Energieeffizienz von Kabel- & Leitungsanlagen – Teil 2: Lastprofile, Methode

Nehmen wir also an, ein Endstromkreis werde entsprechend dem Lastprofil derjenigen Anlage belastet, deren Bestandteil er ist. Der höchste vorkommende sei gleich dem höchstzulässigen Strom IZ. Dann ergeben sich für eine Leitung von 3 x 1,5 mm2 Querschnitt in Verlegeart B1 bei üblichen Lastprofilen für Wohnungen, Gewerbe und Landwirtschaft Verlustenergien um 12 kWh im Jahr auf jedem Meter Leitungslänge. Für eine fünfadrige Leitung mit drei belasteten Adern sehen die Ergebnisse ähnlich aus (Tabelle 7, oberer Teil „zulässige Belastung“). Zwar entsteht hier in drei statt nur in zwei Adern Verlustleistung, doch ist diese entsprechend der niedrigeren Belastbarkeit je Ader geringer.

Erhöht man den Querschnitt um nur eine Normstufe auf 2,5 mm2, so fällt die Verlustenergie auf Werte um 7 kWh/(ma). Die Mehrkosten haben sich nach rund vier Monaten amortisiert!

Eine Ausnahme stellt aus den erwähnten Gründen die Nachtspeicherheizung (Profil HZ0) dar. Die Amortisationszeiten liegen hier um 2 Jahre. Ein weiterer „Ausreißer“ ist das Lastprofil G1 für ein Gewerbe, das nur werktags – und auch dann nur während der Geschäftszeiten – tätig ist. Durch die relativ kurzen Belastungszeiten gilt hier ansatzweise das gleiche wie für die Nachtspeicherheizung. Nur 1/3 so lang wie bei HZ0 sind bei G1 zwar die Amortisationszeiten, jedoch rund 3 Mal so lang wie in den anderen Profilen.

Entsprechend lässt sich die Betrachtung für die anderen Gewerbe- und Landwirtschaftsprofile durchführen (hier nicht dargestellt, jedoch beim Autor verfügbar), aber die Ergebnisse entsprechen auch dort tendenziell der hier beispielhaft getroffenen Auswahl.

Beim „Spielen“ mit der Excel-Tabelle lässt sich weiterhin feststellen, dass sich sogar eine Aufwertung von 1,5 mm2 auf 16 mm2 noch lohnt! Die Amortisationszeiten liegen selbst dann nur um 1,5 Jahre, im Profil G1 knapp 4 Jahre und im Profil HZ0 um 13 Jahre. Auf der Gegenseite amortisiert sich die Aufwertung in dem der Bandlast nahe kommenden Profil G3 in nur 0,6 Jahren.

Dies gilt jedoch, wie erwähnt, nur unter der Annahme, dass das für eine Anlage gültige genormte Lastprofil ebenso für jeden in der Anlage enthaltenen Endstromkreis gilt und dabei der höchstzulässige Strom wenigstens ein Mal im Jahr erreicht wird. Nun ist dies kaum jemals der Fall; schon deswegen, weil Kabel und Leitungen nur mit bestimmten Norm-Querschnitten verfügbar sind und stets der nächstgrößere gewählt werden muss, wenn ein Querschnitt nicht ausreicht. Ferner werden immer Reserve- und Sicherheitsfaktoren eingebaut. Wird die Leitung im praktischen Betrieb nur höchstens bis zur Hälfte ihrer Belastbarkeit genutzt, so fällt die Erwärmung auf ein Viertel, und die Amortisationszeit steigt z. B. von einem halben Jahr gleich auf zwei Jahre. Aber dennoch: Was sind zwei Jahre im Leben einer Installationsleitung? Diese lebt in der Regel so lange wie das gesamte Gebäude. Eine Nummer größer lohnt sich also immer!

Versuch der Entwicklung einer Methode

Beide Ansätze, der des geometrischen Mittelwerts zwischen zwei theoretischen Extrem-Szenarien (Ansatz 1) sowie derjenige der Übertragung genormter Anlagen-Lastprofile auf Endstromkreise (Ansatz 2), weisen in die gleiche Richtung und vermitteln einen Eindruck davon, wie weit die Auslegung „auf höchstmögliche Temperatur“ vom Lebensdauer-Kostenoptimum entfernt sein kann. Sie reichen nur noch nicht hin, um eine Methodik zu erstellen, wie denn dieses Optimum aufzufinden sei. Die Synthese aus beiden lässt sich aber dorthin weiter entwickeln:

Beispiel 1: Das Wohngebäude

Bei Kunden im Bereich unter 100 MWh/a werden zur Netzplanung sowie zur Tariffindung (Arbeitspreis, Leistungspreis) die genormten Lastprofile angewendet. Bleiben wir qualitativ bei dem vereinfachenden Ansatz 2, das für die jeweilige Anlage gültige Lastprofil auf die Endstromkreise zu übertragen. Mit der Entscheidung für ein bestimmtes Lastprofil liegt fest, um welchen „Jahres-Spitzenfaktor“ FS der mittlere Strom Iz_mittel unter dem höchstzulässigen Strom Iz liegt. Den Effekt der bei ungleichmäßigem Strom überproportional steigenden Stromwärme gleicht der in den Tabellen mit aufgeführte und bereits berücksichtigte Korrekturfaktor FK des betreffenden Lastprofils wieder aus.

Autor: S. Fassbinder

Literatur:
[6] Fassbinder, S.: Der Weg zur Energiewende – Chancen und Hindernisse. Teil 1: Was sind denn Lastprofile? Elektropraktiker, Berlin 70 (2016) 1, S. 24.
[8] [8] Fassbinder, S.: Analyse und Auswirkungen von Oberschwingungen. ep Thema, Elektropraktiker, Berlin 68 (2014) 3, S. 2, Tafel 1.
[9] [9] DIN EN 60228 (VDE 0295):2005-09: Leiter für Kabel und isolierte Leitungen (IEC 60228:2004).

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