Einige Helfer

sind bereits unterwegs

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 (so zu sagen ein »Kollateralnutzen«):

Uralter 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.

Tabelle 14: Was lohnt sich eher – Überdimensionierung von Leiterquerschnitten oder Blindstrom-Kompensation?
Tabelle 14: Was lohnt sich eher – Überdimensionierung von Leiterquerschnitten oder Blindstrom-Kompensation?

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 zuvor – als linear in die Veränderung der Temperatur eingehend angenommen. Der Widerstand R des Kabels nimmt daher linear mit der absoluten Temperatur 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. Tatsächlich werden Mehrleiterkabel solcher Abmessungen nicht hergestellt, da sie nicht mehr handhabbar wären. Etwas verwirrend ist es aber 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 Entscheidung zur Fehler-Minimierung ging somit dahin, besser eine theoretische Formel zur Errechnung der Induktivitätsbeläge zu verwenden. Geht man dabei von minimalem Mittenabstand aus, also einer berührenden Verlegung, entsprechen die Werte ungefähr den Angaben desjenigen Herstellers, der solcherlei Angaben macht.

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Vorgehensweise

Bild 8: Motor 500 kW ohne Kompensation an der »ausreichenden«, 500 mm² starken Leitung
Bild 8: Motor 500 kW ohne Kompensation an der »ausreichenden«, 500 mm² starken Leitung

Da ein bestimmter Drehstrom-Asynchronmotor im Nenn-Betriebspunkt stets einen bestimmten Blindleistungsbedarf Q aufweist, liegt die Auslegung einer entsprechenden Kompensationsanlage von Anfang an fest; nicht aber die Kabellänge l. So wurde hier entschieden, jeweils genau die Kabellänge zu wählen, die den Spannungsfall ΔU des unkompensierten Motors auf genau 24 V (6% der Nennspannung UN = 400 V) bringt. Hiermit ergaben sich die jeweils angegebenen Leitungsverluste PV (Bild 8).

Sofern kein Motor-Nennstrom IN gefunden werden konnte, wurde dieser aus der Bemessungsleistung PN, dem Leistungsfaktor cosφ und dem Wirkungsgrad η errechnet. Diese Daten werden in den Herstellerkatalogen stets angegeben. Somit teilt sich Tabelle 13 in einen »Motoren-Abschnitt« und einen »Kabel-Abschnitt«, die sich jeweils wieder in einen Abschnitt mit vorgefundenen Angaben und einen Abschnitt mit hieraus errechneten Werten gliedern. Die Kompensationsanlage wurde auf einen Leistungsfaktor λ = 1 (am Ende der Leitung) ausgelegt, und die Netzspannung wurde idealisiert als frei von Oberschwingungen angenommen.

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Ergebnisse

Die Ergebnisse finden sich am Fuß der Tabelle 13, von einem Strompreis von 0,11 €/kWh und 10 000 Volllast-Betriebsstunden ausgehend. Zu beachten ist, dass der Aufpreis für den aufgewerteten Querschnitt bereits von der Ersparnis abgezogen wurde, nicht jedoch die Errichtungskosten für die Kompensationsanlage, da diese Anlagen nicht zu Standardpreisen ab Lager lieferbar sind. Somit liest sich die Tabelle (z. B. für den keinen Motor) wie folgt:

Benötigt wird eine Kompensationsanlage mit Q = 4,7 kvar, um die Verlustkosten je 10 000 h Volllast-Betrieb um 683 € zu reduzieren. Von hier aus lässt sich auf einfache Weise eine Amortisationszeit bestimmen, wenn z. B. ein Angebot vorliegt. Den Kabelquerschnitt um eine Größe heraufzusetzen spart fast doppelt so viel (1099 € je 10 000 h) wie die Kompensation der Blindleistung.

Am besten ist es, beides zu kombinieren – obwohl die gesamte Ersparnis dann etwas geringer ausfällt als die Summe der beiden jeweils für sich allein gerechneten Sparmaßnahmen. So mag man an dem kleinen Motor vielleicht eine Ersparnis von 1782 € / 10 000 h erwarten, doch tatsächlich sind es »nur« 1482 € / 10 000 h. Es entspricht einer allgemeinen Beobachtung, dass der erste Verbesserungsschritt stets die größte Wirkung bei den geringsten Kosten nach sich zieht. Jeder nachfolgende Schritt wird gewöhnlich mehr kosten und weniger Wirkung erbringen als der voran gegangene. Im vorliegenden Fall wird dies durchaus anschaulich, da durch die voran gegangene Errichtung der Kompensationsanlage der Strom bereits reduziert worden war und die Differenz der Verluste mit dem minimalen und dem um eine Nummer aufgewerteten Querschnitt entsprechend geringer ausfällt. Oder, anders herum betrachtet: Befindet sich bereits ein überdimensionierter Querschnitt im Einsatz, sind die Verluste bereits geringer und werden durch den Einsatz der Kompensation natürlich nicht mehr so stark reduziert als sei die Kompensation die erste ergriffene Maßnahme.

Bei dem mittleren und dem großen Motor spart die Aufrüstung noch immer mehr als die Kompensation, jedoch ist der Unterschied nicht mehr so viel größer, wie dies an dem kleinen Motor noch der Fall war. An diesem zeigt sich eine gewaltige Ersparnis durch die Querschnittsvergrößerung, und der Aufpreis ist mit 29 € minimal gegenüber der Ersparnis von 1099 € innerhalb von 10 000 h – Aufpreis bereits abgezogen – womit sich eine Amortisationszeit von nur 261 h ergibt. Bei dem mittleren und dem großen Motor sind die Unterschiede mit Amortisationszeiten von 2945 h bzw. 2752 h geringer – was jedoch mit deutlich unter einem halben Jahr Dauerbetrieb immer noch bemerkenswert kurz ist. Im Gegensatz hierzu müsste eine Kompensationsanlage

  • von 4,7 kvar für 18 € zu haben sein;
  • von 40,6 kvar für 1228 € zu haben sein;
  • von 253 kvar für 2820 € zu haben sein,

um die gleichen Amortisationszeiten zu erzielen wie die Aufrüstung der Querschnitte. Während der erste Fall absurd erscheint, scheinen die anderen beiden zwar irgendwo in der Nähe der Realität zu liegen – allerdings wahrlich knapp.

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Weitere Beobachtungen

Ein Grund für obige Beobachtungen sind die im zweiten und dritten Fall größeren Kabellängen. Dies liegt an den bei kleineren Querschnitten größeren zulässigen Stromdichten. Die (zur Kühlung relevante) Außenfläche nimmt linear mit dem Umfang zu, also nur linear zum Durchmesser, während die Querschnittsfläche mit dem Quadrat des Durchmessers wächst.

Eine weitere verblüffende Beobachtung besteht im Einfluss der beiden hier diskutierten Verlustreduktions-Maßnahmen auf den Spannungsfall ΔU in der Leitung. Diese Werte wurden informativ in der Tabelle 13 mit aufgenommen. Sie wurden jedoch nach einem vollständigen Verfahren gerechnet, nicht nach der vereinfachten und missverständlichen Formel in IEC 60364-5-52. Im Prinzip führen die hier zur Debatte stehenden Methoden der Verlust-Minimierung – die Kompensation und die Querschnitts-Vergrößerung – beide zu einer Verminderung des Spannungsfalls im jeweiligen Leiter. Etwas überraschend ist jedoch:

  • An dem kleinen Motor führt die Kompensation nur zu einer marginalen Reduktion des Spannungsfalls. Der Vorteil ist unterproportional. Dagegen wirkt sich die Aufwertung des Querschnitts überproportional stark aus.
  • An dem großen Motor lässt sich die umgekehrte Beobachtung machen: Die Querschnittsvergrößerung ist für den Spannungsfall nahezu wirkungslos, doch die Kompensation ist in dieser Hinsicht eine Offenbarung!
  • Der mittlere Motor liegt irgendwo dazwischen.

Wie lässt sich dies erklären? Es handelt sich um eine Frage des Phasenwinkels zwischen den Spannungsfällen UK des Kabels und UM des Motors. Zu dem hier zur Veranschaulichung verwendeten Zeigerdiagramm (Bild 9) ist anzumerken, dass dieses etwas unorthodox dargestellt wurde: Als Referenz für die Phasenlage wurde nicht, wie sonst üblich, die Netzspannung UN herangezogen, sondern der ohmsche Anteil URM der Lastspannung (am Motor). Es wird dadurch unmittelbar ersichtlich, wenn der Pfeil der Gesamtspannung UN nicht senkrecht steht, dass die gesamte Last – einschließlich Zuleitung – nicht rein ohmscher Natur, also nicht oder unvollständig kompensiert ist. Eine Neigung nach rechts bedeutet eine induktive Phasenlage.

Kabel und Leitungen kleinen Querschnitts sind praktisch ohmscher Natur. Der induktive Anteil UXK der am Kabel abfallenden Spannung fällt weit hinter den ohmschen Anteil URK zurück. Je größer jedoch der Querschnitt, desto kleiner wird URK, während sich UXK in der gleichen Größenordnung hält. Er müsste theoretisch sogar größer werden, da sich der Mittenabstand zwischen Hin- und Rückweg vergrößert, doch findet sich dies in den entsprechenden Katalogdaten nicht wieder. Als Last betrachtet (etwa unter Kurzschussbedingungen) stellt ein Kabel eine Impedanz mit den folgenden Daten dar (Tabelle 15 – Beispielwerte):

Tabelle 15: Bestandteile von Kabel-Impedanzen – drei Beispielwerte für kleine, mittlere und große Leiterquerschnitte
Tabelle 15: Bestandteile von Kabel-Impedanzen – drei Beispielwerte für kleine, mittlere und große Leiterquerschnitte

Sind nun die Phasenwinkel und damit die Leistungsfaktoren von Kabel und Last gleich, so trägt die Kabel-Impedanz mit ihrem vollen Betrag zum Spannungsfall bei (Bild 9). Je mehr sie sich jedoch unterscheiden, desto weniger »zieht die Last die Spannung herunter«. Im Extremfall – sprich, wenn ein (überwiegend) induktives Kabel eine kapazitive Last (etwa eine Kompensationsanlage) speist – dann wird der Spannungsfall sogar negativ, d. h. er wird zum Spannungsanstieg; die Spannung ist am Ende der Leitung höher als am Anfang!

Für eine nur leicht induktive Last an einem praktisch ohmschen Kabel bedeutet dies kaum eine Verbesserung der Spannungsstabilität durch Kompensation: Während die Kompensation zwar den Strom in der Leitung vermindert, also sowohl Energieverluste einspart als auch den ohmschen Anteil URK des Spannungsfalls UK vermindert, nähert sich der Phasenwinkel der Last durch die Kompensation dem Phasenwinkel des Kabels an: UK wird zwar kleiner, wirkt sich aber stärker auf die Vektorsumme von UK und UM aus.

Bild 9: Maßstäbliches Zeigerdiagramm der Spannungsfälle am großen Motor (500 kW) und am Anschlusskabel, unkompensiert (links), Last kompensiert (Mitte) und Last samt Kabel kompensiert (rechts)
Bild 9: Maßstäbliches Zeigerdiagramm der Spannungsfälle am großen Motor (500 kW) und am Anschlusskabel, unkompensiert (links), Last kompensiert (Mitte) und Last samt Kabel kompensiert (rechts)

Für eine stark induktive Last an einem stark induktiven Kabel gilt das Gegenteil: Die Kompensationsanlage reduziert den Strom zwar nur um 10% (und somit die Leitungsverluste – immerhin – um 21%!), aber der Spannungsfall geht um 60% zurück: Ohne Kompensation weisen die Spannungspfeile von UK und UM ungefähr in dieselbe Richtung, und ihre Beträge addieren sich somit nahezu vollständig (Bild 9 links). Am kompensierten Motor entfällt der induktive Spannungsfall UXM, und die Gesamt-Spannungsfälle UK und UM stehen annähernd senkrecht zueinander (Bild 9 rechts). Eine skalare Vergrößerung von UK (also von URK und UXK im gleichen Verhältnis) vergrößert die Differenz zwischen UM und der (fixen) Netzspannung UN = 400 V kaum – wohl aber die Verlustleistung im Kabel! Von dieser abgesehen kann dieser Zusammenhang in Hochstrom-Anlagen einen zusätzlichen Grund zur Kompensation darstellen, wo sich die Verluste durch eine beliebige Vergrößerung der Leiterquerschnitte beliebig reduzieren lassen, nicht aber der induktive Spannungsfall der dicken Leiter.

Hierbei gilt natürlich die Annahme, die Kompensationsanlage sei am Ende der Leitung angeordnet, nahe der Last. Anderenfalls, würde sie am Anfang des Leitungsweges – am Einspeisepunkt – aufgestellt, würde sie die Leitung nicht entlasten und so ihren eigentlichen Sinn und Zweck verfehlen.

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Schlüsse

Bild 10: Motor 500 kW an derselben Leitung wie in Bild 9 – so weit »überkompensiert«, dass der induktive Spannungsfall der Leitung mit kompensiert wird
Bild 10: Motor 500 kW an derselben Leitung wie in Bild 9 – so weit »überkompensiert«, dass der induktive Spannungsfall der Leitung mit kompensiert wird

Ein sorgsames Studium von Tabelle 14 und Bild 9 zeigt, dass beide betrachteten Methoden, Überdimensionierung von Leiterquerschnitten und Blindstrom-Kompensation, ihre Beiträge zur Verlustminderung in elektrischen Anlagen leisten. Keine von beiden lässt sich jedoch als Ersatz für die jeweils andere ansehen. Vielmehr müssen beide unabhängig voneinander in Erwägung gezogen werden, und das Ergebnis wird in aller Regel sein, dass beide nebeneinander ihre Daseinsberechtigung finden. Keine macht die andere überflüssig.

Zu bedenken ist, dass der eigentliche Grund, warum Netzbetreiber ihren Kunden Blindarbeit in Rechnung stellen, in den unnötigen, vermeidbaren Verlusten liegt, die die Blindarbeit des Kunden ansonsten im Netz des Versorgers verursacht. Die übliche Vorgehensweise, eine große zentrale Kompensationsanlage am Haupt-Einspeisepunkt zu errichten, reduziert die Verluste zwar dort, nicht jedoch die dahinter in der Verbraucheranlage auftretenden, die der Verbraucher selbst bezahlt, da diese Verluste hinter seinem Zähler auftreten. Die Beliebtheit dieser Praxis ist darauf zurück zu führen, dass die externe Blindarbeit des Netzbetreibers auf der Stromrechnung sichtbar wird, die interne aber nirgends separat auftaucht, sondern gleichsam »blind« bezahlt wird (daher der Name?). Kleine Kompensationsanlagen, dezentral nahe den einzelnen induktiven Lasten angeordnet, verbessern diese Situation. Diese Praxis zwar durchzuführen, dann aber die reduzierten Ströme als Argument zu missbrauchen, um nun die Leiterquerschnitte eine Nummer kleiner wählen zu können, macht den Effekt wieder zunichte – wie gewonnen, so zerronnen. Davon ist also abzuraten.

Bei großen Lasten kann die Kompensation neben der Verlust-Reduktion sehr vorteilhafte Auswirkungen auf den Spannungsfall haben. Unter bestimmten Umständen lassen sich die Spannungsfälle um mehr als die Hälfte reduzieren, also deutlich stärker als die Verluste!

In Anbetracht der großen induktiven Anteile der Impedanzen dicker Leiter ist in Anlagen mit entsprechenden Stromstärken zu überlegen, ob man am Anfang des Kabels eine zweite (kleine) Kompensationsanlage errichtet – jetzt nicht zur Kompensation der angeschlossenen Last, sondern auf die Blindleistung des Kabels ausgelegt.

Alternativ wäre zu überlegen, ob man die Kompensationsanlage am Ende der Leitung so bemisst, dass sie die Last »überkompensiert«, also eigentlich auf die Bildleistung von Leitung plus Last auslegt:

  • Der Vorteil läge in einer vollständigen Eliminierung des induktiven Spannungsverlusts entlang der Leitung: Nur 9,4 V gingen am ohmschen Widerstand der Zuleitung verloren, 389,6 V kämen noch am Verbraucher an. Der induktive Verlust von 28,4 V würde nicht mehr wirksam (Bild 10; siehe auch unten).
  • Der Leistungsfaktor am Ende der Leitung wäre allerdings leicht kapazitiv, am Anfang wäre er ohmsch (Bild 9). Damit wäre der Strom in der Leitung ganz geringfügig höher als bei vollständiger Kompensation (allein) der Last.
  • Doch dieser kleine Nachteil ließe sich spielend leicht durch einen entsprechend größeren Leiterquerschnitt (mehr als) ausgleichen. Da eine »ganz geringfügige« Erhöhung des Querschnitts nicht möglich ist, sondern im Grenzfall die nächste Normgröße wird gewählt werden müssen, kauft man »unfreiwillig« noch einen weiteren Vorteil damit ein, da sich die Leitungsverluste noch stärker reduzieren als durch Kompensation allein der Last. Mit ziemlicher Sicherheit wäre dies die kostengünstigere Lösung als die Aufteilung der Blindleistungs-Kompensation in eine kleine Anlage am Anfang der Leitung und eine größere am Ende neben der Last, was im Prinzip auch eine Option wäre.

Das ist der Beweis: Die Aufrüstung von Leiterquerschnitten und die Blindstrom-Kompensation arbeiten Hand in Hand; nur zusammen wird ein Schuh daraus!

Dabei ist es unerheblich, dass in der Schaltskizze (Bild 10) die Last und die zugehörige Kompensations-Kapazität in Reihe geschaltet sind, während eine Kompensationsanlage normalerweise natürlich parallel zur zu kompensierenden Last angeschlossen wird. Jede Zusammenschaltung Impedanzen lässt sich jedoch als Reihen- oder äquivalente Parallelschaltung darstellen, also als Zweipol mit gleichen Eigenschaften. Da die Kapazität hier tatsächlich auch physisch in Reihe zur Induktivität der Leitung liegt, ist die gewählte Form der Darstellung gar nicht so abwegig.

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Helfer 2: Der Spannungsfall

Aus den obigen Darstellungen ergab sich bereits, dass der Spannungsfall ein sehr willkommener Helfer zur Umsetzung der Energiespar-Maßnahme »Aufwertung von Leiterquerschnitten« ist. Da er bestimmte Werte nicht überschreiten darf oder sollte, muss die Leitung bei Überschreitung einer bestimmten Länge im gleichen Maß dicker ausgewählt werden wie sie länger wird. Der Spannungsfall ist (bei im Bausektor üblichen Querschnitten) nahezu rein ohmscher Natur, und damit steht ein Spannungsfall von z. B. 3% – bei entsprechendem Strom – auch für einen Energieverlust von 3%. Wird (bei in der Industrie vorkommenden Querschnitten) dieser ohmsche Fall durch induktiv-kapazitive »Tricks« wettgemacht, so sind damit nicht etwa die Verluste weg! Sie treten lediglich nicht mehr mit ihrer Nebenwirkung »Spannungsfall« in Erscheinung.

Sowohl bei der Auslegung von Anlagen als auch in der Normung der Energie-Effizienz in Gebäuden sollte aber stets ein möglichst geringer Spannungsfall angestrebt werden, also: Allzu streng erscheinende Grenzwerte nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 3: Die Abschaltbedingungen

Ebenso verhält es sich mit den Abschaltbedingungen, die erfordern können, dass ein größerer Leiterquerschnitt eingesetzt werden muss, damit der Kurzschlussstrom groß genug wird, um zuverlässig eine Auslösung des Schutzes bei Kurzschluss zu bewirken. Also: Nicht einfach das Schutzgerät eine Stufe »schlapper« wählen, sondern durch einen größeren Leiterquerschnitt die Leistungsfähigkeit der Anlage sicherstellen und gleichzeitig Verluste reduzieren!

Helfer 4: Die Selektivität

Ein ganz ähnlicher Helfer ist die Selektivität: Wenn zum Schutz vor Stromschlag, gegen Überlast und bei Kurzschluss ein Schutzorgan auslöst, so soll nur dieses Schutzorgan auslösen und kein vorgeordnetes, denn es soll bei einem Fehler nicht mehr »dunkel« werden als zum Abwenden der Gefahr erforderlich ist. Als Faustregel gilt, dass sich die Bemessungs-Auslöseströme zweier hintereinander angeordneter Schutzorgane um mindestens zwei Stufen unterscheiden sollen. Tatsächlich ist es um einiges komplizierter und damit ein Thema für sich. Es kann jedoch auch hier vorkommen, dass »nur« deswegen eine dickere Leitung gewählt werden muss, weil das Schutzorgan aus Gründen der Selektivität eine Nummer größer gewählt werden muss. Auch hier gilt: Nicht murren, sondern einsetzen! Der größere Leiterquerschnitt hat im praktischen Betrieb nur Vorteile.

Helfer 5: Die Lastprofile

Irgendwie könnte man behaupten, dass auch die Lastprofile selbst »Energie sparen«, denn ein quasi nicht vorhandenes »Profil« (Bandlast) führt dazu, dass eine Leitung permanent mit dem höchstzulässigen Strom belastet werden kann oder darf. Wie eingangs dargestellt, liegt dieser Punkt Meilen weit weg vom Lebensdauer-Kostenoptimum. Ist die Last von kurzzeitigen Spitzen gekennzeichnet, so zwingen diese dazu, die Leitung über den weitaus größten Teil des Jahres weit unter ihrem höchstzulässigen Strom zu betreiben (Beispiel: Profil HZ0). So lastet etwa ein Nachtspeicherofen mit einer Anschlussleistung von 10 kW eine Anschlussleitung von 5*1,5 mm² nahezu aus. Bezöge der Ofen seinen (nach Lastprofil HZ0 bei 14 656 kWh liegenden) Jahres-Energieverbrauch jedoch kontinuierlich über das Jahr, über Tag und Nacht verteilt bei seiner mittleren Leistung von 1,7 kW, so würde theoretisch eine Leitung von 0,25 mm² ausreichen (Achtung: Nicht nachmachen! Hier wurde nur die Erwärmung in diesem – hypothetischen – Betrieb betrachtet; alle anderen Sicherheitsaspekte »mussten draußen bleiben«!). Um das Pferd vom Schwanz aufzuzäumen, könnte man also formulieren, das durch den 10-fachen Querschnitt mögliche Einsparpotenzial sei hier gleichsam schon erschlossen worden – auch wenn das sachlich so nicht stimmt, denn der größere Querschnitt wird bei der tatsächlich vorliegenden Betriebsart nun mal gebraucht. Die oben erwähnte Amortisationszeit von 13 Jahren für eine hierüber noch hinausgehende Aufwertung ist nicht gerade abstrus lang, sondern liegt eher im Bereich der Lebensdauer einer solchen Anlage. Dies weist darauf hin, dass der Faktor 10 auch nicht abstrus hoch liegt, sondern zufällig gerade mal das gesuchte wirtschaftliche Optimum darstellt. Also: Forderungen nach Auslegung für Dauerlast auch bei nur sporadisch ausgelasteten Leiterquerschnitten nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 6: Oberschwingungen und andere Netzrückwirkungen

In der VDE 0298-4 findet sich jede Menge Grenzwerte für die Strombelastbarkeit einer Menge Kabel und Leitungen für eine ganze Menge Verlegearten und Häufungsfaktoren – nach wie vor jedoch noch immer nur für zwei oder drei belastete Adern. Für den Fall des Auftretens von Oberschwingungsströmen mit vier belasteten Adern werden im (schon nicht mehr ganz) neuen Beiblatt 3 zur VDE 0100-520 zusätzliche Hinweise gegeben, wie mit diesen Fällen umzugehen sei. Nun ist es aber reichlich schwierig, im Vorhinein zu bestimmen, wie viel von welchem Oberschwingungsstrom denn wohl fließen wird. Nicht alle türmen sich im Neutralleiter auf. Deswegen wurden in die Richtwerte des Beiblatts bereits »Angstfaktoren« eingearbeitet, damit in keinem Fall »etwas passiert«. Der Effekt, dass die Harmonischen sich zum Teil gegenseitig auslöschen statt sich zu addieren, konnte nicht berücksichtigt werden, da Auftreten und ggf. Ausmaß dieses Effektes sich nicht vorhersehen lassen. Daher wird die Leitung in den meisten Fällen dicker gewählt werden als nötig, doch ist dies mit Sicherheit kein Schaden für die Sicherheit – und für die Energie-Effizienz erst recht nicht! Schon ist man der Auslegung auf niedrigste Lebensdauerkosten (statt höchster Leitertemperatur) wieder ein kleines Stück näher gerückt. Also: Auch übertrieben erscheinende Forderungen nach Auslegung mit Angstfaktoren nicht bemängeln, sondern einfach umsetzen!

Helfer 7: E-Mobilität und andere Dauerlasten

Noch immer findet man selbst in den neuesten Normen der Reihe VDE 0100 Aussagen wie: »Der Schutz in Übereinstimmung mit diesem Abschnitt kann den Schutz in bestimmten Fällen nicht sicher stellen, z. B., wenn lang andauernde Überströme kleiner als I2 auftreten. In solchen Fällen sollte die Auswahl eines Kabels / einer Leitung mit größerem Querschnitt geprüft werden.« Sollte. Es sind Sätze wie dieser, die nun viele Installationsfachkräfte und Normer umtreiben. Bislang kam es schlichtweg nicht vor, dass eine Installationsleitung in einer Wohnung über Stunden oder gar Tage ihrer vollen Belastbarkeit ausgesetzt wird. Hintergrund ist, dass z. B. ein Leitungsschutzschalter B 16 A frühestens bei 17,6 A auslöst, spätestens bei 23,2 A – und auch das nicht notwendigerweise früher als nach einer Stunde. Doch was ist nun, wenn man an einem solchen Anschluss ein Elektroauto auflädt? Deswegen hat man spezielle Ladestecker entwickelt statt auf bekannte Schuko- und CEE-Steckverbindungen zurück zu greifen. Ob CEE-Stecker sich tatsächlich nicht für Dauerlast eignen, sei dahingestellt; das Problem mit den Leitungen ist damit ohnehin noch nicht gelöst. Wie auch immer – Sätze wie oben sollten in keiner Norm stehen müssen. Abhilfe ist längst überfällig – und könnte so einfach sein. Man müsste sich in diesem Punkt nur in anderen Ländern umsehen (die ansonsten stets neidisch auf unsere hohen Standards blicken) und

Bild 11: Wie billig kann / wie billig darf Sicherheit eigentlich noch werden?
Bild 11: Wie billig kann / wie billig darf Sicherheit eigentlich noch werden?
Bild 12: Ist es nur die Stückzahl, die den LS-Schalter 16 A so »günstig« macht? Dann träfe es jeden anderen ebenso
Bild 12: Ist es nur die Stückzahl, die den LS-Schalter 16 A so »günstig« macht? Dann träfe es jeden anderen ebenso
  • entweder mit 16 A abgesicherte Endstromkreise – auch einphasige – generell mit 2,5 mm² Leiterquerschnitt ausführen
  • oder mit 1,5 mm² ausgeführte Stromkreise generell mit 13 A absichern. Gern darf’s dann zum Ausgleich einer mehr sein.

Schon wären wir einer verlustarmen Installation wieder etwas näher. Dass der Automat B 16 A der weitaus billigste ist (Bild 11), ist ein hiergegen gern gebrachter Einwand, der sich aber durch Wiederholung nicht verbessert. Es handelt sich einmal mehr um eine Verwechslung von Ursache und Wirkung: Eben deswegen kann der Automat B 16 A so günstig angeboten werden (Bild 12), weil er in sehr großen Stückzahlen hergestellt und verkauft wird. Technische Gründe lassen sich hierfür nicht finden. Verschiebt sich das Schwergewicht zu einem anderen Bemessungsstrom, folgen die Preise auf den Fuß. Dabei sind die Preise eine Sache des Handels. Die Hersteller denken und agieren global, und in anderen Ländern sind andere Größen die Marktführer. Für die Hersteller gleichen sich die Stückzahlen mehr oder weniger aus.

Also: Solange die Forderungen in den Normen die in derselben Norm erhobene Festlegung in Frage stellen, nicht auf die langwierige Abstellung des Mangels warten, sondern sie einfach schon jetzt umsetzen!