Hier wird gerechnet. Nimm dir Tabellenbuch und Taschenrechner dazu.

Schritt 2 von 4. Du rechnest, zeichnest und begründest selbst. Halte deine Ergebnisse fest.

Danach: Lernangebot 2 · Netzformen und Schaltgeräte

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Rechne erst selbst, vergleiche danach. In der Prüfung steht die Lösung nicht daneben.

Am Ende hast du: Dimensionierungsnachweis für die Anbindung der Ladeinseln

Alle Aufgaben beziehen sich auf das Auftragsblatt im Projektauftrag. Rechne immer mit Formel, Zahlenwert und Einheit. Runde erst im Endergebnis.

Flugzeugpositionen mit Bodenstromversorgung 400 HzV-Ost 1400 Hz · 90 kVAV-Ost 2400 Hz · 90 kVAV-Ost 3400 Hz · 90 kVATrafostation V-Ost2 × 1250 kVA10 kV / 400 V · Dyn5uₖ = 6 % · KuppelschalterNiederspannung TN-S10-kV-RingnetzRing A / Ring BKabelgraben · vier Systeme nebeneinander · Häufungsfaktor 0,75 · Erdverlegung200 mLadeinsel 112 × AC 22 kWLadeinsel 212 × AC 22 kWLadeinsel 312 × AC 22 kWLadeinsel 412 × AC 22 kWLichtmast LED2 × DC 150 kWSchnellladeplatz fürFlugzeugschlepperGepäckförderanlage V-Ost520 kW · cos φ = 0,68Werkstatt Boden-verkehrsdienste120 kW · cos φ = 0,78BetriebsgebäudeLadezone40 kWPhotovoltaik240 kWp anteiligNSchematische Darstellung, nicht maßstäblichLegendeLadeinfrastruktur (AC 22 kW / DC 150 kW)Betriebsmittel der Energieversorgungdezentrale ErzeugungBestandsverbraucher an derselben StationKabeltrasse / Abgang10-kV-Mittelspannung
Abb. 1: Ladezone Vorfeld V-Ost, Übersichtsplan. Die Werte der Lernangebote beziehen sich auf diese Anlage. Eigene Darstellung für den Unterricht auf Grundlage der Projektdaten. Netzkennzahlen des Flughafens: öffentliche Angaben des Flughafenbetreibers.
Gegebene Werte · aufklappen, wenn du rechnest

Gegebene Werte

Strombelastbarkeit im Erdreich, Bodentemperatur 20 °C
NAYY-J 4×95 → 230 A · 4×150 → 300 A · 4×240 → 415 A
Häufungsfaktor, vier Systeme nebeneinander im Graben
f = 0,75
Spezifischer Widerstand
Aluminium ρ = 0,0286 Ω·mm²/m · Kupfer ρ = 0,0178 Ω·mm²/m
Induktiver Belag je Kabel
X′ = 0,08 Ω/km
Zulässiger Spannungsfall
1,5 %
Preise
NAYY-J 4×240 = 38 €/m · Mittelspannungskabel 10 kV = 55 €/m · Kompaktstation 630 kVA = 85.000 €
Leerlaufverlust Transformator 630 kVA
0,48 kW
Strompreis
0,25 €/kWh
Benutzungsdauer der Ladezone
2.000 h/a

Vereinfachter Auszug. Im Unterricht gegen das Tabellenbuch prüfen.

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Dimensionierungsnachweis für die Anbindung der Ladeinseln

Darauf laufen die Aufgaben dieses Lernangebots zu. Die Aufgaben sind die Stufen dorthin, das Lernprodukt ist das Ergebnis.

Es besteht aus

  • die Lastbilanz der Ladezone mit allen Gleichzeitigkeitsfaktoren
  • die Wahl des Querschnitts, nachgewiesen über Strombelastbarkeit und Spannungsfall
  • den Variantenvergleich zentral gegen dezentral über 20 Jahre mit deiner Empfehlung
  • die Abschätzung der Nachtschichten mit den drei kritischsten Punkten

Zur Dokumentation

Ein Blatt, das ein Kollege ohne Rückfrage nachvollziehen kann: Formel, Zahlenwert, Einheit, und zu jeder Entscheidung ein Satz, weshalb sie so gefallen ist.

Abgenommen wird es im Kreuzreview durch das andere Team und danach vom Projektleiter abgezeichnet.

Erst du, dann die anderen

Wie groß ist die Leistung, mit der du planen musst? Den Wert gibt dir keiner vor.

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Über die Anschlusswerte. Alle Verbraucher aus dem Auftragsblatt zusammenzählen und mit Gleichzeitigkeitsfaktoren abmindern. Sicher, aber du brauchst gute Faktoren.
  • Über eine Messung. Den Lastgang einer vergleichbaren Anlage auswerten und hochrechnen. Näher an der Wirklichkeit, setzt aber eine vergleichbare Anlage voraus.
  • Über eine Kennzahl. Mit einer Leistung je Ladepunkt aus der Erfahrung rechnen. Schnell, aber grob und schlecht zu begründen.

Es gibt hier nicht den einen richtigen Weg. Entscheide dich für einen und schreibe dazu, weshalb.

Aufgabe 1.1

Stelle die Lastbilanz der Ladezone auf:

  • Berechne die Wirkleistung jeder Verbrauchergruppe, jede Gruppe mit ihrem eigenen Gleichzeitigkeitsfaktor.
  • Berechne die Blindleistung jeder Verbrauchergruppe.
  • Bilde die Summe der Wirkleistungen und die Summe der Blindleistungen.
  • Bestimme den resultierenden Leistungsfaktor der Ladezone.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gleichzeitigkeitsfaktor · Leistungsfaktor · Blindleistung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.2

Jede Verbrauchergruppe bekommt einen eigenen Gleichzeitigkeitsfaktor. Begründe, weshalb:

  • Erkläre, wofür der Gleichzeitigkeitsfaktor steht.
  • Begründe die Faktoren an zwei Beispielen aus dem Auftragsblatt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Gleichzeitigkeitsfaktor

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 1.3

Berechne den Betriebsstrom für den Abgang zu Ladeinsel 1:

  • Entnimm dem Auftragsblatt die Werte: 12 AC-Ladepunkte à 22 kW, Gleichzeitigkeitsfaktor 0,50, cos φ = 0,98.
  • Berechne die Wirkleistung des Abgangs.
  • Berechne daraus den Betriebsstrom.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Betriebsstrom · Leistung bei Dreiphasenwechselstrom

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.4

Wähle den Querschnitt nach Strombelastbarkeit:

  • Prüfe alle drei Kabeltypen aus der Tabelle der gegebenen Werte.
  • Berücksichtige den Häufungsfaktor für vier Systeme nebeneinander.
  • Wähle den kleinsten Querschnitt, der den Betriebsstrom aus 1.3 trägt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Strombelastbarkeit · Häufung · Verlegeart

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.5

Prüfe den Spannungsfall über die 200 m für deine Wahl aus 1.4:

  • Berechne den Spannungsfall mit der Formel unten.

Δ U = √3 · I · l · ( R′ · cos φ + X′ · sin φ )

  • Prüfe, ob der Grenzwert von 1,5 % eingehalten ist.
  • Erhöhe den Querschnitt schrittweise, bis der Grenzwert eingehalten ist, falls er überschritten wird.
  • Formuliere einen Merksatz darüber, was bei langen Trassen den Querschnitt bestimmt.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Spannungsfall · Leitungsbelag

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 1.6

Variante A, zentral: Alle vier Inseln werden mit deinem Querschnitt aus 1.5 von der Trafostation V-Ost versorgt.

Variante B, dezentral: Eine neue Kompaktstation 630 kVA wird am Rand der Ladezone errichtet (300 m Mittelspannungskabel), von dort je 40 m Niederspannungskabel zu den vier Inseln.

Vergleiche zwei Anbindungsvarianten für alle vier Ladeinseln über 20 Jahre. Angenommen wird: jede Insel 200 m von der Station entfernt, gleiche Last.

Rechne beide Varianten durch:

  • Berechne die Investition je Variante.
  • Berechne die jährliche Verlustenergie je Variante.
  • Berechne bei Variante B zusätzlich den Leerlaufverlust des Transformators über 8.760 h.
  • Empfiehl eine Variante.
  • Nenne mindestens ein Argument, das nicht in der Rechnung steht.

Pv = 3 · I² · RLeiter

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Verlustleistung · Leerlaufverlust · Wirtschaftlichkeit

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Aufgabe 1.7

Auf dem Vorfeld darf nur zwischen 23:30 und 05:00 Uhr gearbeitet werden. Plane den Bauablauf für die Kabeltrasse zu Ladeinsel 1:

  • Schätze ab, wie viele Nachtschichten du allein für diese Trasse brauchst.
  • Benenne die drei kritischsten Punkte im Bauablauf.

Mit Lernpartner Diese Aufgabe bearbeitest du mit deinem Lernpartner. Vergleicht am Ende eure Ergebnisse.

Die Lage ändert sich

Der Betrieb meldet: Das zweite Kabel ist nicht lieferbar, die Trasse muss mit einem Kabel auskommen. Gleichzeitig verlangt der Auftraggeber, dass alle 12 Ladepunkte der Insel 1 nutzbar bleiben.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Prüfe, ob deine Lösung aus 1.5 das noch hergibt.
  • Nenne zwei Wege, das Ziel trotzdem zu erreichen, einen in der Anlage und einen im Betrieb.
  • Entscheide dich und begründe.

Mit Lernpartner Diese Überprüfung macht ihr zu zweit. Wer beide Fälle erklären kann, hat die Sache verstanden.