Kompendium Planung von Elektroanlagen: Theorie, Vorschriften, Praxis, Softwareanwendung

381 Pages·2001·9.95 MB·German

by  Dr. -Ing. Ismail Kasikci (auth.)

Ismail Kasikci
Kompendium Planung von Elektroanlagen
Springer-Verlag Berlin Heidelberg GmbH
Ismail Kasikci
Kompendium
Planung
von Elektroanlagen
Theorie, Vorschriften, Praxis, Softwareanwendung
Mit 224 Abbildungen
, Springer
Dr.-Ing. Ismail Kasikci
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Kasikci, Ismail:
Kompendium Planung von Elektroanlagen:
Theorie, Vorschriften, Praxis, Softwareanwendung I Ismail Kasikci
Berlin; Heidelberg; NewYork; Barcelona; Hongkong; London; Mailand; Paris; Singapur; Tokio:
Springer, 200 1
ISBN 978-3-642-63043-9 ISBN 978-3-642-56783-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-642-56783-4
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Ursprünglich erschienen bei Springer-Verlag Berlin Heidelberg New Y ork 200 I
Softcover reprint of the hardcover 1st edition 2001
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Gedruckt auf säurefreiem Papier SPIN: 10740270 6213020 -54321 0
Vorwort
Dieses Buch ist entstanden durch jahrelange berufliche Tatigkeit im Bereich
der Energieversorgung, durch die Lehrtatigkeit beim VDE, und als Lehrbe
auftragter an der Fachhochschule Mannheim. Fur die Berechnung, Bemes
sung und Bewertung einer Anlage benotigt der Elektroplaner neben umfas
sendem Fachwissen ein Nachschlagewerk, mit des sen Hilfe er seine Arbeit
einfacher gestalten kann. Das vorliegende Buch soli diese Lucke schlieBen.
Es enthalt zahlreiche Tabellen und Diagramme, aus denen die fUr den Re
chengang erforderlichen Planungswerte und Gleichungen entnommen werden
konnen. Jedes Thema ist so beschrieben, daB der Leser seine Aufgaben mit
diesem Buch ohne groBe Muhe bewaltigen kann. Neben vielen Beispielen aus
der Praxis, erganzen Tabellen und Diagramme dieses Buch zu einem komplet
ten Werkzeug. Schlief31ich ermoglicht eine Literatursammlung allen Lesern die
hier erworbenen Kenntnisse zu vertiefen.
Allen meinen Fachkollegen und Bekannten, die mich durch ihre Anregun
gen, Kritiken und Vorschlage unterstUtzt haben, mochte ich herzlich danken.
Daruber hinaus mochte ich Herrn Prof. Bernd Muller von der FHTW Berlin
meinen Dank fUr die kritische Durchsicht des Manuskripts aussprechen.
Die Firmen ABB, Dehn+Sohne, K16ckner und Siemens haben mich bereit
willig mit technischen Unterlagen unterstutzt; besonders danke ich der ABB
fur die Uberlassung ihrer Software DocWin. Dank gebuhrt auch dem Sprin
ger Verlag und insbesondere Herrn Dr. Dietrich Merkle fUr die Unterstutzung
bei der Veroffentlichung des Buchs.
Verlag und Autor bedanken sich im Voraus bei den Benutzern dieses
Buchs fUr konstruktive Verbesserungsvorschlage.
An dieser Stelle mochte ich mich bei meiner Frau fur ihre groBe Geduld
bedanken, ohne die das Buch nicht zustande gekommen ware.
Weinheim, im August 2000 Ismail K asikci
Inhaltsverzeichnis
Formelzeichen ............................................... XVII
Abkiirzungen ................................................ XXV
1. Vorschriften, Bestimmungen und Normen . .. . . .. .. . . . . . . . 1
1.1 Bestandteile des VDE-Vorschriftenwerks . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1.2 Die rechtliche Bedeutung des VDE-Werks ................. 2
2. Darstellung der Schaltungsunterlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
2.1 Begriffe............................................... 5
2.2 Planarten............................................. 5
2.3 Beispiel............................................... 5
2.4 Inhalt der Elektroinstallation ............................ 9
2.5 Bestimmung cler Anschluf31eistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.6 Elektrische Leistung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2.7 AnschluBwerte von Elektrogeraten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 10
2.8 Richtwerte fUr die Anlagenberechnung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11
2.9 Berechnung der Leistung mit Speicherheizung und
elektrischer Warmwasserversorgung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 11
2.10 Elektrische Anlagen. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 13
2.11 Technische AnschluBbedingungen ........................ 15
3. Elektrische Maschinen .................................. " 17
3.1 Transformator......................................... 17
3.1.1 Grundgleichungen von Transformatoren . . . . . . . . . . . .. 18
3.1.2 Verluste im Transformator. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
3.1.3 Belastung von Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 19
3.1.4 Beispiel: Spannungsanderung von Transformatoren ... 21
3.1.5 Parallelschaltung von Transformatoren . . . . . . . . . . . . .. 21
3.1.6 Wirkungsgrad von Transformatoren ............... " 22
3.1. 7 Wirtschaftlichkeit von Transformatoren ............. 23
3.2 Asynchronmaschinen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 27
3.2.1 Vorteile des Asynchronmotors .................... " 27
3.2.2 Typischer Drehmomentverlauf ................... " 28
VIII Inhaltsverzeichnis
3.2.3 Schlupf......................................... 28
3.2.4 AnlaBververfahren von ASM . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 29
3.2.5 Stern-Dreieck-Anlauf............................. 29
3.2.6 Steuerung von Asynchronmaschinen ................ 30
3.2.7 Asynchronmaschinen fur Einphasenwechselstrom ..... 30
3.2.8 Schaltungen von Einphasen-WS-Motoren . . . . . . . . . . .. 30
3.2.9 Beispiel 1: Leistungsschild eines Asynchronmotors . . .. 32
3.2.10 Beispiel 2: Stern-Dreieck-Anlauf. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 33
3.3 Synchrongenerator...................................... 33
3.3.1 Vollpol- und Schenkelpollaufer .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 34
3.3.2 Leistungsdiagramm des Turbogenerators ............ 35
3.3.3 Beispiel 1: Berechnung des Polradwinkels . . . . . . . . . . .. 35
3.3.4 Beispiel 2: Berechnung des Leistungsdiagramms . . . . .. 35
3.4 Gleichstrommaschine.................................... 36
3.4.1 Wicklungsarten.................................. 37
3.4.2 NebenschluBmotor................................ 37
3.4.3 Beispiel 1: Berechnung eines GS-NebenschluBmotors .. 38
3.4.4 ReihenschluBmotor............................... 39
3.4.5 Beispiel 2: Berechnung der Daten eines ReihenschluB-
motors. . . . . . . . . . . . . .. . . .. .. .. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 40
3.4.6 DoppelschluBmotor............................... 40
3.4.7 Beispiel 3: Berechnung eines DoppelschluBmotors . . . .. 41
3.4.8 Fremderregter Motor ............................. 42
3.5 Drehmoment und Leistungskennlinien von Arbeitmaschinen.. 43
4. Uberstrom-Schutzeinrichtungen.......................... 45
4.1 Begriffe............................................... 45
4.2 Sicherungen........................................... 45
4.3 Leitungsschutzschalter.................................. 47
4.3.1 Belastbarkeit von Leitungsschutzschaltern . . . . . . . . . .. 48
4.3.2 Nebeneinander montierte LS-Schalter . . . . . . . . . . . . . .. 48
4.4 ReDs (residual current protective device) ................. 53
4.5 Leistungsschalter....................................... 54
4.6 Motorstarter........................................... 58
4.7 HH-Sicherungen........................................ 61
4.7.1 Sicherungen fUr Transformatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 62
4.7.2 Sicherungen fUr Motoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 63
4.7.3 Sicherungen fUr Kondensatoren .................... 64
5. Selektivitat und Back-up-Schutz . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 65
5.1 Selektivitat zwischen zwei Leistungsschaltern. . . . . . . . . . . . . .. 66
5.2 Der Leistungsschalter ist der Sicherung vorgeschaltet . . . . . . .. 66
5.3 Die Sicherung ist dem Leistungsschalter vorgeschaltet . . . . . .. 68
5.4 Selektivitat zwischen zwei Sicherungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 68
5.5 Die Sicherung ist dem Leitungsschutzschalter vorgeschaltet .. 69
Inhaltsverzeichnis IX
5.6 Selektivitat zwischen den Leitungsschutzschaltern .......... 69
5.7 Back-up-Schutz........................................ 73
6. Schutz gegen elektrischen Schlag ........................ " 75
6.1 Schutz durch Abschaltung oder Meldung ....... . . . . . . . . . .. 76
6.1.1 Das TN-System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 76
6.1.2 Das TT-System ................................ " 79
6.1.3 Das IT-System. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 81
7. Strombelastbarkeit von Kabeln und Leitungen ..... " .. . .. 85
7.1 Schutz bei Uberlast . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 85
7.2 Schutz bei KurzschluB ................................. " 85
7.3 Strombelastbarkeit..................................... 86
7.3.1 Belastbarkeit im ungestOrten Betrieb ............... 86
7.3.2 Beispiel 1: Kabelbemessung eines Motors .......... " 89
7.3.3 Beispiel 2: Uberpriifung der Stromwarmewerte . . . . . .. 90
7.3.4 Thermische KurzschluBfestigkeit. . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 90
7.4 Querschittsdimensionierung.............................. 91
7.4.1 Beispiel 3: Kabeldimensionierung eines Motors mit
Aussetzbetrieb . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 92
7.5 Wahl der USE ......................................... 94
8. Bemessung des Schutzleiters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95
8.1 Bemessung des Hauptschutzleiters . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 95
8.2 Bemessung des Schutzleiters ........................... " 95
8.3 Bemessung des Potentialausgleichsleiters .................. 96
8.4 Zusatzlicher Potentialausgleichsleiter . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 96
9. Sicherungslose Schaltanlagen ............................. 99
9.1 Auswahl der Sicherungen .............................. " 100
9.2 Auswahl der Leistungsschalter ........................... 101
9.3 Kennlinienvergleich mit Sicherungen und Leistungsschalter .. 103
9.4 J2t-Kennlinievergleich ................................... 106
9.5 Vergleich der Bauweise mit und ohne Sicherung ............ 107
9.5.1 Projektierung .................................... 107
9.5.2 Schutzfunktion ................................... 107
9.5.3 Bedienung und Wartung .......................... 107
9.5.4 Kostenvergleich .................................. 107
10. Brandschutz von Kabel und Leitungen .................. " 109
10.1 Brandlastermittlung .................................. " 110
10.2 Funktionserhalt ........................................ 110
10.3 Beispiel 1: Spannungsfallberechnung bei 30°C ............. 112
10.4 Beispiel 2: Spannungsfallberechnung bei 1000 °C ........... 112
X Inhaltsverzeichnis
11. Explosionsschutz .......................................... 115
11.1 Elektrische Betriebsmittel ............................... 116
11.2 Ztindschutzarten explosionsgeschtitzter Betriebsmittel ....... 116
11.3 Errichten elektrischer Anlagen ........................... 117
12. Brandmeldeanlagen ....................................... 119
12.1 Ubersicht einer Brandmeldeanlage ........................ 121
12.2 Brandmelder ........................................... 123
12.3 Brandmeldetechnik ..................................... 124
12.4 Projektierung von Brandmeldeanlagen .................... 124
12.5 Instandhaltung von Brandmeldeanlagen ................... 125
12.6 Planungsbeispiel ........................................ 125
13. KurzschluBstromberechnung .............................. 133
13.1 Begriffe ............................................... 133
13.2 Berechnungsmethode .................................... 133
13.3 KurzschluBimpedanzen der Betriebsmittel ................. 133
13.3.1 Netzeinspeisung .................................. 133
13.3.2 Synchronmaschinen ............................... 135
13.3.3 Transformatoren ................................. 136
13.3.4 Asynchronmotoren ............................... 136
13.3.5 Freileitungen, Kabel und Leitungen ................. 137
13.4 Berechnung der KurzschluBstrome ........................ 138
13.4.1 Dreipoliger KurzschluB ............................ 138
13.4.2 Kleinster einpoliger KurzschluBstrom ............... 139
13.4.3 StoBkurzschluBstrom .............................. 140
13.5 KurzschluBstromfestigkeit ............................... 140
13.5.1 Dynamische KurzschluBfestigkeit ................... 140
13.5.2 Thermische KurzschluBfestigkeit .................... 141
13.6 Beispiele zur KurzschluBberechnung ....................... 142
13.6.1 KurzschluBfestigkeit eines Kabels ................... 142
13.6.2 Ermittlung der KurzschluBstrome bei einem
380-kV-Hochspannungsnetz ........................ 142
13.6.3 Berechnung der KurzschluBarten ................... 149
13.6.4 Generatornaher KurzschluB ........................ 152
13.6.5 AnschluB eines Transformators tiber ein Fremdnetz ... 153
13.6.6 ParaUelschaltung von Generatoren und Transformatoren154
13.6.7 Beitrag eines Hochspannungsmotors zum
KurzschluBstrom ................................. 156
13.6.8 Berechnung eines Industrienetzes mit verschiedenen
Netznennspannungen ............................. 158
13.6.9 KurzschluBstromfestigkeit eines Kabels .............. 160
13.6.10 Berechnung eines Motoranschlusses ................ 161
13.6.11 Berechnung mit symmetrischen Komponentenstromen 162
13.6.12 Berechnung der Daten von HS-Motoren ............ 163
Inhaltsverzeichnis XI
13.6.13 Berechnung eines Niederspannungsstrahlennetzes .... 165
13.6.14 Berechnung mit bezogenen GraBen ................. 177
14. Spannungsfallberechnung ................................. 179
14.1 Berechnungsgleichungen ................................. 179
14.2 ZuHissiger Spannungsfall nach TAB ....................... 183
14.3 Zulassiger Spannungsfall nach VDE ....................... 183
14.4 Berechnung des zulassigen Spannungsfalls ................. 183
14.5 Grenzlange zur Einhaltung von SchutzmaBnahmen .......... 184
14.6 Die Grenzlange in Abhangigkeit von der
Beriihrungsspannung .................................... 185
14.7 Berechnung der maximal zulassigen Leitungslangen ......... 185
14.8 Beispiel 1: Ermittlung der zulassigen Kabellange ........... 189
14.9 Beispiel 2: Spannungsfallberechnung einer
Motorzuleitung. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. 189
15. Beleuchtungsanlagen ...................................... 191
15.1 Begriffe ............................................... 191
15.2 Innenraumbeleuchtung .................................. 192
15.3 Beispiel 1: Berechnungsschritte fUr eine Industrieanlage ..... 195
15.4 Beispiel 2: Berechnung einer Industrieanlage ............... 196
16. Blitzschutzanlagen ........................................ 199
16.1 Begriffe ............................................... 199
16.2 AuBerer Blitzschutz ..................................... 200
16.2.1 Fangeinrichtung .................................. 200
16.2.2 Ermittiung der Blitzschutzklasse ................... 201
16.2.3 Ableitung ....................................... 204
16.2.4 Erdungsanlage ................................... 204
16.2.5 Naherungen ..................................... 207
16.3 Innerer Blitzschutz ..................................... 208
16.3.1 EMV-Blitzschutzzonen-Konzept .................... 208
16.3.2 Uberspannungsschutz ............................. 209
17. Erdungen in Hochspannungsanlagen ...................... 213
17.1 Begriffe ............................................... 214
17.2 Erderarten ............................................. 214
17.3 Aufgaben von Erdungen ................................ 216
17.4 Bemessung von Erdungsanlagen .......................... 216
17.5 Berechnung der Erdungswiderstande ...................... 218
17.5.1 TN-System auf der NS-Seite ....................... 218
17.5.2 TT-System auf der NS-Seite ....................... 218
17.6 Berechnung des Gesamterdungswiderstands in
NS-Netzen ............................................. 219