Notstromaggregat für Wohnhäuser: Auslegungsrechner

Betriebs- und Anlaufleistungsbedarf

Die elektrische Betriebswirkleistung eines Motors ist die Wellenleistung geteilt durch den Wirkungsgrad. Die Betriebsscheinleistung beträgt $S_r=P_r/mathrm{PF}_r$, die Blindleistungskomponente $Q_r=sqrt{S_r^2-P_r^2}$. Summieren Sie Wirk- und Blindleistungskomponenten getrennt und bilden Sie anschließend den Betrag ihrer Vektorsumme; Scheinleistungen mit unterschiedlichen Leistungsfaktoren dürfen nicht skalar in kVA addiert werden.

Für jeden Motor gilt $S_{LR}=K_{code}H$ mit $H$ als mechanischer Wellenleistung in hp und dem eingegebenen $K_{code}$ in kVA/hp. Baldor-Reliance beschreibt diese Konvention für den blockierten Läufer unter Bezug auf NEMA MG 1-2011, §10.37.2. Dieser Rechner gibt keine Kennbuchstabentabelle wieder. Der Strom beträgt $1000S_{LR}/V$ bei Einphasenwechselstrom oder $1000S_{LR}/(sqrt3V)$ bei symmetrischem Drehstrom.

Anlaufzustände und Auslegung

Die Grundlast ist bereits zugeschaltet. Jeder Motor trägt vor seinem Anlauf null bei, während der eingegebenen Dauer seine komplexe Leistung bei blockiertem Läufer und anschließend seine komplexe Betriebsleistung. Durch Auswertung sämtlicher Anlauf- und Endzeitpunkte wird das exakte Maximum dieser rechteckigen Hüllkurve ermittelt, auch bei Überlappungen. Der Animationszeitpunkt greift lediglich auf die zwischengespeicherten Auslegungsergebnisse zu.

Cummins T-030, Issue 9 (2015), §7.1.9 behandelt Anlaufsequenzen mit dem größten Motor zuerst sowie üblicherweise 5–10 s Stabilisierung zwischen Laststufen. Eine tatsächliche Steuerung muss die Reihenfolge sicherstellen; wiederkehrende automatische Wiederanläufe können gleichzeitig auftreten.

Der additive Standortfaktor lautet $D=1-d_hh/304.8-d_TDelta T/5.6$, mit der Aufstellhöhe in Metern und $Delta T=max(T-25,^{circ}mathrm C,0)$ in K. Die Standardsteigungen folgen der Betriebsanleitung des Champion 201249, rev 20251223. Wenden Sie denselben Faktor konservativ auf die Leistungsgrenzen in kW und kVA an; ersetzen Sie die Annahmen durch die jeweils strengeren Standortgrenzen des Herstellers.

Berechnen Sie für jede Grenze die erforderliche Bemessungsdauerleistung in kW. Maßgebend ist der größte Wert aus Betriebswirk- und Betriebsscheinleistungsbedarf mit Reserve, maximalem Anlaufwirk- und Anlaufscheinleistungsbedarf ohne Anrechnung einer Überlastfähigkeit sowie der elektrischen Anforderung aus dem Spannungseinbruch.

Hier hergeleitetes Spannungsvorprüfungsmodell

Die angeschlossenen Lasten werden durch Ersatzimpedanzen bei Nennspannung dargestellt, die Quelle durch eine konstante innere Spannung von 1 pu hinter einer rein induktiven Reaktanz $X$. Mit der Bemessungsbasis $S_g=P_g/mathrm{PF}_g$ ergibt sich der Klemmenspannungsanteil zu

Für den geforderten Anteil $v_0$ sei $a=v_0^2$. Die Lösung der quadratischen Gleichung ergibt

Verwenden Sie den größten Wert über alle Lastzustände. Die Reaktanz muss auf die Bemessungsscheinleistung des gewählten Aggregats bezogen sein. Die standortbedingte Leistungsminderung beeinflusst die verfügbare Leistung, nicht die elektrische Reaktanzbasis. Diese Spannungsteilerherleitung ist unser Vorprüfungsmodell und keine Leistungskennlinie von Cummins. Cummins T-030 §§4.2.5.6–4.2.5.8, gedruckte Seiten 45–47, erläutert, warum für den anfänglichen Spannungseinbruch und die anschließende Ausregelung unterschiedliche Gerätedaten erforderlich sind.

Teillastverbrauch und Gesamtkosten

Passen Sie $F=a_fP_g+b_fP_{out}$ anhand zweier gemessener Referenzlasten an. Die Steigung ist die Kraftstoffdurchflussdifferenz geteilt durch die Abgabeleistungsdifferenz; der Achsenabschnitt wird auf die Bemessungsleistung des Referenzaggregats normiert. Dies entspricht der linearen Kraftstoffverbrauchskennlinie von HOMER. Die Honda-Endpunktprüfungen reproduzieren die Kalibrierdaten; sie validieren weder Vorhersagen zwischen diesen Punkten noch die Skalierung auf andere Aggregate unabhängig. Für einen laufenden Verbrennungsmotor ist ein strikt positiver Leerlauf-Achsenabschnitt erforderlich. Verwenden Sie jedes positive Leistungsintervall der Kraftstoffmessung exakt; ein Intervall von null oder darunter wird zurückgewiesen. Der mittlere Kraftstoffverbrauch wird aus dem Wirkleistungsbedarf aller eingeschalteten Verbraucher multipliziert mit dem mittleren Lastanteil berechnet; für die Auslegung gelten die vollständigen Leistungsbedarfe.

Die monatlichen Betriebsstunden ergeben sich aus täglichen Betriebsstunden mal Stromausfalltagen. Multiplizieren Sie die Stunden mit Kraftstoffdurchfluss und datiertem Einheitspreis. Für den Jahresbetrieb wird der Planungsmonat zwölfmal angesetzt. Die kumulierten Kosten umfassen Anschaffung, Kraftstoff, Wartung, Aggregataustausch nach Betriebsstunden und Batteriespeicheraustausch nach Kalenderjahren. Der Kostenvorteil beginnt am ersten Jahresende, an dem die kumulierten Kosten von PV + Batteriespeicher nicht höher sind; spätere Austauschvorgänge können diesen Vorteil wieder umkehren.

• Konventionelles synchrones Notstromaggregat, einphasig bzw. im symmetrisch belasteten Einphasen-Dreileitersystem oder bei symmetrischem Drehstrom. Alle aufgeführten Motoren verwenden die eingegebene Außenleiterspannung. Die Belastungsgrenzen der Zweige im Einphasen-Dreileitersystem sind gesondert zu prüfen.
• Drei Ersatzmodelle direkt am Netz eingeschalteter Asynchronmotoren bei Bemessungswellenleistung. Ein gemeinsamer beispielhafter Leistungsfaktor bei blockiertem Läufer von 0,35 und die eingegebene Dauer des rechteckförmigen Anlaufverlaufs beschreiben Anlaufzustände, nicht den Hochlauf. Motorwirkungsgrad und Betriebsleistungsfaktor sind editierbare Planungsannahmen.
• Die Ersatzimpedanzen bleiben innerhalb jedes Zustands konstant. Angegebene Anlaufscheinleistungen und Ströme beziehen sich auf Nennspannung. Ein geringerer Strom während eines Spannungseinbruchs wird bei der Prüfung der verfügbaren Leistung nicht entlastend angerechnet.
• Konstante innere Quellenspannung, keine Dynamik von automatischem Spannungsregler, Drehzahlregler oder Frequenz. Die elektrische Hüllkurve kann nach Ende des Anlaufstroms einen durch die Betriebslast verursachten Spannungseinbruch beibehalten. Sie ist weder ein gemessener Signalverlauf noch eine garantierte transiente Grenzhüllkurve für den ungünstigsten Fall.
• Die Standardreaktanz von 0,12 pu ist eine beispielhafte Annahme, keine Spezifikation eines gewählten Aggregats. Die separate Honda-Kraftstoffkalibrierung ist kein Honda-Spannungseinbruchmodell; das Honda EU7000iS ist ein Inverteraggregat.
• Die Standard-Kraftstoffmesspunkte verwenden 5,1 US gal / 16,0 h bei Viertellast und 5,1 US gal / 6,4 h bei voller Bemessungsleistung von 5,5 kW. Die Honda-Prüfungen bestätigen die Reproduktion dieser Kalibrierendpunkte und der veröffentlichten Laufzeiten je Tankfüllung, nicht die unabhängige Vorhersagegenauigkeit. Die Skalierung normierter Kraftstoffkoeffizienten zwischen Aggregaten ist näherungsweise. Tatsächliche Baugröße, Regelungsart, Kraftstoff und Standortbedingungen können sie verändern. Der Leerlaufverbrauch ist extrapoliert; ein abgeschalteter Verbrennungsmotor verbraucht nichts, während die eingegebenen Betriebsstunden einen laufenden Verbrennungsmotor beschreiben.
• Preisbasis: EIA-Jahresmittelwert 2025 für US-Normalbenzin, 3,097 USD/US gal = etwa 0,81814 USD/L, geprüft am 2026-10-25. Das Preisfeld USD/L ist eine Währungsangabe und bleibt beim Einheitenwechsel auf Liter bezogen.
• Sämtliche Standardwerte für Anschaffung, Wartung, Nutzungsdauer und Austausch sind beispielhafte Budgetansätze, keine Angebote. Konstante Preise, nicht abgezinste Zahlungsströme, kein Restwert, keine Fördermittel, Finanzierung oder Einsparungen durch Netzeinspeisung. Austauschkosten werden zum Jahresende angesetzt, in dem ein Intervall erreicht wird, einschließlich des Endes des Betrachtungszeitraums.
• Die alternative PV-Anlage mit Batteriespeicher muss unabhängig dieselbe Überbrückungsenergie, dieselben Motoranläufe und dasselbe Zuverlässigkeitsziel erfüllen. Energieerzeugung, Batteriespeicherkapazität und Autonomie werden hier nicht berechnet.

Verwenden Sie dies zur vorläufigen Auswahl und zum Kostenvergleich und prüfen Sie anschließend ein konkretes Notstromaggregat mit dessen Hersteller. Prüfen Sie anhand der geltenden Norm; die zitierte historische NEMA-Ausgabe beschreibt die Kennbuchstabenkonvention und stellt keine Freigabe für die Installation dar.

Die Eingabebereiche decken Beispiele aus Haushalten und kleinen Gewerbebetrieben ab, bestätigen jedoch nicht jede Kombination. Das additive Leistungsminderungsmodell wird bei weniger als 30 % verbleibender Leistung zurückgewiesen. Maßgebend sind die tatsächlichen Grenzen von Verbrennungsmotor und Generator, die Kraftstoffspezifikation und die Höhenanpassung des Aggregats. Unter 25 °C oder auf Meereshöhe wird keine standortbedingte Leistungserhöhung angerechnet.

Nicht anwendbar auf das Spannungsverhalten strombegrenzter Inverteraggregate, Eingangsoberschwingungen von Frequenzumrichtern oder Sanftstartern, stark unsymmetrische Stromkreise im Einphasen-Dreileitersystem, große elektronische Konstantleistungsverbraucher, Spannungsfall in Zuleitungen, Fehlerschutz, Drehmoment- und thermische Grenzen von Motoren oder medizinische Stromversorgungen und andere Stromversorgungen für Sicherheitszwecke. Eine geringere Spannung verringert das Anlaufdrehmoment von Asynchronmotoren näherungsweise quadratisch; das Bestehen der Spannungseinbruchvorprüfung allein weist einen erfolgreichen Hochlauf nicht nach.

Stellen Sie die gewählte Reihenfolge mit geeigneten Steuerungen sicher. Prüfen Sie „Alle gleichzeitig“ bei ungesteuerten gleichzeitigen Wiederanläufen. Geben Sie Kraftstoffmesspunkte ein, die für den laufenden Verbrennungsmotor einen strikt positiven Leerlaufverbrauch ergeben. Die beiden Honda-Endpunktprüfungen sind Kalibrierprüfungen; kein zurückgehaltener Betriebsmesspunkt validiert die interpolierte oder skalierte Kennlinie. Verwenden Sie die Kraftstoffverbrauchskennlinie innerhalb ihres gemessenen Lastbereichs und für das tatsächlich vermessene Aggregat. Kraftstoffeigenschaften und Teillastregelungen können die reale Kennlinie nichtlinear machen.

CO: Tragbare Notstromaggregate im Freien aufstellen, mindestens 6,1 m (20 ft) von Gebäudeöffnungen entfernt, mit abgewandter Abgasführung und funktionsfähigen CO-Warnmeldern. Rückspeisung: Niemals über eine Wandsteckdose einspeisen; zugelassene Netzumschalteinrichtungen müssen die Hausanlage vom öffentlichen Netz trennen. Installationsarbeiten, Stromkreisbelastung, Erdung, Potentialausgleich und Schutz gehören in die Hände einer Elektrofachkraft, die örtliche Vorschriften und Herstelleranweisungen beachtet.