8. Energieversorgungsnetze

Ein elektrisches Energieversorgungsnetz überträgt die elektrische Energie von den Kraftwerken zu den Verbrauchern. Es besteht aus Leitungen bzw. Kabeln zum Transport, Transformatoren zur Kopplung der Netze unterschiedlicher Spannungsebenen sowie Schaltanlagen zur Verknüpfung der Leitungen und Transformatoren. Nach der Vorstellung der verschiedenen Netzformen wird die Sternpunktbehandlung betrachtet. Jede Behandlungsweise hat ihre Vor- und Nachteile und bringt im Fehlerfall verschieden hohe Kurzschlussströme hervor. Durch die Netzberechnung ist man in der Lage das elektrische Netz im fehlerfreien Zustand (Lastfluss) und fehlerbehafteten Zustand (Kurzschluss) zu bewerten. Dabei wird auf verschiedene Verfahren wie z. B. Newton-Raphson oder der Kurzschlussstromberechnung nach DIN VDE 0102 eingegangen. Netzrückwirkungen, die von Verbrauchern ausgehen und andere Verbraucher beeinträchtigen, beeinflussen die Qualität der Spannung im Netz. Deshalb werden die unterschiedlichen Qualitätsmerkmale behandelt. Die Energieversorgungsnetze werden durch volatile regenerative Einspeisungen heute viel dynamischer betrieben als in der Vergangenheit. Aus diesem Grund wird gezeigt, wie man elektromagnetische Ausgleichsvorgänge mit der Trapezregel, dem impliziten oder expliziten Euler-Verfahren berechnen kann und was die Begriffe statische und transiente Stabilität bedeuten. Die Energiewende in Deutschland zwingt auch zu einem großflächigen Netzausbau. Es wird die grundsätzliche Vorgehensweise bei der Netzplanung, dem Netzausbau und der damit verbundenen Investitionskostenrechnung gezeigt. Im Abschnitt “Netzbetrieb” wird erläutert, wie die Netzleittechnik das Versorgungsnetz steuern und kontrollieren kann. Dazu braucht man Messwerte, die durch das Verfahren der State Estimation zu einem konsistenten Datensatz reduziert werden. Mit diesem Datensatz und der Kenntnis der Ersatznetze kann man dann nach dem n − 1-Verfahren die Netzsicherheitsrechnung durchführen. Der Netzschutz soll unzulässige Betriebszustände erkennen und anzeigen bzw. die fehlerbetroffenen Betriebsmittel abschalten. Nach der Art der Störung unterscheidet man Kurzschlussschutz, Überlastschutz, Erdschlussschutz, Über- und Unterspannungsschutz sowie Über- und Unterfrequenzschutz. Diese Schutzprinzipien werden abschließend behandelt.