Netzberechnung für sichere Energieversorgung

Was in einer Netzberechnung tatsächlich gerechnet wird

Netzberechnung ist kein einzelner Rechenschritt, sondern ein Satz aufeinander aufbauender Nachweise. Jeder beantwortet eine andere Frage. Und jeder kann ein Projekt aufhalten, wenn er fehlt.

Am Anfang steht der Lastfluss: Wie verteilen sich Ströme und Spannungen, wenn die Verbraucher gleichzeitig arbeiten? Daraus folgt der Spannungsfall an jedem Punkt der Anlage. Danach der Kurzschlussstrom, und zwar zweimal: einmal als größter Wert, dem Schaltgeräte und Kabel standhalten müssen, einmal als kleinster Wert, bei dem die Schutzeinrichtung noch sicher abschaltet. Erst beide Grenzen zusammen ergeben eine belastbare Auslegung.

• Lastfluss und Spannungsfall über alle Verteilebenen
• Größter und kleinster Kurzschlussstrom nach DIN EN 60909-0 (VDE 0102)
• Abschaltbedingungen und Schutz gegen elektrischen Schlag nach DIN VDE 0100-410
• Strombelastbarkeit und Querschnitte nach DIN VDE 0100-520 und DIN VDE 0298-4
• Selektivität zwischen Sicherungen, Leistungsschaltern und Transformatorschutz
• Transformatorleistung, Belastungsgrad und Reserve für den nächsten Ausbau
• Netzrückwirkungen: Oberschwingungen, Flicker und Spannungsqualität nach DIN EN 50160

Wann eine Netzberechnung nötig wird

Vier Anlässe machen sie unverzichtbar. Der erste ist der Netzanschluss: Wer neu anschließt oder die Anschlussleistung erhöht, muss dem Netzbetreiber nachweisen, dass die Anlage die Anschlussbedingungen einhält. Ohne diesen Nachweis gibt es keine Anschlusszusage.

Der zweite sind neue Großverbraucher. DC-Ladepunkte, Wärmepumpen oder eine zusätzliche Fertigungslinie verschieben den Lastschwerpunkt und damit den Spannungsfall an Stellen, die vorher unkritisch waren.

Der dritte ist Einspeisung. Photovoltaik, Speicher oder BHKW verändern nicht nur die Bilanz, sondern auch die Kurzschlussleistung und die Spannungshaltung im Netz. Das wirkt auf den Schutz zurück.

Der vierte ist der Bestand: eine gewachsene Anlage, deren Dokumentation den heutigen Zustand nicht mehr abbildet. Hier ist die Berechnung weniger Planung als Bestandsaufnahme mit Zahlen.

Und wann nicht? Wer eine einzelne Wallbox an einen dokumentierten Hausanschluss hängt, braucht keine Netzberechnung, sondern eine saubere Anmeldung. Wir sagen das auch, wenn wir gefragt werden.

Die Regelwerke, gegen die wir rechnen

Eine Berechnung ist nur so viel wert wie das Regelwerk, gegen das sie geführt wird, und wie die Angabe, welche Fassung galt. Beides steht bei uns im Bericht.

• DIN EN 60909-0 (VDE 0102) — Berechnung von Kurzschlussströmen in Drehstromnetzen
• DIN VDE 0100 — Errichten von Niederspannungsanlagen, unter anderem Teil 410 (Schutzmaßnahmen), Teil 430 (Überstromschutz), Teil 520 (Kabel und Leitungen), Teil 600 (Prüfungen)
• VDE-AR-N 4100 — Technische Regeln für den Anschluss von Kundenanlagen an das Niederspannungsnetz
• VDE-AR-N 4105 — Erzeugungsanlagen und Speicher am Niederspannungsnetz
• VDE-AR-N 4110 — Anschluss an das Mittelspannungsnetz (1 bis 36 kV), inklusive der Nachweise für das Anlagenzertifikat
• DIN EN 50160 — zulässige Merkmale der Spannung in öffentlichen Verteilnetzen

Wie wir vorgehen

Am Anfang steht die Datenaufnahme. Wir brauchen die Netzdaten der Einspeisung, Transformatordaten, Kabellängen und -typen, Schutzgeräte mit ihren Kennlinien und eine belastbare Verbraucherliste. Fehlt davon etwas, und es fehlt fast immer etwas, klären wir das vor der ersten Rechnung statt danach. Bei Bestandsanlagen gehen wir dafür vor Ort.

Daraus entsteht das Netzmodell. Gerechnet wird in Lastfällen, nicht in einem: Volllast, Teillast, Schwachlast mit Einspeisung, dazu die Umschaltzustände bei Wartung und Ausfall. Ein Netz, das nur im Normalbetrieb funktioniert, ist nicht ausgelegt.

Zum Schluss kommt die Bewertung, und die ist der eigentliche Punkt. Wir liefern nicht nur Werte, sondern ihre Bedeutung: welcher Abgang die Reserve aufbraucht, wo der Schutz nicht sauber staffelt, welche Leitung beim nächsten Ausbau getauscht werden muss und was das ungefähr kostet.

Was Sie am Ende in der Hand halten

Die Unterlagen sind so aufgebaut, dass Netzbetreiber, Prüfsachverständige und der ausführende Betrieb damit arbeiten können, ohne nachfragen zu müssen.

• Berechnungsbericht mit Annahmen, Lastfällen und Ergebnissen, prüffähig aufbereitet
• Nachweis der Abschaltbedingungen je Stromkreis
• Selektivitätsnachweis mit Vergleich der Auslösekennlinien
• Kabel- und Schutzgeräteliste mit der zugehörigen Dimensionierung
• Netzübersicht auf dem Stand der Berechnung
• Bewertung der Reserven mit Empfehlung für den nächsten Ausbauschritt

Netzberechnung in der Niederspannung und in der Mittelspannung

Die meisten Anfragen erreichen uns zur Niederspannung: 400 Volt, Verteilung im Gebäude oder auf dem Gelände, Abgänge zu Maschinen, Ladepunkten oder Unterverteilungen. Hier entscheidet die Rechnung über Querschnitte, Absicherung, Spannungsfall und darüber, ob die Abschaltbedingung im ungünstigsten Stromkreis noch eingehalten wird. Maßgeblich sind DIN VDE 0100 und die VDE-AR-N 4100.

Sobald der Leistungsbedarf den wirtschaftlichen Rahmen eines Niederspannungsanschlusses übersteigt, kommt die Mittelspannung ins Spiel: eigene Übergabestation, Transformator, Mittelspannungsschaltanlage, Schutzgeräte mit Parametrierung. Der Nachweisaufwand ist ein anderer, die VDE-AR-N 4110 verlangt für Kundenanlagen im Mittelspannungsnetz unter anderem ein Anlagenzertifikat.

Die Frage, wo diese Grenze verläuft, lässt sich nicht pauschal beantworten. Sie hängt am Lastgang, an der Gleichzeitigkeit, am verfügbaren Netzanschlusspunkt und an den Kosten der Station. Genau diese Abwägung rechnen wir durch, bevor sie eine Annahme bleibt.

Netzberechnung für Ladeinfrastruktur

Ladeinfrastruktur ist der Anwendungsfall, in dem wir am häufigsten rechnen, und der mit den meisten Fallstricken. AC-Ladepunkte lasten ein Netz dauerhaft und gleichzeitig aus, DC-Schnelllader ziehen kurzzeitig ein Vielfaches dessen, was der Standort vorher gesehen hat. Beides verhält sich völlig anders als ein Bürogebäude.

Dazu kommen die Eigenheiten der Ladetechnik: gleichgerichtete Lasten erzeugen Oberschwingungen, DC-Fehlerströme stellen Anforderungen an die Auswahl der Fehlerstromschutzeinrichtung, und ein Lastmanagement verändert die Berechnungsgrundlage, weil es die Gleichzeitigkeit aktiv begrenzt.

Wir rechnen deshalb beide Zustände: das Netz mit begrenzender Regelung und das Netz ohne sie. Wer nur den geregelten Fall rechnet, hat kein Netz ausgelegt, sondern eine Software.

Wo Netzberechnungen in der Praxis scheitern

Drei Dinge kosten in fast jedem Projekt Zeit. Erstens der Bestand: Pläne, die nicht dem Gebauten entsprechen. Ein Verteiler, der nachträglich umgeklemmt wurde, macht jede Rechnung darüber wertlos. Deshalb steht bei uns die Begehung vor der Berechnung.

Zweitens die Gleichzeitigkeit. Wer alle Nennleistungen addiert, kommt auf einen Anschluss, den niemand bezahlen will. Wer zu optimistisch rechnet, sitzt bei der ersten Lastspitze im Dunkeln. Der Gleichzeitigkeitsfaktor gehört begründet und dokumentiert, nicht geschätzt.

Drittens die Reserve. Netze werden für den Tag der Inbetriebnahme ausgelegt und drei Jahre später erweitert. Ob das dann ein Anschluss oder ein zweites Projekt wird, entscheidet sich heute: bei der Transformatorleistung, beim Kabelquerschnitt und beim Platz in der Verteilung.