Modernes Planungswerkzeug für städtische Mittelspannungsnetze ...

Modernes Planungswerkzeug für städtische Mittelspannungsnetze
Inhaltsverzeichnis
1 Städtische Mittelspannungs-Verteilnetze ____________________________________ 6
1.1 Netzebenen ________________________________________________________ 6
1.1.1 Transportnetz_____________________________________________________ 6
1.1.2 Verteilnetz _______________________________________________________ 6
1.1.3 Niederspannungsnetz ______________________________________________ 6
1.2 Planung von Ausbaumaßnahmen _______________________________________ 7
1.2.1 Anlässe für die Planung von Ausbaumaßnahmen_________________________ 7
1.2.2 Zeithorizonte bei der Planung von Ausbaumaßnahmen ____________________ 7
2 Bisherige Praxis der Ausbauplanung im Verteilnetz der _______________________
Innsbrucker Kommunalbetriebe AG _______________________________________ 8
2.1 Planungsaufgabe____________________________________________________ 8
2.1.1 Technische Randbedingungen________________________________________ 8
2.1.2 Rechtliche Randbedingungen ________________________________________ 8
2.2 Grundsätzliche Festlegungen __________________________________________ 8
2.2.1 (n-1)-Kriterium ___________________________________________________ 8
2.2.2 Kabelauswahl ____________________________________________________ 9
2.2.3 Netzstruktur______________________________________________________ 9
2.3 Planung der Netztopologie ____________________________________________ 9
2.4 Feintrassierung ____________________________________________________ 10
2.5 Defizite __________________________________________________________ 10
1

3 Bestehendes Geoinformationssystem ______________________________________ 11
3.1 Historische Entwicklung_____________________________________________ 11
3.2 Aufbau und Verwendung des Dokumentationssystems _____________________ 11
3.3 Oberfläche und Bedienung __________________________________________ 12
3.4 Datenmodell ______________________________________________________ 13
3.4.1 Leitungsdaten ___________________________________________________ 14
3.4.2 Mittelspannungs-Stations-Daten _____________________________________ 14
3.4.3 Grundstücksdaten ________________________________________________ 15
3.4.4 Adressdaten _____________________________________________________ 15
3.4.5 ArMaDo-Daten __________________________________________________ 16
3.4.6 Datenimport und -export ___________________________________________ 16
3.5 Funktionen _______________________________________________________ 17
3.5.1 Einstellungen zum Bildaufbau ______________________________________ 17
3.5.2 Optionen zur Detailansicht _________________________________________ 17
3.5.3 Geografische Funktionen __________________________________________ 17
3.5.4 Selektion der Daten _______________________________________________ 18
3.5.5 Ausdrucken von Plänen____________________________________________ 18
4 Moderne Planungsstrategien und -techniken _______________________________ 18
4.1 Arbeitsbereiche ___________________________________________________ 18
4.2 Liberalisierung und Qualitätserwartung ________________________________ 19
4.3 Versorgungszuverlässigkeit und Netzformen ____________________________ 20
4.3.1 Reservekabelnetz_________________________________________________ 22
4.4 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung nach der Barwertmethode _________________ 23
4.4.1 Barwert der Verlustkosten _________________________________________ 23
4.4.2 Beispiel zur Anwendung der Barwertrechnung _________________________ 24
4.5 Kundenorientierte Zuverlässigkeitsanalyse ______________________________ 26
2

4.6 Aktuelle Methoden zur Kostensenkung ________________________________ 27
4.6.1 Belastbarkeit der Betriebsmittel _____________________________________ 27
4.6.2 Vorausschauende Leerrohrverlegung _________________________________ 27
4.6.3 Umfangreicher Variantenvergleich___________________________________ 27
4.6.4 Vereinfachte Anbindungen _________________________________________ 27
4.6.5 Standardisierte Kabeltypen _________________________________________ 30
4.7 Rasche Kalkulation von Tiefbaukosten _________________________________ 30
4.7.1 Aufbrechen der Oberfläche und Aushub_______________________________ 31
4.7.2 Kabeleinbringung samt Sand, Schutzplatten und Erdungsleitung ___________ 31
4.7.3 Verfüllen und Verdichten __________________________________________ 31
4.7.4 Wiederherstellen der Oberfläche_____________________________________ 32
4.7.5 Spezifische Kosten _______________________________________________ 32
4.7.6 Empfehlung für rasche Kalkulation __________________________________ 32
5 Modernes Netzplanungssystem ___________________________________________ 33
5.1 Allgemeine Anforderungen __________________________________________ 33
5.2 Funktionen und Daten ______________________________________________ 33
5.2.1 Elektrotechnische Berechnungen ____________________________________ 33
5.2.2 Wirtschaftlichkeitsanalyse _________________________________________ 34
5.2.3 Datenmanagement________________________________________________ 35
5.2.4 Geografische Visualisierung und Bearbeitung __________________________ 33
5.3 Systemdesign _____________________________________________________ 36
5.4 NEPLAN als Beispiel für ein modernes Netzplanungssystem _______________ 36
5.4.1 Datenerfassung __________________________________________________ 36
5.4.2 Bedienung und Oberfläche _________________________________________ 37
5.4.3 Funktionen______________________________________________________ 37
5.4.4 Variantenmanagement_____________________________________________ 38
5.4.5 Bibliotheken ____________________________________________________ 38
3

6 Entwicklungskonzept für die Netzplanungsprogramme der _____________________
Innsbrucker Kommunalbetriebe AG ______________________________________ 39
6.1 Anforderungen der Benutzer _________________________________________ 39
6.2 Möglichkeiten_____________________________________________________ 39
6.3 Anpassung der Stationsnummern ______________________________________ 40
6.4 Weiterentwicklung des bei den Innsbrucker Kommunalbetrieben vorhandenen
geografischen Informationssystems ____________________________________ 40
6.4.1 Beschreibung der notwendigen neuen Datenobjekte und Datenrelationen_____ 41
6.4.2 Beschreibung der notwendigen Prozesse ______________________________ 47
7 Automatische Überprüfung des (n-1)-Kriteriums____________________________ 52
7.1 Programmbeschreibung _____________________________________________ 52
7.1.1 Allgemeines_____________________________________________________ 52
7.1.2 Ausfallsimulation und Wiederversorgungsstrategie ______________________ 54
7.2 Beschreibung der Laboroberfläche_____________________________________ 55
7.3 Schnittstellen _____________________________________________________ 56
7.3.1 Input-Dateien____________________________________________________ 57
7.3.2 Output-Dateien __________________________________________________ 59
7.4 Beschreibung des Programmablaufes___________________________________ 60
7.4.1 Ausfall _________________________________________________________ 60
7.4.2 Kennwerte ______________________________________________________ 63
7.4.3 Segment_Kennwerte ______________________________________________ 63
7.4.4 Ymatrix ________________________________________________________ 64
7.4.5 Speicherposition _________________________________________________ 65
7.4.6 Schalter_öffnen __________________________________________________ 65
7.4.7 Schalter_schließen________________________________________________ 65
7.4.8 Linearer Lastfluss ________________________________________________ 66
7.4.9 Topologieerkennung ______________________________________________ 67
7.4.10 Kabelstreckeneingabe _____________________________________________ 68
7.5 Möglichkeiten der Ergebnisvisualisierung _______________________________ 68
7.6 Ablaufdiagramme __________________________________________________ 69
4

8 Berechnungsbeispiel ____________________________________________________ 69
8.1 Projektgebiet______________________________________________________ 69
8.2 Berechnungsergebnisse _____________________________________________ 70
8.2.1 Ergebnisliste ____________________________________________________ 71
8.3 Ausgabedateien____________________________________________________ 72
8.3.1 Parameter_______________________________________________________ 72
8.3.2 LastflussA, LastflussB ____________________________________________ 72
8.4 Folgerungen ______________________________________________________ 73
9 Abbildungsverzeichnis __________________________________________________ 74
10 Tabellenverzeichnis ____________________________________________________ 74
11 Literaturverzeichnis ____________________________________________________ 75
12 Anhang_______________________________________________________________ 76
12.1 Netzplan Rossau ___________________________________________________ 76
12.2 Ablaufdiagramme __________________________________________________ 76
12.2.1 Unterprogramm Ausfall __________________________________________ 78
12.2.2 Unterprogramm Kennwerte _______________________________________ 82
12.2.3 Unterprogramm Segment_Kennwerte _______________________________ 83
12.2.4 Unterprogramm Systemadmittanzmatrix_____________________________ 84
12.2.5 Unterprogramm Speichernummer __________________________________ 86
12.2.6 Unterprogramm Schalter öffnen ___________________________________ 87
12.2.7 Unterprogramm Schalter schließen _________________________________ 87
12.2.8 Unterprogramm Linearer Lastfluss _________________________________ 88
12.2.9 Unterprogramm Topologieerkennung _______________________________ 90
12.2.10 Unterprogramm Kabelstreckeneingabe ______________________________ 92
5

1 Städtische Mittelspannungs-Verteilnetze
1.1 Netzebenen
1.1.1 Transportnetz
Das Transportnetz dient der Übertragung elektrischer Energie von den Kraftwerken bzw.
Übergabestellen zu den Umspannwerken. Das Transportnetz der Innsbrucker
Kommunalbetriebe AG gliedert sich in zwei Spannungsebenen: 25 kV und 110 kV. Das 110
kV-Netz ist als Strahlennetz, das 25 kV-Netz vermascht aufgebaut. Beide Spannungsebenen
werden gelöscht betrieben. Das 25 kV-Netz wird vermascht betrieben. Alle Leitungen sind als
Erdkabel ausgeführt.
1.1.2 Verteilnetz
Das Verteilnetz der Innsbrucker Kommunalbetriebe AG dient der Verteilung der elektrischen
Energie von den 8 Umspannwerken zu den ca. 650 Netzstationen. Diese Netzebene hat eine
Nennspannung von 10 kV. Das Netz stellt eine Mischform dar und kann als gemischtes
Strang-/ Ringnetz mit zusätzlichen Querverbindungen beschrieben werden. Das Verteilnetz
wird als reines Strahlennetz betrieben. Der Vorteil dieser Betriebsweise ist die Einfachheit des
Leitungsschutzes mit unabhängigem Überstrom-Zeit-Schutz. Das Verteilnetz wird gelöscht
betrieben. In den Netzstationen sind Lastschaltanlagen eingebaut. Ausnahmen sind besondere
Knoten- und Übergabestellen (z.B. Klinik). Dort sind Leistungsschalter eingebaut. Alle
Leitungen sind als Erdkabel ausgeführt.
1.1.3 Niederspannungsnetz
Das Niederspannungsnetz dient dem Anschluss der Kundenanlagen an die
Niederspannungsverteiler der Netzstationen. Die Nennspannung dieser Netzebene beträgt
400V. Das Niederspannungsnetz ist vermascht aufgebaut, betrieben wird dieses Maschennetz
als reines Strahlennetz. Ehemalige mehrsträngig gespeiste Niederspannungs-Maschennetze
6

wurden aus wirtschaftlichen Überlegungen aufgelöst. Sämtliche Leitungsverbindungen sind
als Erdkabel ausgeführt.
1.2 Planung von Ausbaumaßnahmen
1.2.1 Anlässe für die Planung von Ausbaumaßnahmen
• Allgemeine Laststeigerung
• Neue Punktlasten
• Ersatz alter Kabelstrecken
• Netzvereinfachungen
1.2.2 Zeithorizonte bei der Planung von Ausbaumaßnahmen
• Kurzfristige Ausbauplanung:
Im Rahmen der kurzfristigen Ausbauplanung gilt es, Bedarfssteigerungen, ausgelöst durch
konkrete Bauprojekte und Erweiterungen, rasch zu entsprechen. Ein typischer Planungsfall ist
der Bau von neuen Transformatorstationen. Die Realisierung von Projekten erfolgt in der
Regel innerhalb eines Jahres.
• Mittelfristige Ausbauplanung:
Man reagiert auf Engpässe, die durch Laststeigerungen im Versorgungsgebiet entstanden
sind. Die Errichtung neuer 10 kV Kabelstrecken, die von einem Umspannwerk abgehen, ist
ein typischer Planungsfall für Netzverstärkungen im Rahmen der mittelfristigen
Ausbauplanung. Der Zeitraum zwischen Planung und Realisierung derartiger Projekte beträgt
2 bis 5 Jahre.
• Langfristige Ausbauplanung:
Diese befasst sich mit Zeithorizonten von länger als 5 Jahren (10, 20 Jahre). Tiefgreifende
strukturelle Maßnahmen werden im Zuge der langfristigen Ausbauplanung geplant. Die
7

Erweiterung, der Bau und Ersatz von Umspannwerken, neue Verbindungen im
Übertragungsnetz und Umstrukturierungen im 10-kV-Netz sind typische Beispiele.
2 Bisherige Praxis der Ausbauplanung im Verteilnetz der
Innsbrucker Kommunalbetriebe AG
2.1 Planungsaufgabe
Die Aufgabe der Netzplanung ist es, unter Einhaltung aller rechtlichen und technischen
Randbedingungen, die Kosten für Bau, Betrieb und Instandhaltung des Netzes so gering als
möglich zu halten.
2.1.1 Technische Randbedingungen
• thermische Belastbarkeit
• Spannungshaltung
• Kurzschlussfestigkeit
• Versorgungszuverlässigkeit
2.1.2 Rechtliche Randbedingungen
• Netznutzungsverträge
• Einschlägige Normen und Vorschriften
2.2 Grundsätzliche Festlegungen
2.2.1 (n-1)-Kriterium
Grundsätzlich wird das (n-1)-Planungskriterium jeder Planungsaufgabe zugrundegelegt.
In Kapitel 4.3 werden Gründe, die für die Beibehaltung des (n-1)-Planungskriteriums
sprechen, erläutert.
8

2.2.2 Kabelauswahl
Der Großteil aller in Betrieb befindlichen Kabel sind Papier-Blei-Kabel, es wurden
unterschiedlichste Querschnitte (35, 50, 70, 95, 120, 150. 185, 240 mm 2 meist Aluminium)
verlegt. Bei neuen Kabelstrecken werden vorwiegend VPE-Einleiterkabel verwendet. Auch
bei der Wahl des Querschnittes wird versucht, eine Vereinheitlichung zu erwirken (95, 240
mm 2 Aluminium).
2.2.3 Netzstruktur
Die Struktur des vorhandenen Verteilnetzes ist in Kapitel 1.1.2 beschrieben. Bei
Ausbaumaßnahmen werden folgende Punkte berücksichtigt:
• Kettenförmige Strukturen
• Nach Möglichkeit keine Querverbindungen
• Bei hoher Auslastung Übergang von Ring-, Strangnetzen auf Reservekabelnetze.
2.3 Planung der Netztopologie
Die derzeitige Vorgangsweise bei Planungsaufgaben im 10-kV-Netz beruht im wesentlichen
auf einem heuristischen Verfahren unter Zuhilfenahme eines topologischen Netzplanes.
Zuerst muss der Belastungszustand der Stationen im betrachteten Netzteil händisch ermittelt
werden. Im Anschluss werden durch systematische Versuche mögliche Netzkonfigurationen
heuristisch festgestellt und die jeweiligen Leistungsflüsse berechnet. Die Bestimmung dieser
Werte erfolgt derzeit von Hand. Da das Mittelspannungsnetz als Strahlennetz betrieben wird,
ist zur Bestimmung des Lastflusses eine Addition der Lasten aller Stationen im jeweiligen
Strang notwendig. Die Gleichzeitigkeit der Stationslasten wird durch Vergleich der einzelnen
Stationshöchstlasten mit der Höchstlast der speisenden Kabelstrecke aus dem Umspannwerk
bestimmt. Zur Dimensionierung eines Kabels genügt es, jeweils die erste Kabelstrecke einer
solchen einseitig gespeisten Leitung zu betrachten, da diese am höchsten belastet ist. Bei den
möglichen neuen Netzkonfigurationen wird das (n-1)-Planungskriterium überprüft. Dies
geschieht durch eine vereinfachte Ausfallsrechnung. Es wird dabei der Ausfall jeweils einer
speisenden Kabelstrecke simuliert und überprüft, ob nach entsprechender heuristischer
Anpassung des Schaltzustandes eine unzulässige Überlastung einer Kabelstrecke auftritt.
9

2.4 Feintrassierung
Die Planung notwendiger Ausbaumaßnahmen im Mittelspannungsnetz erfolgt bei der IKBAG
in der Abteilung für Elektrizitätsplanung. Nach Festlegung der Netztopologie und groben
Trassenvorgaben erfolgt die Ausführungsplanung, insbesondere die Feintrassierung bei der
Betriebsabteilung, die auch für die Errichtung von Kabelstrecken zuständig ist. Auch die
vorsorgliche Mitlegung von Leerrohren wird, in Abstimmung mit der Planungsabteilung, von
dieser Abteilung übernommen. Als Hilfe bei der Auswahl möglicher Trassen steht dem Planer
ein geografisches Informationssystem, kurz GIS, zur Verfügung. Dieses System informiert
über die Lage von sämtlichen Gebäuden, Straßen und Bodeneinbauten. Die einzelnen
Funktionen und der Umfang der Datenbestände werden im nächsten Kapitel eingehend
beschrieben. Aufgrund der Informationen aus dem GIS kann der Planer mögliche
Trassenverläufe festlegen und miteinander vergleichen. Als wichtige Information dient dabei
die Lage bereits verlegter Leerrohre. Der Vergleich des Bauaufwandes der einzelnen Trassen
ist von Hand zu kalkulieren.
2.5 Defizite
• Im derzeitigen Planungssystem ist der Planungsablauf mit sehr vielen händischen
Rechnungen (Lastflusswerte, Impedanzen von Kabelstrecken, Gleichzeitigkeitsfaktoren)
und demzufolge mit einem großen Zeitaufwand verbunden. Eine Entlastung des Planers
von eintönigen und immer gleichartigen Rechenvorgängen ist wünschenswert, seine volle
Konzentration soll sich auf die eigentliche kreative Planungstätigkeit richten können.
• Die Bereitstellung von aktuellen Daten für die Netzplanung ist mit einem nicht
unerheblichen Aufwand für den Planungsingenieur verbunden.
• Die Qualität der Planungsarbeit hängt stark vom Geschick und der Erfahrung des
Planungsingenieurs ab.
• Das vorhandene Geoinformationssystem bietet wenig Unterstützung bei der Planung von
Mittelspannungsnetzen.
10

3 Bestehendes Geoinformationssystem
3.1 Historische Entwicklung
Eine wesentliche Aufgabe im Bereich eines Elektrizitätsversorgungsunternehmens ist die
Dokumentation und Archivierung von Kabellagen, Anlagendaten und Informationen zu den
Betriebsmitteln. Diese Aufgabe wurde in der Vergangenheit durch die Verwendung von
Mappenplänen erfüllt. Um sämtliche Details darstellen zu können, wurden Pläne in
verschiedenen Maßstäben angefertigt (1/1000, 1/500, 1/250, 1/200, 1/100, 1/50 und 1/25). Die
unterschiedlichen Maßstäbe wurden dazu benötigt, auch Bereiche mit sehr hoher Dichte an
Bodeneinbauten geografisch richtig darzustellen (Bereiche um Transformatorstationen). In
der heutigen Zeit wird diese Form der Dokumentation von einem Geoinformationssystem auf
EDV-Basis abgelöst.
3.2 Aufbau und Verwendung des Dokumentationssystems
Bei den Innsbrucker Kommunalbetrieben ist ein System in Verwendung, das auf Auto-CAD
Basis aufgebaut ist. Dieses Programmpaket wird gegliedert in ein Eingabeprogramm für
grafische Daten DILCAD und einen Visualisierungswerkzeug DILVIEW, mit welchem die
Verwaltung, Aufbereitung, und Visualisierung der Daten erfolgt. Zur Darstellung der
Gebäude, Kabel und Straßen werden verschiedene Bildebenen überlagert. Als Basis dient eine
Naturstandskarte, die von der Stadt Innsbruck bereitgestellt wird. In dieser Karte sind alle
Gebäude, Straßen und Grundstücksgrenzen lagerichtig dargestellt. Sie wird von der Stadt
regelmäßig überarbeitet, um ein möglichst aktuelles Abbild des Naturstandes zu geben.
Die Pläne der Kabellagen für Hoch,- Mittel,- Niederspannung und sonstiger Bodeneinbauten
sind auf jeweils eigenen Bildebenen gezeichnet und können vom Benutzer in gewünschter
Weise überlagert werden. Die Eingabe der Daten erfolgt als Zeichnung in DILCAD, es wird
die geografisch korrekte Lage wiedergegeben. Bei sehr großer Häufung von Kabeln wird die
Abbildung in der Zeichnung gestreckt dargestellt, da bereits durch die Strichstärke der
Verlauf der einzelnen Leitungen nicht mehr erkennbar wäre. Die Bemaßung bezieht sich dann
auf das jeweilige Naturmaß. Solche Maße werden entsprechend gekennzeichnet. Als Basis für
dieses EDV-gestützte Informationssystem dienen die vorhandenen Mappenpläne, die zu
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einem großen Teil schon in das GIS übertragen sind. Neue Kabelstrecken werden heute
ausschließlich im neuen System archiviert. Ein dabei auftretendes Problem ist der zeitliche
Verzug zwischen einer Ausbaumaßnahme und dem Zeitpunkt, ab dem eine neue
Naturstandskarte mit dem entsprechenden Gebäude zur Verfügung steht. In solchen Fällen
werden auch weiterhin Mappenpläne verwendet und diese später in digitale Form übertragen.
Die Speicherung und Eingabe der Daten erfolgt zentral, sodass immer nur ein aktueller Stand
für die Benutzer dieses Systems abrufbar ist. Die einzelnen Schichten von DILCAD
beziehungsweise DILVIEW sind aus ein oder mehreren AutoCAD-Zeichnungen aufgebaut.
Es stehen neben allgemeinen geografischen Informationen, Kabellagen und
Betriebsmitteldaten auch die Daten vom Wasserleitungsnetz, Kanalnetz und von
Telekomunikationseinrichtungen zur Verfügung. Die Verwendung von DILCAD und
DILVIEW zur Unterstützung von Planungsmaßnahmen im Mittelspannungsnetz erfolgt in
erster Linie zur Feintrassierung.
3.3 Oberfläche und Bedienung [7]
Der Netzplaner nutzt das GIS über das Programm DILVIEW. Die Bedienung erfolgt grafisch
mit Maus. Die einzelnen Funktionen sind in Pulldown-Menüs gegliedert, wichtige Funktionen
sind in einer Symbolleiste, die horizontal am oberen Bildrand angeordnet ist, direkt
aufzurufen. Die Gestaltung der Oberfläche und die Bedienung dieses Programms orientieren
sich am Windows-Style-Guide. Dadurch ist es schon nach kurzer Einarbeitungszeit möglich,
sich mit den Programmfunktionen zurechtzufinden. Es steht eine umfangreiche Hilfe-
Funktion zur Verfügung. Für ein derartiges Planungsprogramm, welches in mehreren
Bereichen des Unternehmens Verwendung findet, ist es von besonderer Bedeutung, dass der
gleichzeitige Zugang von mehreren Arbeitsplätzen aus möglich ist. Alle Programmanwender
können auf den aktuellen Datenbestand zugreifen.
12

Abb. 1: Startseite von DILVIEW mit Menüleiste
Als Startbild erscheint nach dem Programmaufruf der Übersichtsplan von Innsbruck. Durch
Definition eines Zoomfensters oder durch direkte Adresssuche kann ein gewünschter Bereich
dargestellt werden.
3.4 Datenmodell
Im Folgenden sollen die im System verfügbaren Daten vorgestellt werden. Die Beschreibung
beschränkt sich auf jene Datenbestände, die direkt mit der Planung, dem Bau und dem Betrieb
von Mittelspannungsnetzen in Zusammenhang stehen. Zur Beschreibung der Daten, die in den
einzelnen Datenbanken enthalten sind, ist das jeweilige Dialogfenster abgebildet. Aus diesen
Dialogfenstern ist auch ersichtlich, welche Prozesse mit diesen Daten verknüpft werden
können. Diese Funktionen werden im folgenden Kapitel genauer beschrieben.
13

3.4.1 Leitungsdaten
Diese Datenstruktur enthält Informationen über die einzelnen Kabelstrecken.
• Technische Daten: Aufbau, Querschnitt, Teilnetznummer
• Geografische Daten: Länge, Stationsnummern
• Organisatorische Daten: Datum, Zeichner, Planschicht
Abb. 2: Leitungsdaten
3.4.2 Mittelspannungs-Stations-Daten
Sämtliche Netzstationen sind, nach Ort und Adresse geordnet, in dieser Datenstruktur
abgelegt. Innerhalb einer Station wird eine Unterteilung in die Objekte „Schaltanlage“,
„Sammelschiene“, „Schaltfeld mit Trafo“, „Trafobox“ und „Niederspannungsverteilung“
durchgeführt.
14

• Technische Daten: Betriebsmitteldaten
• Geografische Daten: Grundstück, Gebäude, Adresse
• Organisatorische Daten: Datum, Zeichner, Planschicht
Abb. 3: Mittelspannungs-Daten
3.4.3 Grundstücksdaten
Im Zuge von Kabelverlegungen ist es notwendig, die Besitzer der von Grabungsarbeiten
berührten Grundstücke kontaktieren zu können. Die meisten Trassen führen über
öffentliche Grundstücke, Querungen von Privatparzellen sind aber gelegentlich
unvermeidlich. Die in DILVIEW integrierte Datenbank enthält alle relevanten
Grundstücksdaten. Suchvorgänge in der Grundstücksdatenbank erfolgen über die
Einlagezahl bzw. die Grundstücksnummer. Die Einlagezahlen der Grundstücke können
der Naturstandskarte überlagert werden.
3.4.4 Adressdaten
Zur raschen Auffindung einer bestimmten Liegenschaft verfügt DILVIEW über eine
Adressdatenbank. Diese erlaubt es, eine Adresse direkt auszuwählen. Nach Adressauswahl
wird ein Bereich um die gewünschte Adresse dargestellt. Diese Funktion erleichtert das
15

Arbeiten mit DILVIEW erheblich, da ein Auffinden spezieller Adressen ohne eine solche
Hilfe aufwendig ist.
Abb. 4: Adressenverwaltung
3.4.5 ArMaDo-Daten
Der Name ArMaDo steht für Arbeiten, Material, Dokumente und Messungen. Die Angabe der
ArMaDo-Daten kann zu allen Betriebsmitteln erfolgen. Eingegeben werden diese Daten in
einem entsprechenden Dialogfenster, wobei nur bestimmte Benutzer die Berechtigung haben,
solche Eingaben durchzuführen. Die Anzeige der Daten erfolgt mit den Betriebsmitteldaten.
Im Rahmen dieser Daten können sämtliche Wartungsarbeiten, Messungen und
Instandsetzungen verwaltet werden. Es können zusätzlich beliebige Dokumente (Bilder,
Verträge,...) mit dem jeweiligen Betriebsmittel verknüpft werden.
3.4.6 Datenimport und -export
Das Ein- und Auslesen von Daten ist mittels folgender Datenformate möglich: AutoCAD,
DXF, ASCII, Arc/INFO, dBASE und SICAD. Ab der Version DILCAD 4 wird auch die
Grafik zu Leitungsobjekten in der Datenbank abgelegt.
16

3.5 Funktionen
3.5.1 Einstellungen zum Bildaufbau
3.5.1.1 Auswahl der darzustellenden Planschichten
Ein Feld in der Symbolleiste des Programmes ermöglicht die Auswahl der darzustellenden
Planschichten. Es gibt die Option, alle Leitungen darzustellen, oder selektiv zu entscheiden,
was dargestellt werden soll. Für Planungsmaßnahmen im Mittelspannungsnetz sind neben der
Darstellung aller Bodeneinbauten folgende Planschichten von spezieller Bedeutung:
• Naturstandskarte
• Digitale Katastermappe für Grundstücksabfrage
• Hoch- und Mittelspannungsnetz
• Kabelkanäle und Leerrohre
3.5.2 Optionen zur Detailansicht
Um die Detailansicht eines Objektes zu erhalten, stehen in DILVIEW mehrere Möglichkeiten
zur Verfügung. Man kann ein Zoomfenster wählen, dieses vergrößern, verkleinern oder
verschieben. Es ist möglich, ein Objekt zu selektieren und die Zoomfunktion im dann
erscheinenden Datenblatt zu benutzen. Auch kann über direkte Adresseingabe eine Auswahl
durchgeführt werden.
3.5.3 Geografische Funktionen
DILVIEW bietet eine Reihe von geografischen Funktionen für die Auswertung von Plänen.
Es besteht die Möglichkeit, die Koordinaten von jedem gewünschten Punkt zu bestimmen.
Die Länge eines Linienzuges im Plan, bzw. die Größe einer Fläche, welche von einem
beliebigen Linienzug umschlossen ist, können berechnet werden. Weiters kann eine Linie mit
den Grenzen der umliegenden Grundstücke verschnitten werden. Es werden dabei Abstand
und Länge dieser Linie in Bezug auf die Grundstücksgrenzen bestimmt. Die
Weiterverarbeitung dieser Daten kann in Form einer Excel-Datei erfolgen.
17

3.5.4 Selektion der Daten
• Händisch: Um die gespeicherten Informationen zu einem Objekt anzuzeigen, muss
dieses mit der Maus ausgewählt werden. Dies geschieht durch Auswahl des
entsprechenden Cursors und anschließendes Anklicken des gewünschten Objekts mit
der linken Maustaste. Das Objekt wird in gelber Farbe gekennzeichnet und es
erscheint das Datenblatt zu diesem Objekt.
• Mittels direktem Datenbankaufruf und Auswahl in Tabelle: Für einige Datenbanken
stehen Suchfunktionen zur Verfügung. Zur raschen Auffindung eines Gebäudes kann
dieses über seine Adresse gesucht werden.
3.5.5 Ausdrucken von Plänen
Ein weiterer Funktionsblock beschäftigt sich mit dem Plotten der Pläne. Der Aufruf des
Plotfensters erfolgt über die Menüleiste oder über die Funktionsleiste. Es stehen umfangreiche
Funktionen zur Verfügung, um den Plot in gewünschter Weise konfigurieren zu können.
• Abspeicherung von Plotfenstern
• Automatisches Plotten mehrerer Zeichnungen
• Ausgabe von Mappenblättern
• Automatisches Laden von Zeichnungsinhalten
• Automatische Layereinstellung vor dem Plot
4 Moderne Planungsstrategien und -techniken
4.1 Arbeitsbereiche [1]
• Planung
Ziel jeder Planung ist es, die Versorgung mit elektrischer Energie möglichst zuverlässig
und wirtschaftlich zu gestalten. Dabei müssen alle technischen und rechtlichen
Rahmenbedingungen eingehalten werden. Die Planungsaufgaben und Zeithorizonte der
Planung sind in Kapitel 1.2 beschrieben.
18

• Prognose
Ausgangsbasis jeder Ausbauplanung von Elektrizitätsversorgungsetzen ist die zukünftige
Entwicklung der Netzlast. Beim Fehlen detaillierter Prognosen ist es möglich, mit
durchschnittlichen Flächenlaststeigerungen zu arbeiten. Die Angabe dieser
durchschnittlichen Flächenlaststeigerung erfolgt spezifisch für definierte Gebiete gemäß
dem gültigen Raumordnungskonzept im Versorgungsbereich. Die Realisierung einzelner
großer Bauprojekte sorgt für zusätzliche Punktlasten. Für die Netzplanung ist es daher
notwendig, die Entwicklung von Raumordnungskonzepten und Bauplanungstätigkeiten
ständig zu beobachten.
• Ausbauaktivitäten
Eine Unterteilung in 3 Hauptbereiche ist möglich:
- Große Netzerweiterungen
Diese sind bei der Entwicklung neuer Gewerbe- und Siedlungsgebiete notwendig.
- Große Netzumstrukturierungen
Der Neubau von Umspannwerken und Maßnahmen zur Netzvereinfachung zählen zu
diesem Bereich.
- Kleine Ausbaumaßnahmen
Die Notwendigkeit kleiner Ausbaumaßnahmen ergibt sich sehr häufig, ein möglicher
Grund ist die Realisierung großer Bauvorhaben.
4.2 Liberalisierung und Qualitätserwartung [2]
Aufgrund der Liberalisierung der europäischen Elektrizitätswirtschaft gewinnen für das
Produkt Strom zunehmend wirtschaftliche Überlegungen an Bedeutung. Bisher wies die
Stromversorgung einen monopolartigen Charakter auf, das Ziel waren volkswirtschaftlich
vertretbare Kosten und eine möglichst hohe Versorgungsqualität. Heute ist Strom ein
Wirtschaftsgut wie jedes andere, sodass Kundenerwartungen an die Qualität dieses
Wirtschaftsgutes zum Gegenstand von Vertragsverhandlungen werden. Je nach Branche sind
die Anforderungen an die notwendige Qualität der Elektrizitätsversorgung kommerzieller,
industrieller und gewerblicher Kunden verschieden. Eine kurze Versorgungsunterbrechung
hat für ein Kühlhaus weit weniger Auswirkungen als für einen komplexen Produktionsbetrieb
19

(z.B. Papiermaschine). Betriebe mit sehr sensiblen Prozessen (High-Tech Sektor z.B.
Halbleitertechnik) haben üblicherweise betriebseigene Anlagen, um
Versorgungsunterbrechungen zu überbrücken. Die Minimalanforderungen an die Qualität der
Netzspannung werden durch die Norm EN 50160 festgelegt. In dieser Norm werden die
Grenzwerte für Oberschwingungen, Spannungsdipps und Spannungsspitzen definiert. Die
Einhaltung einiger dieser Grenzwerte ist allerdings nur für 95 % aller 10- minütigen
Mittelwerte einer Woche vorgeschrieben. Es sind daher kurzzeitig erhebliche
Überschreitungen erlaubt. Viele Elektrizitätsversorgungsunternehmen haben sich daher
strengere Maßstäbe für die Qualität ihrer Versorgung gesetzt. Durch die Liberalisierung des
Strommarktes stellt sich die Frage, ob diese Mehrleistung auch weiterhin erbracht werden
soll. Das Kriterium der Versorgungssicherheit wird bei Netznutzungsverträgen eine wichtige
Rolle spielen, gegen Aufpreis kann kundenspezifisch ein erhöhtes Zuverlässigkeitsniveau
angeboten werden (Erhöhung der Zuverlässigkeit, z.B. durch eine zweite Anspeisung).
4.3 Versorgungszuverlässigkeit und Netzformen [2, 3]
Die Kunden legen immer mehr Wert auf größtmögliche Versorgungsqualität. Durch
sensiblere Geräte und Maschinen (Rechnersteuerungen, steigende Zahl von Computern)
nehmen die Ausfallkosten zu. Um eine Versorgung mit hoher Sicherheit und kurzen
Ausfallzeiten sicherzustellen, soll auch in Zukunft grundsätzlich das derzeit übliche (n-1)-
Kriterium jeder Planungsaufgabe zugrundegelegt werden. Eine in diesem Zusammenhang
relevante Größe ist die Ausfallarbeit. Sie wird bestimmt als die ausgefallene Leistung mal der
Unterbrechungsdauer. Als Wert für die ausgefallene Leistung wird der Mittelwert der
Leistung, die im Normalbetrieb übertragen worden wäre, herangezogen. Dieser Mittelwert
wird durch Lastkurven der entsprechenden Verbrauchergruppen bestimmt. Bei kurzen
Störungen genügt es, auch die Leistung am Beginn der Störung heranzuziehen. Die
Ausfallarbeit wird auch als „nicht zeitgerecht gelieferte Energie“ bezeichnet. In der Regel
geht man davon aus, dass die zumutbare Ausfallarbeit 1000 kWh nicht überschreiten soll. Für
den Netzbetrieb bedeutet das, dass nach einer Störung umso schneller wiederversorgt werden
muss, je größer die Leistung der betroffenen Verbrauchergruppe ist.
Dieser Zusammenhang wird in der Zollenkopf-Kurve gemäß Abbildung 5 dargestellt. In
doppelt logarithmischer Darstellung wird die Kurve konstanter Ausfallarbeit zu einer
Geraden.
20

3.5 Versicherungskosten:
Abb. 5: Zollenkopfkurve
Eine Untersuchung von HAUBRICH [2] gibt einen groben Überblick über die Verteilung der
Ursachen für eine Versorgungsunterbrechung bezüglich der Netzebenen in Deutschland. Das
Ergebnis dieser Untersuchung ist in Abbildung 6 dargestellt. Es ist anzunehmen, dass dieses
Ergebnis qualitativ auf Österreich übertragen werden kann.
14%
0% 1%
10%
75%
Kraftwerke
Hochspannungsnetz
Niederspannungsnetz
Höchstspannungsnetz
Mittelspannungsnetz
Abb. 6: Ursache von Versorgungsunterbrechungen in Bezug auf die Netzebene
Es wird ersichtlich, dass der Großteil aller Versorgungsunterbrechungen auf Fehler im
Mittelspannungs-Verteilnetz zurückzuführen ist. Es kommt daher der Planung von
Mittelspannungsnetzen eine große Bedeutung in Hinblick auf die Versorgungsqualität zu.
Untersuchungen von SILLABER [1] belegen, dass der finanzielle Zusatzaufwand für die
21

Beibehaltung des (n-1)-Prinzips eher gering ist. Daher sollen grundsätzlich die bisherigen
Netzformen beibehalten werden.
Wirtschaftlich günstig sind:
• Kettenförmige Strukturen
• Flexibilität in der Kombination der Netzformen
• Keine Querverbindungen
• Übergang von Ring-, Strangnetzen auf Reservekabelnetze bei zunehmender Lastdichte
4.3.1 Reservekabelnetz
Reservekabel
Abb. 7: Reservekabelnetz
Bei geschickter Wahl der Trassen kann ein Reservekabel für zwei Ringe genutzt werden,
dadurch kann man die Auslastung der einzelnen Kabel verbessern. Die mittlere Auslastbarkeit
der speisenden Kabelstrecken beträgt bei einem Reservekabel pro Ring 2/3 =67 %. Nutzt man
ein Reservekabel jedoch für zwei Ringe, so erreicht die mittlere Auslastbarkeit der speisenden
Kabelstrecken 4/5 = 80%. Abbildung 7 zeigt eine solche Anordnung. Um einen Schaden am
Reservekabel sofort bemerken zu können, muss dieses im Normalbetrieb einseitig mit
Spannung beaufschlagt werden.
22

4.4 Wirtschaftlichkeitsuntersuchung nach der Barwertmethode [3]
Wichtigste Aufgabe der Netzplanung, auch im liberalisierten Markt, bleibt es, die
Energieversorgung so wirtschaftlich und zuverlässig wie möglich zu gestalten. Für
Wirtschaftlichkeitsuntersuchungen allgemein anerkannt ist hiefür der Vergleich der
Kostenbarwerte der Ausbauvarianten. Bei der Untersuchung einer Investition mit dieser
Methode werden alle im Laufe der Lebensdauer zu erwartenden Aufwendungen auf einen
Zeitpunkt zurückgerechnet und zu den Investitionsaufwendungen addiert. Der so erhaltene
Barwert stellt die auf den Ausgangszeitpunkt umgerechneten Aufwendungen dar. Das ist also
das zum Ausgangszeitpunkt angelegte Kapital, mit dem neben dem Bauaufwand auch alle
über die erwartete Lebensdauer anfallenden Kosten abgedeckt werden könnten. Künftige
Investitionen werden verzinst, daher ist der Barwert stets kleiner als die Summe aller
Ausgaben. Dieser Unterschied steigt, je später Investitionen anfallen und je höher der
Kalkulationszinssatz ist. Bei der Arbeit mit Barwerten ist darauf zu achten, dass
unterschiedliche Lösungen nur dann miteinander vergleichbar sind, wenn auch die technische
Lebensdauer der Anlagen komparabel ist. Ist das nicht der Fall, sind Restbarwerte bei der
Anlage mit der höheren technischen Lebensdauer in Abzug zu bringen, auch wenn kein
Buchwert mehr vorhanden ist. Ein weiteres Problem bei dieser Form der
Wirtschaftlichkeitsanalyse ist die Ungewissheit über die kommende Preisentwicklung.
4.4.1 Barwert der Verlustkosten [10]
Wesentliche Kostenkomponenten in städtischen Verteilnetzen sind die Investitionskosten und
die Verlustkosten. Die Kosten für Arbeitsverluste und Leistungsverluste können wie folgt
berechnet werden:
• Leistungsverluste:
K
VL
= PV
max
• h • k
V
L
Es bedeuten:
K VL
h V
Verlustkosten der Leistungsverluste
Höchstlastanteil der Verlustleistung
23

k L
P Vmax
Leistungspreis
maximale Verlustleistung in einem betrachteten Zeitabschnitt T N
• Verlustarbeit:
K
VA
= ∑ A • k
j
Vj
aj
Es bedeuten:
K VA
A vj
k aj
Verlustkosten der Arbeitsverluste
Arbeitsverluste im Zeitabschnitt j
Arbeitspreis im Zeitraum j
• Barwert der Verlustkosten:
K
VB
n
= ∑ K
i=
1
p
q = 1+
100
Vi
−i
• q
Es bedeuten:
K vi
K VB
p
q
q -i
q i
auf Jahresende bezogene Verlustkosten (Arbeits- und Leistungsverluste) im
Jahre i
Barwert der Verlustkosten für den Zeitabschnitt der betrachteten n Jahre
Kalkulationszinssatz
Zinsfaktor
Abzinsungsfaktor
Aufzinsungsfaktor
4.4.2 Beispiel zur Anwendung der Barwertrechnung
Zur Veranschaulichung soll ein Beispiel zur Anwendung der Barwertrechnung gezeigt
werden. Bei Grabungsarbeiten anderer Firmen (Telekabel, Telekom, Wasser, Gas, Kanal,
Strassenbau) ergeben sich Möglichkeiten zur Mitlegung von Kabeln oder Leerrohren. Es soll
an dieser Stelle abgeschätzt werden, ab welchem Zeitraum der Vorausinvestition es günstiger
24

ist, eine Leerverrohrung einzubringen oder gleich das Kabel zu verlegen. Es soll in diesem
Beispiel nur die finanzielle Seite beleuchtet werden, andere Vor- bzw. Nachteile der einzelnen
Varianten bleiben von dieser Berechnung unbeachtet (Geringere Kabelbelastbarkeit bei
Verlegung im Rohr, ..). Betrachtet werden nur jene Kostenpunkte, die spezifisch für die
Verlegevarianten auftreten, Die Kosten für Grabungsarbeiten, Einbringung des Sandbettes
und Verlegung eines Erdungsbandes sind bei beiden Varianten ident.
Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Grabungsarbeit:
Kabellegung
Kabelkosten
Kabelverlegung
Tab. 1: Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Grabungsarbeit
Leerverrohrung
Leerrohrkosten
Leerrohrverlegung
Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme:
Kabellegung
Tab. 2: Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme
Leerverrohrung
Kabelkosten
Kabelverlegung
Aktuelle Preise:
Kabelkosten: 3 • VPE Einleiterkabel 240 mm 2 Aluminium 411 ATS/m
Verlegekosten für das Kabel:
In Graben oder Rohr 3 • 40 ATS 120 ATS/m
Leerrohr incl. Verlegung:
103 ATS/m
Wird die Rechnung auf den Zeitpunkt der Grabungsarbeit bezogen, müssen im Falle der
Leerverrohrung die Kabelkosten und die Kabelverlegekosten entsprechend der Zeitspanne
und dem Kalkulationszinssatz abgezinst werden.
Barwert Kabelverlegung = 411ATS + 120ATS = 531ATS
Barwert Leerrohrverlegung = 103ATS + 531ATS • (1+Z/100) –n
25

Will man den Grenzfall berechnen, werden die Kosten gleichgesetzt und die Zeitspanne (n)
bestimmt. Der Kalkulationszinssatz wird mit 4% angenommen. Es ergibt sich eine Zeitspanne
n = 5,5 Jahren. Das bedeutet, dass bei einem zu erwartendem Bedarf für dieses Kabel
innerhalb dieser Zeitspanne eine direkte Verlegung günstiger ist.
4.5 Kundenorientierte Zuverlässigkeitsanalyse [4, 1]
Als Kenngröße eines Betriebsmittels wird seine Ausfallshäufigkeit bezogen auf ein Jahr
angenommen. Man spricht also von der durchschnittlichen Ausfallshäufigkeit pro Jahr h 0 . Es
handelt sich um einen statistischen Wert, der eigentlich durch den Mittelwert und die
Streuung angegeben wird. In der Energietechnik wird üblicherweise nur der Mittelwert
angegeben. Diesen Wert kann man für alle gängigen Betriebsmittel aus der Störstatistik
entnehmen, die jedes Jahr neu herausgegeben wird. Ein weiterer wichtiger Kennwert ist die
Ausfallzeit pro Störung t 0 , die auch als Mittelwert angegeben wird. Somit wird die
jahresanteilige Ausfalldauer d 0 zu:
Ausfalldauer d 0 = mittlere Ausfallzeit t 0 • Ausfallhäufigkeit h 0
Zukünftig wird die Diskussion über nicht zeitgerecht gelieferte Energie immer mehr an
Bedeutung gewinnen. Durch die Liberalisierung und die Öffnung der Strommärkte wird sich
die Vorgehensweise bei Versorgungsunterbrechungen ändern. Es ist denkbar, eine finanzielle
Rückvergütung im Falle nicht zeitgerecht gelieferter Energie anzubieten. Eine genaue
Kenntnis des Störgeschehens und der zu erwartenden Ausfallarbeit ist Grundlage für
diesbezügliche Überlegungen. Mit dem Wissen über den genauen topologischen Verlauf und
die eingesetzten Betriebsmitteln der Anspeisung von einzelnen Kundenanlagen ist es möglich,
die Erwartungswerte für Ausfallhäufigkeit und Ausfalldauer kundenspezifisch zu bestimmen.
Möglich wäre der Abschluss einer Versicherung, um sich gegen finanzielle Forderungen
abzusichern.
26

4.6 Aktuelle Methoden zur Kostensenkung [1]
4.6.1 Belastbarkeit der Betriebsmittel
Investitionen in den Netzausbau sollen erst erfolgen, wenn die installierten Betriebsmittel
über ihre wirtschaftliche Belastbarkeit hinaus ausgelastet sind. Vorausinvestitionen durch zu
früh durchgeführte Ausbaumaßnahmen sind zu vermeiden. Die technische Grenze der
Belastbarkeit von Mittelspannungskabeln ergibt sich nicht allein durch Kabeldimension und
Kabelaufbau. Abhängig von der Art der Verlegung (bei Verlegung in Rohren ergeben sich
schlechtere Kühlungsverhältnisse als bei Verlegung im Erdreich) und Kabelhäufung sinkt die
Belastbarkeit von Kabeln. Besonders in Bereichen um Umspannwerke und Netzstationen ist
die Abminderung der Belastbarkeit durch Kabelhäufung zu berücksichtigen.
4.6.2 Vorausschauende Leerrohrverlegung
Tiefbaumaßnahmen und im besonderen Maß die Wiederherstellung der Oberfläche
verursachen große Kosten. Durch vorausschauende Mitlegung von Leerrohren oder Kabeln
und überlegte Trassenführung können erhebliche Einsparungen erzielt werden.
4.6.3 Umfangreicher Variantenvergleich
Durch optimierte Planungswerkzeuge ist es möglich, viele Planungsvarianten in kurzer Zeit
zu untersuchen. Dadurch kann man erreichen, dass die beste gefundene Variante dem
technisch- wirtschaftlich möglichen Optimum nahe kommt.
4.6.4 Vereinfachte Anbindungen
In Abbildung 8 wird die heute übliche Einschleifung neuer Transformatorstationen
dargestellt. Der Aufwand für eine derartige Schaltung ist hoch, es sind meist zwei
Mittelspannungsmuffen, zwei Verbindungskabel zur neuen Station und eine Schaltanlage mit
drei Feldern erforderlich. Der gesamte Strom des Mittelspannungskabels fließt über die
Einschleifung und verursacht zusätzliche Verluste.
27

Kabelmuffen
Mittelspannungs-Schaltanlage
Niederspannungs-Verteilung
Abb. 8: Einschleifung einer neuen Netzstation.
Eine unter gewissen Voraussetzungen kostengünstigere Schaltungsvariante wird in Abbildung
9 gezeigt. Diese Anschlussvariante wird als „ausgelagerter Transformator“ bezeichnet. Der
Schaltanlagenaufwand ist gegenüber der bisher praktizierten Variante wesentlich geringer, es
sind keine Kabelmuffen notwendig, bei der vorhandenen Schaltanlage muss lediglich ein
Transformatorabgangsfeld angebaut werden. In der vorhandenen Station muss Platz für ein
weiteres Schaltfeld sein. Problematisch sind Grabungsarbeiten in Stationsnähe, diese sind
relativ schwer durchführbar, da sehr viele Kabel zusammentreffen.
28

Niederspannungs-Verteilung
Abb. 9. Ausgelagerter Transformator zur Einbindung neuer Stationen.
Es stellt sich die Frage, mit welchem Querschnitt das Stichkabel ausgeführt werden soll. In
Erweiterungsgebieten kann dieses Kabel zu weiteren Stationen geführt werden, auch ein
späterer Ringschluss ist möglich. Für diesen Fall soll der Querschnitt gleich dem anderer
Netzkabel gewählt werden. Ist keine Erweiterung geplant, genügt es, das Kabel entsprechend
der Transformatorleistung zu dimensionieren. Die Verwendung von ausgelagerten
Transformatoren ist auch bei der Sanierung von alten Transformatorstationen mit wenig Platz
oder schlechten Kühlungsverhältnissen (zum Beispiel Kellerstationen) sinnvoll. Am Ort der
ursprünglichen Station verbleibt lediglich die Mittelspannungsschaltanlage, die Aufstellung
der Transformatoren und der Niederspannungsverteiler kann an einer neuen günstigeren Stelle
vorgenommen werden. Es ergeben sich zudem meist wesentliche Vereinfachungen im
Niederspannungsnetz. Generell ist aber anzumerken, dass für den möglichen Ausfall der
Kabelstrecke zum ausgelagerten Transformator keine Wiederversorgung durch
Umschaltungen möglich ist. Für diesen Fall müssen mobile Notstromaggregate vorgehalten
werden.
29

Zustand vor der Sanierung:
Zustand nach der Sanierung:
Abb. 10: Ausgelagerter Transformator zur Sanierung alter Stationen.
4.6.5 Standardisierte Kabeltypen
Einsparungen lassen sich auch durch den Einsatz von wenigen standardisierten Kabeltypen
erreichen. Durch diese grundsätzliche Entscheidung vereinfacht sich die Lagerhaltung an
Kabeln und Muffen stark. Die Festlegung auf einen bestimmten Kabeltyp sollte langfristig
gelten und nur nach reiflicher Überlegung geändert werden. Als Beispiel sei die Festlegung
auf 3 Querschnitte: 50 mm 2 , 150 mm 2 und 240 mm 2 Aluminium als VPE-Einleiterkabel
ausgeführt.
4.7 Rasche Kalkulation von Tiefbaukosten
Für eine rasche Kostenanalyse einer geplanten Kabeltrasse im Zuge der Feintrassierung ist es
erforderlich, spezifische Werte für Tiefbaukosten zu bestimmen. Diese Kosten können grob in
4 Teilbereiche gegliedert werden:
30

• Aufbrechen der Oberfläche und Aushub
• Kabeleinbringung samt Sand, Schutzplatten und Erdungsleitung
• Verfüllen und Verdichten
• Wiederherstellen der Oberfläche
Die einzelnen Kostengruppen sollen noch detaillierter aufgeschlüsselt werden:
4.7.1 Aufbrechen der Oberfläche und Aushub
Die Kosten für diesen Arbeitsschritt differieren je nach Oberflächenbeschaffenheit,
Untergrund und vorhandenen Bodeneinbauten.
• Aufbrechen der Oberfläche (Abheben von Humus, Schneiden und Entsorgen von Asphalt,
Entfernen von Pflasterungen etc.)
• Maschinelles Aufgraben der Künette soweit möglich, händisches Graben mit maschineller
Unterstützung in der Nähe anderer Bodeneinbauten
• Abtransport des Aushubmaterials
4.7.2 Kabeleinbringung samt Sand, Schutzplatten und Erdungsleitung
Unter der Voraussetzung, dass die Zufahrt zur Baustelle mit LKW möglich ist, können diese
Kosten wie folgt eingeteilt werden:
• Sand einbringen und planieren
• Kabel/ Leerrohr verlegen
• Sand einbringen
• Erdungsleiter verlegen
• Auflegen der Schutzplatten, Warnband
4.7.3 Verfüllen und Verdichten
Die Kosten variieren proportional zur geforderten Verdichtung und Tragfähigkeit der
Verfüllung:
• Einbringen von Schottermaterial mit anschließendem Verdichten
• Aufbau eines Frostkoffers und Straßenunterbaues bei Arbeiten auf Verkehrswegen
31

4.7.4 Wiederherstellen der Oberfläche
Die Unsicherheit der Kostenprognose ist bei diesem Arbeitsschritt groß. Das Spektrum reicht
von der Wiederherstellung eines Schotterweges über Asphaltflächen bis hin zu sehr teuren
Natursteinpflasterungen.
• Schotterfläche
• Grasfläche
• Asphaltfläche
• Straßenrand mit Bordstein und Rinne
• Natursteinpflasterung
4.7.5 Spezifische Kosten
Für unterschiedliche Oberflächenbeschaffenheiten und Untergrundstrukturen können
spezifische Kosten in ATS/m Kabelgraben berechnet werden. Abgeleitet werden diese Kosten
aus den Angeboten der Baufirmen, die periodisch, meist jährlich eingeholt werden. Um die
Kosten der Herstellung einer Kabeltrasse zu ermitteln, werden die spezifischen Tiefbaukosten
mit den zugehörigen Längen multipliziert und addiert. Dazu kommen die Kosten für das
Kabel oder Leerrohr und den Erdungsleiter. Sonderkosten, die durch Demontage und
Wiedereinbau von Kanaldeckeln oder Wasserschieberdeckeln entstehen, müssen gesondert
kalkuliert werden.
4.7.6 Empfehlung für rasche Kalkulation
Zur raschen Kalkulation von Tiefbaukosten soll ein Schema zur Verfügung stehen, das alle
für eine Kabelverlegung relevanten Flächen (Gehsteige, Radwege, Grünstreifen, Strassen etc.)
entsprechend ihrer Oberflächenbeschaffenheit einteilt. Auch die Daten über vorhandene
Bodeneinbauten (bei den Innsbrucker Kommunalbetrieben stehen diese im GIS) müssen zur
Verfügung stehen. Bei Kreuzungen mit vorhandenen Bodeneinbauten sind Zusatzkosten, die
durch händisches Graben entstehen, zu berücksichtigen. Für die restliche Strecke kann ein
Normkabelgraben kalkuliert werden. Die Berechnung soll in Excel erfolgen.
32

5 Modernes Netzplanungssystem
In Anbetracht des ständig steigenden Kostendrucks gewinnt ein effizientes Planungswerkzeug
immer mehr an Bedeutung. In diesem Kapitel sollen grundlegende Anforderungen an
Funktionen und Datenbestände formuliert werden.
5.1 Allgemeine Anforderungen
Ein Programmsystem für die Planung moderner Mittelspannungs-Kabelnetze in städtischen
Bereichen soll Daten und Programme bereitstellen, um den Arbeitsvorgang bei der Planung
zu unterstützen und teilweise zu übernehmen.
5.2 Funktionen und Daten
5.2.1 Elektrotechnische Berechnungen
• Lastprognosen
• Leitungsauslastung
• Knotenspannungen
• Einzel- und Gesamtverluste
• Simulation von Einfachausfällen
• Trennstellenoptimierung
• Zuverlässigkeitsanalyse
5.2.2 Wirtschaftlichkeitsanalyse
• Barwertvergleich
• Betriebsmittelkosten
• Verlustkosten-Berechnung
• Tiefbaukosten-Berechnung
• Investitionskosten-Berechnung
33

5.2.3 Datenmanagement
Eine Trennung in Planungs- und Bestandsdaten soll erfolgen. Abbildung 11 zeigt eine
mögliche Einteilung im Überblick:
DATENBASIS
BESTANDSDATEN
PLANUNGSDATEN
GEOGRAFISCH TOPOLOGISCH TOPOLOGISCH GEOGRAFISCH
Stadtgrundkarte
Tiefbaukostenzonen
Grenzkataster
Lage von:
Kabeln
Leerrohren
Umspannwerken
Netzstationen
Wassernetz
Kanalnetz
Fernmeldeleitungen
topologischer-
Netzplan
Schaltzustand
Netzlasten
für jedes
Planungsprojekt:
Projektgebiet
topologische-
Projektdaten
Lastprognosen
Kostenanalysen
Lage von:
Kabelstrecken
Netzstationen
Umspannwerken
SACHDATEN
SACHDATEN
Technische
Daten
Kaufmännische
Daten
Technische
Daten
Kaufmännische
Daten
Betriebsmitteldaten
Revisionsdaten
Restlebensdauer
Kosten
Kennzahlen
Abschreibung
Betriebsmitteldaten
Kosten
Kennzahlen
Abschreibung
Abb.11: Datenmodell
34

5.2.3.1 Topologische Daten
• Topologischer Netzplan
• Schaltzustand
• Netzlasten
5.2.3.2 Geografische Daten
• Stadtgrundkarte
• Visualisierungsdaten
• Tiefbaukostenzonen
• Lage von Bodeneinbauten
5.2.3.3 Sachdaten
• Betriebsmitteldaten
• Instandhaltungsdaten
• Kosten- und Wirtschaftlichkeitsdaten
• Störgeschehen
5.2.4 Geografische Visualisierung und Bearbeitung
• Stadtgrundkarte
• Straßeneinbauten
• Standorte von Umspannwerken und Netzstationen
• Trassenstudien
• Kabel-, Leerrohrlagen
• Variantenverwaltung
35

5.3 Systemdesign
Basis des Systems ist eine Datenbank, in der alle Daten zentral gespeichert werden und
Änderungen an diesen Daten für alle Benützer sofort ersichtlich sind. Für eine effiziente
Planung ist es notwendig, alle Berechnungen in einer einzigen Bedienoberfläche
durchführen zu können. Die Bedienung soll über die grafische Oberfläche direkt im
Netzplan (je nach Planungsschritt topologisch oder geografisch) durchgeführt werden.
Eine vollgrafische Farbdarstellung erhöht die Übersichtlichkeit. Es ist notwendig, sowohl
geografisch relevante Informationen (Kabellagen, mögliche Trassen,
Oberflächenbeschaffenheit, Bodeneinbauten, etc.), als auch technisch und kaufmännisch
relevante Daten, wie beispielsweise Angaben über Kenngrößen vorhandener
Betriebsmittel, Kabelaufbau, Schaltmöglichkeiten und Kostenkomponenten
bereitzustellen. In der Netzplanung ist es oft notwendig, verschiedene Varianten zu
vergleichen. Ein Planungsinstrument soll deshalb eine komfortable Variantenverwaltung
mit direkter Vergleichsmöglichkeit in Form von Grafiken und Tabellen bieten.
5.4 NEPLAN als Beispiel für ein modernes Netzplanungssystem [6]
Als Beispiel für ein modernes Netzplanungssystem soll das Programm NEPLAN angeführt
werden. Dieses Programm ist ein grafisch unterstütztes, objektorientiertes
Netzplanungsprogramm. Es ist modular aufgebaut, wobei die Module getrennt vertrieben
werden. Entwickelt wurde NEPLAN von der Firma Busarello + Cott + Partner AG in
Zusammenarbeit mit der ETH in Zürich.
5.4.1 Datenerfassung
Die Eingabe der Netzdaten erfolgt grafisch oder listenorientiert. Die grafische Eingabe erfolgt
mit Hilfe von Maus oder Digitalisiertablett. Zur Bestimmung der Daten von Betriebsmitteln
stehen Bibliotheken mit Standarddaten zur Verfügung. Sämtliche Daten werden bei der
Eingabe auf ihre Plausibilität überprüft. Die Datenbank ist eine mögliche Schnittstelle zu
36

einem NIS, GIS oder Leitsystem. Eine weitere Schnittstelle bietet die Möglichkeit, Daten in
Form einer MS- Excel Datei zu importieren oder exportieren. Dadurch ist es möglich,
Netzdaten und Berechnungsergebnisse mit der heutigen Standardsoftware (Excel, Word)
weiter zu bearbeiten. Grafische Daten können im DXF-Format verarbeitet werden.
5.4.2 Bedienung und Oberfläche
Das Programm wurde nach dem Microsoft Windows-Style-Guide entwickelt. Die Bedienung
erfolgt mit Maus und Tastatur, der Aufruf der einzelnen Funktionen erfolgt in Pull-down-
Menüs, wie dies von anderen Windows-Programmen z.B. Word und Excel, bekannt ist.
Änderungen der Netztopologie erfolgen in der topologischen Netzdarstellung. Es steht eine
umfangreiche online-Hilfefunktion zur Verfügung.
5.4.3 Funktionen
Für die Planung von Mittelspannungskabelnetzen sind folgende Berechnungsmodule
erhältlich:
• Elektrotechnische Berechnungen:
- Leitungsauslastung
- Knotenspannungen
- Einzel- und Gesamtverluste
- Simulation von Einfachausfällen
- Trennstellenoptimierung
- Oberschwingungs- und Tonfrequenzanalyse
• Visualisierung und Bearbeitung:
- Variantenvergleich
• Wirtschaftlichkeitsanalyse:
- Barwertvergleich
37

5.4.4 Variantenmanagement
Wie bereits ausgeführt, ist es bei der
Ausbauplanung besonders vorteilhaft,
verschiedene Varianten zu berechnen und
technisch sowie wirtschaftlich zu
vergleichen. Dies gilt besonders in
städtischen Mittelspannungsnetzen, da
eine große Flächenleistungsdichte
Abb.12: Variantenmanagement
gegeben ist. Zudem macht eine Vielzahl von möglichen Trassenführungen und möglichen
Anbindungen einen raschen Vergleich von verschiedenen Varianten notwendig. NEPLAN
bietet die Möglichkeit der redundanzfreien Speicherung bei der Netzausbauplanung.
Ausgehend vom Ist-Zustand des Netzes wird jede Änderung erfasst und in einer separaten
Differenzdatei gespeichert. Bei weiteren Änderungen in dieser Variante wird eine
Unterdifferenzdatei generiert. Es lassen sich so ganze Variantenbäume aufbauen. Varianten
oder auch Untervarianten können nachträglich zu einem neuen Ist- Zustand abgelegt werden.
Im Netzplan können die Varianten in einer anderen Farbe als der Ist-Zustand dargestellt
werden.
5.4.5 Bibliotheken
Folgende Betriebsmittelbibliotheken stehen zur Verfügung:
• Leitungen
• Transformatoren
• Generatoren
• Motoren
• Verbraucher
In den jeweiligen Bibliotheken werden die Betriebsmittel mit allen relevanten Kenngrößen
eingetragen. Die Eingabe dieser Daten erfolgt, nachdem das Betriebsmittel im Netzplan
gezeichnet wurde. Das Programm fordert den Planer auf, ein entsprechendes Dialogfeld
auszufüllen.
38

6 Entwicklungskonzept für die Netzplanungsprogramme der
Innsbrucker Kommunalbetriebe AG
6.1 Anforderungen der Benutzer
Ziel dieser Überlegungen ist es, unter Verwendung vorhandener Programme die Planung von
Ausbaumaßnahmen im Mittelspannungsnetz zu erleichtern. Dazu soll ein Werkzeug
geschaffen werden, mit dem möglichst effektiv Maßnahmen zur Verbesserung der
Netzsituation geplant werden können. Die kreative Arbeit, die hinter solchen Überlegungen
steht, wird auch in Zukunft vom Planungsingenieur geleistet werden. Die Ausarbeitung der
einzelnen Planungsschritte und der Vergleich verschiedener Varianten soll durch
Erweiterungen der vorhandenen Programme besser unterstützt werden. Wichtig für den
Planungsingenieur ist es, möglichst alle notwendigen Funktionen aus einer Oberfläche heraus
ausführen zu können.
6.2 Möglichkeiten
Eine Möglichkeit, die Planung im Bereich des Mittelspannungsnetzes zu unterstützen, besteht
darin, ein mathematisches Modell des gesamten Mittelspannungsnetzes für ein vorhandenes
Netzanalyseprogramm zu erstellen. Als Funktionen stehen Lastfluss-, Kurzschluss- und
Spannungsabfallberechnung zur Verfügung. Ein Einlesen der Netzdaten in dieses
Netzanalyseprogramm wäre prinzipiell realisierbar. Es arbeitet mit 2 ASCII-Dateien, um
Netze zu speichern. Eine Datei enthält alle Netzdaten, die zweite die grafischen Objektdaten.
Wenn man den Aufbau der Syntax dieser Dateien analysiert und die Netzdaten des
Mittelspannungsnetzes aus der vorhandenen ACCES-Datenbank in diese Form konvertiert,
sind Netzuntersuchungen durchführbar. Dieses Programm kann auch Ergebnislisten erzeugen
und exportieren. Die Schwierigkeiten bei dieser Lösungsvariante liegen im großen Aufwand
der Datenkonvertierung und in der komplizierten Bedienung über mehrere getrennte
Oberflächen. Konvertiert man die Netzdaten nur einmal in ein für das Netzanalyseprogramm
lesbares Format, steht man vor dem Problem, jede Netzänderung in beiden
Planungsprogrammen durchführen zu müssen. Gegen eine derartige Vorgehensweise spricht
39

weiters, dass eine Untersuchung auf Spannungsabfall und thermische Kurzschlussfestigkeit
der Kabel in städtischem Versorgungsgebiet nur in Ausnahmefällen durchgeführt werden
muss.
6.3 Anpassung der Stationsnummern
Die derzeitige Organisation der Stationsnummern bei den Innsbrucker Kommunalbetrieben
AG kennt bei Umspannwerken keine Unterscheidung zwischen den verschiedenen
Speisegruppen. Für eine rechnergestützte Betrachtung muss eine Differenzierung der
Bezeichnungen entsprechend den einzelnen Speisegruppen erfolgen. Wenn eine
Schaltmöglichkeit zwischen den Sammelschienenabschnitten besteht (Längstrennung), dann
muss diese auch nachgebildet werden.
Für die automatische Ausfallrechnung wurde dieses Problem dadurch gelöst, dass der
Umspannwerksbezeichnung die Nummer der Speisegruppe angehängt wurde. Bei
Netzstationen, in denen zwei Teilnetze zusammentreffen, wurde eine zweite Station generiert.
Zwischen diesen Teilstationen ist eine Verbindungsleitung mit entsprechender
Schaltmöglichkeit vorgesehen.
6.4 Weiterentwicklung des bei den Innsbrucker Kommunalbetrieben
vorhandenen geografischen Informationssystems
Ausgehend von der Forderung, möglichst alle planungsrelevanten Arbeitsschritte aus einer
Bedienoberfläche heraus ausführen zu können, stellt sich die Frage, in welcher Form neue
Funktionen in die vorhandenen Planungsprogramme integriert werden können. Das
vorhandene geografische Informationssystem eignet sich dazu sehr gut. Dieses System
verfügt über einige wichtige Voraussetzungen für ein modernes Planungsinstrument. Das sind
unter anderem umfangreiche Datenbestände (diese sind in Kapitel 2 beschrieben), modularer
Aufbau (neue Funktionen lassen sich relativ einfach integrieren), einfache Bedienung,
zentrale Datenspeicherung und Netzwerktauglichkeit. Aufbauend auf diesem System mit
entsprechenden Ergänzungen am Datenmodell können Funktionen für alle Bereiche der
Netzplanung entwickelt werden. Es soll im Planungssystem eine klare Trennung zwischen
Daten- und Programmodulen erfolgen. Durch diese Trennung sollen klare Strukturen
40

geschaffen werden, die Integration von neuen Programmodulen in das System ist leicht
möglich. Abbildung 12 zeigt eine Übersicht über die geplanten Daten- und Programmmodule.
Der systeminterne Datenaustausch in beiden Richtungen (von der Datenbank zu den
Prozessen und umgekehrt) wird gezeigt.
6.4.1 Beschreibung der notwendigen neuen Datenobjekte und Datenrelationen
6.4.1.1 Tiefbaukostenplan
Die Tiefbaukosten hängen zu einem wesentlichen Teil von der Beschaffenheit der Oberfläche
ab. Mehrkosten ergeben sich beim Queren vorhandener Bodeneinbauten, da dort kein
maschinelles Graben möglich ist. Im Projektgebiet soll ein Plan verfügbar sein der
flächendeckend alle Bereiche, in denen eine Kabelverlegung möglich ist, wiedergibt.
Vorrangig sind dies Gehsteige, Radwege, Grünstreifen und Straßenzüge. Diese Flächen sollen
gestaffelt nach Oberfläche und Dichte der vorhandenen Bodeneinbauten (z.B.: 3 Kategorien
wenige-, einige- und viele Bodeneinbauten) und den daraus resultierenden Tiefbaukosten
eingeteilt werden. Die Kennzeichnung der unterschiedlichen Bereiche soll in verschiedenen
Farben erfolgen; dadurch ermöglicht man dem Planer, bei der Feintrassierung einen raschen
Überblick über günstige Trassenverläufe zu gewinnen. Diese Pläne können in einer weiteren
Bildebene im bestehenden GIS integriert werden. Darauf aufbauend können Module zur
automatischen Kostenanalyse erstellt werden. Die Lage bereits verlegter Leerrohre ist im
Zusammenhang mit der automatischen Kostenanalyse eine ganz wesentliche Information.
Eine eigene Planschicht im GIS soll die Lage aller bereits verlegten Leerrohre wiedergeben.
41

ÜBERSICHT:
DATENBASIS A
PLANUNGSPROZESSE
Leitungsdaten
Editor
zur topologischen
Planung
Stationsdaten
Prognose der
Stationslasten
Kenngrößen
Standardkabeltypen
Gleichzeitigkeit
der
Stationslasten
Kenngrößen
der
Störstatistik
Ergebnisund
Variantendatenbank
Kenngrößen
für wirtschaftliche
Berechnungen
Lastfluss
Knotenspannungen
Automatische
Überprüfung
des (n-1)-Kriteriums
Trennstellen
Optimierung
Verlustkosten
Variantenvergleich
Projektmanagement
Programm User
GIS-Plan
Tiefbaukostenzonen
Editor
zur Feintrassierung
Errichtungskosten
Kundenspezifische
Zuverlässigkeits-
Analyse
Daten aus allen Bereichen
Benchmarks
Abb. 13: Übersicht über geplante Daten- und Programmodule
42

6.4.1.2 Ergebnis- und Variantendatenbank
Bei der Planung von Ausbaumaßnahmen im Netz kann eine Trennung in topologische und
geografische Planungsschritte vorgenommen werden. Auch bei der Speicherung der Daten
soll diese Trennung erfolgen. Sehr wichtig ist die Speicherung der Ergebnisse der
untersuchten Planungsvarianten. Ein komplettes Planungsprojekt beinhaltet neben den Daten
über Kabeltrasse und Netztopologie auch die Ergebnisse der erfolgten Untersuchungen,
allgemeine Informationen und einen Kommentar des Planers. Für jedes Planungsprojekt wird
ein neuer Datensatz generiert. Gespeichert werden all jene Daten, die sich auf das im
Projektmanagement ausgewählte Projektgebiet beziehen.
Ein Datensatz gliedert sich in folgende Teile:
• Topologischer Netzzusammenhang:
Das Speicherformat entspricht dem der Leitungsdaten. Bei Änderungen des Schaltzustandes
werden die betroffenen Einträge in den Leitungsdaten geändert. Wenn neue Kabelstrecken
geplant werden, werden neue Einträge generiert. Die Kabel müssen mit Nummern versehen
und die Daten eingegeben werden.
Wenn bei der Planung neue Netzstationen betrachtet werden, werden Einträge in den
Stationsdaten generiert. Es müssen die Daten der Netzstationen eingegeben werden. Jeder
Station ist eine Nummer zuzuordnen.
• Geografische Informationen über den geplanten Trassenverlauf:
Der geplante geografische Trassenverlauf soll in Form einer CAD- Zeichnung archiviert
werden. Es soll auch möglich sein, für eine topologische Verbindung mehrere Trassenstudien
zu erstellen.
• Ergebnisse für Lastfluss, Spannungsabfall und Netzverluste:
Die Berechnung dieser Werte erfolgt für den Höchstlastzustand für jede Kabelstrecke bzw. für
jeden Knoten. Es soll dafür eine Datenrelation geschaffen werden.
• Ergebnis der automatischen Ausfallrechnung:
Das Modul zur automatischen Ausfallrechnung bestimmt für alle berechneten Fehlerorte die
Leistungsflüsse als absolute Zahl und als relative Auslastung. Diese sollen in einer Liste
43

gespeichert werden, um eine Visualisierung der Ergebnisse in der topologischen
Netzdarstellung zu ermöglichen.
• Kostenuntersuchung für die projektierte Trasse:
Ausgehend vom geplanten geografischen Trassenverlauf wird das Berechnungsmodul zur
Bestimmung der zu erwartenden Kosten aufgerufen. Dieses liefert als Ergebnis eine Liste, in
der die geplante Trasse in kurze Segmente gegliedert ist. Die Länge der Segmente ergibt sich
aus Bereichen mit jeweils konstanten Tiefbaukosten. Als Ergebnisse sollen die Gesamtkosten
dieser Trasse, aufgeschlüsselt in Tiefbaukosten und Kosten für das Kabel/ Leerrohr samt
Verlegung, abrufbar sein.
• Allgemeine Informationen über das Projekt samt Beschreibung:
Die allgemeinen Angaben über das Projekt enthalten einen ausführlichen Kommentar, in dem
der Planer seine getroffenen Überlegungen erläutert. Auch sollen Angaben über den Planer,
das Datum der Planung und über erfolgte Änderungen an diesem Projekt abgelegt werden.
6.4.1.3 Ergänzungen zu den Leitungsdaten
• Netztopologie:
Die Topologiedaten sollen den Leitungsdaten hinzugefügt werden. Diese Daten dienen als
Basis für alle elektrotechnischen Untersuchungen. Es sollen alle Schalterstellungen
beschreibbar sein („c“= geschlossen, „o“= offen, „x“= fixe Verbindung). Zur Darstellung der
topologischen Netzdarstellung ist es notwendig, in dieser Datenstruktur auch die notwendigen
Bildinformationen zu den einzelnen Kabelstrecken zu speichern.
Kabelstrecken KnotenA KnotenB SchalterA SchalterB Bildinformation
Nummer
445 204 633 c c
Tab. 3: Ergänzungen zu den Leitungsdaten
• Belastung der speisenden Kabelstrecken:
Die Belastung der speisenden Kabelstrecken wird in den Umspannwerken wiederkehrend
gemessen und vom Prozessrechner verarbeitet. Für die Untersuchung des
Gleichzeitigkeitsfaktors ist der Maximalwert der Belastung wichtig. Bei dieser Bestimmung
44

ist es nötig, den Schaltzustand im Mittelspannungsnetz nachzubilden, der beim Auftreten der
Maximalbelastung der speisenden Kabelstrecke geschaltet war.
Kabelstrecken StromMax
Nummer
247 250
234 200
Tab. 4: Auslastung der speisenden Kabelstrecken
• Alter und Zustand der Kabel:
Für eine grobe Abschätzung der Restlebensdauer ist die Kenntnis über das Alter der
Kabelsegmente (Teil einer Kabelstrecke) von Bedeutung. Es soll bei den Leitungsdaten ein
Bereich eingefügt werden, in dem das Jahr der Errichtung, der Zustand des Kabelsegmentes
und eine Abschätzung der Restlebensdauer vermerkt sind.
Diese Daten können im Rahmen der ArMaDo- Daten (Siehe Kapitel 3.4.5) in DILCAD
integriert werden.
6.4.1.4 Relation Tiefbau-Kabel-Verlegekosten
Hier handelt es sich um eine Liste, die die aktuellen Preise für Tiefbauarbeiten enthält. Nach
standardmäßig durchgeführter Einholung von Angeboten für Tiefbauarbeiten können den
einzelnen Kostenzonen Preise zugeordnet werden. Auch die Kosten für Kabelanschaffung und
Verlegung sind in dieser Liste abgelegt. Alle Preise sollen in einem Dialogfenster durch
jeweils aktuelle Werte ersetzt werden können.
Bereich 1
ATS/m
Bereich 2
ATS/m
Bereich 3
ATS/m
3•95mm 2 VPE
ATS/m
3•240mm 2 VPE
ATS/m
Verlegung
ATS/m
Leerrohr
ATS/m
1000 1500 2000 350 411 120 103
Tab. 5:Relation Tiefbau-Kabel-Verlegekosten
45

6.4.1.5 Relation Kabeldimension-Kennwerte
In der vorhandenen Leitungsdatenbank befinden sich Angaben über Typ, Leitermaterial und
Dimension der Kabelsegmente. Eine wichtige Information für alle elektrotechnischen
Berechnungen sind die Kenngrößen der jeweiligen Kabel. Die Angabe kann als spezifischer
Wert in Ω/km oder mit der angegebenen Leitungslänge als absoluter Wert vorgenommen
werden. Es gibt mehrere Methoden, um die Angabe der Kenngrößen in das Datenmodell zu
integrieren. Eine Möglichkeit besteht darin, die bestehende Leitungsdatenbank um diese
Angaben zu erweitern. Besser erscheint es, eine eigene Relation mit spezifischen Angaben der
einzelnen Kabeltypen aufzubauen. Ein Berechnungsprogramm kann dann aus diesen Angaben
und der Leitungslänge schnell die absoluten Werte für Kabelwiderstand und Impedanz
bestimmen.
Querschnitt
mm 2
R Aluminium R Kupfer X Einleiter X Gürtel
I Max Aluminium I Max Kupfer
Ω/ km Ω/ km Ω/ km Ω/ km A
A
95 0.357 0.21 0.098 0.084 250 315
150 0.226 0.133 0.092 0.084 330 410
Tab. 6: Relation Kabeldimension-Kennwerte
6.4.1.6 Ergänzungen zu den Stationsdaten
Es existiert im GIS bereits eine Datenstruktur, in der alle Mittelspannungsnetzstationen
verzeichnet sind. Diese soll um die Angabe der Stationslasten erweitert werden. Der
Höchstlastwert der Ströme in den Netzstationen wird mit Schleppzeigerinstrumenten in jeder
Station gemessen. Ein sehr wichtiger Punkt für den Planer ist es, Prognosen über die
Entwicklung der Netzlast in den einzelnen Stationen stellen zu können. Als Grundlage für die
Abschätzungen der künftigen Lastentwicklung ist die Kenntnis über die Entwicklung in der
Vergangenheit von großer Bedeutung. Das soll bei der Konzeption dieser Datenstruktur
berücksichtigt werden. Neben dem aktuellen Wert der Stationslasten sollen auch die Werte
der vergangenen Jahre, soferne diese verfügbar sind, archiviert werden. Zumindest sollen die
künftigen Werte in dieser Form gespeichert werden. Es soll auch möglich sein,
prognostizierte Lastwerte zu speichern. Im Nachhinein ist dann eine Kontrolle der gestellten
Prognosen möglich, diese kann zur Verbesserung der Prognosemethoden beitragen. In einem
weiteren Datenfeld soll die zu erwartende Laststeigerung in Prozent pro Jahr eingetragen
46

werden. In räumlich eingeschränkten Gebieten (Versorgungsgebiet der Netzstationen) kann
die Laststeigerung gut prognostiziert werden. In Wohngebieten mit hoher Bebauungsdichte ist
mit einer anderen Steigerung des Elektrizitätsbedarfs zu rechnen als in einem noch wenig
bebauten Gewerbegebiet. Große Bedeutung für die Prognose der zukünftigen
Laststeigerungen kommt der genauen Beobachtung der Bauplanungstätigkeit, sowie der
Entwicklung des Flächenwidmungsplanes zu. Im Zuge der Prognose der Laststeigerung
müssen auch zusätzliche Punktlasten berücksichtigt werden können.
Stations
nummer
Laststeigerung
Prozent/ Jahr
Belastung
1999
Belastung
2000
615 1 5A 5.05A
Tab. 7: Ergänzungen zu den Stationsdaten
Belastung
2001
Belastung
2002
6.4.1.7 Störstatistik
Seit vielen Jahren werden die jährlichen Störungen und Schäden in den Hoch- und
Mittelspannungsnetzen von fast allen österreichischen Elektrizitätsversorgungsunternehmen
einheitlich erfasst und stehen für weiterführende Untersuchungen und Prognosen über das zu
erwartende Störgeschehen zur Verfügung. In dieser Datenstruktur sollen alle Störungsdaten
aus dieser bundesweiten Statistik, die sich auf Betriebsmittel in 10 kV-Kabelnetzen beziehen,
abgelegt werden.
Die Daten von Störungen im Bereich des eigenen Mittelspannungsnetzes sollen ebenfalls in
dieser Datenbank gespeichert werden. Aus dem Vergleich des eigenen Störgeschehens mit
den Werten aus der Störstatistik können Rückschlüsse auf die Betriebsführung gezogen
werden. Es ist aber darauf Bedacht zu nehmen, dass statistische Werte immer mit einer
gewissen Unsicherheit verbunden sind.
6.4.2 Beschreibung der notwendigen Prozesse
Die geplanten Prozesse können in 3 Bereiche eingeteilt werden:
• Technisch-analytische Prozesse
• Organisatorische Prozesse
• Kaufmännische Prozesse
47

Als Basis für jede Untersuchung dient ein in der Ergebnis- und Variantendatenbank
abgelegter Datensatz. Dieser enthält alle relevanten Informationen einer Planungsvariante.
6.4.2.1 Technisch-analytische Prozesse
Für die Bewertung einer Planungsvariante nach technischen Gesichtspunkten wird von den
topologischen Daten ausgegangen. Folgende Module sollen zur Verfügung stehen:
• Prognose der Stationslasten:
Eine grundlegende Aufgabe im Bereich der Netzplanung besteht in der Vorhersage der
künftigen Lastentwicklung. Dieses Modul soll seine Informationen aus zwei
unterschiedlichen Datenbeständen beziehen. Zum einen stehen die Stationslasten der letzten
Jahre zur Verfügung und zum anderen gibt es die Laststeigerungsrate, die sich auf das von der
jeweiligen Station zu speisende Netzgebiet bezieht. Außerdem müssen sprunghafte
Laststeigerungen, die durch die Inbetriebnahme großer Einzellasten entstehen, berücksichtigt
werden können.
Da nicht zu erwarten ist, dass sich die Angaben über die Laststeigerung aus den
unterschiedlichen Quellen decken, ist es nötig, eine Bewertung durch den Planungsingenieur
durchzuführen.
• Stationsgleichzeitigkeiten:
Zur Bestimmung von Lastfluss, Spannungsabfall und Netzverlusten ist es nötig, Annahmen
über die Gleichzeitigkeit der Stationslasten zu treffen.
Derzeit erfolgt dies durch den Vergleich der Summe der einzelnen Stationshöchstlasten mit
der Höchstlast der speisenden Kabelstrecke. Die Vorgehensweise zur Bestimmung des
Gleichzeitigkeitsfaktors soll im Prinzip beibehalten werden, aber automatisiert erfolgen. Die
notwendigen Daten für diese Berechnung sind in den Leitungs- und Stationsdaten enthalten.
• Lastflussuntersuchung für den Normalbetrieb:
Die größte Arbeitserleichterung gegenüber der derzeitigen Planungspraxis bildet die
automatisierte Feststellung des Belastungszustandes der Kabelstrecken. Die Bestimmung des
Belastungszustandes erfolgt durch Addition aller Lasten entlang der im Stich betriebenen
Kabelstrecken. Hierbei ist der Gleichzeitigkeitsfaktor zu berücksichtigen. Das Ergebnis der
48

Lastflussuntersuchung soll grafisch direkt in der topologischen Netzdarstellung ausgegeben
werden.
• Spannungsabfall:
Im Normalfall beträgt der Spannungsabfall in städtischen Mittelspannungsnetzen nur wenige
Prozent, da große Querschnitte verlegt und die Leitungen relativ kurz sind. Die Berechnung
des Spannungsabfalls stützt sich auf die Ergebnisse der Lastflussuntersuchung und soll
ausgehend vom Einspeisepunkt mit einem rekursiven Algorithmus erfolgen.
Bei Unterschreitung einer geforderten Mindestspannung (z.B. 10 kV –5%) soll eine Meldung
ausgegeben werden.
• Automatische Ausfallrechnung:
Es wurde bereits festgestellt, wie wichtig die strikte Einhaltung des (n-1)-Planungskriteriums
im Verteilnetz für die Zuverlässigkeit der Elektrizitätsversorgung ist. Dieses Modul soll dem
Planer die Möglichkeit geben, rasch festzustellen, ob die zu untersuchende Planungsvariante
diesem Kriterium entspricht, wobei neben dem Ausfall der speisenden Kabelstrecken ein
Fehler auf jeder beliebigen Kabelstrecke simulierbar sein soll.
Mit diesem Modul ist es auch möglich, künftige Engpässe zu erkennen, indem man
Ausfallrechnungen mit prognostizierten Lastwerten durchführt. Die Wirksamkeit und
Nachhaltigkeit von Ausbaumaßnahmen kann auf diese Weise überprüft werden. Die genaue
Funktion und der Aufbau dieses Moduls sind in Kapitel 7 erläutert.
• Trennstellenoptimierung:
Das Verteilnetz der Innsbrucker Kommunalbetriebe AG ist vermascht aufgebaut und wird als
reines Strangnetz betrieben. Mit dem Modul Trennstellenoptimierung soll die Lage der
Trennstellen für minimale Netzverluste bestimmt werden. Zur Berechnung wird vom
vollkommen vermaschten Netz ausgegangen. Nach einer Lastflussuntersuchung wird die am
schwächsten belastete Leitung geöffnet. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt bis ein
reines Strangnetz vorliegt.
• Kundenspezifische Zuverlässigkeitsanalyse:
Für jede Kundenanlage können dem GIS sämtliche Informationen über Länge und Art der
Kabel und über eingebaute Muffen de Einspeisung entnommen werden. Auch Daten über die
speisende Transformatorstation und das Niederspannungsnetz sind abrufbar. Das
49

Berechnungsmodul verknüpft die geografischen und topologischen Daten mit den
Informationen der Störstatistik und kann auf diesem Weg statistische Kennzahlen über die
Zuverlässigkeit der Elektrizitätsversorgung für die betrachtete Kundenanlage errechnen.
6.4.2.2 Organisatorische Prozesse
• Projektmanagement
Den einzelnen Modulen ist das Modul Projektmanagement überlagert. Es steuert die
Programmaufrufe und die Auswahl des Projektgebietes. Das Projektmanagement dient als
Schnittstelle zwischen dem Planer und den beschriebenen Modulen. Die Schaltflächen zum
Aufruf dieser Module sollen, wie in Windows üblich, permanent dargestellt sein, aber nur
dann bedient werden können, wenn alle Voraussetzungen für deren Ausführung gegeben sind.
Diese Funktion wird vom Projektmanagement wahrgenommen. Die Bedingungen für den
Aufruf sind je nach Modul verschieden. Auch die Auswahl der Planungsprojekte und des
entsprechenden Projektgebietes wird vom Projektmanagement gesteuert. Nach Festlegung
eines Planungsgebietes erzeugt das Projektmanagement einen Eintrag in der Ergebnis- und
Variantendatenbank.
• Variantenvergleich:
Dieses Modul soll einen raschen Vergleich der untersuchten Varianten ermöglichen. Die
Projektgebiete der zu vergleichenden Ausbauvarianten müssen zumindest ein gemeinsames
Kabel aufweisen. Der Vergleich soll in tabellarischer Form erfolgen, wobei aus Gründen der
Übersichtlichkeit nur jene Werte zur Darstellung gebracht werden sollen, die in mindestens
zwei der zu vergleichenden Projekte bestimmt worden sind.
Auch die Kommentare der Planer und die Angabe des Projektgebietes sollen im
Variantenvergleich aufscheinen, um ein möglichst umfassendes Bild der einzelnen Varianten
zu generieren.
• Editor zur Eingabe der Netztopologie:
Am Beginn der Planungsarbeiten steht der topologische Zusammenhang des Netzes im
Vordergrund, Planungen werden in der topologischen Netzdarstellung durchgeführt. Dieser
soll in der Darstellung die Naturstandskarte hinterlagert sein, um die geografischen
Zusammenhänge für den Planer ersichtlich zu machen. Eine grobe Abschätzung möglicher
Trassenverläufe kann auf diese Weise erfolgen. Es soll die Eingabe von Kabelverbindungen
50

und von neuen Stationen sowie die Änderung des Schaltzustandes möglich sein. Eine weitere
Funktion ist die Darstellung der erkannten Teilnetze in unterschiedlichen Farben. Die
Erstellung verschiedener Schaltzustände wird erleichtert, da nicht versorgte Gebiete oder
Bereiche mit zweiseitiger Speisung farblich gekennzeichnet werden. Die eingegebene
Netztopologie soll in der Ergebnis- und Variantendatenbank gespeichert werden.
• Editor zur Feintrassierung:
Die Trasseneingabe erfolgt in DILCAD, neben der Naturstandskarte werden alle im GIS
archivierten Leitungen und Leerrohre und der Tiefbaukostenplan eingeblendet. Bereits bei der
Ausarbeitung einer Trassenstudie kann der Planer mögliche Kosteneinsparungen
berücksichtigen. Die Speicherung der gewählten Trassen soll in der Ergebnis- und
Variantendatenbank erfolgen.
6.4.2.3 Kaufmännische Prozesse
• Errichtungskosten:
Dieses Modul soll zusammen mit dem Tiefbaukostenplan eine Bestimmung der zu
erwartenden Kosten einer geplanten Trasse ermöglichen. Die Bestimmung der Gesamtkosten
einer Trasse soll sich auf die Daten aus „Relation Tiefbau-, Kabel-, Verlegekosten“ stützen, in
welcher spezifische Kosten von Grabungsarbeiten, Oberflächenwiederherstellungen,
Kabelanschaffung und Verlegung abgelegt sind.
• Verlustkosten:
Zur Kalkulation der Kosten für Arbeitsverluste und Leistungsverluste soll ein Modul zur
Verfügung stehen. Ausgehend von den Belastungswerten werden die Arbeitsverluste und
Leistungsverluste für das ausgewählte Projektgebiet bestimmt. Die Berechnung der
resultierenden Kosten ist in Kapitel 4.4.1 beschrieben.
• Generieren von Kennzahlen (Benchmarks)
Eine neue Aufgabe der Netzplanung ist die Berechnung von Vergleichszahlen. Mit der
Öffnung des Strommarktes und dem steigenden Wettbewerb ist es wichtig, das Verteilnetz
dem von anderen Unternehmen gegenüberstellen zu können. Ziel dieses Moduls ist es,
Kennzahlen automatisiert zu berechnen. Die dazu benötigten Daten sollen aus den
Datenbeständen des GIS entnommen werden. Als Beispiel für eine derartige Kennzahl soll
51

das Jahres-Arbeits-Transportprodukt nach SILLABER [1] angeführt werden. Diese Kennzahl
gibt, ähnlich den Tonnen-Kilometern in der Transportwirtschaft, eine anschauliche
Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit eines Verteilnetzes zu präsentieren. Eine
Vergleichsmöglichkeit mit anderen Verteilnetzen ergibt sich, wenn man den finanziellen
Jahresaufwand, der für Bau, Betrieb und Instandhaltung des Verteilnetzes nötig ist, auf das
Jahres-Arbeits-Transportprodukt bezieht. Die daraus resultierende Kennzahl gibt die
spezifischen Kosten für den Transport von einer Kilowattstunde über einen Kilometer an.
7 Automatische Überprüfung des (n-1)-Kriteriums
Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll eines der vorgestellten Planungsmodule im Detail
entwickelt und programmiert werden. Aufgrund der großen Bedeutung, die der Einhaltung
des (n-1)-Planungskriteriums für die Zuverlässigkeit der Elektrizitätsversorgung zukommt,
wurde die Entscheidung getroffen, dieses Modul genau auszuarbeiten.
7.1 Programmbeschreibung
7.1.1 Allgemeines
Die Lastflussberechnung erfolgt als lineare Näherung über die Systemhybridmatrix. Der
Spannungsabfall in städtischen Kabelnetzen beträgt üblicherweise nur wenige Prozent,
dadurch liefert diese Näherung ausreichend genaue Lastflusswerte für die Ausfallrechnung.
Es werden nur Längswiderstand und Längsinduktivität berücksichtigt. Querableitungen
sowohl ohmscher als auch kapazitiver Art werden vernachlässigt. Außerdem wird
symmetrische Belastung vorausgesetzt. Die Systemadmittanzmatrix wird vom
Berechnungsmodul für das gewählte Projektgebiet selbständig aufgestellt, aus dieser wird die
Systemhybridmatrix bestimmt.
52

⎛ I1
⎞ ⎛Y11
⎜ ⎟ ⎜
⎜....
⎟ = ⎜ ....
⎜ ⎟ ⎜
⎝ I
n ⎠ ⎝Yn1
....
....
....
Y1
n ⎞ ⎛U1
⎞
⎟ ⎜ ⎟
.... ⎟ • ⎜ .... ⎟
Y ⎟ ⎜ ⎟
nn ⎠ ⎝U
n ⎠
Y=Systemadmittanzmatrix, In Kapitel 7.4.4 sind die Elemente der Systemadmittanzmatrix
beschrieben. Für die weitere Berechnung muss die Systemadmittanzmatrix nach
Speiseströmen I 1 und Lastströmen I 2 partitioniert werden:
⎛
⎜
I
⎝ I
1
2
⎞ ⎛ Y
⎟ = ⎜
⎠ ⎝ Y
11
21
Y ⎛
12 ⎞
⎟ • ⎜
U
Y ⎠
22 ⎝U
1
2
⎞
⎟
⎠
Die Vektoren U 1 (Spannungen der speisenden Knoten) und I 2 (Ströme der Lastknoten) werden
als unabhängige Knotengrössen bezeichnet, und sind bekannt. Gesucht sind die Vektoren U 2
und I 1 . Diese werden als abhängige Knotengrössen bezeichnet. Durch Teilelimination des
linearen Gleichungssystems können diese berechnet werden. Dies entspricht der Berechnung
einer entsprechenden Systemhybridmatrix:
⎛
⎜
U
⎝ I
1
2
⎞ ⎛H
⎟ = ⎜
⎠ ⎝H
11
21
H
H
12
22
⎞
⎜
⎛− I
⎟ •
⎠
⎝ U
2
1
⎞
⎟
⎠
H11 bis H22 sind die Elemente der Systemhybridmatrix, diese berechnen sich wie folgt aus
den Elementen der Systemadmittanzmatrix:
H
H
H
H
11
22
21
22
= −Y
= Y
−1
11
= −Y
22
−1
11
21
• Y
−1
11
21
12
= −Y
• Y
− Y • Y • Y
−1
11
12
Die abhängigen Knotengrössen können durch Invertieren der Systemhybridmatrix und einer
Multiplikation mit den unabhängigen Knotengrössen berechnet werden:
⎜
⎛− I
⎝ U
2
1
⎞
−1
⎛
()
⎟ ⎞
⎟ = • ⎜
U1
H
⎠ ⎝ I
2 ⎠
53

Die topologischen und die Betriebsmitteldaten sind in Tabellen gespeichert und können dort
verändert werden. Das Programm soll in der Anzahl der Knotenpunkte nicht eingeschränkt
sein. Um die Berechnung großer Matrizen zu ermöglichen, wurde dieses Modul in MATLAB
implementiert. Versuche mit dem mathematischen Berechnungsprogramm Mathcad führten
zu keinem Ergebnis, da die Berechnung von Matrizen großer Dimension nicht möglich ist.
Das Modul Ausfallrechnung soll aus der Bedienoberfläche von DILVIEW aufgerufen werden
können. Das hinterlagerte Projektmanagement soll die entsprechende Schaltfläche aktivieren,
wenn alle Voraussetzungen für die Programmausführung vorliegen. Vor Ausführung des
betrachteten Moduls ist die Auswahl des Projektgebietes durchzuführen und Informationen
über die Netztopologie sind bereitzustellen.
7.1.2 Ausfallsimulation und Wiederversorgungsstrategie
• Implementierter Algorithmus:
Überlegungen, die Umschaltstrategie auf Minimierung der Netzverluste im gestörten Betrieb
auszurichten, erwiesen sich als nicht praktikabel, da zur Wiederversorgung der gestörten
Netzteile sehr viele Schalthandlungen nötig sind. Es erschien sinnvoller, eine
Wiederversorgungsstrategie mit minimaler Anzahl von Schalthandlungen zu verfolgen. Der in
diesem Programm implementierte Algorithmus schaltet die Kabelstrecken, die in
Speiserichtung gesehen, hinter der Fehlerstelle liegen, an einer Trennstelle zu einem in
Betrieb befindlichen Kabel zu. Nach dieser Netzveränderung wird eine Lastflussberechnung
durchgeführt. Wenn Überlastung eines Kabelsegmentes festgestellt wird, wird die zuvor
geschlossene Trennstelle wieder geöffnet und die Zuschaltung erfolgt bei der nächsten, bis
alle möglichen Trennstellen untersucht wurden.
• Erweiterter Algorithmus
Wenn die Wiederversorgung mit einseitiger Speisung nicht möglich ist, ist ein Algorithmus
geplant, der versucht, mit zweiseitiger Speisung eine Versorgung herzustellen. Es werden in
einem ersten Schritt nur jene Kabel betrachtet, die von derselben Sammelschiene abgehen.
Alle möglichen Kombinationen werden berechnet. Wenn auch nach dieser Betrachtung kein
stabiler Schaltzustand gefunden wurde, wird auch ein Parallelbetrieb von zwei
Umspannwerken zugelassen. Ist auch unter diesen Voraussetzungen keine Wiederversorgung
54

möglich, endet der automatische Algorithmus. Durch Aufteilen des unversorgten Bereiches ist
eine Wiederversorgung eventuell realisierbar.
7.2 Beschreibung der Laboroberfläche
Im derzeitigen Entwicklungsstand erfolgt die Bedienung des Programms über eine
Laboroberfläche. Eine erste Abfrage klärt den gewünschten Umfang der Ausfalluntersuchung.
Es stehen 3 Möglichkeiten zur Auswahl:
1. Ausfall aller Kabelstrecken im definierten Projektgebiet
2. Ausfall aller speisenden Kabelstrecken
3. Ausfall ausgewählter Kabelstrecken
Wählt man die Möglichkeit 3, wird man aufgefordert, eine Kabelstreckennummer einzugeben.
Das Programm prüft, ob sich diese Kabelstrecke im Projektgebiet befindet und ob sie bereits
in der Auswahlliste steht. Entsprechend dieser Kontrolle wird eine Meldung ausgegeben. Es
besteht die Möglichkeit, weitere Kabelstrecken einzugeben oder die Kabelstreckeneingabe zu
beenden.
Nach Abbruch der Eingabe ist zu entscheiden, ob die Ausfalluntersuchung mit aktuellen
Stationslasten oder mit Prognosewerten durchgeführt werden soll. An dieser Stelle soll es in
der Folge auch möglich sein, beliebige Prognosewerte aus den Datenbeständen
heranzuziehen.
Als letzte Abfrage wird der Planer aufgefordert, einen Wert für den Gleichzeitigkeitsfaktor
der Stationslasten einzugeben. Dieser Faktor wird für alle im Netz befindlichen Netzstationen
herangezogen. Erlaubt sind nur Werte > 1 und < 101 [%]. An dieser Stelle im Programm kann
eine Abfrage eingebaut werden, die klärt, welche Strategie zur Wiederversorgung verfolgt
werden soll (Einfachspeisung, Zweiseitige Speisung). Da derzeit nur mit Einfachspeisung des
gesamten nichtversorgten Gebiets gerechnet wird, ist diese Abfrage nicht programmiert. Im
Rahmen dieser Laboroberfläche soll der Programmablauf möglichst übersichtlich dargestellt
werden.
Während der Berechnung wird die Nummer der aktuell betrachteten Kabelstrecke, die
Nummer der Kabelstrecke, bei der zur Wiederversorgung zugeschaltet wird und die relative
Belastung des am stärksten belasteten Kabelsegmentes am Bildschirm ausgegeben. Dadurch
ist der Arbeitsfortschritt ständig ersichtlich. Die untersuchten Kabelstrecken werden in
folgende Kategorien eingeteilt:
55

• (n-1)-fache Sicherheit für den Ausfall gegeben
• Keine Wiederversorgung möglich wegen Überlast
• Keine Wiederversorgung möglich, da Stichleitung
• Kabelstrecke im betrachteten Schaltzustand unbelastet
Optional kann eine erweiterte Ergebnisauswertung erfolgen. Nach Eingabe der Nummer einer
Kabelstrecke werden alle für den Ausfall dieser Kabelstrecke durchgeführten
Lastflussberechnungen ausgegeben. Für jeden Wiederversorgungsversuch werden die
Nummer der betrachteten Kabelstrecke, die Nummer der Kabelstrecke, bei der zugeschaltet
wurde und jeweils alle Lastflusswerte >80% ausgegeben. Die Angabe der Lastflusswerte kann
als absolute Größe oder als bezogene Größe erfolgen. Es können nur Kabelstrecken
ausgewählt werden, für die aktuell eine Ausfallrechnung durchgeführt wurde.
7.3 Schnittstellen
Dieses Programm wurde als reines Berechnungsmodul entwickelt, Dateneingabe und
Visualisierung der Berechnungsergebnisse werden von übergeordneten Programmen
übernommen. Aus diesem Grund kommt einer klaren Struktur der Input-Outputschnittstelle
besondere Bedeutung zu. Die Input-Daten für dieses Programm (Topologie, Kabeldaten,
Stationsdaten, Projektdaten) müssen in tabellarischer Form in txt-Dateien im Verzeichnis des
Programms abgelegt werden. Der genaue Name und Aufbau der einzelnen Listen wird im
folgenden Kapitel beschrieben. Die Trennung zwischen den Spalten erfolgt mit Leerzeichen.
Da diese Dateien vom übergeordneten Projektmanagement nach Auswahl des Projektgebietes
automatisiert erstellt werden sollen und Fehler nicht zu erwarten sind, wurde auf
Überprüfungen über Existenz, Vollständigkeit und Richtigkeit der Input-Dateien bewusst
verzichtet. Fehler in diesen Dateien führen zum Abbruch des Programmes. Als Output-
Dateien sind 3 Datenfelder vorgesehen. Das erste Datenfeld enthält primäre Informationen
bezüglich Stationslasten, gewähltem Gleichzeitigkeitsfaktor und eine Klassifizierung aller
Kabelstrecken bezüglich der Wiederversorgungsmöglichkeit. Die zwei weiteren Datenfelder
sind vom Aufbau her ident, es sind für alle untersuchten Schaltzustände die Lastflusswerte
gespeichert, in Prozent der thermischen Belastbarkeit des schwächsten Leitungssegmentes
und als absolute Angabe in Ampere.
56

7.3.1 Input-Dateien
• Projekt.txt
In dieser Tabelle wird das zu betrachtende Projektgebiet festgelegt. Die Angabe der
Kabelstrecken und speisenden Kabelstrecken erfolgt nur für jene, die für eine
Ausfallrechnung herangezogen werden sollen (Kabelstrecken im Projektgebiet). Bei den
Speiseknoten müssen alle im Projektgebiet befindlichen Umspannwerkseinspeisungen
angegeben werden.
Kabelstrecken speisende Kabelstrecken Speiseknoten
494 247 5001
777 797 5005
251 794 0
109 0 0
Tab. 8: Projekt.txt
• Kabelstrecken.txt
In dieser Tabelle findet man die Angabe aller Kabelstrecken, die bei dieser Untersuchung
benötigt werden. Das sind neben den Kabelstrecken im Projektgebiet, auch jene zu
benachbarten Umspannwerken, wenn ein solcher Schaltzustand berücksichtigt werden soll.
Die Angabe der Schalterstellung erfolgt für den Normalbetrieb, „c“ entspricht einem
geschlossenen Schalter, „o“ einem offenen Schalter, „x“ einer festen Verbindung.
Kabelstrecken KnotenA KnotenB SchalterA SchalterB
301 164 260 c c
474 297 447 c c
Tab. 9: Kabelstrecken.txt
• Stationen.txt
Die Angabe der Stationslasten erfolgt in Ampere, es können neben aktuellen Werten auch
Prognosewerte berücksichtigt werden. In dieser Tabelle können alle Stationen des Netzes
enthalten sein. Diese Datei muss nicht für jedes Projektgebiet speziell erarbeitet werden.
Neben den Lastknoten sind auch die Speiseknoten enthalten, für sie erfolgt die Angabe der
Knotenspannung.
57

Stationsnummer Aktuelle Werte Prognosewerte
Volt/ Ampere
Volt/ Ampere
43 29 35
305 12 13
204 18 19
5005 10200 10200
Tab. 10: Stationen.txt
• Segmente.txt
In dieser Tabelle erfolgt die Angabe von Segmentlänge, Querschnitt und Leitermaterial. Für
jede Kabelstrecke können beliebig viele Segmente eingetragen werden. Diese Tabelle
entspricht im Aufbau der vorhandenen ACCES-Datenbank. Für die Berechnungen in
MATLAB müssen alle Kommas durch Punkte ersetzt werden. Auch diese Tabelle kann
allgemein für das gesamte Netzgebiet erstellt werden.
Kabelstrecke Segmentlänge Querschnitt Aufbau Material
m mm 2
54 310.5 150 G Alu
103 157.4 70 G Alu
103 14.9 95 VPE Cu
Tab. 11: Segmente.txt
• Relation_Kennwerte.txt
An dieser Stelle sind die Kennwerte zu allen gebräuchlichen Kabelquerschnitten abgelegt, für
die Bestimmung der relativen Auslastung der Kabel sind auch die entsprechenden
Maximalströme eingetragen. Werden neue Kabeldimensionen eingesetzt, ist diese Tabelle um
deren Kennwerte zu ergänzen.
Querschnitt R Aluminium R Kupfer X VPE X G I Max Aluminium I Max Kupfer
mm 2 Ω/ km Ω/ km Ω/ km Ω/ km A A
95 0.357 0.21 0.098 0,084 255 315
150 0.226 0.133 0.092 0,084 330 410
Tab. 12: Relation_Kennwerte.txt
58

7.3.2 Output- Dateien
• Parameter.txt
Diese Datei enthält Informationen über die Stationsdaten, die der Berechnung zugrunde gelegt
wurden. Bei der Angabe der Stationslasten steht „0“ für aktuelle Werte und „1“ für
Prognosewerte. Der gewählte Gleichzeitigkeitsfaktor wird angegeben, und alle betrachteten
Kabelstrecken werden gemäß der jeweiligen Wiederversorgungsmöglichkeit klassifiziert:
Klasse 1: Wiederversorgung möglich.
Klasse 2: Keine Wiederversorgung möglich wegen Überlastung.
Klasse 3: Keine Wiederversorgung möglich, da Stichleitung.
Klasse 4: Kabelstrecke im Ausgangsschaltzustand unbelastet.
Stationslasten Spitzenlastanteil Kabel
strecke
Kabel
strecke
Kabel
strecke
Kabel
strecke
Kabel
strecke
Kabel
strecke
1 89 550 606 748 787 895 781
0 0 3 2 1 1 1 4
Tab. 13: Parameter.txt
• LastflussA.txt
Diese Datei enthält die Lastflusswerte aller Kabelstrecken. Die Angabe dieser Werte erfolgt in
Ampere. Für jeden berechneten Wiederversorgungszustand steht eine Zeile in dieser Datei.
Am Beginn steht die Nummer der betrachteten Kabelstrecke, dann die Nummer der
Kabelstrecke, durch die wiederversorgt wird, danach folgen die Lastflusswerte aller
Kabelstrecken. In der ersten Zeile sind die Nummern der entsprechenden Kabelstrecken
gespeichert.
59

ausgefallene
Kabelstrecke
Wiederversorgung
durch
Kabelstrecke
Markierung bei
Überlastung
Lastfluss
Kabelstrecken
werte
in
Ampere
0 0 0 511 507 611 606 770
406 893 0 55 70 110 210 70
248 286 1 100 59 120 200 90
Tab. 14: LastflussA.txt
• LastflussB.txt
Diese Datei entspricht im Aufbau exakt der Datei LastflussA. Reihenfolge und Anzahl der
Einträge stimmen überein. Die Angabe der Lastflusswerte, bezogen auf das schwächste
Kabelsegment innerhalb einer Kabelstrecke, erfolgt in Prozent.
7.4 Beschreibung des Programmablaufes
Das Programm ist entsprechend den notwendigen Funktionen modular gegliedert. Die
einzelnen Programmteile sind als Unterprogramme ausgeführt. Die Auswahl des
Projektgebietes und die Erstellung der Input-Dateien erfolgt in übergeordneten Programmen.
Der Programmablauf soll anhand der Beschreibung der einzelnen Unterprogramme
verdeutlicht werden.
7.4.1 Ausfall
Dieses Modul steuert den Ablauf der gesamten Berechnung und führt im einzelnen folgende
Funktionen aus:
• Daten aus den Input-Dateien übernehmen:
Es werden die Daten aus den Input-Dateien eingelesen und in lokalen Datenfeldern
gespeichert.
60

• Abfrage der notwendigen Berechnungsparameter:
Diese Abfrage wird bei der Beschreibung der Laboroberfläche im Detail behandelt. Es muss
angegeben werden, für welche Kabelstrecken eine Ausfalluntersuchung durchgeführt werden
soll. Diese Kabelstrecken werden im Datenfeld „Ausfall“ gespeichert. Wählt man den Ausfall
ausgewählter Kabelstrecken, wird das Unterprogramm „Kabelstreckeneingabe“ aufgerufen.
Ansonsten wird das Datenfeld „Ausfall“ mit den Daten aus der Input-Datei Projekt.txt
gebildet. In der zweiten Abfrage wird geklärt, welche Stationslasten (Aktuell/ Prognose) in
den Vektor der unabhängigen Knotengrössen eingetragen werden sollen. Als letztes muss der
Gleichzeitigkeitsfaktor der Stationslasten eingegeben werden. Es kann nur ein physikalisch
sinnvoller Wert eingegeben werden (>0% und < 101%).
• Berechnung der Admittanzen der Kabelstrecken, der Systemadmittanzmatrix und der
Belastbarkeit der Kabelstrecken:
Aufruf des Unterprogrammes „YMatrix“.
• Vektor der unabhängigen Knotengrössen bilden:
Das Unterprogramm „YMatrix“ generiert eine Liste, die jeder Knotennummer die zugehörige
Position in der Systemadmittanzmatrix zuordnet. Entsprechend dieser Zuordnung werden die
Stationslasten (Aktuell/ Prognose) in den Vektor der unabhängigen Knotengrössen
geschrieben.
• Alle Trennstellen im Projektgebiet suchen:
Zur Berechnung der Lastflusswerte ist die Kenntnis aller Trennstellen des Netzes für den
Normalschaltzustand notwendig. Es werden alle Kabelstrecken mit zumindest einem offenen
Schalter gesucht und in ein Datenfeld geschrieben.
• Ausfalluntersuchungen:
Die folgenden Berechnungsschritte werden in einer äußeren Schleife ausgeführt. Diese wird
für jede Kabelstrecke, für die eine Ausfalluntersuchung durchzuführen ist, einmal
durchlaufen. Ausgehend von der aktuell zu untersuchenden Kabelstrecke wird eine
Topologieerkennung gestartet. Es wird abgefragt, ob die Kabelstrecke selbst mit einem
Umspannwerk verknüpft ist oder eine Trennstelle bildet. Wenn nicht, wird das
Unterprogramm „Topologieerkennung“ einmal mit dem ersten Knoten der betrachteten
Kabelstrecke und einmal mit dem zweiten Knoten aufgerufen. Dieses Unterprogramm
61

übergibt alle gefundenen Trennstellen und eine Markierung, ob sich auf der jeweiligen Seite
eine speisende Kabelstrecke befindet. Durch Aufruf des Unterprogrammes „Schalter_öffnen“
wird der Ausfall der zu betrachtenden Kabelstrecke in der Systemadmittanzmatrix
berücksichtigt.
Für die Wiederversorgung relevant sind jene Trennstellen, die auf der Seite ohne speisende
Kabelstrecke gefunden wurden. Existieren dort keine Trennstellen, handelt es sich um eine
Stichleitung, die nicht wiederversorgt werden kann. Wurden entsprechende Trennstellen
gefunden, startet eine innere Schleife. Es erfolgt die Wiederversorgung durch eine dieser
Trennstellen. In der Systemadmittanzmatrix wird diese Zuschaltung durch den Aufruf des
Unterprogrammes „Schalter_schließen“ durchgeführt. An dieser Stelle wird das
Unterprogramm „Linearer_Lastfluss“ aufgerufen. Es werden die Lastflusswerte und eine
Markierung bei Überlastung des jeweils schwächsten Segmentes übergeben. Die errechneten
Lastflusswerte (Absolut/ Relativ) werden in zwei Datenfelder gespeichert. Ist eine
Überlastung aufgetreten, wird die zuletzt geschlossene Trennstelle wieder geöffnet
(Unterprogramm Schalter_öffnen) und die nächste möglich Trennstelle wird geschlossen
(Schalter_schließen). Sind alle Trennstellen untersucht, endet die innere Schleife.
Entsprechend den Berechnungsergebnissen erfolgt die Bewertung der
Wiederversorgungsmöglichkeit für den Ausfall dieser Kabelstrecke. Diese Bewertung wird in
einem Datenfeld gespeichert. Die betrachtete Kabelstrecke wird durch Aufruf des
Unterprogrammes „Schalter_schließen“ in der Matrix wieder zugeschaltet, die
Ausfalluntersuchung wird mit der nächsten Kabelstrecke im Datenfeld „Ausfall“ fortgesetzt.
Sind alle im Datenfeld „Ausfall“ eingetragenen Kabelstrecken untersucht, endet auch die
äußere Schleife.
• Ausgabe der Berechnungsergebnisse:
Die Ausgabe der Berechnungsergebnisse erfolgt entsprechend der
Wiederversorgungsmöglichkeit:
- (n-1)-fache Sicherheit für den Ausfall gegeben
- Keine Wiederversorgung möglich wegen Überlast
- Keine Wiederversorgung möglich, da Stichleitung
- Kabelstrecke im Normalschaltzustand unbelastet
An dieser Stelle wird abgefragt, ob der Programmnutzer eine erweiterte Ergebnisauswertung
wünscht. Durch Eingabe einer Kabelstreckennummer werden die Ergebnisse von allen
Lastflussberechnungen ausgegeben, die für diese Kabelstrecke durchgeführt wurden.. Dabei
62

kommen nur Belastungswerte > 80% zur Anzeige. Der Programmnutzer kann entscheiden, ob
absolute oder relative Größen ausgegeben werden sollen.
• Output-Dateien:
Am Ende des Programmablaufes werden die Output-Dateien zusammengestellt. Diese
Dateien werden dann in das aktuelle Verzeichnis gespeichert.
Übergabe:
Rückübergabe:
Input-Dateien, Eingaben während des Programmablaufes
Bildschirmausgabe, Output-Dateien
7.4.2 Kennwerte
Dieses Unterprogramm bestimmt die Admittanz einer Kabelstrecke, wobei diese Kabelstrecke
in beliebig viele Segmente gegliedert sein kann. Jedes Segment kann dabei verschiedene
Querschnitte, Leitermaterialien und Kabeltypen aufweisen. In einer Schleife werden alle
Einträge der Input-Datei Segmente durchsucht. Wird ein Segment der gesuchten Kabelstrecke
gefunden, wird das Unterprogramm „Segment_Kennwerte“ aufgerufen. Die Impedanzen aller
Segmente werden addiert und die zulässige Strombelastbarkeit ermittelt. Sind alle Einträge in
der Datei Segmente.txt durchsucht, endet das Unterprogramm.
R =
X =
I
MAX
∑
∑
R
i
X
i
= Minimum
( I MAXi
)
Übergabeparameter:
Rückübergabe:
Kabelstreckennummer
Admittanzwert und Strombelastbarkeit der Kabelstrecke
7.4.3 Segment_Kennwerte
Dieses Unterprogramm bestimmt Impedanz und Strombelastbarkeit eines Kabelsegmentes.
Aus der Input-Datei „Relation_Kennwerte“ werden die spezifischen Kennwerte und die
Strombelastbarkeit des gesuchten Kabelsegmentes geholt. Anschließend wird die Impedanz
des Segmentes berechnet.
63

R
X
i
i
l
=
1000
l
=
1000
m
km
m
km
• R'
• X '
Übergabeparameter:
Rückübergabe:
Segmentlänge, Querschnitt, Leitermaterial, Kabeltype
Impedanz und Strombelastbarkeit des Kabelsegmentes
7.4.4 Ymatrix
In einer Schleife wird das Unterprogramm „Kennwerte“ für jede Kabelstrecke aufgerufen.
Die Admittanzwerte und die Strombelastbarkeit werden in ein Datenfeld geschrieben. Die
Speiseknoten werden als erstes in die Zuordnungstabelle (Stationsnummern/
Knotennummern) geschrieben, um die Systemadmittanzmatrix korrekt zu partitionieren.
Entsprechend der Vorschrift zur Bildung der Systemadmittanzmatrix werden alle
Kabelstrecken eingetragen. Die Knotennummern werden in die Zuordnungstabelle
geschrieben.
Elemente der Systemadmittanzmatrix:
⎛ I Y
1 ⎞ ⎛ 11
⎜ ⎟ ⎜
⎜....
⎟ ⎜ ....
⎜ =
I ⎟ ⎜Y
ν ν1
⎜ ⎟ ⎜
I
⎝ Y
n ⎠ ⎝ n1
....
....
....
....
Y
Y
Y
1µ
....
νµ
nµ
Y1
n ⎞ ⎛ U1
⎞
⎟ ⎜ ⎟
.... ⎟ ⎜ .... ⎟
Y ⎟ • ⎜
n U ⎟
ν
⎟
µ
⎜ ⎟
Y
nn U
⎠ ⎝ n ⎠
Y
Y
νν
νµ
= −
= Y
k
∑
µν
Y
νµ
µ = 1
≠ν
= Y
µν
= Y
Y = Zweigadmit tanz
νµ
Übergabeparameter: Speiseknoten, Kabelstrecken, Schalterstellungen.
Rückübergabe: Systemadmittanzmatrix, Zuordnungstabelle, Datenfeld mit
Admittanzwerten und Strombelastbarkeit aller Kabelstrecken
64

7.4.5 Speicherposition
Das Unterprogramm Speicherposition bestimmt die Position eines gesuchten Eintrages in
einem Datenfeld. In einer Schleife werden alle Einträge eines Datenfeldes mit dem gesuchten
Eintrag verglichen. Bei Übereinstimmung entspricht der Stand des Schleifenzählers der
gesuchten Position.
Übergabeparameter:
Rückübergabe:
Datenfeld, gesuchter Eintrag
Position
7.4.6 Schalter_öffnen
Das Unterprogramm Schalter_öffnen eliminiert Kabelstrecken in der Systemadmittanzmatrix
durch Ändern der vier betroffenen Matrixelemente. Die Position der betroffenen Knoten in
der Systemadmittanzmatrix wird der Zuordnungstabelle entnommen. Dazu wird das
Unterprogramm „Speicherposition“ aufgerufen.
Änderungen an der Systemadmittanzmatrix:
Y
Y
Y
νν
µµ
νµ
= Y
= Y
= Y
νν
µµ
µν
+ Y
+ Y
= 0
Kabelstrecke
Kabelstrecke
Übergabeparameter: Systemadmittanzmatrix Kabelstreckennummer,
Zuordnungstabelle, Datenfeld mit Admittanzwerten und
Strombelastbarkeit aller Kabelstrecken
Rückübergabe:
Geänderte Systemadmittanzmatrix
7.4.7 Schalter_schließen
Durch Ändern der vier betroffenen Matrixelemente werden neue Kabelstrecken in der
Systemadmittanzmatrix eingeführt. Die Position der betroffenen Knoten in der
65

Systemadmittanzmatrix wird der Zuordnungstabelle entnommen. Dazu wird das
Unterprogramm „Speicherposition“ aufgerufen.
Änderungen an der Systemadmittanzmatrix:
Y
Y
Y
νν
µµ
νµ
= Y
= Y
= Y
νν
µµ
µν
− Y
− Y
= Y
Kabelstrecke
Kabelstrecke
Kabelstrecke
Übergabeparameter: Systemadmittanzmatrix, Kabelstreckennummer,
Zuordnungstabelle, Datenfeld mit Admittanzwerten und
Strombelastbarkeit aller Kabelstrecken
Rückübergabe:
Geänderte Systemadmittanzmatrix
7.4.8 Linearer Lastfluss
Die Systemadmittanzmatrix wird nach Speiseknoten und Lastknoten partitioniert, es werden
vier Teilmatrizen gebildet. Aus den Teilmatrizen der Systemadmittanzmatrix werden die
Teilmatrizen der Systemhybridmatrix bestimmt. Aus den vier Teilmatrizen wird im Anschluss
die Systemhybridmatrix zusammengestellt. Zur Bestimmung der abhängigen Knotengrössen
(Speiseströme und Spannungen der Lastknoten) wird die Inverse der Systemhybridmatrix mit
dem Vektor der unabhängigen Knotengrößen (Speisespannungen und Lastströme)
multipliziert. Für die Berechnung der Lastflusswerte der einzelnen Kabelstrecken wird die
Spannungsdifferenz der zwei Knoten gebildet und diese mit der Admittanz der betrachteten
Kabelstrecke multipliziert. Kabelstrecken, die einen offenen Schalter beinhalten, müssen
gesondert behandelt werden. Für diese beträgt der Lastflusswert 0. Nachdem der
Lastflusswert als absolute Zahl bestimmt und in einem Datenfeld abgelegt worden ist, wird
dieser auf die Strombelastbarkeit des schwächsten Kabelsegmentes bezogen und in einem
Datenfeld gespeichert. Sind die Lastflusswerte für alle Kabelstrecken bestimmt, wird
überprüft, ob bei einer Kabelstrecke die Strombelastbarkeit überschritten wurde. Ist dies der
Fall, wird eine Warnung rückübergeben.
Übergabeparameter: Systemadmittanzmatrix, speisende Kabelstrecken,
Zuordnungstabelle, Vektor der unabhängigen Knotengrössen,
66

Rückübergabe:
Liste aller Trennstellen, Datenfeld mit Admittanzwerten und
Strombelastbarkeit aller Kabelstrecken
Warnung bei relativen Lastflusswerten > 100%, relative
Lastflusswerte, absolute Lastflusswerte
7.4.9 Topologieerkennung
Das Unterprogramm Topologieerkennung wird mit Angabe einer Kabelstrecke und einem
Knoten dieser Kabelstrecke aufgerufen. Die Topologieerkennung sucht alle
Kabelstrecken, die mit diesem Knoten verknüpft sind und speichert diese in einem
Datenfeld. In einer Schleife werden nun alle verknüpften Kabelstrecken untersucht.
• Es wird überprüft, ob die jeweils betrachtete Kabelstrecke eine Trennstelle beinhaltet.
Ist das der Fall, wird überprüft, ob sich die betrachtete Kabelstrecke im Projektgebiet
befindet, oder ob diese eine Verbindung zu einem benachbarten Netzgebiet bildet.
Diese Abfrage ist derzeit noch ohne Bedeutung für die weitere Berechnung, bei
Erweiterung der Wiederversorgungsstrategie auf zweiseitige Speisung ist diese
Information aber notwendig. Die gefundene Trennstelle wird in ein Datenfeld
geschrieben und die Untersuchung der nächsten verknüpften Kabelstrecke beginnt.
• Bildet die betrachtete Kabelstrecke keine Trennstelle, wird überprüft, ob diese
Kabelstrecke eine speisende Kabelstrecke ist. Wenn das der Fall ist, wird die
Markierung, dass eine Einspeisung vorliegt gefunden wurde, gesetzt und die
Untersuchung kann mit der nächsten verknüpften Kabelstrecke fortgeführt werden.
• Ist die betrachtete Kabelstrecke weder eine Einspeisung, noch bildet sie eine
Trennstelle, so wird das Unterprogramm „Topologieerkennung“ mit dieser
verknüpften Kabelstrecke und dem Knoten, der dem Knoten, mit dem dieses
Unterprogramm aufgerufen wurde, gegenüberliegt, rekursiv aufgerufen.
Durch den rekursiven Aufruf ist dieses Unterprogramm selbständig in der Lage, den Verlauf
eines Leitungszuges, der sich beliebig oft verzweigen kann und eine beliebige Anzahl von
Kabelstrecken enthält, zu verfolgen.
Übergabeparameter: Trennstellen, Nachbarnetze, Markierung, Kabelstrecken,
Knoten, Schalterstellungen
67

Rückübergabe:
Trennstellen, Nachbarnetze; Markierung, dass eine Einspeisung
vorliegt
7.4.10 Kabelstreckeneingabe
Das Unterprogramm Kabelstreckeneingabe ermöglicht die Eingabe beliebig vieler
Kabelstrecken für die Ausfalluntersuchungen durchgeführt werden sollen. Nach jeder Eingabe
besteht die Möglichkeit, zum Unterprogramm Ausfall zurückzukehren. Bei jeder
eingegebenen Kabelstrecke wird überprüft, ob diese noch nicht ausgewählt ist und ob sie sich
im Projektgebiet befindet. Die korrekt eingegebenen Kabelstrecken werden im Datenfeld
„Ausfall“ gespeichert.
Übergabeparameter:
Rückübergabe:
Kabelstrecken im Projektgebiet
Datenfeld Ausfall
7.5 Möglichkeiten der Ergebnisvisualisierung
Dieses Berechnungsmodul soll in das vorhandene GIS integriert werden. Die Schnittstellen
zum Berechnungsmodul bilden die beschriebenen Input-/ Output-Dateien. Die Eingabe von
Spitzenlastanteil, Stationslasten und gewünschtem Berechnungsumfang kann ebenfalls mittels
externer Dateien erfolgen. Die Visualisierung der Berechnungsergebnisse soll einerseits in
tabellarischer Form vorgenommen werden und andererseits durch farbliche Darstellung in der
topologischen Netzdarstellung. Dabei sind zwei unterschiedliche Darstellungsarten von
besonderem Interesse. Zum einen soll ein Gesamtüberblick gegeben werden. Dazu werden
alle betrachteten Kabelstrecken entsprechend der Klassifizierung in der Ausgabedatei
Parameter farblich markiert. Zum anderen soll es möglich sein, für alle betrachteten
Ausfallzustände den jeweiligen Lastflusszustand darzustellen. Durch Auswahl der
gewünschten Kabelstrecke sollen die Lastflusswerte ausgegeben und alle Kabelstrecken
entsprechend ihrer relativen Auslastung in verschiedenen Farben dargestellt werden.
Belastungen unter 50% sind grün zu kennzeichnen, Werte oberhalb von 110% rot. Wurden für
diesen Ausfallzustand mehrere Schaltzustände berechnet, ist eine Abfrage einzubauen, welche
Variante zur Anzeige gebracht werden soll.
68

7.6 Ablaufdiagramme
Die Ablaufdiagramme aller Unterprogramme sind im Anhang dargestellt. Die Knoten jeder
Kabelstrecke werden in den Ablaufdiagrammen mit „A“ und „B“ bezeichnet. Nachstehend
werden die verwendeten Symbole erläutert:
Grenzstelle
Programmbaustein, Funktion
Verzweigung
Verarbeitung
Abb. 14: Verwendete Symbole
Anschlusspunkt
8 Berechnungsbeispiel
Anhand dieses Beispiels sollen die Funktionen und Möglichkeiten des im Rahmen dieser
Diplomarbeit geschriebenen Programms zur automatischen Ausfallrechnung aufgezeigt
werden.
8.1 Projektgebiet
Als Projektgebiet wurde der Innsbrucker Stadtteil Rossau ausgewählt. Es handelt sich um ein
Gewerbegebiet mit reger Neubautätigkeit. Zahlreiche Betriebsansiedelungen haben eine
69

eträchtliche Laststeigerung in diesem Gebiet bewirkt, dieser Umstand macht eine
Untersuchung der Einhaltung des (n-1)-Planungskriteriums erforderlich. Versorgt wird das
Projektgebiet vom Umspannwerk Ost, Verbindungen zum Umspannwerk Tivoli sind
vorhanden. Für die Lasten der Netzstationen wurden die abgelesenen Winter- Höchstlastwerte
herangezogen. Diese Werte sind als Tabelle in schriftlicher Form vorhanden.
Eine EDV-mäßige Erfassung existiert derzeit noch nicht, befindet sich aber in Vorbereitung.
Die technischen Angaben über die einzelnen Kabelstrecken wurden aus der vorhandenen
Leitungsdatenbank übernommen. Die Input-Dateien für das Modul Ausfallrechnung wurden
in MS-Excel eingegeben und im txt-Format gespeichert. Als Projektgebiet wurden folgende
Kabel ausgewählt:
• Rossau
• Trientlgasse
• Langer Weg
• Ambras
• Etrichgasse
• Reichenau Ost
Der Plan des bestehenden Netzes im betrachteten Projektgebiet befindet sich im Anhang. Da
benachbarte Kabel aus dem Olympischen Dorf und dem Bereich Tivoli zur Reservehaltung
herangezogen werden können, wurden bei der Angabe der Kabelstrecken in der Datei
Kabelstrecken zusätzlich folgende Kabel berücksichtigt:
• Schießstand
• Kaufmannstrasse
• Wiesengasse
8.2 Berechnungsergebnisse
Standardmäßig wird im Rahmen der beschriebenen Laboroberfläche eine Klassifizierung aller
betrachteten Kabelstrecken bezüglich ihrer Wiederversorgbarkeit dargestellt. Wird der
Gleichzeitigkeitsfaktor mit 100% angenommen, ist bei Ausfall einer der 3 ersten
70

Kabelstrecken des Kabels „Ambras“ (Kabelstrecke: 475, 9, 606) eine Wiederversorgung mit
der im System implementierten Wiederversorgungsstrategie nicht möglich. Wird der
Gleichzeitigkeitsfaktor auf 80% reduziert, ist bei Ausfall jeder der betrachteten Kabelstrecken
(mit Ausnahme der Stichleitungen) eine Wiederversorgung möglich.
8.2.1 Ergebnisliste
Nachstehend dargestellt ist die Ergebnisausgabe des Programmoduls für die Ausfallrechnung
aller Kabelstrecken im Projektgebiet Rossau bei einem Gleichzeitigkeitsfaktor von 100
Prozent.
• (n-1)-fache Sicherheit für den Ausfall folgender Kabelstrecken gegeben:
494 103 144 234 247 248 254 266 275 286 406 407
448 474 501 507 511 520 598 639 640 679 698 728
748 755 763 768 783 787 796 797 798 862 868 879
895
• Wegen Überlastung keine Wiederversorgung möglich bei folgenden Kabelstrecken:
9 475 606
• Keine Wiederversorgung möglich, weil Stichleitung:
251 550 731 777
• Kabelstrecken im Normalschaltzustand unbelastet
54 109 145 730 781 804 872 880 893 10000 10001
Auf Wunsch kann, wie in Kapitel 7.2 beschrieben, eine erweiterte Ergebnisauswertung
erfolgen.
71

8.3 Ausgabedateien
Als Beispiel werden an dieser Stelle die Einträge in den Output-Dateien für den Ausfall der
Kabelstrecken 507 und 406 dargestellt. Der Aufbau der Ausgabedateien entspricht der
Beschreibung in Kapitel 7.3.2 .
8.3.1 Parameter
Progose-/
Aktuelle Werte
Spitzenlastanteil
Ausfalluntersuchung für
Kabelstrecken:
1 100 406 507
Tab. 15: Output-Datei Parameter (Berechnungsbeispiel)
1 1
Klassifizierung nach
Wiederversorgungsmöglichkeit
8.3.2 LastflussA, LastflussB
In diesen Dateien sind die Lastflusswerte aller Kabelstrecken für sämtliche berechnete
Schaltzustände abgelegt. Der Aufbau der Dateien ist in Kapitel 7.3.3 im Detail beschrieben.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit (jeweils ca. 7000 Werte) sind in nachfolgender Auflistung
lediglich die Lastflusswerte von vier Kabelstrecken für zwei Ausfallzustände eingetragen, die
Liste ist rechts um die Angabe der Lastflusswerte der übrigen Kabelstrecken gekürzt.
LastflussA:
ausgefallene
Kabelstrecke
Wiederversorgung
durch
Kabelstrecke
Markierung bei
Überlastung
Kabelstrecken
Lastflusswerte
in
Ampere
9 54 95 103
406 893 0 223 0 0 77
507 54 0 223 113 0 77
Tab. 16: Output-Datei LastflussA (Berechnungsbeispiel)
72

LastflussB:
ausgefallene
Kabelstrecke
Wiederversorg
ung durch
Kabelstrecke
Markierung
bei
Überlastung
Kabelstrecken
Lastflusswerte
in
Prozent
9 54 95 103
406 893 0 87 0 0 30
507 54 0 87 70 0 30
Tab. 17: Output-Datei LastflussB (Berechnungsbeispiel)
8.4 Folgerungen
Die Ausfalluntersuchung für das Mittelspannungsnetz im Stadtteil Rossau hat ergeben, dass
das (n-1)-Planungskriterium in diesem Netzgebiet erfüllt ist. Für die Versorgung der mit
Stichleitungen angespeisten Stationen steht ein mobiles Notstromaggregat ausreichender
Leistung zur Verfügung. Die Berechnung hat auch ergeben, dass die kritischsten Fehlerorte in
diesem Projektgebiet die 3 ersten Kabelstrecken des Kabels Ambras sind. Da
Belastungssteigerungen in diesem Gebiet zu erwarten sind, müssen im Rahmen der
mittelfristigen Netzplanung Verstärkungen in diesem Bereich geplant werden.
73

9 Abbildungsverzeichnis
Abb. 1: Startseite von DILVIEW mit Menüleiste 13
Abb. 2: Leitungsdaten 14
Abb. 3: Mittelspannungs-Daten 15
Abb. 4: Adressenverwaltung 16
Abb. 5: Zollenkopfkurve 21
Abb. 6: Ursache von Versorgungsunterbrechungen in Bezug auf die Netzebene 21
Abb. 7: Reservekabelnetz 22
Abb. 8: Einschleifung einer neuen Netzstation. 28
Abb. 9. Ausgelagerter Transformator zur Einbindung neuer Stationen. 29
Abb. 10: Ausgelagerter Transformator zur Sanierung alter Stationen. 30
Abb.11: Datenmodell 34
Abb.12: Variantenmanagement 38
Abb. 13: Übersicht über die geplanten Daten- und Programmodule 42
Abb. 14: Verwendete Symbole 69
10 Tabellenverzeichnis
Tab. 1: Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Grabungsarbeit 25
Tab. 2: Kostenfaktoren zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme 25
Tab. 3: Ergänzungen zu den Leitungsdaten 44
Tab. 4: Auslastung der speisenden Kabelstrecken 45
Tab. 5:Relation Tiefbau-Kabel-Verlegekosten 45
Tab. 6: Relation Kabeldimension-Kennwerte 46
Tab. 7: Ergänzungen zu den Stationsdaten 47
Tab. 8: Projekt.txt 57
Tab. 9: Kabelstrecken.txt 57
Tab. 10: Stationen.txt 58
Tab. 11: Segmente.txt 58
Tab. 12: Relation_Kennwerte.txt 58
Tab. 13: Parameter.txt 59
Tab. 14: LastflussA.txt 60
Tab. 15: Output-Datei Parameter (Berechnungsbeispiel) 72
Tab. 16: Output-Datei LastflussA (Berechnungsbeispiel) 72
Tab. 17: Output-Datei LastflussB (Berechnungsbeispiel) 73
74

11 Literaturverzeichnis
[1] Sillaber A.: Neuorientierung städtischer Mittelspannungsnetze
VEÖ- Journal Juni/Juli 2000, 56-59
[2] Flipper M.: Auswirkungen des freien Strommarktes auf die Versorgungsqualität
Management Forum Starnberg
[3] Kaufmann W.: Planung öffentlicher Elektrizitätsverteilungs- Systeme
VDE Verlag GMBH 1995
[4] Fickert L. Skriptum Störungen und Schutztechnik
Institut für elektrische Anlagen TU- Graz 1999
[5] Muckenhuber R. Skriptum Rechnergestützte Planung elektrischer Netze
Institut für elektrische Anlagen TU- Graz 1994
[6] BCP.: NEPLAN Planning and Information System
Busarello+ Cott+ Partner Inc. 2000
[7] Schwarz: Programmbeschreibung zu DILVIEW und DILCAD
Schwarz Energietechnik Geoinformatik 1998
[8] Biran A., Moshe B.: MATLAB 5 für Ingenieure
Addison- Wesley 1999
[9] MATLAB 5.3
Math Works, Inc.
[10] Verband der Elektrizitätswerke Österreichs: Bewertung von Transformatorverlusten
als Grundlage wirtschaftlicher Überlegungen
Schriftenreihe des Verbandes der Elektrizitätswerke Österreichs 1985
75

12 Anhang
12.1 Netzplan Rossau
12.2 Ablaufdiagramme
12.2.1 Unterprogramm Ausfall
12.2.2 Unterprogramm Kennwerte
12.2.3 Unterprogramm Segment_Kennwerte
12.2.4 Unterprogramm Systemadmittanzmatrix
12.2.5 Unterprogramm Speichernummer
12.2.6 Unterprogramm Schalter öffnen
12.2.7 Unterprogramm Schalter schließen
12.2.8 Unterprogramm Linearer Lastfluss
12.2.9 Unterprogramm Topologieerkennung
12.2.10Unterprogramm Kabelstreckeneingabe
76