Planung von Elektroanlagen

Frontmatter

1. Einleitung

Zusammenfassung

Mit diesem Buch erhalten Sie ein umfassendes Werk, das Sie täglich bei Ihrer Arbeit oder bei Ihrem Studium brauchen. Sie werden mit den Komponenten der Elektrotechnik, der Erzeugung, Übertragung und Verteilung, den Schaltanlagen, der Netzschutztechnik und den elektrischen Maschinen Schritt für Schritt vertraut gemacht.

Ismail Kasikci

2. Drehstromtechnik

Zusammenfassung

Elektrische Energie wird durch die Umwandlung (Erzeuger) anderer Energieformen gewonnen. Ausgangspunkt kann dabei die Verbrennung von Kohle und Gas, die Kernspaltung bei Uran, die kinetische Energie von Wind oder die Sonnenstrahlung sein. Elektrische Energie wird nach ihrer Gewinnung über längere Strecken übertragen, verteilt und in andere Energieformen umgeformt (Verbraucher) (Bild 2.1). Die Übertragung und Verteilung erfolgt mit dem symmetrischen Dreiphasensystem.

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3. Vorschriften und Normen

Zusammenfassung

Bei der Planung, Projektierung und Errichtung elektrischer Anlagen ist die Kenntnis der VDE-Bestimmungen unerlässlich. Die Anwendung und der Nachweis der anerkannten Regeln der Technik sind die Grundlage. Der Technisch-Wissenschaftliche Verband der Elektrotechnik, Elekronik und Informationstechnik (VDE) befasst sich seit seiner Gründung 1893 mit dem Schutz vor Gefahren des elektrischen Stroms. VDE-Bestimmungen sind allgemein anerkannte Regeln der Technik. Die Deutsche Elektrotechnische Kommission (DKE) im DIN und VDE ist die nationale Organisation für die nationale und internationale Erarbeitung von Normen und VDE-Bestimmungen.

Ismail Kasikci

4. Darstellung der Schaltungsunterlagen

Zusammenfassung

1.

Schaltzeichen: dienen der Kennzeichnung der elektrischen Betriebsmittel.

 

2.

Schaltgeräte: gewährleisten den einwandfreien Stromfluss in elektrischen Anlagen.

 

3.

Betriebsmittel: kennzeichnen alle Teile einer elektrischen Anlage bzw. eines Stromkreises.

 

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5. Technische Anschlussbedingungen

Zusammenfassung

Technische Anschlussbedingungen [157] gelten für den Anschluss und den Betrieb von Anlagen an das Versorgungsnetz. Der Anschluss bestimmter Verbraucbsmittel bedarf der vorherigen Zustimmung des Netzbetreibers (NB). Die wichtigsten Punkte sind hier zusammengestellt.

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6. Gesetzliche Regelungen

Zusammenfassung

Bei der Planung und Projektierung von öffentlichen Aufträgen werden ausschließlich als Vertragsgrundlage die ”Vergabe- und Vertragsordnung (VOB)” und für die erbrachten Leistungen die” Honorarordnung für Architekten und Ingenieure (HOAI)” angewandt. Ausschreibung, Vergabe, Ausführung und Abrechnung von BauIeistungen sind in der VOB zusammengestellt und dienen als rechtliche Grundlage für private Bauverträge. Von besonderem Interesse sind DIN 18382, Verdingungsordnung für Bauleistungen (VOB) Teil C (elektrische Kabel- und LeitungsauIagen in Gebäuden), DIN 18299 (Allgemeine Regelungen für Bauarten jeder Art) und DIN 18384 Teil C (Blitzschutzanlagen) [91].

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7. Kurzschlussstromberechnung

Zusammenfassung

Die Kurzschlussstromberechnung in Drehstromnetzen wird weltweit nach lEe 60909-0 (VDE 0102) (DIN EN 60909-0) durchgeführt.

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8. Schutz gegen elektrischen Schlag

Zusammenfassung

Schutz gegen elektrischen Schlag nach DlN VDE 0100 Teil 410 kann durch folgende Maßnahmen sichergestellt werden [23]:

• Schutz sowohl im Normalbetrieb als auch im Fehlerfall (Schutz sowohl bei direktem als auch indirektem Berühren),
• Schutz im Normalbetrieb (Schutz gegen direktes Berühren oder Basisschutz) oder
• Schutz im Fehlerfall (Schutz bei indirektem Berühren oder Fehlerschutz).

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9. Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen

Zusammenfassung

Für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen sind DIN VDE 0100 Teil 430, DIN VDE 0298 Teil 4 und DIN VDE 0276 Teil 1000, DIN VDE 0276 Teil 603 maßgeblich.

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10. Bemessung des Schutzleiters

Zusammenfassung

Der Querschnitt des Schutzleiters kann entweder berechnet oder den Tabellen in DIN VDE 0100 Teil 540 entnommen werden [291.

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11. Spannungsfallberechnung

Zusammenfassung

DIN VDE 0100 Teil 520, TAB, DIN 18015, NAV

Die maximal zulässigen Leitungslängen sind aus Gründen des Berührungsschutzes, der Einhaltung des Überlast- und Kurzschlussschutzes und der Sicherheit der angeschlossenen Verbraucher so zu bemessen, dass der Spannungsfall in elektrischen Netzen in Grenzen gehalten wird [34]. In Abhängigkeit vom Betriebsstrom und der Länge kann der Spannungs fall bei einem Querschnitt bis 16 mm2 nur mit dem Gleichstromwiderstand und bei größeren Querschnitten mit dem induktiven Blindwiderstand bei einer Bemessungstemperatur von 30 ^oC berechnet werden.

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12. Selektivität und Back-up-Schutz

Zusammenfassung

Bild 12.1 zeigt eine Elektroanlage mit Leistungsschalter, Leitungsschutzschalter und Sicherungen, die untersucht werden soll.

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13. Sicherungslose Schaltanlagen

Zusammenfassung

Elektrische Anlagen sollen für die eingebauten und angeschlossenen Betriebsmittel optimalen Schutz bieten, in der Anschaffung und während der Betriebszeit geringe Kosten verursachen, im Aufbau bedienungs- lll1d wartungsfrei sowie einfach zu projektieren sein [31]. Diese Anlagen können mit Sicherungen oder mit Leistungsschaltern gebaut werden. In diesem Kapitel werden Sicherungen mit Leistungsschaltern verglichen nnd ihre Vorund Nachteile gezeigt. Sicherungen sind bekanntlich für größere Ströme gut geeignet und übernehmen den Kurzschlussschutz.

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14. Blindstromkompensation

Zusammenfassung

Zuerst werden die wichtigsten Begriffe erläutert.

• Leistungsfaktor \(\lambda\):
  Um einen Wechselstromverbraucher hinsichtlich seiner Wirkleistungsaufnahme zu kennzeichnen, verwendet man den Leistungsfaktor. Bei rein sinusförmigen Spannungen und Strömen von 50 Hz ist der Leistungsfaktor gleich dem Verschiebungsfaktor.

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15. Blitzschutzanlagen

Zusammenfassung

IEC 62305 (VDE 01085-305) gilt für das Errichten, Planen und Erweitern von Blitzschutzanlagen. Diese Vorschrift enthält keine Aussagen über die Blitzschutzbedürftigkeit baulicher Anlagen. Diese Norm ist durch die neuesten Erkenntnisse der Blitzschutztechnik entstanden.

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16. Erdungen in Schaltanlagen

Zusammenfassung

Die wichtigsten Begriffe sind hier zusammengestellt, vgl. (Bild 16.1), [39].

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17. Niederspannungsanlagen

Zusammenfassung

Niederspannungsanlagen (Bild 17.1, 17.2) werden beispielsweise in der Industrie, Hochhäusern, Wohnungen, Bürogebäuden, Motor Control Centern, Klima- und Heizungsanlagen bis einschließlich 1 kV gebaut. Die Einspeisung erfolgt aus dem 20 kV- oder 10 kV-Netz. Die Bemessungsspannung beträgt 400 V /230 V, 50 Hz. In der Industrie wird die Spannungsebene 690 V für Motor Control Center verwendet. Schienenverteiler kommen in der Industrie und Hochhäusern vor. Zu ihren Vorteilen zählen die Fähigkeit, große Energiemengen transportieren zu können, dazu kommt eine geringe Brandlast und ein kleiner Spannungsfall.

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18. Mittelspannungsanlagen

Zusammenfassung

Die Mittelspannungsnetze (MS) werden in der Regel aus dem Hochspannungsnetz (110 kV) gespeist und nach DIN IEC 38 mit Spannungen zwischen 1 und 36 kV betrieben. Die Energie wird dann über Netzstationen in die Niederspannungsnetze verteilt.

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19. Hochspannungsanlagen

Zusammenfassung

Die Umwandlung, Übertragung und Verteilung der elektrischen Energie mit Kabeln und Leitungen und die dazu gehörigen Betriebsmittel nennt man elektrische Anlagen. Bild 19.1 zeigt das Prinzipschema eines Elektroenergiesystems.

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20. Sammelschienensystem

Zusammenfassung

Die Sammelschienen haben die Aufgabe, die Ströme auf die angeschlossenen Leitungen zu verteilen. Die Zahl der Einspeisungen und der Abzweige, die Trennbarkeit der Anlagenteile, die Umschaltung der Verbraucher und das (n-1)-Kriterium sind die entscheidenden Anforderungen für die Auswahl der Sammelschienensysteme, die hier kurz zusammengefasst werden (Bild 20.1).

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21. Schalt- und Schutzgeräte

Zusammenfassung

Nach DIN VDE 0670 Teil 6 ist eine Schaltanlage die Kombination von Schaltgeräten mit zugehörigen Steuer,- Mess,- Schutz und Regeleinrichtungen sowie Baugruppen, Verbindungen und tragenden Teilen. Schaltgeräte sind zum Schalten und Schützen elektrischer Betriebsmittel bestimmt. Sie dienen zum Verbinden, Unterbrechen und Trennen der Stromkreise. Unter Normal- und Fehlerbedingungen müssen sie sicher funktionieren. Die Auswahl der Schaltgeräte erfolgt nach der jeweiligen Aufgabe, z.B. Freischalten, Lastschalten, Schalten von Überlast und Kurzschluss oder der Schutz gegen Personengefährdung.

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22. Selektivschutztechnik in Verteilungsnetzen

Zusammenfassung

Auswirkungen von Fehlern sind hohe dynamische- und thermische Beanspruchungen und Beeinträchtigung der Energieversorgung. Jeder Fehler soll möglichst schnell abgeschaltet und Menschen und Tiere vor gefährlichen Wirkungen des elektrischen Stroms geschützt werden. Daher sind Zuverlässigkeit, Schnelligkeit, Wirtschaftlichkeit und Selektivität Forderungen an die Schutzschalter [54]. In Mittelspannungs-Netzen sind Anlagen und Betriebsmittel hohen thermischen und dynamischen Beanspruchungen ausgesetzt. Um Zerstörungen zu beherrschen, müssen die Vorschriften für die Planung und Projektierung beachtet werden.

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23. Lastflussrechnung

Zusammenfassung

Die Bemessung von Netzen ist sowohl im Normalbetrieb als auch im gestörten Betrieb von großem Interesse. Die Dimensionierung der elektrischen Anlagen unter Berücksichtigung der zu übertragenden Leistungen, der Querschnitte, der Spannungsdifferenzen und Kurzschlussströme wird heute mit einfacheren Gleichungen von Hand oder mit Hilfe von Computerprogrammen durchgeführt. Die Größenordnung der Netze und die große Anzahl der Gleichungssysteme der Netze machen es unmöglich, immer wieder neue Programme aufzustellen. Die Leistungsverteilung ist oft nicht bekannt und muss vorher bestinunt werden.

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24. Grundlagen elektrischer Maschinen

Zusammenfassung

Elektrische Maschinen wie Generatoren, Transformatoren und Motoren kommen in Kraftwerken, in elektrischen Anlagen, in der Industrie, in Gewerbe und Landwirtschaft, in den Büros, im Haushaltsbereich, in elektrischen Bahnen, in Kraftfahrzeugen und in Schiffen vor. Die Leistungen gehen von Milliwatt- bis Megawatt bereich.

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25. Regenerative Energiesysteme

Zusammenfassung

Das deutsche Elektroenergiesystem befindet sich derzeit in einem Transformationsprozess von einer fossil und nuklear geprägten Erzeugung hin zu einer Energieversorgung, die auf regenerativen Energien basiert. Grund für den Transformationsprozess sind Umweltprobleme, die bei der Nutzung fossiler und nuklearer Energieträger auftreten, sowie deren Endlichkeit und Importabhängigkeit. Der deutsche Stromrnix ist in Bild 25.1 dargestellt [83]. Demnach betrug im Jahr 2013 der Anteil erneuerbarer Energien an der Bruttostromerzeugung 23,4 Prozent.

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26. Netzanschlussregeln

Zusammenfassung

Die elektrischen Netze sind bisher für die klassische Versorgung mit zentraler Einspeisung der Kraftwerke in die Hoch- und Höchstspannungsnetze ausgelegt. Dies führt zu eindeutigen Energieflüssen und Kurzschlussleistungen in den Verteilnetzen. Auf Grund der Subventionierung von Eigenerzeugungsanlagen aus regenerativen Energien gemäß EEG steigt die Anzahl von vielen dezentralen Kleinkraftwerken von Jahr zu Jahr sprunghaft an.

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27. Projektierung einer Industrieanlage

Zusammenfassung

Eine Industrieanlage wird von einer Transformatorstation gespeist. Der Transformator ist über ein Erdkabel an einer 10-kV-Hochspannungsleitung angeschlossen (Bild 27.1). In Bild 27.2 werden alle abgehenden Leitungen und die zu versorgende Gebäude gezeigt.

Ismail Kasikci

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