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Kabel; Herleitung der Leitungsgleichungen mit Zeigern


CC-BY-NC-SA 3.0

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im Anschluss von Windparksstellt sicher die FrageKabel oder Leitunglegen sie Kabel unter die Erde oderhaben Sie Freileitungenund vernommen an wie man ein Kabel modellieren kannbei derLeitung hatten wir einfach gesagtokayda gibt's einen Widerstandtypischerweisein der Leitung dann jetzt Induktivitätgebenfällt auf ich mal die Induktivität immer wir vor Jahrzehnten sollte allmählich mal die Aktivität malen sie heute aussieht schon so sollte die Induktivität aussehendass wir das mal was man sich als Leitung vorstellen kann so hat man das ja auch beim Kabel kommt noch hinzu das in Kapazität kriegenso was kommt dazu quer dazuund das auch wieder sozusagen pro Kilometer oder pro MetereinenUmständenbesser als einWiderstandsanteileineninduktiven Anteilund einen Kapazitätenanteilund dass es auch wieder pro Länge zum Beispielnur sowas hier derAnteilan Wirkwiderstandder obendrein ohmsche Anteildass man sagt das sindnull Komma null acht umjetzt aber danebenpro KilometerBeistrich heißt das dann in der Widerstandsbelagund genauso ihr für die Induktivitätwelche Induktivitäthaben sie pro Kilometeroder man gibt ?? eben nicht die Induktivität typischerweise ansonsten Blindwiderstandals dass sie hier nicht Induktivität ?? haben sondernBlindwiderstandX habenPunkt dann haben wir zum Beispiel null Komma eins fünf Ohm pro Kilometerals Belagsstrichpro Länge als Belag mit diese Induktivitätjetzt mit dem BlindwiderstandausgedrücktReaktanz ausgedrücktund dann aber noch die Kapazitätauch wieder als Belag wie viel ist das pro Längeneinheitpro Kilometer zum Beispielein null Komma eins vier Mikrofaradpro Kilometer so konnte das massive Kabel Aussehenund das ist der Unterschiedder hiergrößte Unterschied zur Leitungbei der Leitung ist diese Kapazitätvernachlässigbarund sie kann sich vorstellenbei WechselstromWechselspannungwird diese Kapazitätspannendwahrsten Sinne des Wortes sprang sie wird auch schon bei Gleichspannung wenn man die Leihspannung einschaltet und ausschaltetaber bei Wechselspannunghaben sie ständig ein Problem sozusagen wenn diese Kapazität zu großes?? Bindestrich zu groß werden und sie damit hier im ohmsche Widerstandleistungverbratendass wir jetzt sozusagen pro Kilometer stellen sich vor das wäre ein KilometerihresKabelsdann haben Sie hier ?? null Komma null acht Ohm und hier haben Sie als Reaktanz null Komma eins fünf Ohm und die haben sie alsKapazitätnull Komma eins vier Mikrofaradan der Stelle ?? niemals überlegen okay wenn ich ein Kabel brauche auf sie haben sie ein Kabel und keine Leitung das wäre auch spannend aber auf sie werden sie wohl ein Kabel habenund haben damit diese Kapazität trennen und damit haben siemit Wechselspannungnachteilewegen dieser Kapazitätdas ist dann einer der Gründe weshalb man sich Hochspannung Gleichspannungsübertragungangucktund die mit dieser Kapazität und dann auch mit der InduktivitätViewing Problemegucken ob er so bisschen ausrechnen können wie groß die Effekte eigentlich sinddiese Kapazität dazu kommt beim Kabelgroß sind diese Effekte eigentlichimmer zu Beginn einmal überlegenPunkt das wäre sozusagenein Kilometerdas heißt die müsste ich eigentlich rechnen für ein langes Kabelwenn sie die sagen ich hab ?? zwanzig dreißig Kilometervom Windparkbiszur Übergabestationauf Landwie mich sicher langes Kabel dann hin zeichnenals Ersatzschaltungdas ist dann ebender erste Gedanke kann ich das nicht einfach ineinander hängen und sage okay dieser Widerstand ist richtig großwas also richtig großen Widerstand und eine richtig dicke Induktivitätund einen richtig großenKondensator sozusagen eine richtig große Kapazität dardas aber komisch wenn das einfach so den Jahr weitergehtwas man tun müsste ist jasie haben für den ersten Kilometerihre null Komma null acht oben und dann haben sie die null Komma eins fünf um den Widerstandund ?? haben sieihrenull Komma eins vier Mikrofarad oder müssen Sau geht kommt der nächste Kilometerund jetzt kommt der nächste Kilometerkommt der nächste Kilometer?? langweiligund so weiter so müsste man eigentlich rechnen können nicht so rechnen dass sie sagen jetztin zwanzig Kilometer Adams der Widerstand zwanzig mal null Komma null acht Ohm und der Blindwiderstand ist zwanzig mal null Komma eins fünf Rom und so weitermüsse sich so Schaltung überlegen wenn sie immer wiederein Kilometer ineinanderschalten?? dass dieser Kondensator hier vornevom Gefühl her würde jetzt aus vom Gefühl der Geschichte dieser Kondensator davon ja sehr viel mit der steht ist nur dieser eine Widerstandund diese eine Induktivitätdavorsich das angucken der große Kondensatordeckschichtja nur was über den groß Widerstand sozusagen ?? Gesamtwiderstandund die Gesamt Induktivität nächstesSchein zu knirschen sogar sich gut funktionierenwas ?? müsste sich dieses hier unten überlegenund für ?? kurzes Kabelwird das auch noch besser ins überlegen Sie schließen ihr hinten jetzt ein Verbraucher an wäre es auch ein bisschen kurzes Kabel besser nicht so zu arbeitensondern das wäre raffinierter als Ersatzschaltbildauch das hier ist nicht so ganzordentlich das geht auch besserfunktioniert wenn es dann so miteinander hängen würdewie könnte man das ja auch noch sinnvoller machen als Ersatz habe ich Verständnis?? Verbraucher angehängt?? mal andersrum an wenn das in Ersatzschaltbildfür mein Kabel sein soll dann wäre das Kabel ja asymmetrischeswird sich von der linken Seite anders anfühlt als von der rechten Seite von der rechten Seite sind Sofortkapazitätvon der linken Seite sehen Sie erst mal den Widerstand hier es wird sich von links und von rechts offensichtlich anders verhalten das ist kein gutes Modellwie würde man das verbessern können dass es sich von links und von rechts gleich verhältgenau das ist aus Aussageneinfach in den wir den halben Widerstandund ich nehme die halbe Induktivität?? mit Widerstand dann davonund schiene mich meine Kapazitätwird sie mich ?? noch mal die halbe den halben Blindwiderstand von der Induktivitätund dann noch mal den halben Widerstand hier so wird es symmetrisch werden so fühlte sich von links und von rechtsgleichenes ist in jedem Falle natürlich nur ein Modell für die Leitung es ist nicht die wahre Leitungund ?? für die Leitungalles machen man könnte den Kondensator halbierenden halben Kondensator noch vorne die halben Kondensator nach hintenso fühlt sich das besser an was dann symmetrisch istder Witz ist wenn man jetzt anfängt sowas ja auszurechnendann arbeitet man ja nicht mit einem Kilometer sondern man geht dem Gasse unter was ist wenn sich hier nur ein Meter Leitung haben Beistrich wenn sie nur ein Mikrometer Leitung habenden Grenzwert bildenund dann ist auch relativ egal ob sie so machen oder so machendas man da sich das hier vorstellenjetzt aber immer jetzt mal bin ich für einenKilometer sondern vielleicht nur für einen Meter immer ein Meter Leitung mit entsprechend verkleinertenWiderständen InduktivitätenKapazitätenimmer ein Meter?? würde man das einzig machen müssendas weiße VorbemerkungKomma dass man gerade an wenn sie gesundenBaustein haben und sich damit zum Bausteinen verarbeiten was macht dieser Baustein eigentlich den könnte man sich mal genauer an Kommawenn ich mir so ein Baustein angucke ?? ich hab hier einen logischen Widerstand hier habe ich meine Induktivitätmit dem den Widerstand Xein Kabelpro Meter gerechnet?? dann pro Meter dann von mir aus auch einenKapazitätvon Bruchteilenvon Mikrofaradden Bausteine möchte ich untersuchen wenn ich das hier beschreibenkann ich natürlich auch die lange Leitung beschreibenBeteiligten bestimmte SpannungU eins dran hier nichtsmehr Spannung um zwei dran steht eine Spannung in zwei dran?? meinen Stromhier fließt ein Strom dieeinst durchhier fließt ?? hinein soll ich sagen hier fließt ein Strom in zwei herausman das beschreiben kannwie sich Spannung und Stromverhalten jetzt in dieser Schaltungdann ?? Komma das ganze Kabel zusammenbauen?? das Kabel auf einen Kilometer was macht das Kabel auf einem Metermüssen sie immer wieder hintereinanderund haben damit eines lange Kabel geschriebendass so manche schöne Übung zum Rechnen mit Zeigern wie kann man jetzt vorgehenangenommen sie wüssten die Spannungauf der linken Seite den Strom auf der linken Seitedie Spannung und Strom auf der rechten SeiteKomma das einmal hingeschrieben hat die Vorzüge das einmal hinkriegengegeben die beiden auf der linken Seite bestimmt die beiden auf der rechten Seiteimmer dieselben noch mal diese Entscheidung noch malkennen was links rein geht können sagen was rechts rausgeht und dasselbe noch mal und so weiterund zack hat man ein beliebig langes Kabel beschriebenfunktioniert dasvielleicht in ein Baustein ja sozusagenzu schreibenprobierte das zeigeder spannende Zeiger mit dem ?? Anfang sollte das offensichtlich I eins wenn ich diesen Strom kenne weiß ich was die Spannung über den Widerstand ist und ich weiß was die Spannung über der Induktivitätistmein Namen geben sich sage das hier ist Herrund das hier istsinnvollerweise dann nicht Xein Strom Leerzeichen jetzt aber mal nach oben den Zeiger muss irgendwie anfangenKomma hübsch drehen Komma um irgendwie anzufangen Beistrich dem marodendie Spannungüber dem BranchenwiderstandspinneVerbraucherzählpfeilsystemStrom und Spannung in derselben Richtung das heißt die Spannung über den Umfang Widerstand muss in Phase eindie mal kleindie Spannung über den Branchenwiderstandder und Widerstand ?? soll ja auch klein sein ist eine Spannung ?? kleinwas und bisschengeflogenhat ist wie vergleiche Spannungen strömen diesem Diagrammverschiedene Einheiten zu ?? kann ich nicht extra ?? vergleichensodie Induktivitätderselbe Strom durch die Induktivitätwie zeichnen Sie die Spannungüber der Induktivitätan den Zeiger für die Spannung über den mitgenau die Spannung Voraus eines heißt sie muss nach links zeigen hierelkann ich die beiden hier addierendas habe ich schon so bezeichnet hier die beiden Fall die bei mir kann ich addierenund dann addiere ich noch gut zwei dazudie Spannung über den Kondensator ist um zweiund you eins rausalso wo auch immer jetzt zwei istkeine Ahnung sindkein AnhaltspunktWoche ?? des O zwei ist Mama Zweifel zum Wissen geneigt sozwei wie auch immer ?? zwei steht man jetzt die beiden Gründertiere und zwei addierenbekomme ich nur eins raussicherthabe ihr diesen Fall noch mal etwas saubererer ist in Phasemit E einsist aber U eins und zwei G einsfehlt noch die zwei in diesem Bildso bekriegen alle hier jetztStrom in den KondensatorICnicht den damit kennen wir die Spannung über dem Kondensator das ist nämlich auch gleichzeitig O zwei und kennen ?? ?? Namen für den Stromin den Kondensator reinigt sie in die Kapazität rein soll ich sagenjetzt müssen wir am KondensatorVerbraucherzählpfeilsystemwieder für den Kondensatorkondensatorall der Strom vorausI Cals neunzig Gradund zwei voraus hier ist um zweiPCalt neunzig Grad im O zwei Vorausso müsste der Strom liegenin den Kondensator rein das wäre der Strom in den Kondensator ein gerechter Winkel ?? im rechten Winkel soll für ?? normal einzeichnendas wieder krumm in den Kondensator werden sozu guckenwie C und I zweiSumme istdie Allenswenn ich ihn zwei hätte und dazu den Orangen addiere dann kriege ich die eins raus jetzt wird es heikelniemals die eins da unten inden Orangen schiebe ich hier oben drannoch mal IC eine Kopie von ICdann muss hierdiezwei liegen besonders die zwei und ICist E einsso könnte man den Zeigerdiagrammmachendas Problem ist ?? und zwei einfach irgendwohin gezeichnet und daraus ergab sich dann der Restaus die Winkel hier sind alle sehr variabel je nachdemmit welchen Spannungen ursprünglich rein und raus gehen aber zumindest hat mir schon mal die Idee wie die ganzen Sachen zusammenhängendas könnte man sogar noch weiter treiben was passiert wenn sie mir davon miteinander hängen dass es sich in diesem Diagramm noch weiter treiben wird es aber nicht zu sehr übertreiben wir brauchen zum Schutze doch irgendwelche FormenKomma ?? zwar weiter mitFormelnwie kann ich jetzt je zwei und zwei komplexe Zeigerdiese beiden konvexen Zeiger wie kann ich die beidenausdrückenmit U einsje einskönnte sie ausrechnensoll Isaac mit Q eins I einsdie Spannung klingt ja schondie beiden Grünen die beiden blauendieSpannung liegt der Zeiger für die Spannung links istdie Summe hier von den beiden ZeigernURplusLundJahr noch der Zeiger auf der Ausgangsseitesozusagenund zweigleiche Nummer eins die beiden Amis weisen Nummer ausrechnenund analog für den Stromsind beim Strom habe ich drei Vereinedie sich zusammenfügenich habe dasder Stromauf der linken Seite ist der Strom auf der rechten Seiteund der Strom in die Kapazitätrein zusammen addiertdafür die jetzt nichts großartiges verlassen und Knoten sagen man liest einfach aus diesem Diagramm ab wie sich die Ströme aufteilen wie sich die Spannung bei dir ja besser genauso gemachtwird Komma die die Bestandteile ausbuchstabierenwas istUR Artikeln sieht wo er ausdrücken sie sind möchte zum Schluss alles mit I eins I zwei U eins und zwei haben wie kann ich gut er anders schreibenso das es eher mal I eins Dame einfach den Ruhm was ist UL??belegen also wenn ich jetzt nicht im Zeigerdiagrammwäresondern wenn ich richtig physikalisch ihr mit Spannung in Abhängigkeit von der Zeit Stromabhängigkeitvon der Zeit arbeiten würde die Spannung in Abhängigkeit von der Zeitüber der Spuleüber Induktivitätist dieInduktivitätmal die Ableitungvon Strom in Abhängigkeit von der Zeitnach der Zeitdas wäre welche Zeitabhängigkeitausdrücklichberücksichtigeman muss auch Sinusförmig sein sondern kann irgendwas ?? hier sage ich ja Zeigerdiagrammfünfzig Hertz Sinusförmignichts anderesist es ?? übersetzen das ist die allgemeineDifferentialgleichungjetzt übersetzt sich mein Strom ist Sinusförmigfünfzig Hertzwas passiert wenn sie den Strom nach der Zeit ableitenso hier hinten steht sowas drinnenin dem Strom Südosten wie Aeroflot Omega C und wenn sie das ?? der Zeit ableiten kommt ?? Omega nach vorneund das ist das was ich danach ?? Zeigerdiagrammhabeihr steht danach arhuelder Zeiger ist ElmarGeorge OmegaDI Zeigerso sieht das aus das vermisse ich einssoein Zeiger so sieht das ausmit ?? hier aber X den Windwiderstandwas ist der Blindwiderstanddurch die die noch gar nicht was Ticsdas ist einfach Elmar Omega das ist mein X diese beiden ja das ist entweder stattInduktivitätsoundsovielgehen wirmaldie Kasse von zwei hundert vierzehnRadiant pro Sekunde das ist der Blindwiderstandso kann ich hinschreiben was das hier ist das ist alsoJ malden WiderstandReaktanzmal die einsso sieht das aus das es die Spannung über der Induktivitätgeschrieben jetzt mit dem Widerstandund geschriebenmit dem Stromvergleichletzte Zutat hier untender Strom in die Kapazitätrein wickeln sie den Strom in die Kapazitätausdrückendass sie das analogezu den hier armenKondensatorhaben sie es die Stromunabhängigkeitvon der zeitgleich Kapazitätmal die Arbeit der Spannungnach der Zeit ist es passierthaargenaudas was hier passiert ist mit vertauschten RollenSie kriegen hier einenGeorgeOmegaacemal den Spannungszeigerzweijetzt?? sich auf Fisch autosomal hübsch zusammen und löse aufU einsalsoDoppelpunktQ eins komplexer Zeiger ister farblosJ malReaktanzmal dieeins komplexer Zeiger plus zweiund Johann steht je ein Sonntagsanzeigerist gleichwird Omega Kapazitätzwei komplexer Zeiger plusdie zweidas ?? herausgefundenund mein Ziel war ja dass sich zwei und die zwei Ausdrückemit U eins und I einzusetzen aneinanderhängen kann ich weiß was links rein geht um eins I einswar sie was rechts rausgeht sozusagen rausgehtPunkt eine weiter Richtung fließenund damit kann ich das nächste Anhängenwas habe ich da auf der linken Seite dann kann ich sagen was auf der rechten Seite ist und so kann ich weiterbauendas war mein ZielU zwei E zweiausrechnen?? sie sind erste Gleichung ist geschenkt und zwei ist alsonur eins minusR pluswird Reaktanznie einsgeschenkt und hier unten ?? bisschen Bastlerglaube ich ihm zwei möchte ich wissenist gleichist es ärgerlich ?? kommt und zwei wieder vor ?? sei sound zwei habe gerade ausgerechnetin zwei ist also wie einsminuswird Omega Kapazitätzweihundert und zweiaber gerade ausreichend Komma da unten einsetzenso würde man weiterkommengegeben wie eins Punkt BeistrichgegebenO eins und I eins kann ich O zwei ausrechnenund dann auf die zwei aus so handelt man sich von einem zum nächstendas war bis dahindie Wiederholung zu den Zeigernsind die Nummern einen Zusammenhang gesehen habenwill oder was es nicht ganz bis zum Kabel schaffen damit sind verkalkuliertwichtig ist das im Kabel mitnehmenKabel haben so ein Kapazitätsbelaganders als LeitungenLeitung ist relativ egalwenn aber gerade das sie noch mal zu der handelsüblichen Gleichung zusammenfassen?? gelöstKomma bis mit Zeiger gesehen und vor allen Dingen hier die komplette Wechselstromwiederholtesdas lange Kabel an was wird passierenwenn ichdiese Baugruppe sozusagen immer wieder ineinander setzedenund dann noch mal den selben hinten dran und noch mal den selben hinten dranund so weiter und so weiterund sage das hier ist eine Längefinden was die Täter Xund dem ?? noch mal dieselbe Länge und hier kommt noch maldieselbe Länge und so weiter und so weiterkann ich mir folgendesüberlegenich kannhier eine Spannungmessenan dieser Stellesagen das ist die Spannung Compaqs Anzeige an der Stelle Xbegab es sich kilometerlangsie gehen an die Stelle Xund bestimmen daden komplexen Zeiger für die Spannungan der Stelle X des Kabelsund genauso können Sie an dieser Stelle X des Kabels auch den komplexen Zeiger für den Strom bestimmen damit ?? des komplette Zeigerdie vom Ort abhängenalso hier bin ich an der Position X sozusagenverlege mein Kabel inganz vieleKopien von dieser Baugruppeund kuck mir an der Stelle X an der Position XGedankenkabelvon achtundneunzig Meter ab Anfangguck ich mir an was ist der komplette Zeiger für die Spannung was ist der komplexe Zeiger für den Stromjetzt kommt der Trick sich diese beiden Gleichungen anguckenwissen Sie wie es jetzt weitergeht was passiert mit dem Zeiger für die Spannungwas passiert mit den zeige für den Stromwas passiert wenn sie zum nächstengehenwas kann man jetzt hinschreiben??so einmal diesen Blog weiterhabe ich also die Spannung?? X plus delta ?? Xund ich habe den StromwechselzeigerI von X bestellter Xund mit diesem Zusammenhanghierkann ich es ausrechnen was passiert ?? es ist also Guru von X bestellter XgleichU von Xund zwei U einsminusWiderstandplusdort mal WindwiderstandI an der Stelle X Muster stehen so und entsprechend für den Stromhabe das Stromzeigeran der Stelle X bestellt ?? es ist leichter Stromzeigeran der Stelle Xminus J OmegaKapazitätmalwosie oben stehtan der Stelle X bestellter X solches man mit beiden Gleichungen von ihm übersetzt ich weiß was diese kleine Schaltung hier immer wieder machtdas ?? hingeschriebendas was ich weiß wie von Strom und Spannung an der Stelle X zu Strom und Spannung an der Stelle X plus delta X kommensich das anguckenBeistrich ob sich dann als erste Semester erinnert fühlen sich diese ausdrücklich ?? kuckenfängt sich was auf vielleichtja die lineare Näherungich hab die kleine Störung der ?? Xwas ist der Wertnach dieser kleinen Störung delta X ist Originalwertund hierhin steht die Korrekturdas was ich ?? steht ?? mit der Ableitung zu tun oderdas ?? aus Zeitgründen auf der Seite Art wenn sie diese gleich wieder umstellensagen was steht eigentlich diese Änderungist gleich was da weg verstandund hier diese Änderung ist gleich so wenn ich meine Gleichung einfach um Punkt die Änderung ist das Netzteil sie oben und unten durch Gelder Xauf der linken Seite haben sie dann eine Näherung für die Ableitung stehensie durch der Text ?? und auf der rechten Seite stehtder Widerstand durch der Textder Widerstand bestellter Experte dafür sich der Strich und X strichdie Beläge stehenals ich finde deshalbdurch Grenzübergangund bildet immer kleinereAbschnitte jemand findet dann die Ableitungdes Spannungszeichnersnachder Position auf der Leitung wird sein Minusund die beiden hier werden zu den Belägener strichplus wird mal?? Beistrichmaldie ?? der ständig solchen schreiben das Kreisund das entsprechende passiert da untendie Ableitungdesgroß Anzeigersnach der Positionwird sein MinusJ OmegaCund E hinten ob sie darüber nicht wenigstens der Text nehmen oder um eine Stelle Xden Grenzwert wählenPunkt sie strich natürlichhergestellte Exsein ganzersinniger Apostel der Ex steht von X das sind die üblichen Gleichungensich geschafft haben ?? zu lösen aber das ist eineandere Geschichte?? Komma zehn Minuten bis Jänner mäßig geschafft ?? die Zeiger war mir wichtigerund der erste Spann hier stehtdie Kapazitätdrin wenn sienicht diese QuerkapazitäthabenKapazitätsbelaghabender stetige unten einfach die Ableitung des Stromsnach der Ortskoordinateist null es schließt überall derselbe Stroh klar wenn sie keine Kapazitätenhaben ?? ist überall derselbe Strom soll er bisher gerechnet und dann kann man auch hier in der Stadt und Induktivität zusammenfassenin einen großen ?? der Stadt und eine groß Induktivitätsobald sie hier die Kapazität haben ?? das nicht mehr inder zweiten Gleichungkönnte man lösen überschlagsmäßigund aber sagte groß Effekt der Kapazität des SchaffwortenZeiger ?? wichtiger