Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es zu beantworten, ob durch die Wahl höherer Querschnitte als technisch erforderlich, die Energieeffizienz so gesteigert werden kann, dass eine spürbare Reduzierung der Stromkosten erzeugt wird. Dazu wird die folgende Forschungsfrage gestellt: Kann die Optimierung der Energieeffizienz durch Erhöhung der Leitungsquerschnitte in der Gebäudeinstallation die Wirtschaftlichkeit des Betriebes von elektrischen Niederspannungsanlagen verbessern? Um die Forschungsfrage zu beantworten, wurde eine Literaturrecherche durchgeführt. Die Literatur, welche Grundlage zum Schreiben dieser Arbeit war, bestand aus Fachliteratur der Universitätsbibliothek Rostock, aus DIN-VDE Normen, Artikeln aus Fachzeitschriften und Internetquellen. Aktualität und Gültigkeit waren das Hauptauswahlkriterium der Literatur, insbesondere bei den Normen. Aus der Fachliteratur konnte der nötige theoretische Hintergrund aufgezeigt werden, welcher zur Beantwortung der Forschungsfrage notwendig war. Die Dimensionierung von Kabel- und Leitungsquerschnitten unterliegt immer technischen Kriterien, welche eine Mindestquerschnittsgröße vorgeben. Darum bietet die Arbeit einen umfassenden Überblick nach welchen aktuellen Normen und Kriterien Leitungen im Niederspannungsbereich bemessen werden müssen. Diese Richtlinien finden in der Praxis gängige Anwendung. Die Arbeit richtet zusätzlich den Fokus auf die Auswahl des Leitungsquerschnittes nach einem möglichst wirtschaftlichen Betrieb der zu bemessenen Leitung. Diese Betrachtungsweise wird bei der Planung von elektrischen Niederspannungsanlagen in der Regel nicht berücksichtigt. Die Wahl eines höheren Querschnittes führt zur Reduzierung der Leistungsverluste und somit zu einer besseren Energieeffizienz. Auftretende Leistungsverluste werden in Form von Wärme über die Leitung ungenutzt an die Umgebung abgegeben. Für diese ungenutzten Leistungsverluste wird ebenfalls elektrische Arbeit aufgebracht, welche vom Zähler des Energieversorgers erfasst wird.
Leitungsquerschnitte in der Gebäudeinstallation müssen korrekt bemessen werden, um Funktionalität und Sicherheit der elektrischen Anlage zu gewährleisten. Die Kabel und Leitungen im Niederspannungsbereich dienen der sicheren Energieübertragung. Als Übertragungsmedium beeinflusst das Leitungsnetz die Energiekosten. Insbesondere die Effizienz bei der Energieübertragung ist ausschlaggebend für die anfallenden Stromkosten.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Leitungsdimensionierung nach technischen Normen und Vorschriften
2.1 Leitungsdimensionierung nach mechanischer Festigkeit
2.2 Leitungsdimensionierung nach Schutzmaßnahmen
2.3 Leitungsdimensionierung nach Spannungsfall
2.4 Leitungsdimensionierung nach Strombelastbarkeit im ungestörten Betrieb
2.5 Leitungsdimensionierung nach Überlastschutz
2.6 Leitungsdimensionierung nach Kurzschlussschutz
2.7 Kabel und Leitungen im Niederspannungsbereich
3 Wirtschaftliche Dimensionierung der Leitungsquerschnitte
3.1 Lastprofil
3.2 Kostenbetrachtung
3.2.1 Kostensenkung durch Stromeinsparung energieeffizienter Leitungen
3.2.2 Kabelpreis
3.2.3 Installationskosten
3.2.4 Zusätzliche Kosten durch Überdimensionierung
4 Auswahl des Leitungsquerschnittes nach wirtschaftlichem Optimum am Beispiel eines Drehstrommotors
4.1 Ausgangssituation
4.2 Ermittlung des Mindestleiterquerschnittes
4.3 Ermittlung des wirtschaftlich optimierten Leitungsquerschnittes
5 Betrachtung der Wirtschaftlichkeit der Zuleitung einer Wallbox
5.1 Ausgangssituation
5.2 Kostenbetrachtung
5.3 Bewertung der Querschnittserhöhung der Zuleitung
6 Diskussion
6.1 Zusammenfassung und Interpretation
6.2 Limitationen
6.3 Implikationen für die Praxis und Forschung
Zielsetzung & Themen
Die Arbeit untersucht, ob die Optimierung der Energieeffizienz durch die Erhöhung von Leitungsquerschnitten in der elektrischen Gebäudeinstallation über das technisch notwendige Maß hinaus die Wirtschaftlichkeit des Betriebs von Niederspannungsanlagen verbessern kann. Dabei wird analysiert, unter welchen Bedingungen sich die höheren Investitionskosten durch sinkende Energieverluste über die Lebensdauer amortisieren.
- Technisch-normative Grundlagen der Leitungsdimensionierung
- Ökonomische Faktoren bei der Auslegung von Leitungsquerschnitten
- Analyse des Einsparpotenzials bei industriellen Verbrauchern (Drehstrommotoren)
- Wirtschaftlichkeitsbewertung bei privaten Ladeinfrastrukturen (Wallboxen)
- Amortisationszeitrechnung von Investitionen in höhere Leitungsquerschnitte
Auszug aus dem Buch
3.1 Lastprofil
Ein Lastprofil ermöglicht eine Klassifizierung des Stromabnahmeverhaltens einzelner elektrischer Verbraucher oder ganzer Anlagen. Standardisierte Lastprofile ermöglichen Vorhersagen über den Leistungsbedarf von elektrischen Betriebsmitteln oder unterschiedlich genutzter Elektroanlagen. Sie ermöglichen es außerdem, Aussagen darüber zu treffen, zu welchen Zeiten welcher Strombedarf besteht (vgl. Hering 2012: S. 412). Lastprofile unterscheiden sich signifikant, je nach Einsatzbereich. Folgende Abbildung zeigt ein auf 1000 kWh im Jahr normiertes Lastprofil eines privaten Haushaltes im Sommer.
Das Lastprofil zeigt die Graphen der elektrischen Leistungsaufnahme für Werktage, Samstage und Sonntage zu unterschiedlichen Tageszeiten. Es verdeutlicht zum Beispiel, dass bei privaten Haushalten an Wochenenden ein größerer Energiebedarf als an den Werktagen besteht. Zudem ist gut zu erkennen, dass es zu den Mittags- und Abendstunden zu Spitzen in der Leistungsaufnahme kommt. Im Vergleich hierzu zeigt die nächste Abbildung das elektrische Lastprofil für Gewerbe- Handel- Dienstleistungen im Sommer.
Zusammenfassung der Kapitel
1 Einleitung: Dieses Kapitel stellt die Problemstellung der Arbeit dar und definiert das Ziel, die wirtschaftliche Sinnhaftigkeit einer energetischen Optimierung von Leitungen im Niederspannungsbereich zu untersuchen.
2 Leitungsdimensionierung nach technischen Normen und Vorschriften: Hier werden die zwingend einzuhaltenden technischen Kriterien wie Spannungsfall, thermische Belastbarkeit sowie Kurzschluss- und Überlastschutz detailliert behandelt.
3 Wirtschaftliche Dimensionierung der Leitungsquerschnitte: Dieses Kapitel erläutert die methodischen Ansätze zur Bewertung der Wirtschaftlichkeit, inklusive Lastprofilanalyse und Kostenfaktoren wie Kabelpreis und Installationsaufwand.
4 Auswahl des Leitungsquerschnittes nach wirtschaftlichem Optimum am Beispiel eines Drehstrommotors: Anhand eines industriellen Praxisbeispiels wird eine systematische Kosten-Nutzen-Analyse der Leitungsquerschnittserhöhung durchgeführt.
5 Betrachtung der Wirtschaftlichkeit der Zuleitung einer Wallbox: Dieses Kapitel prüft die Anwendbarkeit der Optimierungsmethode auf private Ladeinfrastrukturen und bewertet, ob sich hier Maßnahmen zur Querschnittserhöhung lohnen.
6 Diskussion: Die Ergebnisse der Arbeit werden zusammengefasst, interpretiert, kritisch hinsichtlich bestehender Limitationen reflektiert und in den Kontext für Forschung und Praxis gesetzt.
Schlüsselwörter
Leitungsdimensionierung, Niederspannungsbereich, Energieeffizienz, Stromverlust, Lastprofil, Betriebskosten, Amortisation, Installationskosten, Querschnittserhöhung, VDE-Normen, elektrische Anlage, Wirtschaftlichkeit, mechanische Festigkeit, Überlastschutz, Kurzschlussschutz.
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in dieser Bachelorarbeit grundsätzlich?
Die Arbeit untersucht, ob es aus ökonomischer Sicht sinnvoll ist, elektrische Leitungen in Gebäuden mit größeren als den technisch erforderlichen Querschnitten zu verlegen, um durch verringerte Leistungsverluste langfristig Stromkosten zu sparen.
Was sind die zentralen Themenfelder der Analyse?
Die Themenfelder umfassen die technischen Anforderungen gemäß VDE-Normen, die ökonomischen Aspekte von Leitungsinstallationen sowie die vergleichende Analyse von Lastprofilen in verschiedenen Einsatzbereichen wie Industrie und Haushalt.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage der Arbeit?
Das Ziel ist zu klären, ob die Optimierung der Energieeffizienz durch Erhöhung des Leitungsquerschnitts in Niederspannungsanlagen die Wirtschaftlichkeit des Betriebs verbessern kann.
Welche wissenschaftliche Methode verwendet die Arbeit?
Die Arbeit nutzt eine Literaturrecherche zu normativen Grundlagen sowie eine beispielbasierte, berechnungsgestützte Analyse zur Ermittlung des wirtschaftlich optimalen Querschnitts und der entsprechenden Amortisationszeiten.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Im Hauptteil werden zunächst die technischen Mindestanforderungen an Leitungen dargelegt. Anschließend folgen detaillierte Fallstudien zu einem industriellen Drehstrommotor sowie einer Wallbox, an denen der Einfluss von Querschnittserhöhungen auf die Betriebskosten über 10 Jahre hinweg modelliert wird.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit am besten?
Die wichtigsten Begriffe sind Leitungsdimensionierung, Energieeffizienz, Amortisation, Lastprofil und Wirtschaftlichkeitsanalyse von Elektroinstallationen.
Warum lohnt sich die Querschnittserhöhung bei Waschmaschinen in Privathaushalten laut der Arbeit nicht?
Es zeigt sich, dass aufgrund des nur temporären Strombedarfs und der vergleichsweise geringen Auslastung der Leitungen im privaten Bereich die durch die Erhöhung erzielbare Stromeinsparung die höheren Anschaffungskosten innerhalb einer angemessenen Zeit nicht amortisieren kann.
Welches konkrete Ergebnis liefert die Fallstudie zum Drehstrommotor?
Für den untersuchten 15-kW-Drehstrommotor stellt ein Querschnitt von 16 mm² die empfehlenswerte, wirtschaftlich optimierte Lösung dar, da dieser eine signifikante Einsparung gegenüber dem Mindestquerschnitt ermöglicht und sich in unter zwei Jahren amortisiert.
Welche Rolle spielt die Netzimpedanz bei der Leitungsplanung?
Die Netzimpedanz ist entscheidend für die Einhaltung der Abschaltbedingungen zum Schutz gegen elektrischen Schlag. Ein zu hoher Leitungswiderstand (durch zu geringen Querschnitt) kann dazu führen, dass Schutzeinrichtungen im Fehlerfall nicht rechtzeitig auslösen, weshalb die Schleifenimpedanz messtechnisch verifiziert werden muss.
- Citar trabajo
- Robert Vogler (Autor), 2021, Leitungsdimensionierung im Niederspannungsbereich. Optimierungsproblem in der Elektrotechnik, Múnich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1325598
