Einführungsvorlesung in die Starkstromtechnik: mit 11 Übungsaufgaben und 18 Diplomvorprüfungsaufgaben für Elektro-, Maschinen- und Bauingenieure mit Lösungen
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München
Oldenbourg
1965
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IN DIE STARKSTROMTECHNIK
Von
Dr -Ing HANS PRINZ
o Professor, Direktor des Instituts für
Hochspannungs- und Anlagentechnik
Technische Hochschule München
Mit 223 Bildern,
11 Übungsaufgaben und
18 Diplomvorprüfungsaufgaben
für Elektro-, Maschinen- und Bauingenieure
mit Lösungen
Inhaltsverzeichnis
I Aufgabe und Bedeutung der Starkstromtechnik
1 Wesen der Starkstromtechnik 13
1 1 Energiebedarf 15
1 2 Stellung der Starkstromtechnik innerhalb der Industrie 15
1 3 Bewältigung des Energie-Mehrbedarfs 16
1 31 Steigerung der pro Einheit installierten Leistung — 1 32 Steige-
rung der Übertragungsspannung — 1 33 Atomkraft — 1 34 Moderne
Regelvorgänge — 1 35 Rechenmaschinen — 1 36 Gesteigerte Aus-
nutzung der Stoffe — 1 37 Kostenaufwand
1 4 Die Einheit der elektrischen Energie 22
2 Eigenschaften der elektrischen Energie 23
2 1 Wirtschaftliche Fortleitbarkeit 23
2 2 Leichte Umwandelbarkeit 25
2 21 Umwandlung in mechanische Energie — 2 22 Umwandlung in
thermische Energie — 2 23 Umwandlung in chemische Energie —
2 24 Umwandlung in Strahlungsenergie
2 3 Leichte Unterteilbarkeit 31
2 4 Energiekonzentrierbar keit 33
2 5 Leichte Steuer- und Regelbarkeit 34
2 6 Gute Meßbarkeit 35
2 7 Betriebssicherheit 36
2 8 Physiologische Wirkung des elektrischen Stromes 36
2 81 Einwirkung auf den menschlichen Organismus — 2 82 Der elek-
trische Unfall
3 Heutiger Stand der Starkstromtechnik# 38
3 1 Erzeugerseite 39
3 2 Verteilerseite 41
3 3 Verbraucherseite 44
II Geschichtlicher Überblick
4 Entwicklung der Starkstromtechnik von 1831 bis heute 48
4 1 Entwicklung von 1831 bis 1891 ■ 48
4 2 Weitere Entwicklung seit 1891 55
III Theoretische Grundlagen
5 Grundbegriffe und Grundgesetze 57
5 1 Begriff des elektrischen Stromes 57
5 11 Allgemeines — 5 12 Stromarten — 5 13 Stromquellen
7
5 2 Begriff der Spannung 62
5 3 Begriff des Widerstandes 62
5 4 Das Ohmsche Gesetz 64
5 5 Die Kirchhoffschen Sätze y 65
5 6 Reihen- und Parallelschaltung von Widerständen 66
6 Leistung und Arbeit 68
6 1 Leistung 68
6 2 Arbeit, Energie 69
7 Wirkungen des elektrischen Stromes 70
7 1 Wärmewirkung 70
7 2 Magnetische Wirkungen 71
7 21 Magnetischer Kraftfluß — 7 22 Begriff der Induktion — 7 23 Kraft-
wirkung des elektrischen Stromes im Magnetfeld
7 3 Chemische Wirkungen 74
7 4 Strahlungswirkung 75
8 Das Induktionsgesetz 76
8 1 Induktionsgesetz 76
8 2 EMK der Bewegung 77
8 3 Eisen im Wechselfeld Eisenverluste 78
9 Induktivität und Kapazität 79
9 1 Induktivität 79
9 2 Kapazität 81
9 3 Ohmsches Gesetz für Wechselstrom 83
9 31 Reihenschaltung aus R und L — 9 32 Reihenschaltung aus R
und C — 9 33 Reihenschaltung aus R, L und C
10 Leistungen und cos q bei Wechselstrom 87
11 Der Wirkungsgrad 88
12 Dynamische Grundlagen 90
12 1 Geradlinige Bewegung 90
12 2 Drehende Bewegung 90
IV Erzeugung elektrischer Energie
13 Energiequellen 92
13 1 Allgemeine Übersicht 92
13 2 Bedeutung der einzelnen Energiequellen 92
13 21 Wärmeenergie aus Brennstoffen — 13 22 Potentielle Energie des
Wassers — 13 23 Wirtschaftlich nicht bedeutende Energiequellen —
13 24 Neue und zukünftige Energiequellen
13 3 Stoffaufwand zur Erzeugung elektrischer Energie 99
14 Kraftwerksarten 100
14 1 Dampfkraftwerke 100
14 2 Atomkraftwerke 104
14 3 Gasturbinenkraftwerke 105
14 4 Dieselkraftwerke 106
8
14 5 Wasserkraftwerke 107
14 51 Berechnung der Leistung — 14 52 Einteilung von Wasserkraft-
werken und Turbinenarten — 14 53 Bauformen
14 6 Pumpspeicherwerke 112
15 Kraftwerksbetrieb 115
15 1 Belastungsdiagramm 115
15 2 Kraftwerkseinsatz 116
15 3 Belastungsausgleich 118
16 Stromerzeuger 120
16 1 Gleichstromgeneratoren 120
16 11 Wirkungsweise — 16 12 Elektromotorische Kraft — 16 13 Anker-
rückwirkung — 16 14 Schaltungen — 16 15 Spannungsregelung —
16 16 Parallellaüf — 16 17 Verluste und Wirkungsgrad — 16 18 Erwär-
mung — 16 19 Konstruktion
16 2 Wechselstromgeneratoren 127
16 21 Wirkungsweise — 16 22 Frequenzgleichung — 16 23 Spannungs-
regelung — 16 24 Verluste — 16 25 Parallellauf — 16 26 Lastverteilung
16 3 Drehstromgeneratoren 129
16 31 Wirkungsweise — 16 32 Verkettung des Drehstromes — 16 33 Pa-
rallelschaltung — 16 34 Ankerrückwirkung — 16 35 Lastverteilung —
16 36 Energiefluß und Wirkungsgrad — 16 37 Konstruktion
17 Akkumulatoren 136
17 1 Der Blei-Akkumulator 136
17 2 Der Edison-Akkumulator 138
V Verteilung elektrischer Energie
18 Verteilungsnetze 139
18 1 Einteilung 139
18 2 Wahl der Spannung 141
19 Der Transformator 142
19 1 Wirkungsweise 142
19 2 Aufbau und Schaltung 144
20 Die Freileitung 146
20 1 Bauelemente 146
20 2 Mastkopfbilder 148
21 Leitungen und Kabel 148
21 1 Isolierte Leitungen 148
21 2 Kabel ; 150
22 Leitungsberechnung 151
22 1 Gleichstromleitung 151
22 2 Wechsel- und Drehstromleitung 152
23 Blindstromkompensation 153
24 Schalter 156
9
24 1 Trennschalter 156
24 2 Leistungsschalter 157
24 3 Lasttrennschalter 160
24 4 Gleichstromschalter 160
25 Schaltanlagen 161
26 Mess- und Schutzeinrichtungen 163
26 1 Meßeinrichtungen 163
26 2 Schutzeinrichtungen 163
VI Verbrauch elektrischer Energie
27 Elektromotorische Antriebe 165
27 1 Gesichtspunkte für die Auslegung eines Antriebes 165
27 11 Drehzahlverhalten — 27 12 Betriebsverhalten — 27 13 Umge-
bungseinflüsse--27 14 Kühlung
27 2 Gesichtspunkte für die Auswahl des Anlaßverfahrens 167
28 Gleichstrom-Nebenschlussmotor 167
28 1 Aufbau und Wirkungsweise 167
28 2 Momentenbeziebung 168
28 3 Elektromotorische Kraft 168
28 4 Anlauf 169
28 5 Drehzahlregelung 169
28 6 Rückwärtslauf 170
28 7 Bremsen 170
28 8 Leonardsatz 171
29 Gleichstrom-Reihenschlussmotor 173
29 1 Aufbau und Wirkungsweise 173
29 2 Momentenbeziehung 173
29 3 Kennlinie 173
29 4 Drehzahlregelung 174
29 5 Betriebsverhalten 174
30 Drehstrom-Asynchronmotor 175
30 1 Aufbau und Wirkungsweise 175
30 11 Drehfeld — 30 12 Drehmoment
30 2 Schaltung 177
30 3 Anlauf 178
30 31 Grobschaltung — 30 32 Stern-Dreieck-Anlauf — 30 33 Anlaß-
widerstand
30 4 Drehzahlverhalten 178
30 41 Drehzahl-Drehmomentkennlinie — 30 42 Drehzahlregelung
30 5 Betriebsverhalten 180
30 6 Verluste und Wirkungsgrad 180
31 Motor- und Personalschutz 181
31 1 Motorschutz 181
31 2 Personalschutz 181
32 Stromrichter 182
10
32 1 Bedeutung der verschiedenen Stromarten 182
32 2 Gleichrichterschaltungen 183
32 3 Trockengleichrichter 184
32 4 Glühkathoden-Stromrichter 185
32 5 Quecksilberdampf-Stromrichter 185
32 6 Gittersteuerung Wechselrichter und Umrichter 186
33 Rotierende Umformer 187
33 1 Aufbau 187
33 2 Anwendung 187
VII Aufgabensammlung
34 ÜBUNGSAUFGABEN 189
1 Das Ohmsche Gesetz — 2 Der Wechselstromkreis — 3 Dynamische
Grundlagen — 4 Dampf- und Wasserkraftwerke — 5 Das Pumpspei-
cherwerk — 6 Verbundbetrieb — 7 Leitungsberechnung — 8 Blind-
stromkompensation — 9 Der Gleichstrom-Reihenschlußmotor —-
10 Der Drehstrom-Asynchronmotor — 11 Der Umformer
35 Ausgewählte Vorprüfungsaufgaben 202
35 1 Für Bauingenieure 202
35 2 Für Maschineningenieure 210
35 3 Für Elektroingenieure 216
FORMELZEICHEN 226
SACHVERZEICHNIS 228
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