Energieeffizienz von Kabel- und Leitungsanlagen – Teil 3: 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.

Allerdings gibt es, wie schon angedeutet, auch Auslegungskriterien, die aus ganz anderen Gründen normativ festgelegt sind und angewandt werden, dann aber als „synergetische Nebenwirkung“ der Energie-Effizienz gleichsam in die Karten spielen (sozusagen ein „Kollateralnutzen“).

Alter Helfer: Blindleistungs-Kompensation

Ein Argument, das manchmal gegen die, manchmal als Ergänzung zur Überdimensionierung von Leiterquerschnitten angeführt wird, lautet, man solle zunächst einmal zusehen, dass durch angemessene Blindleistungs-Kompensation die Belastung der Leiter reduziert werde; dies könne zu ebenso hohen oder gar zu noch höheren Einsparungen führen. Stimmt das? Wann stimmt das und wann nicht? Oder sollte man das eine tun, ohne das andere zu unterlassen?

Die in Tabelle 13 dargestellten Berechnungen sollen helfen, dies herauszufinden.

Randbedingungen, Einschränkungen und Vereinfachungen

Zum Vergleich wurden drei Beispiellasten ausgewählt, die gemeinhin als von ohmsch-induktiver Natur bekannt sind: Ein kleiner, ein mittlerer und ein großer Drehstrom-Asynchronmotor. Die Bemessungswerte der Motoren wurden so gewählt, dass ihre normalen Betriebsströme die jeweiligen Kabel möglichst voll auslasteten: Im ersten Fall handelte es sich um das dünnste (A = 1,5 mm²), im dritten um das zweitdickste (A = 500 mm² – 
also mit „Luft nach oben“ zur Aufrüstung auf das dickste verfügbare mit A = 630 mm²), von welchen die benötigten Angaben in den Datenblättern der Hersteller zu finden waren. Der zweite Fall lag in der (geometrischen) Mitte dazwischen (A = 35 mm² benötigt, auf A = 50 mm² aufgerüstet). Zu den „notwendigen Angaben“ zählten hier neben den Preisen die Induktivitätsbeläge (die Induktivitäten je Kilometer Länge) der jeweiligen Kabel.

Die Betriebstemperatur der Kabel wird mit 70 °C bei voller Last angenommen. Die Auswirkung der Belastungsreduktion durch Überdimensionierung bzw. durch (vollständige) Blindstrom-Kompensation (auf cos φ = 1) wird hier – anders als in der Betrachtung der Randbedingungen zum Jahres-Effektivwert unter Ansatz 2 – als linear in die Veränderung der Temperatur eingehend angenommen. Der Widerstand R des Kabels nimmt daher linear mit der Entlastung ab, was zu einer leichten Reduktion der Verluste und somit zu einer kleinen Verbesserung des Einspar-Effekts führt.

Die in Tabelle 13 aufgeführten Kabelpreise beziehen sich auf die dort jeweils angegebenen Längen – ohne Berücksichtigung etwaiger Mengenrabatte auf Grund der in den einzelnen Beispielen unterschiedlichen Längen.

Eine weitere Ungenauigkeit entsteht dadurch, dass die Induktivitätsbeläge des für den großen Motor mindestens erforderlichen Kabels mit 500 mm² Leiterquerschnitt sowie des aufgewerteten Querschnitts von 630 mm² als Dreileiterkabel gerechnet wurden, während die Preise von 3 Einzeladern eingesetzt wurden.

Etwas verwirrend ist es schon, dass der einzige Anbieter, der Induktivitätsbeläge für seine Kabel angibt, diese Angaben auch für Einzeladern macht, obwohl die Induktivität eine Systemgröße darstellt und sich daher nicht einer einzelnen Ader zuordnen lässt. Vielmehr ist die Induktivität einer Leiterschleife vom Abstand zwischen Hin- und Rückweg abhängig. Die Werte scheinen sich jedoch auf einen Abstand zu beziehen, der etwa dem in einem dreiadrigen Kabel entspräche. Die nahe liegende Entscheidung zur Fehler-Minimierung ging somit dahin, die Preise von einem und die Induktivitätsbeläge von einem anderen Hersteller zu wählen, je nach Verfügbarkeit der erforderlichen Angaben, und die drei Einzeladern rechnerisch als Dreileiterkabel zu behandeln.

Vorgehensweise