Bei der Dimensionierung eines Dieselstromaggregats werden die Betriebsleistungen aller Verbraucher in kW addiert, die zusätzlichen Anlaufströme von Motoren berücksichtigt und die Leistung mit dem Leistungsfaktor des Generators von 0.8 in kVA umgerechnet. Anschließend wird ein Aggregat gewählt, dessen Notstrom- oder PRP-Leistung nach ISO 8528-1 diesen Bedarf mit einer angemessenen Reserve abdeckt. Beispielsweise erfordert eine gemischte Last von 100 kW mit einem großen Motor üblicherweise ein Aggregat mit mindestens 125 kVA, häufig jedoch mehr, sobald Motoranlauf und eine Reserve von 10–25 Prozent berücksichtigt werden.
Die wichtigsten Erkenntnisse
- kVA bezeichnet die Scheinleistung und kW die Wirkleistung; bei einem Drehstromaggregat ergibt sich kVA aus kW geteilt durch den Leistungsfaktor, normalerweise 0.8. Somit entsprechen 100 kW einer Scheinleistung von 125 kVA.
- Nach ISO 8528-1 ist die Notstromleistung auf etwa 200 Stunden jährlich bei einer durchschnittlichen Last von höchstens 70 Prozent begrenzt; die PRP-Leistung erlaubt unbegrenzte Betriebsstunden bei variabler Last mit einem Durchschnitt von höchstens 70 Prozent.
- Direkt eingeschaltete Asynchronmotoren ziehen beim Anlauf üblicherweise etwa das Sechsfache ihres Betriebsstroms. Dies bestimmt die erforderliche Aggregatgröße häufig stärker als die Betriebslast.
- Wird ein Dieselstromaggregat längere Zeit unter etwa 30 Prozent Last betrieben, drohen Ablagerungen aus unverbranntem Kraftstoff im Abgastrakt; eine Überdimensionierung bleibt daher nicht ohne Folgen.
- Höhenlage und hohe Umgebungstemperaturen verringern die Leistung; prüfen Sie stets die Tabelle zur Leistungsreduzierung im Datenblatt.
kW und kVA: Was ist der Unterschied?
kW (Kilowatt) bezeichnet die Wirkleistung, die Arbeit verrichtet, während kVA (Kilovoltampere) die gesamte Scheinleistung bezeichnet, die der Generator bereitstellen muss, einschließlich des von Motoren und Transformatoren aufgenommenen Blindstroms. Beide Größen sind über den Leistungsfaktor (PF) verknüpft: kW = kVA × PF.
Drehstromgeneratoren werden fast immer mit einem PF von 0.8 angegeben; ein Aggregat mit 500 kVA liefert daher 400 kW. Tragbare Einphasengeräte werden häufig mit einem PF von 1.0 angegeben, weshalb ihre kW- und kVA-Werte übereinstimmen. Der Motor wird nach kW dimensioniert, da er diese mechanische Leistung aufbringen muss; der Generator wird dagegen nach kVA und Stromstärke dimensioniert.
Bei Drehstromsystemen wird die Stromstärke wie folgt berechnet: Ampere = kVA × 1000 ÷ (1.732 × Außenleiterspannung). Die Tabelle zeigt typische Aggregatgrößen bei einem PF von 0.8.
| Nennleistung (kW) | Nennleistung (kVA bei 0.8 PF) | Volllaststrom in Ampere bei 400 V | Volllaststrom in Ampere bei 480 V | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|---|
| 20 | 25 | 36 | 30 | Kleines Geschäft, Telekommunikationsstandort, Pumpstation |
| 50 | 62.5 | 90 | 75 | Kleines Gewerbegebäude, Baustellencontainer |
| 100 | 125 | 180 | 150 | Werkstatt, Kühlhaus, kleine Fertigungslinie |
| 200 | 250 | 361 | 301 | Mittelgroße Fabrik, Hotel, Baustelle |
| 400 | 500 | 722 | 601 | Großes Gewerbegebäude, Steinbruchanlage |
| 600 | 750 | 1,083 | 902 | Krankenhausflügel, verfahrenstechnische Anlage |
| 2,000 | 2,500 | 3,608 | 3,007 | Rechenzentrumsmodul, Bergwerk, Unterstützung der Netzversorgung |
Notstrom-, PRP- oder Dauerleistung: Welche Leistungsart benötige ich?
Wählen Sie die Leistungsart danach, wie viele Stunden das Aggregat laufen wird und wie konstant die Last ist. ISO 8528-1 definiert die nachstehenden Kategorien; einzelne Hersteller können eigene Kategorien ergänzen, etwa eine Rechenzentrumsleistung. Lesen Sie deshalb die Definition im Datenblatt.
| Leistungsart nach ISO 8528-1 | Jährliche Betriebsstunden | Lastprofil | Überlast | Typischer Einsatz |
|---|---|---|---|---|
| Notstromleistung (ESP) | Bis etwa 200 h/Jahr | Variabel, im Mittel bis 70% über 24 h | Keine | Ersatzversorgung bei Netzausfällen |
| Zeitlich begrenzte Leistung (LTP) | Bis etwa 500 h/Jahr | Konstant, bis 100% | Keine | Spitzenlastabdeckung, geplante Versorgungsunterbrechungen |
| Dauerleistung bei variabler Last (PRP) | Unbegrenzt | Variabel, im Mittel bis 70% über 24 h | Üblicherweise 10% für 1 h innerhalb von 12 h | Standorte ohne Netzanschluss, Baustellen, Bergwerke |
| Dauerleistung bei konstanter Last (COP) | Unbegrenzt | Konstant, bis 100% | Keine | Grundlastanlagen, Netzparallelbetrieb |
Für dasselbe Aggregat wird eine höhere Notstromleistung als PRP-Leistung angegeben, häufig um etwa 10 Prozent. Ein „100 kW“-Notstromaggregat ist daher eine kleinere Maschine als ein Aggregat mit „100 kW“ PRP-Leistung. Vergleichen Sie Angebote stets anhand derselben Leistungsart.
Wie wird ein Dieselstromaggregat Schritt für Schritt dimensioniert?
Eine fundierte Dimensionierung folgt bei einem 20 kW-Stromaggregat demselben Ablauf wie bei einer 2000 kW-Anlage:
- Listen Sie jeden Verbraucher mit Nennleistung in kW oder kVA, Spannung, Phasenzahl und Leistungsfaktor auf. Verwenden Sie Typenschildangaben oder Messdaten statt der Bemessungswerte von Leistungsschaltern.
- Trennen Sie Betriebs- und Anlauflasten. Motoren, Kompressoren, Pumpen und Aufzüge benötigen während des Anlaufs zusätzliche kVA; Beleuchtung, Heizgeräte und Elektronik nicht.
- Legen Sie fest, welche Verbraucher gleichzeitig laufen. Berücksichtigen Sie einen realistischen Gleichzeitigkeitsfaktor, behandeln Sie jedoch sicherheitsrelevante und prozesskritische Verbraucher als ständig eingeschaltet.
- Planen Sie die Zuschaltreihenfolge. Kann der Netzumschalter oder die Steuerung Verbraucher stufenweise zuschalten, muss das Aggregat nur den größten Lastsprung auf einmal bewältigen, nicht die gesamte Last.
- Prüfen Sie den größten Lastsprung anhand des dynamischen Verhaltens. Das Aggregat muss Spannung und Frequenz innerhalb der von den Verbrauchern tolerierten Grenzen wiederherstellen. ISO 8528 definiert hierfür die Ausführungsklassen G1 bis G4; G2 ist typisch für gewerbliche Versorgungen und G3 für empfindliche Verbraucher.
- Berücksichtigen Sie nichtlineare Lasten. Unterbrechungsfreie Stromversorgungen (UPS), Frequenzumrichter (VFDs) und LED-Treiber erzeugen Oberschwingungen; Generatoren werden dafür häufig größer dimensioniert.
- Berücksichtigen Sie standortbedingte Leistungsreduzierungen aufgrund von Höhenlage, Umgebungstemperatur und Luftqualität.
- Planen Sie eine Reserve von etwa 10–25 Prozent für künftigen Mehrbedarf ein und wählen Sie anschließend die zum Einsatz passende Leistungsart.
Die Dimensionierungssoftware des Herstellers führt die Schritte 2 bis 7 im Detail aus. Eine grobe manuelle Abschätzung ist hilfreich; nutzen Sie für kritische Einrichtungen jedoch die Software oder ziehen Sie einen Elektroingenieur hinzu.
Wie beeinflussen Motoranlauflasten die Aggregatgröße?
Der Motoranlauf ist bei der Dimensionierung von Dieselstromaggregaten häufig entscheidend. Ein direkt eingeschalteter Asynchronmotor zieht beim Anlauf üblicherweise etwa das Sechsfache seines Volllaststroms bei niedrigem Leistungsfaktor. Ein 50 kW-Motor kann daher kurzzeitig mehrere hundert kVA benötigen. Kann der Generator diese nicht liefern, bricht die Spannung stark ein, Schütze fallen ab und der Motor kann stehen bleiben.
Möglichkeiten zur Verringerung der für Motoren benötigten Aggregatgröße:
- Verwenden Sie Sanftstarter oder Frequenzumrichter, die die Anlaufleistung in kVA erheblich verringern können.
- Starten Sie den größten Motor zuerst, während das Aggregat noch gering belastet ist.
- Staffeln Sie Motorstarts mithilfe von Zeitfunktionen in der Steuerung.
- Wählen Sie einen Generator mit höherem Motoranlaufvermögen; häufig begrenzt die Baugröße des Generators und nicht die Größe des Verbrennungsmotors die Anlaufleistung in kVA.
Drehstrom- oder Einphasengenerator?
Die meisten industriellen und gewerblichen Stromaggregate über etwa 20 kW sind Drehstromaggregate. Ein Drehstromgenerator liefert gleichmäßiger Leistung, benötigt bei gleicher Leistung weniger Kupfer und betreibt Drehstrommotoren direkt. Einphasenaggregate eignen sich für Wohnhäuser, kleine Geschäfte und leichte Werkzeuge.
Gängige Drehstromspannungen sind 400/230 V bei 50 Hz in Europa, China sowie weiten Teilen Asiens und Afrikas und 480/277 V oder 208/120 V bei 60 Hz in Nordamerika. Ein 480 V-Generator für ein US-Werk und ein 400 V-Generator für den Export können denselben Motor verwenden, benötigen jedoch unterschiedliche Generatorwicklungen sowie Drehzahlregler- und Spannungseinstellungen, da ein vierpoliges Aggregat bei 50 Hz mit 1500 rpm und bei 60 Hz mit 1800 rpm läuft.
Wie erzeugt ein Generator Strom?
Ein Generator erzeugt Strom durch elektromagnetische Induktion. Der Dieselmotor dreht den Generatorrotor, der ein von einem Erreger gespeistes Magnetfeld trägt. Wenn dieses Feld an den Statorwicklungen vorbeiläuft, induziert es darin eine Wechselspannung. Bei einem Drehstromgenerator sind die drei Statorwicklungen um 120 Grad versetzt angeordnet, wodurch drei überlagerte Spannungswellen entstehen. Der automatische Spannungsregler passt die Erregung an, um die Spannung konstant zu halten; der Motordrehzahlregler hält bei Laständerungen die Drehzahl und damit die Frequenz konstant.
Warum ist ein überdimensioniertes Dieselstromaggregat problematisch?
Ein überdimensioniertes Aggregat kostet in der Anschaffung mehr und kann durch zu geringe Belastung beschädigt werden. Eine gute Dimensionierung zielt deshalb auf ein Aggregat ab, das die meiste Zeit gut ausgelastet ist. Dieselmotoren, die längere Zeit unter etwa 30 Prozent Last laufen, erreichen möglicherweise nicht die volle Verbrennungstemperatur. Dadurch sammeln sich unverbrannter Kraftstoff und Ruß im Abgastrakt an, ein als „Wet Stacking“ bezeichneter Zustand. Dies führt zu Kohlenstoffablagerungen, Ölverdünnung und zugesetzter Abgasnachbehandlung.
Bei stark schwankenden Lasten können zwei oder mehr parallel geschaltete Aggregate, gelegentlich als Doppelaggregat bezeichnet, bedarfsgerecht betrieben werden. Im PRP-Betrieb wird häufig angestrebt, dass das Aggregat die meiste Zeit mit etwa 50–80 Prozent seiner PRP-Leistung belastet ist.
Den zur Nennleistung passenden Motor auswählen
Hersteller von Stromaggregaten wählen den Motor zunächst anhand seiner PRP- und Notstromleistung bei 1500 oder 1800 rpm aus. Sechszylindermotoren wie der 6BTA-Aggregatmotor mit 92 kW Nennleistung oder die 6CTA8.3-Baureihe sind bei Aggregaten mit etwa 100–250 kVA üblich, während größere Motoren wie die 19-Liter-KTA19-Plattform häufig die Basis leistungsstärkerer Aggregate bilden. Bestätigen Sie vor der Zuordnung eines Generators die aggregatspezifische Leistungsangabe und verwenden Sie keine Leistungsangabe für Bau- oder Schiffsanwendungen. Weitere Informationen finden Sie auf der Seite Dieselmotoren, in unserem Leitfaden zu industriellen Dieselstromaggregaten und für Schiffe im Leitfaden zur Dimensionierung von Schiffsstromaggregaten.
MARS liefert Aggregatmotoren, die vor dem Versand einen Probelauf mit schriftlichem Bericht und Video durchlaufen. Für Unterstützung bei der Abstimmung eines Motors auf Ihre Verbraucherliste senden Sie die Einzelheiten.
Häufig gestellte Fragen
Wie rechne ich bei einem Generator kW in kVA um?
Teilen Sie kW durch den Leistungsfaktor. Beim üblichen Leistungsfaktor von 0.8 entsprechen 100 kW einer Scheinleistung von 125 kVA und 400 kW einer Scheinleistung von 500 kVA.
Welche Generatorgröße benötige ich für einen 3-Phasen-Motor?
Das hängt vom Anlaufverfahren des Motors ab. Bei Direktanlauf benötigt das Aggregat häufig das Zwei- bis Dreifache der Motorleistung in kW oder mehr; ein Sanftstarter oder Frequenzumrichter (VFD) verringert diesen Bedarf erheblich. Prüfen Sie dies mit einer Dimensionierungssoftware.
Kann ich ein Notstromaggregat im PRP-Betrieb einsetzen?
Nicht mit seiner angegebenen Notstromleistung. Soll das Aggregat viele Stunden laufen, verwenden Sie seine PRP-Leistung, die üblicherweise etwa 10 Prozent niedriger liegt, und halten Sie die durchschnittliche Last innerhalb der PRP-Grenzen.
Welche Aggregatgröße ist für einen kleinen Betrieb am häufigsten?
Viele kleine Gewerbegebäude nutzen Aggregate im Bereich von 20–100 kW; die richtige Größe lässt sich jedoch nur anhand einer Verbraucherliste bestimmen. Eine Dimensionierung nach Gebäudefläche oder Schätzung führt meist zu einer Über- oder Unterdimensionierung.
Beeinflusst die Höhenlage die Leistung eines Dieselstromaggregats?
Ja. Dünnere Luft verringert die Motorleistung. Deshalb geben die meisten Datenblätter die volle Leistung nur bis zu einer bestimmten Höhenlage und Umgebungstemperatur an und nennen darüber hinaus eine Leistungsreduzierung.
