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EV – 10/2016Schriftliche Prüfung aus VO Energieversorgung am 10.10.2016Name/Vorname: / Matr.-Nr./Knz.: /1. Unbekannter Fehler in einem Drehstromsystem mit Neutralleiter (24 Punkte)QTLVZNetzeinspeisung QUN 10 kV; Sk 200 kVA; c 1; R/X 0; alle Sternpunkte offenTransformator TDY5 ; U1/U2 10 kV/0,4 kV ; SN 400 kVA ; Pk 0 W; uk 5 % ;XT(0) 7 Ω ; Sternpunkt Sekundärseite geerdetLeitung LKann als impedanzlos angenommen werdenVerbraucher V3-mal Z (in Stern) mit Z jX j5 Ωa. (6) Bestimmen Sie die Elemente der Ersatzschaltung im Mit-, Gegen- und Nullsystembezogen auf die Spannungsebene des Verbrauchers V.Im System tritt eine Störung am Ende der Leitung auf. Das Schaltbild des Fehlers in symmetrischen Komponenten ist in der unteren Abbildung bereits eingezeichnet.b. (2) Um welchen Fehlerfall handelt es sich? (Hinweis: Diese Frage kann auch ohne Bearbeitung der Punkte b, c, d und e beantwortet werden)c. (4) Vervollständigen Sie die untere Abbildung. Geben Sie die allgemeinen Fehlerbedingungen für die Komponentenspannungen U(1), U(2) und U(0) an der Fehlerstelle an.Hinweis: Achten sie auf die Verschaltung des Transformators im Nullsystem!QTLFehlerstelleVΔU(1)(2)(0)d. (4) Berechnen Sie die Komponentenspannungen U(1), U(2) und U(0) an der Fehlerstelle.e. (4) Bestimmen Sie die Komponentenströme I(0), I(1) und I(2) an der Fehlerstelle.f. (4) Wie groß sind die Phasenströme Ia, Ib und Ic an der Fehlerstelle?
EV – 10/20162. Betriebsparameter einer 380kV-Leitung (24 Punkte)Für eine 380 kV-Leitung in einem 50 Hz Netz mit3er-Bündeln und einem Mastbild wie in der Abbildung sollen verschiedene Betriebsparameterermittelt werden. Es wird angenommen, dass dieLeitung über ihre Länge verdrillt und damitsymmetriert wird.Querschnitt Einzelleiter:320 mm²Leiterabstand a im Bündel: 40 cmAnzahl Leiter im Bündel:3Länge der Leitung:220 kmGleichstromwiderstand (Einzelleiter): 0,18 Ω/kmStromverdrängungsfaktor bei 50 Hz:ksr 1,2Abbildung nicht maßstäblich!a. (6) Wie groß ist die längenbezogene symmetrische Betriebsinduktivität der Leitung?b. (3) Wie groß ist die längenbezogene symmetrische Betriebskapazität der Leitung?c. (3) Wie groß ist die komplexe Ausbreitungskonstante 𝛄 unter der zusätzlichen AnSnahme, dass G′ 0 km? Verwenden Sie die Näherung für die Dämpfungs- und Phasenkonstante (R′ ωL′ , G′ ωC′ ):α R′2C′ ′ LG′2 L′C′β ωv 2πλ ω L′ C′ΩSd. (3) Leiten Sie für die leerlaufende und verlustlose Leitung (R' 0 km , G' 0 km) allgemein die Scheinleistung am Leitungsanfang als Funktion S1 f(U1, ZW, Länge) her.e. (3) Skizzieren Sie qualitativ das Zeigerdiagramm der leerlaufenden Leitung im Verbraucherzählpfeilsystem (Strom & Spannung am Anfang der Leitung) und begründenSie Ihre Darstellung.f. (3) Wie groß ist die thermische Dauerstrombelastbarkeit eines Einzeleiters Ith, wennangenommen wird, dass die natürliche Leistung der verlustlosen Leitung der thermisch übertragbaren Scheinleistung entspricht?g. (3) Wie groß sind der induktive und der kapazitive Anteil der Blindleistung der Leitung wenn die verlustlose Leitung mit Ith aus Punkt f. belastet wird?
EV – 10/20163. Wirtschaftlichkeitsverlgeich – GuD oder Kohle zur Grundlastdeckung (24 Punkte)In einem Energieversorgungssystem werden zusätzliche Kraftwerke benötigt und sollen inihrer Wirtschaftlichkeit untersucht werden. Die folgenden zwei Kraftwerkstypen sind zu vergleichen:GuD-KraftwerkKohlekraftwerkspez. Errichtungskostenleistungsabhängige BetriebskostenBrennstoffkostenHeizwertWirkungsgrad (elektrisch)arbeitsabhängige BetriebskostenZinssatzNutzungsdauer650 / kWel42 / kWel a0,25 /m³ Erdgas30MJ/m³ Erdgas60%0,001 / kWhel8,4 %25 a1550 / kWel110 / kWel a80 /t Steinkohle30 MJ/kg Steinkohle42%0,005 / kWhel8,4 %25 aGrundlastpreis (Mittelwert)70 /MWha. (9) Welche Volllaststunden müssten die beiden Kraftwerke mindestens pro Jahraufweisen, um die angebende Grundlast wirtschaftlich erzeugen zu können? Welches Kraftwerk wäre dafür günstiger?b. (6) Der Grundlastpreis sinkt um 10% auf 63 /MWh. Berechnen Sie für das GuDKraftwerk die sich (bei sonst gleichen Rahmenbedingungen) erforderlichen Volllaststunden für den wirtschaftlichen Betrieb. Interpretieren Sie das Ergebnis!c. (6) Für spez. Errichtungskosten von 700 / kWel kann das GuD-Kraftwerk zusätzlich mit einer Wärmeauskopplung ausgerüstet werden, wodurch sich der Wirkungsgrad auf 65% erhöht (der Zugewinn wir vereinfachend dem elektrischenWirkungsgrad angerechnet). Berechnen Sie über das kalorische Kostenäquivalent, ab welcher Vollaststundenzahl sich diese Investition rechnet.d. (3) Ist der erhöhte Aufwand aus Punkt c. unter Berücksichtigung der Volllaststunden aus Punkt a. eine sinnvolle Investition (kurze Begründung)?
EV – 10/20164. Fünf Sicherheitsregeln (4 Punkte)Bringen Sie die fünf Sicherheitsregeln in die richtige Reihenfolge:Benachbarte, unter Spannung stehende Teile abdecken oder abschrankenFreischalten (d.h. allpoliges Trennen einer elektrischen Anlage von spannungsführenden Teilen)Spannungsfreiheit allpolig feststellenErden und kurzschließenGegen Wiedereinschalten sichern
EV – 10/20165. Theoriefragen (24 Punkte)Name/Vorname: / Matr.-Nr./Knz.: /Richtige Antwort bitte deutlich markieren.Hinweis: Es ist jeweils genau eine Antwort richtig! Nicht beantwortete Fragen geben 0 Punkte, falsch beantwortete Fragen werden als -0,5 Punkte gewertet. Maximale Punktzahl diesesPrüfungsteils ist 24 Punkte, minimale Punktzahl ist 0 Punkte.1. Wie setzt sich die Erzeugung elektrischer Energie in Österreich in etwa zusammen? 60% Wasserkraft, 10% andere Erneuerbare, 30% fossil-thermische Kraftwerke 60% Wasserkraft, 30% andere Erneuerbare, 10% fossil-thermische Kraftwerke 60% fossil-thermische Kraftwerke, 30% Wasserkraft, 10% andere Erneuerbare2. Wie hoch ist die Nennfrequenz im österreichischen elektrischen Energiesystem? 50Hz 60Hz 100Hz3. Welche Wasserturbine ist in diesem Bild dargestellt? Eine Kaplanturbine Eine Francisturbine Eine Peltonturbine4. Auf welche Drehzahl beschleunigt eine Peltonturbine, wenn der Generator vom Netzgetrennt wird? Gar nicht Maximal auf die doppelte Nenndrehzahl Unendlich (bis zur Zerstörung der Turbine)5. Eine Wasserkraftanlage kann mit einer Wassermenge Q von 50m³/s eine elektrischeLeistung von 40MW erzeugen. Welche Höhendifferenz arbeitet die Turbine ungefährab? 8m80m100m200m6. Wie hängt die mögliche Leistung einer Windturbine von der Windgeschwindigkeit vab? Linear ( v)Quadratisch ( v²)Kubisch ( v³)Gar nicht7. Was ist ein Vorteil von symmetrischen Drehstromsystemen gegenüber einphasigenWechselstromsystemen? Transformierbarkeit Keine Blindleistung Konstante Augenblicksleistung
EV – 10/20168. Welche Betriebsmittel verhalten sich im Mit- und Gegensystem deutlich unterschiedlich? Leitungen Transformatoren Generatoren9. Welchen Effektivwert haben die Leiter-Leiter-Spannungen in einem symmetrischen110kV-Netz? Etwa 110kV 2Etwa 110kVEtwa 110kV/ 3Etwa 110kV/ 3 210. Welche Auswirkung haben Bündelleiter bei Freileitungen gegenüber Einfachleitern? Sie erhöhen die natürliche Leistung Sie reduzieren die natürliche Leistung Sie reduzieren die thermische Grenzleistungl/311. Auf welche Art ist die dargestellte Doppelleitung verdrillt? α-Verdrillung β-Verdrillung γ-Verdrillungl/3l/3a1b1c1c2b2a212. UmwelchenWinkelsinddiePrimäreines Dy5-Transformators gegeneinander verdreht?undSekundärspannungen Um 5 Um 150 Gar nicht. Nur die Ströme werden verdreht.13. Welche Art von Schaltern kann Lastströme ausschalten? Nur TrennschalterNur LastschalterNur LeistungsschalterLast- und Leistungsschalter14. Die Generatoren eines Wasserkraftwerkes in Österreich sollen eine synchrone Drehzahl von 200 U/min aufweisen. Welche Polpaarzahl haben die Generatorläufer? 10 Polpaare 15 Polpaare 30 Polpaare15. Welche Größen sind bei der Lastflussrechnung am Slackknoten vorgegeben? Spannung U und Spannungswinkel δ Wirkleistung P und Blindleistung Q Wirkleistung P und Spannung U16. Bei welchem Kurzschlussstromverlauf klingt das Wechselglied ab? Beim generatorfernen Kurzschlussstromverlauf Beim generatornahen Kurzschlussstromverlauf Beim Stoßkurzschlussstrom
EV – 10/201617. Um welchen Faktor erhöhen sich die Leiter-Erde-Spannungen der beiden gesundenPhasen während eines einpoligen Erdschlusses in Netzen mit Erdschlusslöschspule imSternpunkt? Gar nicht Um den Faktor 2 Um den Faktor 318. Wie verhält sich ein untererregter Synchrongenerator bezüglich seiner Blindleistung? Wie eine Kapazität Wie eine Induktivität Wie ein Widerstand19. Welche Leistung wird maßgeblich durch die Spannungsregelung eines Synchrongenerators beeinflusst? Die Wirkleistung Die Blindleistung20. Bei welchem Erregersystem werden Schleifringe verwendet, um den Erregerstromauf den Rotor des Generatorläufers zu übertragen? Beim statischen Erregersystem Beim dynamischen Erregersystem Beim bürstenlosen Erregersystem21. Welche Regelung führt die Frequenz nach einer Frequenzabweichung wieder auf dieSollfrequenz zurück? Die Primärregelung Die Sekundärregelung Die Tertiärregelung22. Welcher Marktteilnehmer ist für die Leistungs-Frequenz-Regelung in einer Regelzoneverantwortlich? Der Regelzonenführer Der Netzbetreiber Der Bilanzgruppenkoordinator23. Eine Windkraftanlage mit der Nennleistung 2MW speist in einem Jahr eine Energievon 5GWh in das Netz ein. An 172 Stunden im Jahr erreicht sie dabei ihre Nennleistung, den Rest des Jahres liegt ihre Leistung unterhalb der Nennleistung. WelcheVolllaststunden weist diese Windkraftanlage auf? 172h 2500h 1720h24. Welcher Anteil der Stromgestehungskosten wird maßgeblich durch die Kosten für dieErrichtung eines Kraftwerkes beeinflusst? Die leistungsabhängigen Kosten Die arbeitsabhängigen Kosten Die Brennstoffkosten
Wirkungsgrad angerechnet). Berechnen Sie über das kalorische Kostenäquiva- . Eine Windkraftanlage mit der Nennleistung 2MW speist in einem Jahr eine Energie von 5GWh in das Netz ein. An 172 Stunden im Jahr erreicht sie dabei ihre Nennleis-tung, den Rest des J
