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1 / 18 Vom Kraftwerk zur Steckdose Der im Kraftwerk links erzeugte Strom erreicht die Lampe im Haus rechts fast sofort. Die Schilder zeigen Spannung und Strom an jeder Stufe, und die orangen Perlen zeigen den hin und her schwingenden Strom, 60-fach verlangsamt. Die Schaltflächen oben öffnen acht weitere Szenen.
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Rundgang Teile Steuerung
01 Vom Kraftwerk zur Steckdose Der im Kraftwerk links erzeugte Strom erreicht die Lampe im Haus rechts fast sofort. Die Schilder zeigen Spannung und Strom an jeder Stufe, und die orangen Perlen zeigen den hin und her schwingenden Strom, 60-fach verlangsamt. Die Schaltflächen oben öffnen acht weitere Szenen.
02 Der Generator dreht sich 3600-mal pro Minute Dampf treibt die Turbine, und der Generator auf derselben Welle dreht mit. Ein zweipoliger Generator muss sich 60-mal pro Sekunde drehen, um 60 Hz zu erzeugen. Im Modell gibt er 22 kV ab, sodass für 500 MW etwa 13.100 Ampere nötig sind.
03 Der Aufspanntransformator hebt die Spannung Im Kessel hat die Unterspannungsspule 5 dicke Windungen und die Oberspannungsspule 78 dünne. Die Spannung steigt mit dem Übersetzungsverhältnis (22 kV auf 345 kV sind 1 : 15,7), und der Strom sinkt im selben Verhältnis. Bewegen Sie den Spannungsregler, und die Windungen der rechten Spule ändern sich mit.
04 Gleiche Leistung, niedrigere Spannung Bei 345 kV brauchen die 500 MW 837 A und verlieren 6,3 MW (1,26 %) in der 3-Ohm-Leitung. Der Regler steht jetzt bei 154 kV: Der Strom beträgt 1875 A und der Verlust 31,6 MW, fünfmal so viel, sodass die Drähte heißer werden und tiefer hängen. Bei 22,9 kV wäre der Verlust größer als die Leistung selbst. Eine längere Leitung oder ein dünnerer Draht erhöht den Widerstand und damit den Verlust.
05 Das Umspannwerk senkt auf 22,9 kV Ein Transformator senkt 345 kV auf 22,9 kV, und Schalter schicken den Strom auf viele Abgänge. In Korea macht der Weg unterwegs meist noch einmal bei 154 kV Halt; das Modell lässt das weg. Ein Abgang führt hier 6,25 MW bei etwa 158 A.
06 Der Masttransformator macht 220 V Die drei Leiter des Abgangs liegen untereinander auf 22,9 kV, aber jeder liegt 13,2 kV vom Neutralleiter darunter entfernt. Der Kessel am Mast sitzt zwischen einem Leiter und dem Neutralleiter und senkt 13.200 V auf 220 V, ein Übersetzungsverhältnis von 60 : 1.
07 220 V bei 60 Hz in der Wand Die Spannung an der Steckdose schwingt 60-mal pro Sekunde zwischen +311 V und −311 V, und 220 V ist ihr Effektivwert. Koreanische Vorschriften erlauben 198 bis 242 V. Das Diagramm in der Anzeige zeigt drei Perioden, 50 Millisekunden.
08 Übersteigt die Nachfrage das Angebot, sinkt die Frequenz Die Nachfrage ist soeben auf 560 MW gesprungen, während der Generator noch auf 500 MW steht. Die fehlende Leistung wird dem rotierenden Läufer entnommen, er wird langsamer, und die Frequenz sackt auf etwa 59,6 Hz. Der Turbinenregler öffnet, und die Frequenz pendelt sich bei 59,825 Hz ein. Schalten Sie die AGC ein, um sie auf 60 Hz zurückzubringen.
09 Manche Kraftwerke rotieren, andere nicht Kohle-, Kern-, Gas- und Wasserkraftwerke drehen schwere Generatoren im Takt des Netzes, und die Stahlräder zeigen, wie viel Energie jedes in seiner Drehung speichert (die Trägheitskonstante H, in Sekunden). Wind, Solar und Batterien sind über Wechselrichter angeschlossen und bringen keine ein. Erhöhen Sie den Wechselrichteranteil, und die Frequenz fällt nach dem Verlust einer Einheit schneller.
10 Ein Sommertag Die Nachfrage ist vor der Dämmerung am niedrigsten und am Nachmittag am höchsten. Koreas Rekord liegt bei 97,1 GW, aufgestellt am 20. August 2024. Mit 30 GW Solar werden die Mittagssäulen teilweise gelb, und der steilste Anstieg wandert in die Stunden um den Sonnenuntergang.
11 Die Entenkurve An einem milden Frühlingstag mit 60 GW Solar sackt die für die übrigen Kraftwerke verbleibende Nachfrage mittags ab und steigt nach Sonnenuntergang steil an. Kaliforniens Netzbetreiber nannte diese Form eine Ente. Gas und Wasserkraft müssen diesen Abendanstieg binnen weniger Stunden auffangen.
12 Eine Einheit fällt aus Eine 1400-MW-Einheit ist soeben aus einem 80-GW-Netz gefallen. In den ersten Sekunden hält nur die rotierende Masse aller Maschinen die Frequenz; dann legen die Turbinenregler Reserve zu, und im Modell erreicht die Frequenz etwa 8 Sekunden später ihren Tiefpunkt nahe 59,67 Hz. Fügen Sie Batterien hinzu, um sie über 59,8 Hz zu halten.
13 Im Inneren des Transformators Der Kern ist aus dünnen Stahlblechen geschichtet, damit die Wirbelströme klein bleiben. Jeder Schenkel trägt eine Unterspannungsspule innerhalb einer Oberspannungsspule, alles unter Öl, das die Wärme zu den Radiatoren trägt. Im Modell verliert eine 1000-MVA-Einheit bei 80 % Last etwa 3,1 MW, ein Wirkungsgrad von etwa 99,6 %.
14 Isolatoren, Bündel und Durchhang Eine 345-kV-Kette aus 20 Glasscheiben hält den Draht 2,9 m vom Stahl entfernt. Vier Drähte je Phase halten das Oberflächenfeld nahe 10 kV/cm, weit unter den 21,6 kV/cm, bei denen bei schönem Wetter die Korona einsetzt. Erwärmen Sie den Draht auf 80 °C, und die 400-m-Spannweite hängt von 10,5 m auf etwa 13,6 m durch.
15 765 kV im Regen Bei 765 kV hat die Kette 40 Scheiben und ist 5,8 m lang. Regen senkt den Koronaeinsatz auf etwa 14,5 kV/cm, und selbst sechs Drähte je Phase ergeben 15 kV/cm, sodass die nasse Leitung leuchtet und knistert. Deshalb tragen Höchstspannungsleitungen große Bündel und summen bei nassem Wetter trotzdem.
16 Gleichstrom unter dem Meer Jejus erste Verbindung führt seit 1998 180 kV Gleichstrom von Haenam. Ein so langes Wechselstromkabel würde einen großen Teil seiner Nennlast dafür verbrauchen, die eigene Kapazität aufzuladen; in diesem Modell ist ein 154-kV-Wechselstromkabel bei etwa 150 km voll. An Land lohnt sich Gleichstrom hier ab etwa 700 km wegen der Kosten der Konverterstationen.
17 Ein Fehler, dann der nächste Ein Fehler nimmt die Leitung Inland–City aus dem Netz. Ihre Leistung weicht auf die anderen Wege aus, die Leitung Inland–Dam läuft über ihre Grenze, und etwa 18 Sekunden später löst ihr Schutz aus. Dann fällt die nächste Leitung. Drücken Sie rechtzeitig „10 % abwerfen“, wie es Betreiber tun, und die Kaskade stoppt.
18 Der Kasten in Ihrem Haus Jeder Abgang hat seinen eigenen Schalter. Schalten Sie Wasserkocher, Mikrowelle, Reiskocher und Heißluftfritteuse zusammen ein, und der 20-A-Schalter der Küche löst nach einer Weile aus. Der Fehlerstrom-Schutzschalter vergleicht den hinausgehenden mit dem zurückkommenden Strom und löst bei 30 mA aus. Drücken Sie seine gelbe Prüftaste: Er sollte sofort auslösen.
Kraftwerk Turbinenhalle, Kesselhaus und Schornstein. Schalten Sie „Ins Innere sehen“ ein, um Turbine und Generator zu betrachten. Turbine und Generator Dampfturbine und Generator auf einer Welle. Die roten Markierungen zeigen die Drehung, 60-mal langsamer als bei einer echten zweipoligen Maschine mit 3600 U/min. Aufspanntransformator Ölgefüllter Kessel mit Kühlrippen. Unterspannungsdurchführungen an der Seite, hohe Oberspannungsdurchführungen oben. Kern und Wicklungen Fünf dicke Windungen auf einem Schenkel des Eisenkerns, viele dünne auf dem anderen. Das Windungsverhältnis bestimmt die Spannung. 345-kV-Mast Stahlgittermast mit zwei Drehstromkreisen und zwei Erdseilen oben, die Blitzeinschläge aufnehmen. Isolatorketten Ketten aus Porzellanscheiben, die die Drähte vom Stahl fernhalten. Höhere Spannung braucht eine längere Kette. Leiterseile Aluminiumdrähte mit Stahlkern. Im Modell glühen sie und hängen tiefer durch, wenn die I²R-Wärme steigt. Umspanntransformator Bringt 345 kV auf 22,9 kV für die Verteilleitungen herunter. Schalter und Sammelschiene Leistungsschalter öffnen einen Abgang bei einem Fehler in Sekundenbruchteilen. 22,9-kV-Abgang Drei Außenleiter auf der Traverse und darunter ein Neutralleiter, auf Betonmasten. Masttransformator Zwischen einen Außenleiter und den Neutralleiter geschaltet: 13,2 kV hinein, 220 V heraus. Haus und Zähler Der Hausanschluss vom Mast kommt am Zähler an der Wand an. Steckdose Zwei runde Löcher mit Schutzkontakten an der Seite. 220 V bei 60 Hz. Kohlekraftwerk Kesselhaus, Turbinenhalle, ein geringelter Schornstein und ein überdachtes Kohlelager. Seine Dampfturbine bringt eine große rotierende Masse ein. Kernkraftwerk Kuppelförmiges Containment neben der Turbinenhalle. Es läuft fast immer nahe Volllast. Gas-und-Dampf-Kraftwerk Zwei Gasturbinen, deren heißes Abgas in den Kesseln dahinter Dampf erzeugt, und ein LNG-Tank. Startet schnell. Wasserkraftwerk Bogenstaumauer, See, zwei Druckrohrleitungen und das Kraftwerkshaus am Fuß der Mauer. Windpark Drei Turbinen. Die Rotoren drehen sich, aber die Generatoren sind über Wechselrichter am Netz, sodass das Netz keine rotierende Masse spürt. Solarpark Reihen geneigter Module auf Gestellen und ein Wechselrichter. Keine beweglichen Teile. Batteriespeicher Container mit Lithium-Ionen-Zellen und Stromrichtern. Sie antworten in Sekundenbruchteilen. Stündliche Nachfrage 24 Säulen, eine pro Stunde. Blau: Nachfrage, die die Netzleitung decken muss. Gelb obendrauf: was die Solaranlagen liefern. Angebotshöhe Eine grüne Glasscheibe in der Höhe der Erzeugung aus Kernenergie, Kohle, Wasserkraft, sonstigen Kraftwerken und dem zugeschalteten Gas. Stadt Ihre Fenster leuchten nach Sonnenuntergang auf, wenn sich die Nachfrage in die Wohnungen verlagert. Frequenzmesser Zeiger auf einer Skala von 58 bis 62 Hz. Grün ist das Normalband, 59,8 bis 60,2 Hz; rot liegt unter 59,0 Hz, wo im Modell der Lastabwurf beginnt. Generatoren in Betrieb Turbosätze, die am Netz bleiben. Ihre Läufer halten die Frequenz in den ersten Sekunden, dann legen ihre Turbinenregler aus der Reserve Leistung zu. Die ausfallende Einheit Ein 1400-MW-Satz, etwa ein großer Kernkraftblock (Modellwert). Drücken Sie „Einheit auslösen“, und er fällt aus dem Netz. Batterie für die Frequenz Leuchtet grün, solange sie entlädt. Im Modell erreicht sie die volle Leistung in etwa 0,2 s. Lastblöcke Drei Gruppen von Gebäuden. Jede Unterfrequenzstufe (59,0, 58,8 und 58,6 Hz) schaltet eine Gruppe ab. Geblechter Kern Drei Schenkel und zwei Joche aus dünnen Stahlblechen, gestuft, sodass der Querschnitt nahezu rund ist. Der magnetische Fluss läuft darin um. Unterspannungswicklung Die innere Spule: wenige Windungen aus dickem Kupfer, die den großen Strom führen. Oberspannungswicklung Die äußere Spule, ein Stapel von Scheiben mit vielen Windungen dünneren Kupfers und Papierisolierung dazwischen. Kessel und Ausdehnungsgefäß Der vorn aufgeschnittene Stahlkessel und darüber das Ausdehnungsgefäß, das dem Öl Platz zur Ausdehnung bei Erwärmung gibt. Isolieröl Mineralöl füllt den Kessel. Es isoliert die Wicklungen und trägt ihre Wärme zu den Radiatoren. Radiatoren Dünne Platten auf beiden Seiten. Warmes Öl sinkt beim Abkühlen durch sie nach unten. Durchführungen Porzellansäulen, die die Leiter durch den Deckel nach außen führen: hohe für die Oberspannung, kurze für die Unterspannung. Stufenschalter Schaltet zwischen Anzapfungen der Wicklung um, um die Ausgangsspannung um einige Prozent zu trimmen. Mast und Traverse Verzinkter Stahlgitterbau. Die Traverse hält eine Phase weit vom Mastkörper entfernt. Isolatorkette Glasscheiben in einer Kette, je etwa 146 mm. Das Modell nutzt 10 für 154 kV, 20 für 345 kV und 40 für 765 kV. Bündelleiter Mehrere Drähte je Phase, durch Abstandhalter 45 cm auseinandergehalten (Modell). Mehr Drähte senken das Feld an jeder Drahtoberfläche. Korona Übersteigt das Feld an der Drahtoberfläche die Durchschlagsfestigkeit der Luft, leuchtet die Luft violett, knistert und verschwendet Leistung. Konverterstationen Ventilhallen an beiden Enden wandeln Wechselstrom in Gleichstrom und zurück. Auf einer Seite steht ein Wechselstrom-Schaltfeld, auf der anderen eine Gleichstrom-Glättungsdrossel. Ventile Stapel von Halbleiter-Ventilmodulen in den Hallen. Schalten Sie „Ins Innere sehen“ ein, um durch die Wände zu blicken. Seekabel Kupferleiter, Papierisolierung, Bleimantel und Stahlarmierung, auf dem Meeresgrund verlegt. Das aufgeschnittene Stück zeigt die Schichten. Insel Windturbinen und eine Stadt. Mit einer Verbindung für beide Richtungen kann die Insel nachts importieren und überschüssigen Windstrom abgeben. Kraftwerke Coast (3000 MW), Inland (2000 MW) und der Staudamm (1000 MW). Zerfällt das Netz, teilen sich die Kraftwerke in jedem Stück die Last, die sie erreichen. Städte Fünf Städte und ein Industriegebiet. Ihre Fenster dimmen im Verhältnis zur Last, die nicht versorgt werden kann. Übertragungsleitungen Zwölf Leitungen, nach Auslastung gefärbt. Klicken Sie auf eine, um sie auszulösen. Die Leistung teilt sich im umgekehrten Verhältnis zur Reaktanz auf parallele Wege auf (Gleichstrom-Lastfluss). Verteilerkasten Ein Metallkasten in der Wand mit einer Tür. In einem echten Haus bleibt das Innere hinter einer Abdeckung. Sammelschienen Kupferschiene, die jeden Schalter speist, die blaue Neutralschiene und die grün-gelbe Erdschiene. Schalter Hauptschalter (im Modell 40 A), Fehlerstrom-Schutzschalter mit gelber Prüftaste und fünf Leitungsschutzschalter. Klicken Sie auf einen ausgelösten Hebel, um ihn wieder einzuschalten. Verdrahtung und Erdung Abgangskabel hinauf zu den Räumen und der Erdleiter hinunter zu einem Kupferstab im Boden. Geräte Klicken Sie auf eins, um es ein- oder auszuschalten. Ein grünes Licht zeigt, dass es Strom bekommt.
