Hochspannungstechnik - Cheatsheet

Grundlagen und Definitionen der Hochspannung

Definition:

Von Hochspannung spricht man in der Regel bei Spannungen über 1 kV. Typische Anwendungsbereiche: Energieübertragung, Elektrische Antriebe, Medizinische Geräte.

Details:

• Typische Hochspannungsbereiche: Mittelspannung (1-52 kV), Hochspannung (52-150 kV), Höchstspannung (>150 kV).
• SI-Einheit der Spannung: Volt (V).
• Formel für elektrische Feldstärke: \(E = \frac{U}{d}\), wobei \(U\) die Spannung und \(d\) der Abstand ist.
• Hochspannungsgeräte müssen gut isoliert sein, um Durchschlag zu verhindern.
• Messung und Berechnung von Hochspannung: Potentialverteilung, Kapazitätsmessung, und Computer-Simulationen.

Materialeigenschaften bei hohen Spannungen

Definition:

Eigenschaften und Verhalten von Materialien unter hohen elektrischen Spannungen; relevant für die zuverlässige Funktion von Hochspannungskomponenten.

Details:

• Durchschlagsfestigkeit: maximale elektrische Feldstärke, bevor ein Material leitfähig wird. Formel: \(\text{E}_{\text{max}} \)
• Durchschlagsmechanismen: Faktoren, die den Durchschlag beeinflussen, wie elektrische Feldverteilung, Materialfehler und Temperatur.
• Teilentladungen: Entladungen in isolierenden Materialien, die unterhalb der Durchschlagspannung auftreten. Messung durch das \(\text{PD}\text{-}\text{Verfahren}\).
• Thermische Leitfähigkeit: Fähigkeit eines Materials, Wärme abzuleiten, wichtig zur Vermeidung thermischer Durchschläge.
• Relative Permittivität \(\text{ε}_{\text{r}}\): Maß für die Polarisierbarkeit eines Materials im elektrischen Feld, beeinflusst die Kapazität von Kondensatoren.

Messmethoden für Hochspannungsgrößen

Definition:

Messmethoden zur Bestimmung von Hochspannungsgrößen, wichtig für sichere und effiziente Systeme.

Details:

• Spannungsteiler: Aufteilung der Spannung auf messbare Werte, Beispiel: kapazitiver Spannungsteiler.
• Resistive Spannungsmessung: Verwendung eines hochohmigen Widerstands um die Spannung zu senken.
• Kapazitive Messung: Nutzkapazitäten zur Spannungsbestimmung, wichtig bei Wechselspannungen.
• Induktive Messung: Bei Wechsel- und Stoßspannungen, Verwendung von Transformatoren.
• Optische Methoden: Kontaktlose Messung mittels elektro-optischer und magneto-optischer Effekte.
• Nutzung von Instrument Transformatoren: Strom- und Spannungswandler zur Isolation und sicherer Messung.

Eigenschaften von Isolierstoffen

Definition:

Eigenschaften von Materialien, die elektrischen Durchschlag verhindern

Details:

• Durchschlagfestigkeit: maximale elektrische Feldstärke ohne Materialversagen
• Dielektrizitätskonstante (ε): Speicherfähigkeit elektrischer Energie
• Verlustfaktor: Energieverluste bei Wechselstromanwendung
• Thermische Stabilität: Beständigkeit gegen hohe Temperaturen
• Mechanische Festigkeit: Widerstand gegen mechanische Belastung
• Feuchtigkeitsbeständigkeit: Resistenz gegen Wasseraufnahme
• Zersetzungstemperatur: Punkt der chemischen Zersetzung

Entstehung und Folgen von Störlichtbögen

Definition:

Störlichtbögen entstehen bei plötzlichem Spannungsdurchschlag und führen zu starken Stromflüssen über unerwünschte Wege.

Details:

• Entstehung: Durchschlag der Isolierstrecke durch Überspannung oder Verschmutzung.
• Folgen: Zerstörung von Bauteilen, Brandgefahr, Ausfall von Systemen.
• Wichtigen Parameter: Überspannung, Material der Isolierstrecke, Umgebungseinflüsse.
• Formel zur Berechnung der Durchschlagsspannung: \( U_b = k \cdot d \cdot \sqrt{p} \) wobei \( U_b \) die Durchschlagsspannung, \( k \) ein Materialkonstante, \( d \) die Isolierstrecke und \( p \) der Druck ist.

Schutzmaßnahmen und Präventionsstrategien bei Lichtbögen

Definition:

Schutzmaßnahmen und Präventionsstrategien bei Lichtbögen schützen vor den Gefahren von Lichtbögen in elektrischen Systemen.

Details:

• Schutzeinrichtungen: Sicherungen, Schutzschalter und Überwachungsgeräte.
• Schutzabstände und Barrieren einhalten.
• Persönliche Schutzausrüstung (PSA): Handschuhe, Schutzbrillen.
• Regelmäßige Wartung und Inspektion der Geräte.
• Verwendung isolierter Werkzeuge.
• Installation von Lichtbogen-unterbrechenden Geräten (Arc Fault Circuit Interrupters, AFCI).
• Schulung und Sensibilisierung der Mitarbeiter.
• Redundanz und Ausfallsicherheit in kritischen Systemen gewährleisten.

Hochspannungsnetze und -systeme in der Energieversorgung

Definition:

Hochspannungsnetze und -systeme sind essentielle Komponenten der Energieversorgung zur effizienten Übertragung und Verteilung elektrischer Energie über große Entfernungen.

Details:

• Spannungsbereich: Hochspannung (110 kV bis 380 kV)
• Verluste: Minimierung von Übertragungsverlusten durch Nutzung hoher Spannungen
• Sicherheit: Schutz- und Schaltanlagen zur Gewährleistung der Betriebssicherheit
• Komponenten: Umspannwerke, Transformatoren, Hochspannungsleitungen
• Drehstromtechnik: Nutzung von Dreiphasenwechselstrom (\text{AC})
• HGÜ: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HVDC) für lange Strecken
• Netzstabilität: Regeltechniken und Lastflusssteuerung

Optische und berührungslose Messverfahren

Definition:

Optische und berührungslose Messverfahren sind Methoden zur Erfassung physikalischer Größen in Hochspannungstechnik ohne direkten Kontakt mit dem zu messenden Objekt.

Details:

• Verwendung in rauen oder gefährlichen Umgebungen
• Typische Methoden: Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV), Bildverarbeitung
• Vorteile: hohe Messgenauigkeit, keine Beeinflussung des Messobjekts
• Typische Anwendungen: Spannungs- und Strommessung, thermische Analyse, Schwingungsanalyse
• Herausforderungen: Kalibrierung, Umgebungsbedingungen