Leistungsmerkmale der elektrischen Anlage

Auf dieser Ebene geht es um die wesentlichen Eigenschaften der elektrischen Anlage, welche die Festlegung der Grundzüge und Details der elektrischen Verteilnetzarchitektur bestimmen. Für jede dieser Eigenschaften werden wir nachfolgend eine Definition liefern und die verschiedenen Abstufungen vorstellen oder mögliche Werte angeben.

Zweckbestimmung

Definition:

Hauptsächliche wirtschaftliche Aktivität des Standorts.

Repräsentative Branchenliste für Industriegebäude:

• Verarbeitendes Gewerbe
• Nahrungsmittel und Getränke
• Logistik

Repräsentative Liste von Gebäuden für Handel und Dienstleistung:

• Bürogebäude
• Große Verbrauchermärkte
• Einkaufszentren

Topologie des Standorts

Definition:

Durch die Architektur vorgegebene Eigenschaften des Standorts, wie Anzahl von Gebäuden, Geschosszahlen und Grundfläche pro Geschoss.

Verschiedene Abstufungen:

• eingeschossige Gebäude,
• mehrgeschossige Gebäude,
• Standorte mit mehreren Gebäuden,
• Hochhäuser

Planungsspielraum

Definition:

Eigenschaften unter Berücksichtigung der durch die Anordnung der elektrischen Betriebsmittel in den Gebäuden vorgegebenen Sachzwänge:

• Ästhetik,
• Zugänglichkeit,
• Verfügbarkeit von zweckgebundenen Technikräumen,
• Nutzung von Technikkorridoren (auf allen Geschossen),
• Nutzung von Kabel- und Rohrleitungskanälen (Steigleitungen).

Verschiedene Abstufungen:

• Niedrig: Die Platzierung der elektrischen Betriebsmittel ergibt sich praktisch zwangsläufig.
• Mittel: Die Platzierung der elektrischen Betriebsmittel ist teilweise vorgegeben und erschwert die Erfüllung der Anforderungen.
• Hoch: Die Platzierung der elektrischen Betriebsmittel lässt sich so festgelegen, dass die Anforderungskriterien optimal erfüllt werden.

Versorgungssicherheit

Definition:

Vermögen einer Energieversorgungseinrichtung, ihre Versorgungsfunktion unter den vorgegebenen Bedingungen über einen definierten Zeitraum in der definierten Qualität erfüllen zu können.

Verschiedene Abstufungen:

• Minimal: Diese Stufe der Versorgungssicherheit beinhaltet ein gewisses Risiko der Betriebsunterbrechung aufgrund von geographischen (separates Netz, große Entfernung zu Kraftwerken), technischen (Freileitung, schwach vermaschtes Netz) oder wirtschaftlichen Zwängen (mangelhafte Wartung, unterdimensionierte Energieerzeugung).
• Standard
• Erhöht: Diese Stufe der Versorgungssicherheit kann durch spezielle Maßnahmen zur Reduzierung der Ausfallwahrscheinlichkeit (Erdverlegung des Netzes, hoher Vermaschungsgrad, Redundanz usw.) erreicht werden.

Wartungsfreundlichkeit

Definition:

Planungsseitig vorgesehene Funktionen zur Begrenzung der Auswirkung von Wartungsmaßnahmen auf den Betrieb der gesamten elektrischen Anlage oder Teilen derselben.

Verschiedene Abstufungen:

• Minimal: Die Anlage muss zur Durchführung von Wartungsarbeiten außer Betrieb gesetzt werden.
• Standard: Wartungsarbeiten können durchgeführt werden, es müssen jedoch Funktionsbeeinträchtigungen in Kauf genommen werden. Die Arbeiten sind vorzugsweise für Zeiten mit geringem Betriebsaufkommen einzuplanen.

Beispiele: Mehrere Transformatoren mit Teilredundanz und Lastabwurf.

• Erhöht: Es wurden spezielle Vorkehrungen getroffen, um Wartungsarbeiten ohne Störung des Anlagenbetriebs zu ermöglichen.

Beispiele: Konfiguration mit Paralleinspeisung.

Flexibilität

Definition:

Einfache Möglichkeit, elektrische Abgangsstromkreise innerhalb der Anlage zu verändern oder die an bestimmten Punkten bereit gestellte Leistung ohne großen Aufwand zu erhöhen. Flexibilität ist ein Kriterium, das nicht zuletzt durch die noch nicht bekannten Gegebenheiten der Gebäude während der Projektvorphase eine wichtige Rolle spielen.

Verschiedene Abstufungen:

• Keine Flexibilität: Die Platzierung der Verbraucher bleibt aufgrund von unüberwind­baren Sachzwängen im Zusammenhang mit der baulichen Beschaffenheit oder des hohen Gewichts der versorgten Prozesstechnik über die gesamte Betriebs­lebens­dauer unverändert. Beispiel: Metallschmelze.
• Planungsflexibilität: Die Anzahl der Abgangsstromkreise, die Leistungsaufnahme oder die Standorte der Verbraucher sind nicht genau bekannt.
• Installationsflexibilität: Die Verbraucher können nach Inbetriebnahme der Anlage installiert werden.
• Betriebliche Flexibilität: Die Einsatzorte der Verbraucher variieren infolge von ständigen Reorganisationen des Prozesses.

Beispiele:

• Industriegebäude: Erweiterung, Unterteilung und Nutzungsänderung
• Bürogebäude: Änderung bei Mieterwechsel

Leistungsbedarf

Definition:

Summenscheinleistung der Verbraucher (in kVA), die mit einem Nutzungs­koeffi­zienten beaufschlagt wird. Dieser Wert stellt die maximale elektrische Leistung dar, die in der Anlage zu einem beliebigen Zeitpunkt verbraucht werden kann. Begrenzter Überlastbetrieb über einen kurzen Zeitraum ist möglich.

Die wesentlichen Leistungsbereiche richten sich nach den gebräuchlichsten Leistungsgrenzen für Transformatoren:

• < 630kVA
• 630 … 1250kVA
• 1250 … 2500kVA
• > 2500kVA

Lastverteilung

Definition:

Eigenschaft, welche die Gleichförmigkeit der räumlichen Verteilung der Verbraucher in einem Bereich oder einem Gebäude beschreibt (in kVA / m²).

Verschiedene Abstufungen:

• Gleichförmige Verteilung: Bei den Verbrauchern handelt es sich im Allgemeinen um Geräte mittlerer oder niedriger Leistungsaufnahme, die regelmäßig über die Flä­che oder einen großen Bereich eines Gebäudes verteilt sind (gleichförmige Dichte).

Beispiel: Beleuchtung, Einzelarbeitsplätze

• Mittlere Verteilung: Die Verbraucher besitzen im Allgemeinen eine mittlere Leis­tungs­aufnahme und sind in Gruppen über die gesamte Gebäudefläche verteilt.

Beispiel: Maschinen in Montagehallen, Fördereinrichtungen, Arbeitsplätze, modular aufgebaute Logistikeinrichtungen.

• Örtlich konzentrierte Verbraucher: Die Verbraucher benötigen im Allgemeinen hohe Leistungen und sind in mehreren Bereichen des Gebäudes konzentriert (ungleichförmige Dichte).

Beispiel: Belüftungs- und Klimatisierungseinrichtungen

Verfügbarkeitsanforderungen

Definition:

Reaktionsfähigkeit eines Stromkreises auf Netzausfälle.

Verschiedene Abstufungen:

• Stromkreis für Lastabwurf: Abschaltung auf unbestimmte Zeit jederzeit möglich
• Lange Betriebsunterbrechung hinnehmbar: Ausfalldauer > 3 Minuten
• Kurze Betriebsunterbrechung hinnehmbar: Ausfalldauer < 3 Minuten
• Keine Betriebsunterbrechung hinnehmbar.

Es lassen sich mehrere Schweregrade des Ausfalls eines elektrischen Versorgungs­netzes anhand der möglichen Folgen definieren:

• keine merklichen Folgen,
• Produktionsausfall,
• Beeinträchtigung der Produktion oder Verlust kritischer Daten,
• Lebensgefahr.

Diese lassen sich als Grad der Verfügbarkeit der Versorgung von Verbrauchern oder Speisung von Stromkreisen ausdrücken.

• Verfügbarkeit unkritisch: Der Verbraucher oder Stromkreis kann jederzeit “abgeworfen” werden. Beispiel: Heizstromkreis zur Heißwasseraufbereitung für Sanitärräume.
• Verfügbarkeit teilweise erwünscht: Ein Netzausfall verursacht vorübergehende Komforteinbußen für die Nutzer eines Gebäudes, zieht jedoch keine finanziellen Folgen nach sich.

Eine längere Betriebs­unterbrechung über die kritische Dauer hinaus kann zu Produktionsausfällen oder Produktivitätseinbußen führen. Beispiel: Heizungs-, Belüftungs- und Klimatisierungs­stromkreise.

• Verfügbarkeit erwünscht: Ein Netzausfall verursacht eine kurze Unterbrechung eines Prozesses oder Dien­stes. Eine längere Betriebsunterbrechung über die kritische Dauer hinaus kann zu einer Beeinträchtigung der Produktion führen oder Kosten für die Inbetriebnahme von Ausfallreserven nach sich ziehen. Beispiel: Kühlanlagen, Aufzüge.
• Verfügbarkeit erforderlich: Jeder Netzausfall gefährdet Leben oder zieht nicht hinnehmbare finanzielle Einbußen nach sich. Beispiel: Operationssaal, IT-Abteilung, Werksüberwachungszentrale.

Auswirkungen äußerer Störereignisse

Definition

Fähigkeit eines Stromkreises, bei elektrischen Störungen im elektrischen Energie­versorgungsnetz einwandfrei zu funktionieren.

Elektrische Störungen äußern sich in verschiedenen Abstufungen von Betriebs­stö­run­gen. Beispiel: Anlagenausfall, Beeinträchtigungen des Anlagenbetriebs, beschleunigte Alterung, höhere Verluste, usw.

Zu den elektrischen Störungen mit möglichen Auswirkungen auf den Betrieb von Stromkreisen zählen:

• Spannungseinbrüche,
• Überspannungen
• Oberschwingungen,
• Spannungsschwankungen,
• Phasenverschiebung.

Verschiedene Abstufungen:

• Geringe Empfindlichkeit: Elektrische Störungen in Versorgungsspannungen wirken sich nur geringfügig auf den Betrieb aus. Beispiel: Heizungsanlagen.
• Mittlere Empfindlichkeit: Elektrische Störspannungen verursachen merkliche Beeinträchtigungen des Betriebs. Beispiel: Motoren, Beleuchtung.
• Empfindlichkeit: Elektrische Störspannungen können Betriebs­unter­bre­chun­gen verursachen oder die versorgten Geräte beschädigen. Beispiel: IT-Technik.

Die Empfindlichkeit der Stromkreise gegenüber elektrischen Störungen bestimmt, ob bei der Planung gemeinsame oder getrennte Versorgungsstromkreise vor­zu­se­hen sind. Es ist besser, „empfindliche“ Verbraucher von „störenden“ Verbrau­chern zu trennen. Beispiel: Trennung von Beleuchtungsstromkreisen und Motorabgängen.

Diese Wahl wird außerdem durch betriebliche Faktoren bestimmt. Beispiel: Separate Speisung von Beleuchtungsstromkreisen zur Messung der Leistungsaufnahme.

EMV Verhalten von Stromkreisen

Aktives Störvermögen eines Stromkreises auf den Betrieb anderer Stromkreise in seiner Umgebung, bedingt durch Phänomene wie Oberschwingungen, Einschaltstromspitzen, Phasenverschiebung, hochfrequente Spannungen, elektromagnetische Störstrahlung, usw.

Verschiedene Abstufungen

• Nicht störend: keine besonderen Vorkehrungen erforderlich
• Geringe oder sporadisch auftretende Stöungen: Eventuell ist eine getrennte Speisung von mittel oder hoch empfindlichen Stromkreisen notwendig. Beispiel: Erzeugung von Oberschwingungen durch Beleuchtungsstromkreise.
• Stark störend: Separate Versorgungsstromkreise oder Drosseln für elektrische Störungen sind für den einwandfreien Betrieb der Anlage zwingend erforderlich. Beispiel: Elektromotor mit hohen Anlaufströmen, Schweißgeräte mit stark schwankenden Strömen.

Weitere Überlegungen bzw. Sachzwänge

• Umweltbedingt zu beachtende Planungspunkte

Beispiel: Blitzschlaggefahr, Sonneneinstrahlung

• Sondervorschriften

Beispiele: Krankenhäuser, Hochhäuser, usw.

• Vorschriften des Energieversorgers

Beispiele: Begrenzte Anschlussleistung für NS, Zugang zu HS-Netzstation, usw.

• Anschlussart der Verbraucher

Verbraucher aus Redundanzgründen an 2 unabhängige Stromkreise angeschlossen.

• Erfahrung des Planers

Kontinuität mit vorherigen Planungen oder teilweise Nutzung bestehender Pläne, Standardisierung von Baugruppen, vorhandene installierte Betriebsmittel.

• Stromversorgungstypische Einschränkungen der Verbraucher

Spannungen (230 V, 400 V, 690 V), Netzsystem (einphasig, dreiphasig mit oder ohne Neutralleiter, usw.), System nach Art der Erdverbindung (TN, IT, TT.)