Hier folgst du der Energie vom Umspannwerk bis zur Steckdose der Ladehalle. Leg den Übersichtsplan aus dem Auftrag daneben.
Schritt 2 von 5. Du ordnest die Spannungsebenen, rechnest Strom und Verluste, erschließt die Trafostation V-Ost und den Ring und zeichnest den Versorgungspfad.
Danach: Lernangebot 2 · Versorgung bewerten
Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Jede Station auf dem Weg hat eine Aufgabe: übertragen, umspannen, schalten, verteilen oder schützen.
Am Ende hast du: den Versorgungspfad der Ladehalle als Übersichtsplan, vom 110-kV-Anschluss bis zum Ladegerät, mit einem Satz je Station.
Karte „Vom Ring bis zur Steckdose“: Die ganze Kette auf einer Seite, mit der Leiste der Spannungsebenen, den Betriebsmitteln und ihren Kennzeichen. Die Karte steht im Wissensspeicher, Lektion „Wissensspeicher und Expertenrunde“. Leg sie neben jede Aufgabe dieses Teils.
Erst du, dann die anderen
Die Werkstattleitung fragt: „Wozu der ganze Aufwand mit 110 kV und 10 kV? Weshalb verteilt ihr nicht gleich mit 400 V vom Umspannwerk bis zu uns?“ Den Beweis gibt dir keiner vor. Wie würdest du vorgehen?
So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
- Rechnen. Für dieselbe Leistung den Strom bei 10 kV und bei 400 V berechnen, dann die Verluste auf derselben Leitung. Du hast eine Zahl, die überzeugt, musst aber eine Leitung annehmen, die es so vielleicht nicht gibt.
- Im Tabellenbuch nachschlagen. Welchen Querschnitt bräuchte eine Leitung für den Strom bei 400 V? Du siehst sofort, dass es kein handliches Kabel mehr ist. Über die Verluste sagt das allein noch nichts.
- Vergleichen, was man kennt. Überlandleitungen haben hohe Spannung und dünne Seile, die Leitung im Haus kleine Spannung und kurze Wege. Das gibt ein gutes Gefühl für die Sache, ist aber noch kein Beweis.
Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.
Gegebene Werte: Netz des Flughafens, Trafostation V-Ost und Vergleichsleitung · aufklappen, wenn du rechnest
Gegebene Werte: Netz des Flughafens, Trafostation V-Ost und Vergleichsleitung
- Netz des Flughafens (öffentliche Größenordnung, gerundet)
- zwei voneinander unabhängige Einspeisungen aus dem 110-kV-Netz · sechs Umspannwerke 110 kV/10 kV · 10-kV-Ringe mit rund 770 km Kabel · rund 240 Netzstationen, zusammen rund 700 MW · 72 Netzersatzanlagen, rund 76 MW · 67 USV-Anlagen · Stromverbrauch rund 630 GWh im Jahr · Ausfallzeit weniger als eine Minute im Jahr
- Trafostation V-Ost
- am 10-kV-Ring · zwei Transformatoren -T1 und -T2 je 1.250 kVA, 10 kV/0,4 kV, Dyn5, uk = 6 % · NSHV V-Ost aus zwei Hälften · Netz 400/230 V, 50 Hz
- Abgang zur Ladehalle
- Abgang -Q24 der NSHV V-Ost, Vorsicherung nach eurer Bemessung in Teil 4 · Zuleitung -W1, 85 m, auf Kabelpritsche · Unterverteilung UV-LH
- Ladehalle
- sechs Ladegeräte -T11 bis -T16 je 9,2 kW Aufnahme für die E-Schlepper ES 21 bis ES 26 · Werkstatt, Hebebühne, Kompressor, Tor · installiert 96,35 kW
- Scheinleistung im Dreiphasennetz
- S = √3 · U · I (U = Spannung zwischen zwei Außenleitern; hergeleitet wird die Formel in Teil 2)
- Verlustleistung einer Dreiphasenleitung
- PV = 3 · I² · R (R = Widerstand eines Leiters)
- Vergleichsleitung (Unterrichtswert)
- R = 0,25 Ω je Leiter, gleich für alle drei Spannungen
- Vergleichsleistung
- S = 1.250 kVA, so viel wie ein Transformator in V-Ost
- Ausfallzeit im deutschen Durchschnitt (Unterrichtswert)
- rund 12 Minuten im Jahr je angeschlossenem Kunden
So stehen die Werte in den Anlagendaten und in den Unterlagen des Netzbetriebs. Alle Zahlen zum Flughafen sind öffentliche Größenordnungen, gerundet. Alle Werte zur Ladehalle, alle Preise und alle CO₂-Werte sind Unterrichtswerte.
Dein Lernprodukt im Einzelnen
Dein Lernprodukt
Versorgungspfad der Ladehalle
Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.
Es besteht aus
- dem Übersichtsplan vom 110-kV-Anschluss bis zu einem Ladegerät, einpolig, mit Schaltzeichen nach DIN EN 60617, Spannungen und Kennzeichen
- den Übersetzungsverhältnissen an den beiden Transformatoren
- einem Satz je Station, was dort mit der Energie geschieht
- der Rechnung zu Strom und Verlusten auf 110 kV, 10 kV und 400 V als Begründung für die Spannungsebenen
- der Erklärung von Ring, Trennstelle und (n−1)-Sicherheit
Zur Dokumentation
Der Plan ist auf einer Seite lesbar, jede Station trägt Spannung und Kennzeichen wie in den Anlagendaten. Jede Zahl hat eine Quelle: öffentliche Angabe, Anlagendaten, Unterrichtswert oder eigene Rechnung. Gespeichert wird am Werkstattrechner aus Lernfeld 4.
Zusammen mit der Entscheidungsmatrix aus Lernangebot 2 ist das der erste Teil von Meilenstein M1. Abgenommen wird er im Kreuzreview durch ein anderes Team am Ende von Sprint 1, danach zeichnet die Projektleitung ab.
Aufgabe 1.1
Ordne die Spannungsebenen der Elektroenergieversorgung:
- Nenne die vier Spannungsebenen der Versorgung in Deutschland.
- Gib für jede Ebene typische Nennspannungen an.
- Beschreibe die Aufgabe jeder Ebene.
- Ordne die drei Spannungen des Flughafens einer Ebene zu.
- Erkläre, weshalb der Flughafen an 110 kV angeschlossen ist und ein Wohnhaus an 400/230 V.
| Ebene | typische Nennspannung | Aufgabe | am Flughafen |
|---|---|---|---|
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Spannungsebenen · Nennspannung · Energieversorgungsnetz · Niederspannung
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.2
Verfolge den Weg der Energie im Übersichtsplan aus dem Auftrag:
- Nenne die Stationen vom 110-kV-Anschluss bis zum Ladegerät in der richtigen Reihenfolge.
- Gib an, an welchen Stellen sich die Spannung ändert.
- Ordne jeder Station ihre Betriebsmittel mit Kennzeichen zu.
- Beschreibe je Station in einem Satz, was dort mit der Energie geschieht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Übersichtsschaltplan · Umspannwerk · Netzstation · Unterverteilung · Kennzeichnung von Betriebsmitteln
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.3
Vergleiche den Strom bei gleicher Leistung auf drei Spannungsebenen:
- Stelle die Formel für die Scheinleistung im Dreiphasennetz nach dem Strom um.
- Berechne den Strom für 1.250 kVA bei 110 kV.
- Berechne den Strom für 1.250 kVA bei 10 kV.
- Berechne den Strom für 1.250 kVA bei 400 V.
- Vergleiche das Verhältnis der Ströme mit dem Verhältnis der Spannungen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Scheinleistung · Dreiphasenwechselstrom · Leistung, elektrische
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.4
Berechne die Verluste auf der Vergleichsleitung bei den drei Spannungen:
- Berechne mit deinen Strömen aus Aufgabe 1.3 die Verlustleistung bei 110 kV, bei 10 kV und bei 400 V.
- Gib jede Verlustleistung in Prozent der übertragenen 1.250 kVA an.
- Bestimme, um welchen Faktor die Verluste steigen, wenn statt mit 10 kV mit 400 V übertragen wird.
- Erkläre, weshalb in der Formel eine 3 steht.
- Begründe, weshalb Energie über weite Strecken mit hoher Spannung übertragen wird.
- Vergleiche das Ergebnis mit deiner Schätzung aus dem Auftrag.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Verlustleistung · Leitungswiderstand · Spannungsfall · Energieübertragung
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.5
Erschließe die Trafostation V-Ost als Schalt- und Verteilungsanlage:
- Benenne die Betriebsmittel 1 bis 8 im Bild oben.
- Beschreibe die Aufgabe jedes Betriebsmittels in einem Satz.
- Berechne das Übersetzungsverhältnis der Transformatoren.
- Vergleiche die Ströme aus Aufgabe 1.3 auf beiden Seiten des Transformators mit seinem Übersetzungsverhältnis.
- Erkläre die Schaltgruppe Dyn5 Zeichen für Zeichen.
- Begründe, weshalb die Station zwei Transformatoren hat und die NSHV aus zwei Hälften besteht, die sich verbinden lassen.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Transformator · Schaltgruppe · Übersetzungsverhältnis · Mittelspannungsschaltanlage · Schaltzeichen
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.6
Erkläre, wie der 10-kV-Ring einen Kabelfehler übersteht:
- Beschreibe, wie der Ring im Normalbetrieb geschaltet ist.
- Begründe, weshalb der Ring an einer Stelle offen betrieben wird.
- Beschreibe die Schalthandlungen nach dem Kabelfehler zwischen NS 1 und NS 2.
- Erkläre den Begriff (n−1)-Sicherheit am Ring und an den zwei Transformatoren in V-Ost.
- Bestimme die größte Last, die V-Ost haben darf, damit ein Transformator allein sie tragen kann.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Ringnetz · Netzformen · Versorgungssicherheit
Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.
Aufgabe 1.7
Ordne die Versorgung des Flughafens in Zahlen ein:
- Berechne die mittlere Leistung, die der Flughafen über das Jahr bezieht.
- Vergleiche sie mit der installierten Leistung der Netzstationen.
- Begründe, weshalb so viel mehr Leistung installiert ist.
- Berechne die Verfügbarkeit in Prozent bei einer Ausfallzeit von einer Minute im Jahr.
- Vergleiche sie mit der Verfügbarkeit bei rund 12 Minuten im Jahr.
- Beurteile, welche Aufgabe die Netzersatzanlagen und die USV-Anlagen dabei haben.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Verfügbarkeit · Netzersatzanlage · USV · Energie, elektrische
Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.
Aufgabe 1.8
Zeichne den Versorgungspfad der Ladehalle als Übersichtsplan:
- Zeichne den Weg vom 110-kV-Anschluss bis zu einem Ladegerät einpolig mit Schaltzeichen nach DIN EN 60617.
- Trage an jeder Station die Spannung und die Kennzeichen ein.
- Kennzeichne die Stellen, an denen sich die Spannung ändert, mit dem Übersetzungsverhältnis.
- Markiere, wo der Ring offen ist und wie V-Ost bei einem Kabelfehler weiter versorgt wird.
- Schreibe zu jeder Station einen Satz, was dort mit der Energie geschieht.
Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Übersichtsschaltplan · Schaltzeichen · Transformator · Verteiler
Im Team Diese Aufgabe bearbeitet ihr im Projektteam. Jede und jeder kann das Ergebnis am Ende erklären.
Die Lage ändert sich
Der Netzbetrieb kündigt an: Transformator -T2 in V-Ost wird im Oktober vier Wochen lang gewartet. Die Ladehalle soll in dieser Zeit in Betrieb gehen.
Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:
- Prüfe an deinem Versorgungspfad, ob die Ladehalle in dieser Zeit versorgt bleibt.
- Beurteile, wie es in diesen vier Wochen um die (n−1)-Sicherheit von V-Ost steht.
- Entscheide, welche Rückfrage du an den Netzbetrieb stellst, bevor die Halle zum ersten Mal lädt.
Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.