Bisher stand in eurem Plan „Zuleitung, UV-V14, Geräte aufstellen“. Jetzt bekommt jedes Wort eine Zahl: welche Leistung, welcher Strom, welche Sicherung, welcher Querschnitt, wie viel Spannung am Ende ankommt und wie die Kernkomponente eures Projekts ausgelegt wird.
Schritt 2 von 5. Du stellst die Leistungsbilanz auf, bemisst die Zuleitung, ergänzt den Übersichtsschaltplan, rechnest die Auslegung eures Projekts, wertest eine Messreihe aus und entwirfst eine Änderung in 30 Minuten.
Danach: Lernangebot 8 · Normen, Produktauswahl und Umwelt
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Jede Zahl im Entwurf hat eine Herkunft: aus dem Lastenheft, aus dem Datenblatt oder aus einer Rechnung, die ein anderer nachrechnen kann.
Am Ende hast du: den Entwurf eurer Anlage: Übersichtsschaltplan, Leistungsbilanz, Bemessung der Zuleitung, Auslegung und Entwurfsbegründung.
Karte „Vorfeld V 13 bis V 15 auf einen Blick“: Lageplan mit Trafostation V-Ost, Positionen V 13 bis V 15 und den drei Projekten A, B und C, dazu je Projekt die Steckbriefdaten und die Kennzeichen. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe mit Anlagendaten.
Erst du, dann die anderen
Bevor du die Zuleitung bemisst, brauchst du den Strom, den sie im ungünstigsten Augenblick führt. Den gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Alles addieren, was angeschlossen ist. Jeder Verbraucher mit seiner Bemessungsleistung, alle gleichzeitig. Sicher und schnell gerechnet. Dafür wird die Leitung oft größer und teurer als nötig, und bei Projekt C stimmt das Ergebnis mit Lastmanagement gar nicht mehr.
- Mit Gleichzeitigkeit rechnen. Nur was wirklich zugleich läuft, mit einem Gleichzeitigkeitsfaktor aus Erfahrung oder Messung. Wirtschaftlich. Dafür muss jemand den Faktor begründen, und eine Fehleinschätzung zeigt sich erst im Betrieb.
- Die Grenze vorgeben. Eine Steuerung begrenzt die Leistung, die Leitung wird auf diese Grenze bemessen. Planbar und nah an der Zusage. Dafür hängt die Sicherheit der Bemessung an der Steuerung, und ihr Versagen muss abgesichert sein.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Projekt A · Strom und Luft für V 14 · Gegebene Werte Lernangebot 7 · aufklappen, wenn du rechnest
Projekt A · Strom und Luft für V 14
- Anschlusszusage Netzbetrieb für V 14
- höchstens 150 kW Dauer
- Abgang in der NSHV V-Ost
- -Q31, NH-Lasttrennschalter Größe 2, Sicherungseinsatz bis 250 A
- NH-Sicherungen gG, Bemessungsströme
- 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 A
- Zuleitung -W31
- NSHV V-Ost bis UV-V14, 140 m, Erdkabel NYY-J im Schutzrohr unter dem Vorfeld, Kupfer, κ = 56 m/(Ω mm²)
- Belastbarkeit Iz NYY-J für genau diese Verlegung (Häufung eingerechnet)
- 50 mm² 160 A · 70 mm² 196 A · 95 mm² 232 A · 120 mm² 264 A · 150 mm² 296 A
- Spannungsfall NSHV bis UV-V14
- höchstens 3 % (Vorgabe Netzbetrieb)
- Netz
- TN-S, 3/N/PE AC 400/230 V 50 Hz
- Frequenzumformer -TA1
- Ausgang 90 kVA, 3/N AC 200/115 V 400 Hz, cos φ bei Nennlast 0,8; Wirkungsgrad 0,92; Eingang 3/PE AC 400 V 50 Hz, cos φ 0,95 (aktiver Gleichrichter)
- Vorklimagerät -EC1
- elektrisch höchstens 60 kW, cos φ 0,90
- Kleinsteuerung -KE1
- Freigabe, Verriegelung, Not-Halt, Betriebsstunden; eigener kleiner Abgang in der UV-V14
- 400-Hz-Kabel -W34 mit Stecker -XD1
- 30 m, 4 × 70 mm² Kupfer, Induktivitätsbelag 0,25 µH/m je Leiter; Stecker mit Verriegelungskontakten: Der Umformer darf nur zuschalten, wenn die Rückmeldung aus dem Flugzeug ansteht.
- Messreihe Labormodell
- Laborumrichter mit 50 Hz und mit 400 Hz an ohmsch-induktiver Last (cos φ 0,8), Kabelstück, die Werte sind auf das 30-m-Kabel umgerechnet:
Scheinleistung am Umformerausgang in kVA 15 30 45 60 75 Strom je Strang in A 43,3 86,6 129,9 173,2 216,5 ΔU je Strang bei 50 Hz in V 0,33 0,65 0,98 1,31 1,63 ΔU je Strang bei 400 Hz in V 0,75 1,51 2,26 3,02 3,77
Alle Werte sind Unterrichtswerte. Rechne nur mit den Werten deines Projekts.
Projekt B · Licht für V 13 bis V 15 · Gegebene Werte Lernangebot 7 · aufklappen, wenn du rechnest
Projekt B · Licht für V 13 bis V 15
- Fläche
- 3 Positionen je 75 m × 60 m
- Anforderung (Lastenheft L1, L2)
- mittlere horizontale Beleuchtungsstärke Em ≥ 20 lx, Gleichmäßigkeit U0 = Emin durch Em ≥ 0,25; keine Blendung von Cockpit und Tower
- Planungswerte
- Wartungsfaktor 0,8; Beleuchtungswirkungsgrad ηB = 0,45 (Anteil des Lichtstroms, der auf der Fläche ankommt)
- LED-Fluter -EA1 bis -EA24
- je 31.500 lm, 230 W, cos φ 0,95, Lebensdauer 100.000 h; geplant 6 je Mast, je 2 an einem Außenleiter
- Masten +M1 bis +M4
- 25 m hoch, vorhanden; Statik für neue Fluter wird geprüft (Fremdleistung)
- Alte Anlage
- 12 Natriumdampf-Hochdrucklampen 1.000 W, Systemleistung je 1.070 W, Lichtstrom gealtert je 90.000 lm, 3 je Mast
- Lichtsteuerung -KE1
- DALI; Helligkeitssensor -BR1; Belegungssignal der Position aus der Vorfeldkontrolle; Stellwerte belegt 100 %, frei 30 %
- Mastzuleitungen -W41 bis -W44
- aus dem Beleuchtungsverteiler BV in der Trafostation V-Ost, NYY-J 5 × 10 mm² im Erdreich, zusammen 520 m, die längste (-W44 zu +M4) 180 m; Iz in dieser Verlegung 60 A
- Abgang je Mast im BV
- Leitungsschutzschalter C 16 A (vorhanden)
- Spannungsfall
- höchstens 3 % bis zum Mastverteiler; Netz TN-S, 3/N/PE AC 400/230 V; Kupfer κ = 56 m/(Ω mm²)
- Messreihe alte Anlage
- Raster aus 15 Punkten auf Position V 14, Beleuchtungsstärke horizontal in Bodenhöhe:
Messpunkt 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 E in lx 41 52 38 22 31 24 12 18 14 5 9 6 4,3 7 5
Alle Werte sind Unterrichtswerte. Rechne nur mit den Werten deines Projekts.
Projekt C · Laden an V 14 · Gegebene Werte Lernangebot 7 · aufklappen, wenn du rechnest
Projekt C · Laden an V 14
- Anschlusszusage Netzbetrieb für V 14
- höchstens 150 kW Dauer
- Abgang in der NSHV V-Ost
- -Q31, NH-Lasttrennschalter Größe 2, Sicherungseinsatz bis 250 A
- NH-Sicherungen gG, Bemessungsströme
- 63, 80, 100, 125, 160, 200, 250 A
- Zuleitung -W31
- NSHV V-Ost bis UV-V14, 140 m, Erdkabel NYY-J im Schutzrohr unter dem Vorfeld, Kupfer, κ = 56 m/(Ω mm²)
- Belastbarkeit Iz NYY-J für genau diese Verlegung (Häufung eingerechnet)
- 50 mm² 160 A · 70 mm² 196 A · 95 mm² 232 A · 120 mm² 264 A · 150 mm² 296 A
- Spannungsfall NSHV bis UV-V14
- höchstens 3 % (Vorgabe Netzbetrieb)
- Netz
- TN-S, 3/N/PE AC 400/230 V 50 Hz
- Ladepunkte
- 6 × AC 22 kW (Mode 3, Typ 2, 3 × 230 V × 32 A), Bezeichnung LP1 bis LP6; 1 × DC 50 kW, LP7; cos φ beim Laden 0,98
- Schutz je Ladepunkt (Lastenheft L5)
- eigener Stromkreis mit eigenem Leitungsschutzschalter und eigener Fehlerstrom-Schutzeinrichtung
- Lastmanagement -KE1
- Grenze 140 kW Netzbezug; DC-Ladepunkt zuerst, der Rest gleich auf die gesteckten AC-Ladepunkte; je AC-Ladepunkt 6 A bis 32 A
- CP-Signal
- Der Ladepunkt teilt dem Fahrzeug den zulässigen Strom über den Tastgrad mit: I = Tastgrad in % · 0,6 A, gültig von 10 % bis 85 %
- Fahrzeuge
- 6 E-Gepäckschlepper je 28 kWh am Tag, 1 E-Pushback 45 kWh am Tag; Ladewirkungsgrad 0,92; geladen wird nach Schichtende ab 22 Uhr, fertig sein müssen alle bis 5 Uhr (L3)
- PV-Carport
- 90 Module × 400 Wp; Modul Voc 45 V, Vmp 37 V, Temperaturbeiwert von Voc −0,28 %/K; tiefste Modultemperatur −20 °C
- Wechselrichter -TB21
- 36 kW; höchste DC-Eingangsspannung 1.000 V; MPP-Bereich 450 V bis 800 V
- Messreihe Ladenacht ohne Lastmanagement
- Leistung am Netzanschluss, abgelesen jede halbe Stunde:
Uhrzeit 22:00 22:30 23:00 23:30 0:00 0:30 Leistung am Netzanschluss in kW 44 182 182 132 50 0
Alle Werte sind Unterrichtswerte. Rechne nur mit den Werten deines Projekts.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Entwurf der Anlage
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Übersichtsschaltplan, einpolig, von der NSHV V-Ost bzw. dem BV bis zu jedem Verbraucher, mit Schaltzeichen, Kennzeichen, Schutzorganen und Leitungen
- der Leistungsbilanz mit Wirk-, Blind- und Scheinleistung und dem Betriebsstrom
- der Bemessung der Zuleitung: Schutzorgan, Querschnitt, Spannungsfall, Begründung gegen den nächstkleineren Querschnitt
- der Auslegung eures Projekts: A 400-Hz-Kabel und Verriegelung; B Lichtberechnung, Blendung und Steuerkonzept; C Lastmanagement, Tastgrad und PV-Stränge
- der Auswertung der Messreihe eures Projekts mit Folgerung
- der Entwurfsbegründung mit Abgleich gegen L1 bis L8
Zur Dokumentation
Rechenwege mit Formel, eingesetzten Werten und Einheit; zu jeder Zahl die Herkunft. Der Plan wird so gezeichnet, dass die Elektrowerkstatt danach bauen kann; er geht in Teil 6 in die Dokumentation.
Zusammen mit Normenliste und Produktauswahl aus Lernangebot 8 ist das Meilenstein M3. Abgenommen wird er im Kreuzreview durch ein Team mit anderem Projekt, danach zeichnet die Projektleitung ab.
7.1Stellt die Leistungsbilanz eurer Anlage auf
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Aufgabe 7.1
Stellt die Leistungsbilanz eurer Anlage auf:
- Liste alle Verbraucher eurer Anlage mit Kennzeichen und Bemessungsdaten auf.
- Berechne für jeden Verbraucher die Wirkleistung und die Scheinleistung, die er dem Netz entnimmt.
- Bestimme den ungünstigsten Betriebsfall (Projekt A: Umformer bei Nennlast und Vorklimagerät bei Höchstlast · Projekt B: alle Fluter auf 100 % · Projekt C: alle sieben Ladepunkte mit voller Leistung, ohne Lastmanagement).
- Berechne die Leistung und den Strom für diesen Fall (Projekt B: je Mast und für die ganze Anlage).
- Vergleiche mit der Anschlusszusage von 150 kW (Projekt B: mit der Leistung der alten Anlage).
| Verbraucher mit Kennzeichen | P in kW | cos φ | S in kVA | Q in kvar | I in A |
|---|---|---|---|---|---|
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistung · Scheinleistung · Leistungsfaktor · Dreiphasenwechselstrom (Drehstrom) · Gleichzeitigkeitsfaktor
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
7.2Bemesst die Zuleitung eurer Anlage
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Aufgabe 7.2
Bemesst die Zuleitung eurer Anlage:
- Lege den Betriebsstrom Ib fest, den die Zuleitung führen muss (Projekt C: mit Lastmanagement auf 140 kW).
- Wähle das Schutzorgan nach der Bedingung Ib ≤ In ≤ Iz (Projekt B: prüfe den vorhandenen Abgang C 16 A der längsten Mastzuleitung).
- Wähle den Querschnitt aus der Belastbarkeit für eure Verlegung (Projekt B: prüfe 10 mm²).
- Berechne den Spannungsfall in Prozent.
- Prüfe, ob der nächstkleinere Querschnitt auch reichen würde.
- Wähle die Schutzorgane der Abgänge in der Unterverteilung (Projekt B: entfällt).
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Strombelastbarkeit von Leitungen · Überstrom-Schutzeinrichtung · Spannungsfall · Leitungsberechnung · Erdkabel, Verlegen
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
7.3Ergänze den Übersichtsschaltplan eurer Anlage
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Aufgabe 7.3
Projekt A · Strom und Luft für V 14 · Übersichtsschaltplan zum Ergänzen · aufklappen
Projekt B · Licht für V 13 bis V 15 · Übersichtsschaltplan zum Ergänzen · aufklappen
Projekt C · Laden an V 14 · Übersichtsschaltplan zum Ergänzen · aufklappen
Ergänze den Übersichtsschaltplan eurer Anlage:
- Trage die Schutzorgane mit Art und Bemessungsstrom ein.
- Trage die Leitungen mit Kabeltyp, Aderzahl, Querschnitt und Länge ein.
- Prüfe jedes Schaltzeichen gegen DIN EN 60617 im Tabellenbuch.
- Prüfe jedes Kennzeichen gegen DIN EN IEC 81346-2 und setze es links neben das Zeichen.
- Ergänze, was im Plan fehlt, damit die Elektrowerkstatt ohne Rückfrage bauen kann.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Übersichtsschaltplan · Schaltzeichen · Kennbuchstaben der Objekte · Referenzkennzeichnung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
7.4Legt die Kernkomponente eures Projekts rechnerisch aus
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Aufgabe 7.4
Projekt A · Strom und Luft für V 14 · Bild zur Auslegung · aufklappen
Projekt B · Licht für V 13 bis V 15 · Bild zur Auslegung · aufklappen
Projekt C · Laden an V 14 · Bild zur Auslegung · aufklappen
Legt die Kernkomponente eures Projekts rechnerisch aus:
- Projekt A: Berechne den Strom am Ausgang des Umformers bei 90 kVA.
- Projekt A: Berechne Wirkwiderstand und Blindwiderstand des 400-Hz-Kabels bei 50 Hz und bei 400 Hz.
- Projekt A: Berechne den Spannungsfall je Strang bei 90 kVA für beide Frequenzen, in Volt und in Prozent von 115 V.
- Projekt B: Berechne den Gesamtlichtstrom, den die drei Positionen nach dem Wirkungsgradverfahren brauchen.
- Projekt B: Berechne die rechnerische Fluterzahl und prüfe die geplanten 24 Fluter.
- Projekt B: Berechne die mittlere Beleuchtungsstärke mit 24 Flutern.
- Projekt C: Berechne Leistung, Strom und Tastgrad je AC-Ladepunkt, wenn alle sieben Fahrzeuge stecken und das Lastmanagement die Grenze hält.
- Projekt C: Berechne den Tastgrad für 32 A und für 6 A.
- Projekt C: Berechne die Ladezeit eines Schleppers mit dem Strom aus dem ersten Schritt.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Induktivitätsbelag · Blindwiderstand · Wirkungsgradmethode · Beleuchtungsstärke · Ladebetriebsarten · Lastmanagement · Tastgrad
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
7.5Wertet die Messreihe eures Projekts aus
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Aufgabe 7.5
Wertet die Messreihe eures Projekts aus:
- Übertrage die Messwerte in ein Diagramm mit Größe und Einheit an beiden Achsen.
- Projekt A: Bestimme für jede Laststufe das Verhältnis der Spannungsfälle bei 400 Hz und bei 50 Hz.
- Projekt B: Berechne die mittlere Beleuchtungsstärke und die Gleichmäßigkeit der alten Anlage.
- Projekt C: Bestimme die Spitzenleistung und wie lange die Leistung über der Grenze von 140 kW liegt.
- Vergleiche das Ergebnis mit der Anforderung aus eurem Lastenheft.
- Leite eine Folgerung für euren Entwurf ab.
| Messwert | abgelesen oder gerechnet | Anforderung | erfüllt? |
|---|---|---|---|
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kennlinien · Beleuchtungsstärke · Lastmanagement
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
7.6Entscheidet, wie eure Anlage im Grenzfall sicher und funktionsfähig bleibt
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Aufgabe 7.6
Entscheidet, wie eure Anlage im Grenzfall sicher und funktionsfähig bleibt:
- Projekt A: Lege fest, unter welchen Bedingungen -KE1 den Umformer zuschaltet und was geschieht, wenn die Rückmeldung des Flugzeugs wegfällt.
- Projekt A: Entscheide, wie ihr den Spannungsfall am 400-Hz-Kabel ausgleicht.
- Projekt A: Erkläre, weshalb Flugzeuge mit 400 Hz statt mit 50 Hz versorgt werden.
- Projekt B: Lege fest, wie die Fluter ausgerichtet werden, damit Cockpit und Tower nicht geblendet werden.
- Projekt B: Lege das Verhalten der Lichtsteuerung fest für eine belegte Position, eine freie Position und einen gestörten Helligkeitssensor.
- Projekt C: Prüfe die Aufteilung der 90 Module in 6 Stränge zu 15 Modulen bei −20 °C gegen die höchste Eingangsspannung und den MPP-Bereich.
- Projekt C: Prüfe eine andere Aufteilung der 90 Module und entscheide.
- Begründe jede Entscheidung mit einem Satz.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Frequenzumrichter · Transformator · Blendung · Lichtsteuerung · Photovoltaik-Anlage · Temperaturkoeffizient · Wechselrichter
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
7.7Entwirf in 30 Minuten eine Änderung eurer Anlage
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Aufgabe 7.7
Die Lage: Die Elektrowerkstatt braucht für Instandhaltungsarbeiten eine CEE-Steckdose 3/N/PE AC 400 V 16 A. Projekt A und C: an der UV-V14. Projekt B: im Mastverteiler +M4. Rechne mit 16 A bei cos φ 1. Format wie im Prüfungsbereich Systementwurf: allein, mit Tabellenbuch und Taschenrechner, 30 Minuten.
Entwirf in 30 Minuten eine Änderung eurer Anlage:
- Ergänze den Übersichtsschaltplan um den neuen Abgang mit Schaltzeichen und Kennzeichen.
- Wähle die Schutzorgane für den neuen Abgang.
- Prüfe, ob Zuleitung, Schutzorgan und Leistungsgrenze eurer Anlage die zusätzliche Last tragen.
- Entscheide, was ihr ändert, falls eine Bedingung nicht mehr erfüllt ist.
- Begründe deinen Entwurf in drei Sätzen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Steckvorrichtungen · Fehlerstrom · Überstrom-Schutzeinrichtung · Spannungsfall · Lastmanagement
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
7.8Stellt euer Lernprodukt „Entwurf der Anlage“ zusammen
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Aufgabe 7.8
Stellt euer Lernprodukt „Entwurf der Anlage“ zusammen:
- Zeichnet den Übersichtsschaltplan vollständig und sauber.
- Legt Leistungsbilanz, Bemessung und Auslegung als Rechenblatt dazu.
- Schreibt zu jeder Zahl im Entwurf die Herkunft.
- Prüft den Entwurf gegen die Lastenheftanforderungen L1 bis L8 eures Projekts.
- Kennzeichnet, was noch offen ist und wer es klärt.
| Zahl im Entwurf | Wert | Herkunft oder Rechnung | Lastenheft |
|---|---|---|---|
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Übersichtsschaltplan · Dokumentation · Lastenheft · Pflichtenheft
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Die Leitung Vorfeldbetrieb denkt schon weiter. Projekt A: Die Position V 14 soll später auch Großraumflugzeuge versorgen, mit zwei Bodenstromausgängen zu je 90 kVA. Projekt B: Der Tower verlangt eine Abschirmung der Fluter zur Nordseite. Projekt C: Zwei weitere AC-Ladepunkte sollen nachgerüstet werden.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe, welche Zahlen deines Entwurfs sich ändern und welche bleiben.
- Beurteile, ob Anschlusszusage, Zuleitung und Schutz noch reichen bzw. ob die Beleuchtungsanforderung noch erfüllt ist.
- Entscheide, was ihr der Leitung Vorfeldbetrieb vorschlagt.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.