Kursmaterial · Zeichenblätter

Vorlagen zum Zeichnen. Für Aufgabe 5.3 gibt es ein Zeichenblatt mit vorgezeichnetem Rahmen. Du findest es auch direkt an der Aufgabe.

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Hier wird gerechnet. Nimm dir Tabellenbuch und Taschenrechner dazu.

Schritt 2 von 3. Du rechnest, zeichnest und begründest selbst. Halte deine Ergebnisse fest.

Danach: Rechenwege und Lösungen

Der wichtigste Satz auf dieser Seite: Scheinleistungen darf man nicht addieren. Addiert werden P mit P und Q mit Q, das S entsteht erst aus den Summen.

Am Ende hast du: Auslegung der Kompensationsanlage mit Wirtschaftlichkeitsnachweis

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.

Bevor du rechnest: so hängt es zusammen

Die bewegte Fassung zeigt den Zusammenhang, um den es in diesen Aufgaben geht. Sie enthält keine Lösungszahlen, du kannst sie also gefahrlos vorher ansehst. Die volle Auflösung mit allen Werten steht bei den Rechenwegen dieses Teils.

Erst du, dann die anderen

Auf welchen Leistungsfaktor kompensierst du? Den Zielwert gibt dir keiner vor.

So gehen andere vor. Such dir einen Weg aus.
  • Auf die Grenze des Netzbetriebs. Gerade so weit, dass keine Blindarbeit berechnet wird. Billigste Anlage, kein Spielraum nach unten.
  • Auf einen üblichen Zielwert. Etwa 0,95, mit Reserve zur Grenze. Teurer, dafür robust gegen Lastschwankungen.
  • Auf die Transformatorreserve. So weit, dass im n-1-Fall möglichst wenig abgeworfen werden muss. Technisch am stärksten, wirtschaftlich zu begründen.

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

Dein Lernprodukt im Einzelnen

Dein Lernprodukt

Auslegung der Kompensationsanlage mit Wirtschaftlichkeitsnachweis

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

Es besteht aus

  • die Blindleistungsbilanz der drei Verbrauchergruppen
  • das maßstäbliche Leistungsdreieck und das Zeigerdiagramm
  • die berechnete Kondensatorleistung und die Rückrechnung auf die gewählte Stufung
  • den Nachweis, wie viel Lastabwurf die Kompensation im n-1-Fall erspart
  • die Wirtschaftlichkeitsrechnung mit Amortisationszeit

Zur Dokumentation

Der Auftraggeber liest die Wirtschaftlichkeitsrechnung, nicht die Zeigerbilder. Sie muss für sich allein stehen können.

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

Aufgabe 5.1

An der Trafostation V-Ost hängen drei Verbrauchergruppen. Stelle die Blindleistungsbilanz auf:

  • Vervollständige die Tabelle unten, Gruppe für Gruppe.
Verbrauchergruppe P in kW cos φ tan φ Q in kvar
Neue Ladezone (Ergebnis aus Lernangebot 1)
Gepäckförderanlage Teilabschnitt V-Ost 520 0,68
Werkstatt Bodenverkehrsdienste 120 0,78
Summe
  • Bilde die Summe der Wirkleistungen und die Summe der Blindleistungen.
  • Berechne die Gesamtscheinleistung.
  • Berechne den Gesamtleistungsfaktor.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Blindleistung · Scheinleistung · Leistungsfaktor

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.2

Vergleiche die drei Verbrauchergruppen miteinander:

  • Berechne je Gruppe den Anteil an der Wirkleistung in Prozent.
  • Berechne je Gruppe den Anteil an der Blindleistung in Prozent.
  • Formuliere das Ergebnis in einem Satz, den auch der Auftraggeber versteht.

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

Aufgabe 5.3

Stelle die Leistungen und die Zeiger zeichnerisch dar:

  • Zeichne das Leistungsdreieck der Gesamtanlage maßstäblich, 1 cm = 100 kVA.
  • Zeichne das Zeigerdiagramm für Spannung und Strom eines ohmsch-induktiven Verbrauchers.
  • Trage den Phasenverschiebungswinkel φ ein.
  • Ergänze den Kondensatorstrom.

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Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Leistungsdreieck · Zeigerdiagramm · Phasenverschiebung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.4

Lege die Kompensationsanlage aus. Ziel ist cos φ2 = 0,95:

  • Berechne die erforderliche Kondensatorleistung mit der Formel unten.

Q C = P · ( tan φ 1 − tan φ 2 )

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kompensation · Kondensatorleistung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.5

Nimm die in 5.4 gewählte Anlage (Stufen à 25 kvar, auf volle Stufen gerundet). Rechne zurück:

  • Berechne die verbleibende Blindleistung.
  • Berechne den sich einstellenden Leistungsfaktor.
  • Berechne die sich ergebende Scheinleistung.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Kompensationsgrad · Stufenschaltung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.6

Die Station hat zwei Transformatoren zu je 1.250 kVA. Berechne ihre Auslastung:

  • Berechne die Auslastung vor der Kompensation.
  • Berechne die Auslastung nach der Kompensation.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Auslastung · Bemessungsleistung

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.7

Fällt ein Transformator aus, stehen nur 1.250 kVA zur Verfügung. Berechne den nötigen Lastabwurf:

  • Berechne die abzuwerfende Scheinleistung ohne Kompensation.
  • Berechne die abzuwerfende Scheinleistung mit Kompensation.
  • Bilde den Unterschied zwischen beiden Werten.
  • Rechne den Unterschied in AC-Ladepunkte à 22 kVA um.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Lastabwurf · n-1-Fall

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

Aufgabe 5.8

Ein Förderbandantrieb der Gepäckförderanlage hat PN = 7,5 kW und einen Leerlaufstrom I0 = 6,5 A bei 400 V. Lege die Einzelkompensation aus:

  • Berechne die Kondensatorleistung mit der Formel unten.

Q C ≈ √3 · U · I 0 · 0,9

  • Erkläre, weshalb dieser Wert nicht überschritten werden darf.
  • Beschreibe die Selbsterregung.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Einzelkompensation · Selbsterregung · Leerlaufstrom

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.9

Vergleiche Einzel-, Gruppen- und Zentralkompensation:

  • Nenne je Bauform die entlasteten Anlagenteile.
  • Beurteile je Bauform den Ausnutzungsgrad.
  • Beurteile je Bauform Kosten und Wartung.
  • Empfiehl eine Lösung für die Station V-Ost und begründe sie.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Einzelkompensation · Gruppenkompensation · Zentralkompensation

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

Aufgabe 5.10

Prüfe die Wirtschaftlichkeit der Kompensationsanlage. Gegeben sind: Jahresbenutzungsdauer 4.000 h, der Netzbetrieb berechnet Blindarbeit, die 50 % der Wirkarbeit übersteigt, mit 0,015 €/kvarh, die Anlage kostet 22.000 €.

Rechne die Wirtschaftlichkeit durch:

  • Berechne die jährlichen Blindarbeitskosten ohne Kompensation.
  • Berechne die Amortisationszeit der Anlage.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Blindarbeit · Amortisation

Allein Diese Aufgabe bearbeitest du allein.

Aufgabe 5.11

Auf dem Vorfeld arbeiten Frequenzumrichter und Ladegleichrichter. Begründe, weshalb die Kompensationsanlage verdrosselt ausgeführt werden muss:

  • Erkläre, wie Oberschwingungen entstehen.
  • Erkläre, was ohne Drossel im Kondensatorkreis geschieht.
  • Begründe die Wahl der Verdrosselung.

Tabellenbuch Schlag im Sachwortverzeichnis nach: Verdrosselung · Oberschwingung · Resonanz

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

Die Lage ändert sich

Der Betrieb hat nur eine gebrauchte Anlage mit 300 kvar in 12 Stufen à 25 kvar verfügbar. Eine neue Anlage käme erst in vier Monaten.

Überprüfe dein Lernprodukt an diesem Fall:

  • Berechne, welcher Leistungsfaktor sich damit einstellt.
  • Beurteile, ob die Anlage damit betrieben werden darf.
  • Nenne, was du dem Auftraggeber empfiehlst und welche Frist du dafür nennst.

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

Eine Zahl, die niemand liefert

Bis hierher standen alle Werte im Auftragsblatt. Dieser hier nicht. Du beschaffst ihn dir selbst, und du sagst dazu, woher er kommt und welche Annahme darin steckt. Zwei Gruppen dürfen zu verschiedenen Zahlen kommen und beide recht haben. Was zählt, ist die Herleitung.