Anzeige

Aus dem Facharchiv: Elektropraxis
Energieeffizienz von Kabel- und Leitungsanlagen – Teil 4: Weitere Helfer

Bislang lasen sich Anweisungen, Normen, TAB sowie andere Bestimmungen und Anleitungen so, als stünde dort als Auswahl-Kriterium: „Wie heiß muss meine Leitung mindestens werden?“ Fortan jedoch sollte eine Leitung nicht mehr als „am besten ausgenutzt“ gelten, wenn sie ihre höchstzulässige Temperatur auch wirklich erreicht.

Energieeffizienz von Kabel- und Leitungsanlagen – Teil 4: Weitere Helfer

Durch die Erhöhung des Querschnitts lässt sich über die geringeren Verluste Energie und damit richtiges Geld sparen. Das soll nachfolgend 
detailliert und nachvollziehbar als Anregung für die Praxis dargelegt werden.

Aus den vorherigen Darstellungen ergab sich bereits, dass der Spannungsfall ein sehr willkommener Helfer zur Umsetzung der Energiespar-Maßnahme „Aufwertung von Leiterquerschnitten“ ist. Der Zusammenhang soll nachfolgend noch näher betrachtet werden, ebenso wie mehrere mögliche weitere „Helfer“.

Helfer 2: 
Der Spannungsfall

Da er bestimmte Werte nicht überschreiten darf oder sollte, muss die Leitung bei Überschreitung einer bestimmten Länge im gleichen Maß dicker ausgewählt werden wie sie länger wird. Der Spannungsfall ist (bei im Bausektor üblichen Querschnitten) nahezu rein ohmscher Natur [7], und damit steht ein Spannungsfall von z. B. 3 % – bei entsprechendem Strom – auch für einen Energieverlust von 3 %.

Wird (bei in der Industrie vorkommenden Querschnitten) dieser ohmsche Spannungsfall durch induktiv-kapazitive „Tricks“ wettgemacht (siehe dazu den Teil 3 dieser Beitragsreihe in ep 11-2016, Kapitel „Schlüsse“), so sind damit nicht etwa die Verluste weg! Sie treten lediglich nicht mehr mit ihrer Nebenwirkung „Spannungsfall“ in Erscheinung. Sowohl bei der Auslegung von Anlagen als auch in der Normung der Energie-Effizienz in Gebäuden sollte aber stets ein möglichst geringer Spannungsfall angestrebt werden.

Also: Allzu streng erscheinende Grenzwerte nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 3: 
Die Abschaltbedingungen

Ebenso verhält es sich mit den Abschaltbedingungen, die erfordern können, dass ein größerer Leiterquerschnitt eingesetzt werden muss, damit der Kurzschlussstrom groß genug wird, um zuverlässig eine Auslösung des Kurzschlussschutzes zu bewirken.

Also: Nicht einfach das Schutzgerät eine Stufe „schlapper“ wählen, sondern durch einen größeren Leiterquerschnitt die Leistungsfähigkeit der Anlage sicherstellen und gleichzeitig Verluste reduzieren!

Helfer 4: Die Selektivität

Ein ganz ähnlicher Helfer ist die Selektivität: Wenn zum Schutz vor Stromschlag, gegen Überlast und bei Kurzschluss ein Schutzorgan auslöst, so soll nur dieses Schutzorgan auslösen und kein vorgeordnetes, denn es soll bei einem Fehler nicht mehr „dunkel“ werden als zum Abwenden der Gefahr erforderlich ist. Als Faustregel gilt, dass sich die Bemessungs-Auslöseströme zweier hintereinander angeordneter Schutzorgane um mindestens zwei Stufen unterscheiden sollen.

Tatsächlich ist es um einiges komplizierter und damit ein Thema für sich. Es kann jedoch auch hier vorkommen, dass „nur“ deswegen eine dickere Leitung gewählt werden muss, weil das Schutzorgan aus Gründen der Selektivität eine Nummer größer gewählt werden muss.

Also: Auch hier gilt – nicht murren, sondern einsetzen! Der größere Leiterquerschnitt hat im praktischen Betrieb nur Vorteile.

Helfer 5: Die Lastprofile

Irgendwie könnte man behaupten, dass auch die Lastprofile selbst „Energie sparen“, denn ein quasi nicht vorhandenes „Profil“ (Bandlast) führt dazu, dass eine Leitung permanent mit dem höchstzulässigen Strom belastet werden kann oder darf. Wie eingangs dargestellt, liegt dieser Punkt Meilen weit weg vom Lebensdauer-Kostenoptimum.

Ist die Last von kurzzeitigen Spitzen gekennzeichnet, so zwingt dies dazu, die Leitung über den weitaus größten Teil des Jahres weit unter ihrem höchstzulässigen Strom zu betreiben (Beispiel: Profil HZ0). So lastet etwa ein Nachtspeicherofen mit einer Anschlussleistung von 10 kW eine Anschlussleitung von 5×1,5 mm2 nahezu aus.

Bezöge der Ofen seinen (nach Lastprofil HZ0 bei 14 656 kWh liegenden) Jahres-Energieverbrauch jedoch kontinuierlich über das Jahr, über Tag und Nacht verteilt bei seiner mittleren Leistung von 1,7 kW, so würde theoretisch eine Leitung von 0,25 mm2 ausreichen (Achtung: Nicht nachmachen! Hier wurde nur die Erwärmung in diesem – hypothetischen – Betrieb betrachtet; alle anderen Sicherheitsaspekte „mussten draußen bleiben“!).

Um das Pferd vom Schwanz aufzuzäumen, könnte man also formulieren, das durch den 10-fachen Querschnitt mögliche Einsparpotential sei hier gleichsam schon erschlossen worden – auch wenn das sachlich so nicht stimmt, denn der größere Querschnitt wird bei der tatsächlich vorliegenden Betriebsart nun mal gebraucht.

Die oben erwähnte Amortisationszeit von 13 Jahren für eine hierüber noch hinausgehende Aufwertung ist nicht gerade abstrus lang, sondern liegt eher im Bereich der Lebensdauer einer solchen Anlage. Dies weist darauf hin, dass der Faktor 10 auch nicht abstrus hoch liegt, sondern zufällig gerade mal das gesuchte wirtschaftliche Optimum darstellt.

Also: Forderungen nach Auslegung für Dauerlast auch bei nur sporadisch ausgelasteten Leiterquerschnitten nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 6: 
Netzrückwirkungen

In der VDE 0298-4 [2] finden sich jede Menge Grenzwerte für die Strombelastbarkeit einer Menge Kabel und Leitungen für eine ganze Menge Verlegearten und Häufungsfaktoren – nach wie vor jedoch noch immer nur für zwei oder drei belastete Adern.

Für den Fall des Auftretens von Oberschwingungsströmen mit vier belasteten Adern werden im (schon nicht mehr ganz) neuen Beiblatt 3 zur VDE 0100-520 [15] zusätzliche Hinweise gegeben, wie mit diesen Fällen umzugehen sei.

Nun ist es aber reichlich schwierig, im Vorhinein zu bestimmen, wie viel von welchem Oberschwingungsstrom denn wohl fließen wird. Nicht alle türmen sich im Neutralleiter auf. Deswegen wurden in die Richtwerte des Beiblatts bereits „Angstfaktoren“ eingearbeitet, damit in keinem Fall „etwas passiert“.

Der Effekt, dass die Harmonischen sich zum Teil gegenseitig auslöschen statt sich zu addieren, konnte nicht berücksichtigt werden, da Auftreten und ggf. Ausmaß dieses Effektes sich nicht vorhersehen lassen.

Daher wird die Leitung in den meisten Fällen dicker gewählt werden als nötig, doch ist dies mit Sicherheit kein Schaden für die Sicherheit – und für die Energie-Effizienz erst recht nicht! Schon ist man der Auslegung auf niedrigste Lebensdauerkosten (statt höchster Leitertemperatur) wieder ein kleines Stück näher gerückt.

Also: Auch übertrieben erscheinende Forderungen nach Auslegung mit Angstfaktoren nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 7: E-Mobilität 
und andere Dauerlasten

Noch immer findet man in Normen der Reihe VDE 0100 Aussagen wie: „Die Bedingung … stellt mitunter nicht den vollständigen Schutz der Kabel und Leitungen bei Überlast sicher, insbesondere dann nicht, wenn Überlastströme längere Zeit auftreten können, die kleiner sind als der große Prüfstrom I2 (thermischer Auslösestrom) der Überstrom-Schutzeinrichtung. Deshalb sind Stromkreise so zu gestalten, dass kleine Überlastungen von langer Dauer nicht regelmäßig auftreten können.“ [16]

Es sind Sätze wie dieser, die nun viele Installationsfachkräfte und Normer umtreiben. Bislang kam es schlichtweg nicht vor, dass eine Installationsleitung in einer Wohnung über Stunden oder gar Tage ihrer vollen Belastbarkeit ausgesetzt wird.

Hintergrund ist, dass z. B. ein Leitungsschutzschalter B 16 A frühestens bei 17,6 A auslöst, spätestens bei 23,2 A – und auch das nicht notwendigerweise früher als nach einer Stunde.

Doch was ist nun, wenn man an einem solchen Anschluss ein Elektroauto auflädt? Deswegen hat man spezielle Ladestecker entwickelt statt auf bekannte Schuko- und CEE-Steckverbindungen zurück zu greifen. Ob CEE-Stecker sich tatsächlich nicht für Dauerlast eignen, sei dahingestellt; das Problem mit den Leitungen ist damit ohnehin noch nicht gelöst.

Wie auch immer – Sätze wie oben sollten in keiner Norm stehen müssen. Abhilfe ist längst überfällig – und könnte so einfach sein. Man müsste sich in diesem Punkt nur in anderen Ländern umsehen (die ansonsten stets neidisch auf unsere hohen Standards blicken) und

  • entweder mit 16 A abgesicherte Endstromkreise – auch einphasige – generell mit 
2,5 mm² Leiterquerschnitt ausführen
  • oder mit 1,5 mm² ausgeführte Stromkreise generell mit 13 A absichern. Gerne darf es dann zum Ausgleich einer mehr sein.

Schon wären wir einer verlustarmen Installation wieder etwas näher.

Dass der Automat B 16 A der weitaus billigste ist (Bild 12), ist ein hiergegen gern gebrachter Einwand, der sich aber durch Wiederholung nicht verbessert.

Es handelt sich einmal mehr um eine Verwechslung von Ursache und Wirkung: Eben deswegen kann der Automat B 16 A so günstig angeboten werden (Bild 13), weil er in sehr großen Stückzahlen hergestellt und verkauft wird. Technische Gründe lassen sich hierfür nicht finden.

Verschiebt sich das Schwergewicht zu einem anderen Bemessungsstrom, folgen die Preise auf den Fuß. Dabei sind die Preise eine Sache des Handels. Die Hersteller denken und agieren global, und in anderen Ländern sind andere Größen die Marktführer. Für die Hersteller gleichen sich die Stückzahlen mehr oder weniger aus.

Also: Solange die Forderungen in den Normen die in derselben Norm erhobene Festlegung in Frage stellen, nicht auf die langwierige Abstellung des Mangels warten, sondern sie einfach schon jetzt umsetzen!

Ausblick

Natürlich sollte die gleiche Prozedur auch mit Einspeiseprofilen durchgeführt werden, um beispielsweise zum Verdrahten einer Photovoltaik-Anlage eben nicht die minimalen, sondern die optimalen Leiterquerschnitte zu ermitteln. Die durch die Einspeisevergütung garantierten Preise stellen ein zusätzliches Motiv zum Aufwerten der Leiterquerschnitte und einen erheblichen Faktor bei der optimalen Auswahl dar.

„Weniger ist mehr“ hört man oft als geflügeltes Wort. In den meisten Bereichen wird der Energie-Effizienz heute – in der Regel zu Recht – die Material-Effizienz gegenüber gestellt, so z. B. beim Konstruktionswerkstoff Stahl: Bessere, festere Qualitäten und ausgeklügelte Formen ermöglichen es, die gleiche Aufgabe mit weniger Stahl zu erfüllen.

Dies jedoch ist nicht auf Funktionswerkstoffe wie Kupfer anwendbar.
Hier gilt weiterhin – entgegen dem Zeitgeist – profan und primitiv: „Viel hilft viel!“

Autor:  Stefan Fassbinder
Der Artikel ist in unserem Facharchiv nachzulesen.


Literatur:

[1] [2] DIN VDE 0298-4 (VDE 0298-4):2013-06, Verwendung von Kabeln und isolierten Leitungen für Starkstromanlagen – Teil 4: Empfohlene Werte für die Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen für feste Verlegung in und an Gebäuden und von flexiblen Leitungen.
[2] [7] Fassbinder, S.: Der Spannungsfall als Problemfall. Elektropraktiker, Berlin 68 (2014) 10, S. 855.
[3] [15] DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520)Beiblatt 3:2012-10: Errichten von Niederspannungsanlagen – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Teil 520: Kabel- und Leitungsanlagen – Beiblatt 3: Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen in 3-phasigen Verteilungsstromkreisen bei Lastströmen mit Oberschwingungsanteilen.
[4] [16] DIN VDE 0100-520 (VDE 0100-520)Beiblatt 2:2010-10: Errichten von Niederspannungsanlagen – Auswahl und Errichtung elektrischer Betriebsmittel – Teil 520: Kabel- und Leitungsanlagen – Beiblatt 2: Schutz bei Überlast, Auswahl von Überstrom-Schutzeinrichtungen, maximal zulässige Kabel- und Leitungslängen zur Einhaltung des zulässigen Spannungsfalls und der Abschaltzeiten zum Schutz gegen elektrischen Schlag, Absatz 4.3.

Bild 12
Bild 12
Bild 13
Bild 13

Kommentare

botMessage_toctoc_comments_926
Anzeige

Nachrichten zum Thema

Aus dem Facharchiv: Normen und Vorschriften Energietechnik - VDE-AR-N 4131 2019-03 (Anwendungsregel)

Diese VDE-Anwendungsregel legt die Technischen Anschlussregeln (TAR) für die Planung, Errichtung, Betrieb und Änderung von HGÜ-Systemen fest.

Weiter lesen

Am 6. Mai 1994 wurde der Eurotunnel, der seit 2017 Getlink heißt, offiziell von Königin Elisabeth II. und dem französischen Präsidenten François Mitterrand eröffnet.

Weiter lesen

Aus dem Facharchiv: Leseranfrage Aufteilung des PEN in einer Hausinstallation

An welcher Stelle muss bei Hausinstallationen eine Auftrennung des PEN-Leiters erfolgen?

Weiter lesen

Aus dem Facharchiv: Arbeitsschutz, Arbeitssicherheit, Betriebsführung Brände durch Blitzeinschlag in Gebäude verhindern

Bereits im 18. Jahrhundert enthielt das deutsche Bauordnungsrecht in seinen Brandschutzvorschriften Forderungen, Blitzschutzsysteme zu errichten. Solche Systeme werden seit jeher als vorbeugende Brandschutzmaßnahme installiert, um vor allem...

Weiter lesen

Für die DIN 67524-1 2019-01 wurde das Verfahren zur Auslegung der Beleuchtung während der Planung vereinfacht. Für die DIN EN 60909-0 Berichtigung 1 2019-02 (VDE 0102 Berichtigung 1) wurden u. a. Schreibfehler korrigiert.

Weiter lesen
Anzeige