Umspannwerke (Bsp: 690 kV) => Transformatorenstationen (Bsp: 10 kV)
Verschaltungsarten
  • Stern (D) + Dreieck (Y) + Zickzack
  • Schaltgruppen: primär- und sekundärseitig
  • Ziffer mit 30 multiplizieren
  • Zweck, Leistung, Belastbarkeit des PEN beachten
"Vom Kraftwerk über die Umschaltwerke und Trafostationen
in die einzelnen Haushalte zum Verbraucher"

vom Kraftwerk geht es nun zu den einzelnen Transformatorenstationen
  • ankommend drei (!) Leitungen: L1, L2, L3

Zitat:

1: Im Groß - Kraftwerk (1) erfolgt die Stromerzeugung.
  • Elektrischer Strom wird dann über Energie Kabel an Überlandleitungsmasten, als Hochspannungsnetz oder Höchstspannungsnetz, mit 110kV bis 380kV für die Versorgung mit elektrischer Energie in entferntere Regionen geleitet.
2: Zwischen den einzelnen Transportleitungsnetzen mit unterschiedlicher Spannung sind
  • Transformatoren, Trafo (2), bzw. Umspannwerke (2) zwischengeschalten, die die Spannung vom Strom an die jeweilige Spannung des angeschlossenen Netzes (hier 20kV) heruntertransformieren.
  • Mit der Spannung von 20kV, Mittelspannungsnetz, kann beispielsweise die Versorgung von Industrie - Betrieben (3) erfolgen, welche eine höhere Spannung benötigen.
4: Die letzte Stufe des Strom Transports ist die Anpassung an die normale Spannung von Wohnhäusern (5) und Kleinbetrieben (5) über einen Transformator Trafo (4) bzw. ein Umspannwerk (4) auf eine Ebene der Spannung von 0,4kV.

6: Über das 0,4kV-Stromnetz, auch Niederspannungsnetz genannt, wird elektrischer Strom mit einer Spannung von 400V zu den einzelnen Wohngebieten geleitet und an den Hausanschluss zur Versorgung von Wohnhäusern (6) und an den Hausanschluss von Kleinbetrieben (6) angeschlossen.

Ist mein Dach geignet für eine Photovoltaikanlage ?

weiter:

Trafo-Stationen
  • hier wird die Hochspannung "heruntertransformiert"
  • von den Trafostationen nun zu den einzelnen Haushalten
  • abgehend zu den Haushalten vier (!) Leitungen: L1, L2, L3 + PEN (Schutz- inkl. Neutralleiter)
  • Farben des Erdkabels beachten: sw, br, bl (=nicht Neutralleiter) + grün/gelb
  • der PEN-Leiter muss so dicht wie möglich an der Trafostation mit dem Erdreich verbunden sein
von den Trafostationen zu den Haushalten

Erdkabel
  • so dicht wie möglich an der Trafostation in die Erde bringen
  • werden mit einer Hydraulikschere gekappt
  • Farben: sw, br, bl (=kein Neutralleiter), gr/ge (= PE + N)

Erdkabel

  • von der Straße zum Haushaltanschlusskasten (HAK) => Zähler (kWh) => Sicherungskasten => Hausverteilung
Zusätzlich zum PEN wird eine Potentialausgleichschiene installiert

Haupterdungsschiene
 

Potentialausgleich bezeichnet eine elektrisch gut leitfähige Verbindung, die unterschiedliche elektrische Potentiale minimiert.
  • Die grundsätzliche Forderung für den Potenzialausgleich ergibt sich aus den „Anforderungen zum Schutz gegen elektrischen Schlag“ und ist in der DIN VDE 0100-410:2007-06 festgelegt.
Die Verbindung aller leitfähigen Körper (Gehäuse) elektrischer Betriebsmittel mit einem geerdeten Schutzleiter und mit der Haupterdungsschiene ist die Grundlage für den Schutz gegen elektrischen Schlag.
  • Die in der VDE vorrangig angeführte Schutzmaßnahme der „automatischen Abschaltung der Stromversorgung im Fehlerfall“ wird durch normgerechte Ausführung[1] und anschließender Prüfung der Anlage sichergestellt.

Damit sind auch die ausreichend kleinen Schleifenimpedanzen für den Fehlerschutz nachgewiesen.
  • Die technische Ausführung für den Potentialausgleich, die Dimensionierung der Querschnitte und die genormten Begriffe ergeben sich aus der DIN VDE 0100:540:2007-06[2]
Der Potentialausgleich muss im Hausanschlussraum eines jeden Gebäudes durchgeführt werden. Einzubinden sind neben dem Erdungsleiter und den Schutzleitern der Stromversorgung auch alle Schutzpotentialausgleichsleiter. Alle diese Leiter müssen auf einer Haupterdungsschiene zusammengeführt werden.
  • Über den Erdungsleiter wird Verbindung mit dem Fundamenterder hergestellt oder bei alten Gebäuden ohne Fundamenterder einem nachzurüstenden anderen Erder.
Gegebenen falls bestehen Verbindungen vom Fundamenterder zu den Ableitungen einer Blitzschutzanlage (LPS).

Aus vielerlei Quellen werden an Installationsteilen, Apparaten, selbst an irgendwelchen Metallteilen von Gebäuden elektrische Aufladungen festgestellt, die ohne weiteres z.B. 10 bis 100 Volt AC betragen kann.
  • Als Potentialausgleich versteht man hier im Grossen das leitfähige Verbinden aller Metallteile, meistens durch einen Kupferdraht oder ein Kupferband, so dass alle Teile auf das selbe Potential d.h. auf die selbe Spannung oder Aufladung gebracht werden.
Wird der Potentialausgleich zusätzlich mit einer biologischen Erde verbunden, so stellt sich für Störspannungen von ausserhalb der häuslichen Installation ein Potential von 0 Volt ein.

In Elektroanlagen sollten TN-C-S den TN-Systemem vorgezogen werden


Elektrogeräte:
  • Elektrogerät mit weniger als 3.680 Watt dürfen an Schuko-Stecker angeschlossen werden
  • 16 A * 230 V = 3680 Watt
  • autarkes Kochfeld = Induktionsfeld
    Hausanschlussraum


Die größte Gefahr liegt darin, den PE-Schutzleiter unzureichend, fehlerhaft oder überhaupt nicht zu installieren.
  • Das kann zur Folge haben, dass die gesamte elektrische Anlage zwar funktioniert, aber im Fehlerfall es zu einem lebensgefährlichen Körperschluss kommen kann.
  • Körperschluss bedeutet in diesem Fall, dass das Gehäuse eines elektrischen Geräts bei einem Defekt unter Spannung bzw. unter Strom stehen kann.
Bei Berührung und fehlerhaft installiertem PE fließt nun der gesamte "Fehlstrom" über den menschlichen Körper, sofern der Übergangswiderstand zum Bodens zu gering ist.

Fehlerstromscheife


Kurzbeschreibung der einzelnen Phasen   
  • Phase 1: normaler Betrieb
  • Phase 2: Fehlerfall, Person berührt den Stromkreis
  • Phase 3: FI-Schutzschalter löst aus
  • Testphase 1: normaler Betrieb
  • Testphase 2: Prüftaste wird gedrückt     

Fehlerstromschutzschaltung
Schutzeinrichtung RCE = FI
 
Zitat:

Aufgrund eines Fehlers gelangt die volle Netzspannung an das Metallgehäuse eines Gerätes, das wegen eines Fehlers NICHT mit dem Schutzleiter verbunden ist!
  • Eine Person berührt dieses unter Spannung stehende Gehäuse: Es fließt ein Fehlerstrom vom Gehäuse durch die Person in die Erde zum Erder.
Dieser Fehlerstrom fließt daher nicht durch den RCD zurück!
  • Beträgt der Fehlerstrom 30 mA oder mehr, so löst der RCD sofort aus. (sofern der Schutzleiter korrekt angeschlossen ist)


Die Fehlerstromschutzschaltung (früher FI, heute RCD) ist eine sehr zuverlässige Maßnahme, um gefährliche Körperströme zu verhindern.
  • Der Fehlerstromschutzschalter (FI oder RCD) besitzt einen Summenstromwandler.
Bekanntlich ist die Stromstärke in einem Stromkreis an jeder Stelle gleich.
  • Der RCD vergleicht den reinfließenden über einen Außenleiter (z. B. L1) mit dem rausfließenden Strom über den Neutralleiter.
  • Tritt ein bestimmter Unterschied auf, so löst der Schalter aus.
Kommt jemand mit einem Außenleiter und damit der vollen Netzspannung in Berührung, so fließt ein Teilstrom über seinen Körper in die Erde bis zum nächsten geerdeten Punkt des Nulleiters (PEN).
  •  Dieser Teilstrom fließt daher nicht über den Neutralleiter / Nulleiter des Stromkreises zurück und "fehlt" daher am RCD.
Ein normaler RCD löst aus, sobald dieser Unterschied 30 mA beträgt.

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Eingestellt von um

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