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Fachübungen 8 ETS – Energietechnische Anlagen planen und darstellen – Fachrichtung Elektrotechnische Systeme (ETS) - Technischer Systemplaner

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Einleitung

Du lernst im 2. Ausbildungsjahr der Fachrichtung Elektrotechnische Systeme (ETS), wie du aus einem Auftrag ein nachvollziehbares Planungskonzept für eine energietechnische Anlage entwickelst. Im Zentrum stehen Energieversorgung, Schaltanlagen, Elektrizitätszähler, Stromkreisverteiler, Leitungen, Leitungsschutz, Photovoltaik und die Darstellung mit CAD. Lernfeld 8 ETS des KMK-Rahmenlehrplans vom 27.05.2011 sieht dafür einen Zeitrichtwert von 60 Unterrichtsstunden vor. Du vergleichst Varianten, rechnest mit begründeten Annahmen, prüfst Pläne und dokumentierst Entscheidungen.

Berufsbezug: Die staatlich anerkannte Ausbildung zum Technischen Systemplaner dauert 42 Monate. Die Fachrichtung ETS erstellt und pflegt technische Unterlagen für elektrotechnische Anlagen. Ausbildungsordnung vom 21.06.2011, geändert 2014; erster Ausbildungsbeginn dieser Ordnung war der 01.08.2011. Die gestreckte Abschlussprüfung ist für ETS in Teil 1 und Teil 2 geregelt; dieser Kurs enthält ausschließlich selbst entwickelte Übungsaufgaben und keine Originalprüfungsaufgaben. Berufsportal: Ausbildung – Technischer Systemplaner. Verwandte Lernfelder: Elektrische Installationen planen und Steuerungen analysieren und anpassen.

Sicherheit: Sämtliche Zahlen, Aufträge und Gebäude in diesem Kurs sind erfunden. Wir führen nur Papier-, Tabellen- und CAD-Simulationen durch. Planungsskizzen, Schutzgeräte-Vorschläge und Leitungsrechnungen sind keine Montage-, Schalt-, Inbetriebnahme- oder Anlagenfreigabe. Arbeiten an Elektroanlagen und Prüfungen finden ausschließlich unter Verantwortung qualifizierter Elektrofachkräfte nach geltenden Regeln statt.

Arbeitsauftrag und Energieversorgung analysieren

Systemgrenze und Anforderungen

Eine energietechnische Anlage umfasst die Bereitstellung, Umwandlung, Messung, Verteilung und Nutzung elektrischer Energie. Trenne in der Auftragsanalyse Kundenwünsche, technische Randbedingungen, nachzuweisende Schutzmaßnahmen und Planungsergebnisse. Halte Einspeisepunkt, Netzbetreiber-Vorgaben, vorhandenes Netzsystem, Gebäudenutzung, Lasten, Leitungswege, Erweiterungsreserve und Schnittstellen zu anderen Gewerken fest. Ein Grundriss ohne Leistungs- und Schutzkonzept ist kein vollständiges Planungsergebnis.

Eingangsinformation	Planungsfrage	Nachweis/Arbeitsprodukt
Nutzungsprofil und Verbraucher	Welche Lasten treten gleichzeitig auf?	Lastenliste mit Betriebsarten und Annahmen
Netzanschlusspunkt	Welches Netzsystem und welche Anschlussbedingungen gelten?	Schnittstellenblatt und Übersichtsschaltplan
Raum- und Leitungswege	Wo werden Verteiler und Leitungen berücksichtigt?	CAD-Grundriss mit Legende
Dach- und Flächendaten	Ist Photovoltaik konzeptionell sinnvoll?	Variantenvergleich mit Ertragsannahme
Schutz- und Wartungskonzept	Welche weiteren Nachweise sind erforderlich?	Offene-Punkte- und Prüfliste

Versorgungskonzepte vergleichen

Netzbezug, netzgekoppelte Eigenerzeugung und Inselversorgung erfüllen unterschiedliche Anforderungen. Die Anschlussleistung in kW ist nicht gleich dem jährlichen Energiebedarf in kWh. Für den Energiebedarf zählt zusätzlich die Betriebszeit: E = P · t. Ein Gerät mit 0,5 kW über vier Stunden benötigt rechnerisch 2 kWh. Der tatsächlich zu erwartende Jahresbedarf erfordert Nutzungszeiten, Lastprofile und gegebenenfalls Wirkungsgrade. Vergleiche Varianten nach Zuverlässigkeit, Investition, Betrieb, Umweltwirkung und Umsetzbarkeit statt ausschließlich nach dem höchsten rechnerischen Energieertrag.

Fachsprache und Planungslogik

Nennspannung beschreibt einen vereinbarten Bezugswert, Wirkleistung P die tatsächlich umgesetzte elektrische Leistung in Watt, Scheinleistung S die Kombination aus Wirk- und Blindleistungsanteil in Voltampere und Leistungsfaktor cos φ unter sinusförmigen Bedingungen das Verhältnis P/S. Bei verzerrten Strömen darf der gesamte Leistungsfaktor nicht unkritisch mit cos φ gleichgesetzt werden. Halte für jede Last Stromart, Spannung, Leistung, Betriebsart, Datenblattquelle und Zuordnung zum Stromkreis fest. Englische Datenblätter verwenden unter anderem rated voltage, rated current, power factor, efficiency und maximum input voltage.

Schaltanlagen, Messung und Verteilung darstellen

Aufbau einer Versorgungskette

Ein beispielhaftes funktionales Blockschema lautet Netzübergabe → Messkonzept → Hauptverteilung → Unterverteilung → Endstromkreise → Verbraucher. Ein PV-Zweig kann als gesonderte Erzeugungseinheit hinzukommen. Ein Übersichtsschaltplan zeigt die wesentlichen Funktionsblöcke und Energieflüsse, ein einpoliger Verteilungsplan vereinfacht die Darstellung mehrpoliger Netze, ein Stromlaufplan bildet elektrische Zusammenhänge genauer ab. Diese Zeichnungsarten sind nicht austauschbar.

Zeichnerische Übung: Lege in einer CAD-Datei Ebenen für Anlagenstruktur, Gerätekennzeichen, Leitungen, Beschriftung und Revisionswolken an. Ordne einem fiktiven Hauptverteiler HV-01 zwei Unterverteiler UV-01 und UV-02 zu. Benenne die Abgänge als Stromkreise SK-01 bis SK-05. Notiere im Zeichnungskopf Projekt, Blattnummer, Version, Maßstab oder „schematisch“, Datum und Bearbeitungsstatus. Symbolbibliotheken und Kennzeichnungen sind anhand der im Betrieb geltenden Regelwerke abzugleichen.

Elektrizitätszähler und Schaltgeräte

Ein Elektrizitätszähler erfasst elektrische Energie in kWh; die Anzeige ist nicht mit einer momentanen Leistung in kW zu verwechseln. Eine Zweirichtungsmessung kann Bezug und Lieferung getrennt erfassen. Die Auswahl von Zählerplatz und Messkonzept unterliegt den aktuellen technischen Anschlussbedingungen und Vorgaben des Netzbetreibers. Ein älterer Ferrariszähler illustriert nur das Messprinzip, nicht die heutige Standardausführung.

Betriebsmittel	Funktion	Wichtige Angaben im Plan
Hauptschalter/Trenneinrichtung	Vorgesehene Trennfunktion	Gerätekennzeichen, Typ und Bemessungsdaten
Leistungsschalter	Schutz und Schalten nach Geräteeignung	Bemessungsstrom und erforderliche Abschaltkenndaten
Leitungsschutzschalter	Schutz des Stromkreises vor Überstrom	Stromkreis, Charakteristik, Bemessungsstrom, Ausschaltvermögen
Fehlerstrom-Schutzeinrichtung	Zusätzliche beziehungsweise geforderte Schutzfunktion bei Fehlerströmen	Schutzziel, Bemessungsdaten und Zuordnung
Überspannungsschutzgerät	Begrenzung transienter Überspannungen	Schutzzonenkonzept, Bauart und Koordination
Elektrizitätszähler	Energiemessung und Abrechnung	Messkonzept, Schnittstellen, Zählrichtung

Typische Fehler: fehlendes Gerätekennzeichen, unklare Messrichtung, gleiche Nummer für verschiedene Stromkreise, kein Revisionsstand, ein Schutzgerät ohne Zuordnung zu den geschützten Leitungen. Eine Zeichnung darf außerdem nicht mit einer nachgewiesenen Ausführung verwechselt werden.

Leistungsbedarf, Leitungen und Leitungsschutz berechnen

Grundformeln und Einheiten

Für eine weitgehend ohmsche einphasige Last mit cos φ ungefähr 1 gilt I ≈ P / U. Allgemeiner gilt im sinusförmigen Einphasenfall P = U · I · cos φ. Für eine symmetrische Drehstromlast gilt P = √3 · U_LL · I_L · cos φ, wobei U_LL die Außenleiterspannung ist. Verwechsle elektrische Eingangsleistung nicht mit einer mechanischen Abgabeleistung; bei Motoren kann der Wirkungsgrad η zusätzlich erforderlich sein. Rechenannahmen in den Übungen: 230 V zwischen Außenleiter und Neutralleiter, 400 V zwischen Außenleitern sowie 50 Hz.

Beispiel: Eine einphasige synthetische Last mit 2 000 W und cos φ = 1 ergibt I = 2 000 W / 230 V = 8,70 A. Bei einer symmetrischen Drehstromlast mit 3 000 W elektrischer Wirkleistungsaufnahme und cos φ = 0,85 ergibt sich I = 3 000 / (√3 · 400 · 0,85) ≈ 5,09 A. Rechne zunächst mit Einheiten, prüfe die Größenordnung und dokumentiere die Rundung. Ein dreiphasiger Motor mit 3 kW mechanischer Abgabeleistung hätte bei η unter 1 einen höheren elektrischen Bedarf.

Strombelastbarkeit und Spannungsfall

Für den didaktischen Grundcheck einer gegen Überlast geschützten Leitung dient I_B ≤ I_n ≤ I_Z: I_B ist der Betriebsstrom, I_n der Bemessungsstrom der Schutzeinrichtung und I_Z die unter den konkreten Verlegebedingungen zulässige Strombelastbarkeit. Dies ist nicht die vollständige Leitungsbemessung. Zusätzlich sind unter anderem die Überlast-Auslösebedingungen, Kurzschlussfestigkeit, Abschaltbedingungen, Leiterwerkstoff, Häufung, Umgebungstemperatur, Verlegeart, Isolation und Spannungsfall nach den jeweils geltenden Normen zu prüfen. Ein vermuteter Tabellenwert ersetzt keine überprüfte normgerechte Auslegung.

In einer vereinfachten einphasigen Gleichstrom- beziehungsweise näherungsweisen Wechselstrombetrachtung bei vernachlässigbarer Reaktanz lautet der Spannungsfall für Hin- und Rückleiter: ΔU ≈ 2 · l · I · ρ / A. Dabei sind l die einfache Leitungslänge in m, A der Leiterquerschnitt in mm² und ρ der angesetzte spezifische Widerstand in Ω·mm²/m. Für ein reines 20-°C-Lehrmodell mit Kupferwert ρ = 0,0178, l = 20 m, I = 8,70 A und A = 2,5 mm² folgt ΔU ≈ 2,48 V, entsprechend 2,48 / 230 · 100 ≈ 1,08 %. Im Betrieb ändern Erwärmung, Leistungsfaktor und Netzaufbau das Ergebnis. Für reale Wechselstrom- und Drehstromleitungen ist das passende vollständige Verfahren anzuwenden.

Prüfschritt	Eingabe	Typischer Fehler
Betriebsstrom	Verbraucherleistung, Spannung, Leistungsfaktor, gegebenenfalls Wirkungsgrad	W mit kW verwechseln
Stromkreisstruktur	Ein- oder Dreiphasigkeit und Gleichzeitigkeiten	Leistungen aller Stromkreise ungeprüft addieren
Strombelastbarkeit	Leitung, Umgebung, Häufung, Verlegeart	Tabellenwert ohne Korrekturfaktoren übernehmen
Überstromschutz	Schutzorgan und erforderliche Bedingungen	Nur den Nennstrom vergleichen
Spannungsfall	Länge, Querschnitt, Leitermaterial, Temperatur	Hin- und Rückweg doppelt oder gar nicht berücksichtigen
Kurzschluss und Abschaltung	Netzparameter und Fehlerbedingungen	Abschaltvermögen und Selektivität ignorieren

Phasenaufteilung und Datenblattkontrolle

Ordne einphasige Verbraucher möglichst nachvollziehbar den Außenleitern zu und halte die Lastannahmen fest. Die rechnerische Gleichverteilung ist eine Planungsabsicht, kein Nachweis über die tatsächlich anliegende zeitabhängige Last. Dokumentiere mindestens den größten geschätzten Außenleiterstrom, den zugehörigen Stromkreis und eventuelle Lastverschiebungen. Ein Datenblattvergleich trennt „angegeben“, „angenommen“ und „noch zu prüfen“. Für die abschließende Auswahl sind Originaldaten des Herstellers und die aktuellen technischen Vorgaben erforderlich.

Netzsysteme und Schutzmaßnahmen verstehen

Netzsystem und Schutzkonzept

Die Kürzel TN, TT und IT kennzeichnen unterschiedliche Beziehungen von Stromquelle und Körpererdung. Bei TN-S sind Neutralleiter N und Schutzleiter PE durchgängig getrennt; bei TN-C-S wird eine vorangehende PEN-Funktion an einer festgelegten Stelle in N und PE aufgeteilt. Die Einordnung darf nicht allein aus einer Abbildung für einen realen Anschluss abgeleitet werden. Das Schutzkonzept umfasst Basisschutz, Fehlerschutz, gegebenenfalls zusätzlichen Schutz sowie die fachgerechte Koordination der Abschaltbedingungen. Ein RCD schützt nicht automatisch vor allen Arten elektrischer Gefährdung und ersetzt keinen Überstromschutz.

Kontrollfragen zur Planprüfung: Ist das Netzsystem aus belastbarer Quelle angegeben? Sind N, PE und gegebenenfalls PEN eindeutig unterscheidbar? Sind Schutzeinrichtungen einem Abgang zugeordnet? Sind die erforderlichen Abschalt- und Prüfbedingungen als offene Nachweise eingetragen? Werden Zähler, Erzeugungszweig und Verteiler eindeutig gekennzeichnet?

Videohinweis: Externe Einführung in das TN-C-S-Prinzip von ElektrotechnikBasis123 (2021), urheberrechtlich beim Anbieter. Nur zur begrifflichen Analyse, nicht als Montageanleitung.

Normen und Verantwortlichkeiten

Die fachliche Planung orientiert sich an gültigen Ausgaben einschlägiger Regeln, beispielsweise an DIN VDE 0100 (Schutz, Leitungsauswahl und Prüfung), DIN EN IEC 61439 für Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sowie an den jeweils aktuellen technischen Anschlussregeln. Für netzparallel betriebene Erzeugungsanlagen ist VDE-AR-N 4105:2026-03 als derzeit veröffentlichte Anwendungsregel zu beachten; die konkreten Anwendungs- und Übergangsbestimmungen sind im Projekt zu klären. Die Datenblätter, Netzbetreiberbedingungen und Normausgaben sind im Planungsverzeichnis nachzuweisen. Dieser Kurs reproduziert keine geschützten Normtexte und erklärt keine Anlage als normkonform.

Die Erstprüfung elektrischer Anlagen setzt normgerechte Mess- und Prüfschritte durch befugte Fachkräfte voraus. In dieser Lernumgebung erstellt du ausschließlich eine Prüfanforderungsliste ohne Mess- oder Schalthandlungen. Eine fehlende Angabe wird als offener Punkt dokumentiert, niemals geraten.

Photovoltaik in die Energieplanung einbeziehen

Funktionskette und Schnittstellen

Photovoltaik wandelt Strahlungsenergie in elektrische Energie um. PV-Module liefern Gleichstrom, ein geeigneter Wechselrichter kann ihn zur netzgekoppelten Wechselstromnutzung aufbereiten. Typische Planungsobjekte sind Module, Strings, Wechselrichter, Schutz- und Trenneinrichtungen, Leitungswege, Messkonzept und Anschlussbedingungen. Insbesondere die maximalen Leerlaufspannungen bei niedriger Temperatur, MPPT-Spannungsbereiche und Stromgrenzen werden anhand echter Geräteunterlagen von Fachkräften geprüft. Das Schema zeigt Funktionsblöcke, keine Verdrahtungsanweisung.

Videohinweis: „So funktioniert eine Solaranlage – einfach erklärt“ von Vattenfall Deutschland (2023), urheberrechtlich beim Anbieter; Einführung zu Komponenten und Funktionsweise, keine Freigabe für Installationsarbeiten.

Ertrag und Vergleichsrechnung

Die installierte DC-Nennleistung ergibt sich aus P_PV = Modulanzahl · Modulnennleistung. Bei acht fiktiven Modulen mit 420 Wp ergibt das 8 · 420 Wp = 3 360 Wp = 3,36 kWp. Unter der ausdrücklich angenommenen spezifischen Jahresproduktion von 900 kWh je kWp folgt der Modellertrag E ≈ 3,36 · 900 = 3 024 kWh pro Jahr. Das ist kein Standortgutachten und kein garantierter Ertrag. Verschattung, Ausrichtung, Wetter, Degradation, Systemverluste, Erzeugungsprofil und Verbrauchsgleichzeitigkeit verändern den tatsächlichen Nutzen.

Für einen Variantenvergleich kannst du in einer Tabelle Anschaffungskosten, erwartete Jahresenergie, Wartung, mögliche Einsparungen und Unsicherheiten gegenüberstellen. Eigenverbrauch ist nicht gleich der gesamten PV-Erzeugung. Ohne zeitaufgelöstes Last- und Erzeugungsprofil lässt sich der Eigenverbrauchsanteil nicht seriös als fester Wert angeben. Zur Einordnung gehören zudem Netzanschluss, Dachstatik, Brandschutz und geltendes Energierecht in die Fachplanung.

CAD-Dokumentation, Modellfall und Qualitätssicherung

Berufstypischer Modellauftrag: Werkstattgebäude Alpha

Auftrag: Für ein vollständig erfundenes kleines Werkstattgebäude sollst du ein Übersichtsschaltbild, eine Stromkreisliste, eine Leistungsberechnung, einen vorläufigen Leitungs-Check, ein vereinfachtes PV-Konzept und eine offene Prüfliste erstellen. Die Aufgabe endet mit einer simulierten Planprüfung; es werden keine realen Geräte ausgewählt, angeschlossen oder freigegeben.

Alle folgenden Angaben sind synthetisch: angenommener Netzanschluss 400/230 V, 50 Hz, Netzsystem TN-S nur als Modellannahme. Vier Verbrauchergruppen:

Kennzeichen	Verbrauchergruppe	Elektrische Wirkleistung	Modellannahme	Zuordnung
SK-01	12 LED-Leuchten zu je 25 W	300 W	einphasig, cos φ = 1	L1
SK-02	3 Rechner zu je 200 W	600 W	einphasig, cos φ = 1	L2
SK-03	Vorführ-Steckdosenlast	2 000 W	einphasig, cos φ = 1	L3
SK-04	symmetrischer Drehstromlüfter	3 000 W elektrische Eingangsleistung	cos φ = 0,85	L1, L2, L3

Musterlösung mit Rechenschritten

Schritt 1 – Lastenliste: 300 + 600 + 2 000 + 3 000 = 5 900 W = 5,90 kW gleichzeitige elektrische Wirkleistung nur unter der Modellannahme, dass alle vier Gruppen gleichzeitig betrieben werden. Eine Betriebsstrombemessung darf darüber hinaus nicht einfach aus dieser Gesamtsumme ohne Stromkreisbetrachtung abgeleitet werden.

Schritt 2 – Einphasenströme: SK-01: 300/230 ≈ 1,30 A; SK-02: 600/230 ≈ 2,61 A; SK-03: 2 000/230 ≈ 8,70 A.

Schritt 3 – Drehstromstrom: SK-04: 3 000/(√3 · 400 · 0,85) ≈ 5,09 A je Außenleiter. Die gleichmäßige Zusatzbelastung ergibt im vereinfachten Modell L1 = 6,39 A, L2 = 7,70 A und L3 = 13,79 A. Ergebnis: L3 ist rechnerisch am stärksten belastet. Eine sinnvolle Planungsalternative wäre die Aufteilung der Steckdosenlast auf zwei unabhängige geeignete Stromkreise nach neuer Lasten- und Schutzprüfung; blindes Umklemmen ist ausdrücklich ausgeschlossen.

Schritt 4 – didaktischer Leitungstest: Nur für SK-03 wird eine fiktive Kupferleitung mit 20 m einfacher Länge und 2,5 mm² sowie ein beispielhafter, nicht freigegebener 10-A-Leitungsschutz betrachtet. Angenommene tabellarische Strombelastbarkeit unter ausdrücklich noch zu verifizierenden Bedingungen: I_Z = 18 A. Damit ist I_B = 8,70 A ≤ I_n = 10 A ≤ I_Z = 18 A als erster Zahlenvergleich erfüllt. Dieser Vergleich beweist weder die zulässige Verlegeart noch den vollständigen Überstrom-, Kurzschluss-, Abschalt- oder Berührungsschutz. Der vereinfachte 20-°C-Spannungsfall beträgt 2 · 20 · 8,70 · 0,0178 / 2,5 ≈ 2,48 V = 1,08 % von 230 V. Ein reales Projekt erfordert sämtliche zusätzlichen Nachweise und die tatsächliche Leitungs- und Geräteauswahl durch Fachkräfte.

Schritt 5 – PV-Vorschlag als Zahlenmodell: acht fiktive Module zu 420 Wp: 3,36 kWp. Bei 900 kWh/(kWp·a) angenommenem spezifischen Ertrag: 3 024 kWh/a. Die Entscheidung für ein reales Wechselrichter- oder Anschlusskonzept bleibt offen, weil Modulspannungsdaten, Schutzkonzept, Zählerkonfiguration, Netzbetreiberanforderungen und Dachbedingungen fehlen.

Schritt 6 – Musterarbeitsprodukte:

Datei/Blatt	Mindestinhalt	Ergebnis/Status
ALPHA-ETS-01 Übersicht	Zählpunkt, HV-01, SK-01 bis SK-04, gesonderter geplanter PV-Zweig, Legende	schematisch, keine Ausführung
ALPHA-ETS-02 Stromkreisliste	Last, Spannung, Leistung, Phasenzuordnung, angenommener Strom, Schutz-Nachweisfeld	SK-03: 8,70 A; Prüffelder offen
ALPHA-ETS-03 Berechnung	Formeln, Einheiten, Eingabewerte, Phasenbilanz, vereinfachter Spannungsfall	maximaler Modell-Außenleiterstrom 13,79 A
ALPHA-ETS-04 PV-Vergleich	Modulzahl, DC-Leistung, Ertragsannahme und Unsicherheiten	3,36 kWp; 3 024 kWh/a
ALPHA-ETS-05 Prüfliste	Netzbetreiber, Herstellerunterlagen, Selektivität, Kurzschluss, Erdung, Schutz, Spannungsfall und Dokumentenstand	keine Freigabe; Fachplanung erforderlich

Bewertungsraster für den Modellfall

Kriterium	4 Punkte	2 Punkte	0 Punkte
Auftragsanalyse	Grenzen, Eingaben und offene Daten vollständig	teilweise dokumentiert	zentrale Annahmen fehlen
Stromberechnung	alle vier Ströme und Phasenbilanz fachlich richtig	kleinere Rechen- oder Rundungsfehler	unbrauchbare Werte oder Einheiten
Leitungsprüfung	I_B, I_n, I_Z, Spannungsfall und Grenzen richtig eingeordnet	Zahlenvergleich richtig, Grenzen lückenhaft	reale Freigabe aus Teilrechnung abgeleitet
PV-Modell	3,36 kWp und 3 024 kWh/a mit Annahmen und Unsicherheit	Ergebnis ohne klare Einschränkung	Verwechslung von kW und kWh
CAD- und Tabellenunterlagen	Blätter, Kennzeichen, Legende, Version und Verknüpfungen vollständig	erkennbar, aber unvollständig	nicht nachvollziehbar
Sicherheit und Qualität	Normen, Prüfbedarf und Zuständigkeit klar als offen dokumentiert	einzelne Prüfungen fehlen	Anleitung zur realen Arbeit ohne Fachverantwortung

Auswertung: maximal 24 Punkte. 21–24: sehr sicher dokumentiert, 16–20: weitgehend nachvollziehbar, 10–15: gezielte Überarbeitung erforderlich, 0–9: grundlegende Überarbeitung erforderlich. Das Raster bewertet Lernprodukte, nicht die elektrische Sicherheit einer realen Anlage. Eine fachliche Planfreigabe wird damit nicht erteilt.

Fehlerdiagnose und Änderungskontrolle

Überprüfe eine absichtlich fehlerhafte Revision: SK-03 ist doppelt vergeben; bei SK-04 wurde der Leistungsfaktor vergessen; die Zählrichtung des PV-Zweigs fehlt; das Blatt hat keinen Revisionsstand; die 20-m-Leitung wurde in der Spannungsfallformel nochmals mit vier multipliziert. Führe ein Fehlerprotokoll mit Fundstelle – Ursache – Korrektur – Nachweis – Status. Erkläre bei jeder Korrektur, ob sie eine Rechnung, Zeichnung oder Projektannahme verändert. Eine saubere Versionierung verhindert, dass neue Berechnungsstände mit älteren Zeichnungen vermischt werden.

Interaktive Aufgaben

Multiple-Choice-Quiz

Wofür steht die Einheit kWh bei einer energietechnischen Anlage? (Für die erfasste elektrische Energie) (!Für die momentane elektrische Stromstärke) (!Für den Leiterquerschnitt) (!Für die Netzfrequenz)

Rückmeldung: Energie ist das Produkt aus Leistung und Zeit; Leistung allein wird beispielsweise in kW angegeben.

Welche Angabe darf in der Auftragsanalyse nicht unbesehen als feststehend gelten? (Das Netzsystem ohne Bestätigung durch geeignete Unterlagen) (!Die Blattnummer der eigenen CAD-Datei) (!Der Name einer selbst erfundenen Verbrauchergruppe) (!Das gewählte Dateiformat einer Übungszeichnung)

Rückmeldung: Netzsystem und Anschlussbedingungen müssen aus belastbaren Projektinformationen hervorgehen; Annahmen sind deutlich zu markieren.

Welcher Strom ergibt sich näherungsweise bei einer ohmschen Last mit 230 V und 2300 W? (10 A) (!1 A) (!100 A) (!0,1 A)

Rückmeldung: Mit I = P/U erhältst du 2300/230 = 10 A. Der Rechenweg gilt hier wegen der angegebenen Lastannahme.

Welcher Begriff bezeichnet die zulässige Strombelastbarkeit einer Leitung unter bestimmten Bedingungen? (I_Z) (!P_PV) (!cos phi) (!E)

Rückmeldung: I_Z ist von Verlegeart, Umgebungsbedingungen und weiteren Einflüssen abhängig und muss passend ermittelt werden.

Was kennzeichnet ein TN-S-System grundlegend? (Neutralleiter und Schutzleiter sind getrennt geführt) (!Neutralleiter und Schutzleiter sind an jedem Endgerät verbunden) (!Der Schutzleiter wird durch die Außenleiter ersetzt) (!Es besitzt grundsätzlich keine Erdverbindung)

Rückmeldung: Die Trennung von N und PE ist ein Grundmerkmal von TN-S; Schutzbedingungen sind zusätzlich zu prüfen.

Welche Darstellung eignet sich besonders für die Übersicht über Abgänge und Funktionsblöcke? (Einpoliger Übersichtsschaltplan) (!Unbemaßte Möbelskizze) (!Reines Titelblatt ohne Legende) (!Aufstellung privater Kontaktdaten)

Rückmeldung: Einpolige Übersichtsschaltpläne reduzieren Details, behalten aber die wichtige Anlagenstruktur und Kennzeichnungen bei.

Wie groß ist die installierte PV-Nennleistung aus acht Modulen zu je 420 Wp? (3,36 kWp) (!336 kWp) (!0,42 kWp) (!8,42 kWp)

Rückmeldung: 8 mal 420 Wp sind 3360 Wp, also 3,36 kWp. Diese Nennleistung ist kein Jahresenergieertrag.

Was bedeutet eine nicht bestätigte Strombelastbarkeit I_Z im Entwurf? (Sie bleibt als offener Nachweis in der Prüfliste) (!Die Leitung darf sofort freigegeben werden) (!Die Angabe wird durch den Strom des Zählers ersetzt) (!Der Spannungsfall muss nicht mehr berechnet werden)

Rückmeldung: Ein angenommener Wert darf nicht zur realen Freigabe verwendet werden; die Auslegung braucht belegte Daten und weitere Schutzprüfungen.

Welche Größe benötigst du zur Näherungsberechnung der PV-Jahresenergie aus kWp? (Eine begründete spezifische Jahresertragsannahme) (!Nur die Farbe des Modulrahmens) (!Nur den Namen der CAD-Software) (!Nur die Stromkreiskennzeichnung)

Rückmeldung: Der angenommene spezifische Ertrag in kWh je kWp und Jahr setzt sich mit der Leistung zur Jahresenergie zusammen.

Welche Aussage zur Modellrechnung eines Stromkreises ist richtig? (Ein bestandener Nennstromvergleich ersetzt keinen vollständigen Schutz- und Normnachweis) (!Jede richtig gerundete Rechnung ist eine sichere Anlagenfreigabe) (!Bei PV entfällt grundsätzlich der Leitungsschutz) (!Ein RCD ersetzt in jedem Stromkreis jede Überstromschutzeinrichtung)

Rückmeldung: Bemessung und Prüfung umfassen zusätzliche Bedingungen, Verantwortlichkeiten und normgerechte Nachweise.

Memory

Finde die sechs zusammengehörigen Fachbegriffe und Erläuterungen.

Elektrizitätszähler	Erfasst elektrische Energie über die Zeit
Stromkreisverteiler	Ordnet und verteilt elektrische Abgänge
Schutzleiter	Leiter für festgelegte Schutzfunktionen
Wechselrichter	Wandelt für den vorgesehenen Einsatz Gleichstrom in Wechselstrom
Lastenliste	Dokumentiert Leistungsdaten und Betriebsannahmen
Übersichtsschaltplan	Zeigt die wesentliche elektrische Anlagenstruktur

Drag-and-Drop

Ordne jedem Prüfbegriff die passende fachliche Aussage zu.

Fachbegriff	Passende Beschreibung
Betriebsstrom	Rechenstrom des betrachteten Verbraucherstromkreises
Leiterquerschnitt	Geometrischer Leiterwert mit Einfluss auf Widerstand und Belastbarkeit
Spannungsfall	Spannungsdifferenz entlang eines stromdurchflossenen Leitungswegs
Phasenbilanz	Vergleich der angenommenen Belastung der Außenleiter
Revisionsstand	Eindeutige Kennzeichnung einer Zeichnungsversion

Kreuzworträtsel

Löse die sechs Fachbegriffe. Jede Lösung ist ein einzelnes Wort.

Wechselrichter	Welches Gerät bereitet Gleichstrom einer PV-Anlage als Wechselstrom auf?
Stromkreis	Wie heißt ein abgegrenzter elektrischer Versorgungsweg mit zugehöriger Last?
Netzsystem	Welcher Oberbegriff umfasst die Formen TN, TT und IT?
Photovoltaik	Wie heißt die direkte Umwandlung von Licht in elektrische Energie?
Leitungsschutz	Welcher Fachbegriff bezeichnet den Überstromschutz von Leitungen?
Einspeisung	Wie nennt man die Abgabe elektrischer Energie in eine elektrische Versorgung?

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Lückentext

Ein Elektrizitätszähler erfasst die elektrische

in Kilowattstunden.

Eine Zeichnung der grundlegenden Anlagenstruktur heißt

.

Die Stromstärke wird in der Einheit

angegeben.

Die elektrische Leistung wird in der Einheit

angegeben.

Das Kürzel für den Schutzleiter lautet

.

Im TN-S-Netz sind Neutralleiter und Schutzleiter

geführt.

Eine PV-Anlage erzeugt zunächst elektrischen

.

Für die Umwandlung in netzgeeigneten Wechselstrom wird ein

genutzt.

Die installierte PV-Spitzenleistung kann in

angegeben werden.

Eine Stromkreisliste erhält eine eindeutige

.

Die Leitungslänge beeinflusst den elektrischen

.

Ohne geprüfte Nachweise bleibt die Anlagenfreigabe

.

Offene Aufgaben

Leicht

Lastenliste: Erstelle für drei fiktive Verbraucher mit 200 W, 500 W und 800 W eine Tabelle mit Leistung, Einheit, angenommener Nutzungszeit und Energiebedarf. Muster: Für 500 W bei 2 h sind 1 kWh anzugeben; alle Eingaben müssen kenntlich sein.
Übersichtsschaltplan: Zeichne rein schematisch eine Versorgungskette mit Netzübergabe, Zähler, Hauptverteiler, Unterverteiler und zwei Abgängen. Kriterien: fünf korrekt beschriftete Funktionsblöcke, gerichtete Zuordnung und Legende.
Elektrizitätszähler: Vergleiche kW und kWh anhand eines fiktiven Stromzählerprotokolls mit 1220 kWh am Montag und 1235 kWh am Freitag. Muster: Differenz 15 kWh; keine Angabe über momentane Leistung möglich.
Photovoltaik: Berechne die Nennleistung von sechs Modulen zu 400 Wp und beschreibe die Bedeutung von Wp. Muster: 2400 Wp = 2,4 kWp; keine Garantie für die aktuelle Erzeugung.

Standard

Drehstrom: Berechne bei einer symmetrischen fiktiven Dreiphasenlast P = 4 kW, 400 V und cos φ = 0,8 den Strom und benenne die Annahmen. Muster: etwa 7,22 A je Außenleiter; elektrische Wirkleistung, sinusförmiges Modell.
Spannungsfall: Berechne für 15 m Kupfermodellleitung mit 10 A, 2,5 mm² und ρ = 0,0178 den vereinfachten einphasigen Spannungsfall. Muster: 2,136 V oder etwa 0,93 % von 230 V; Temperaturgrenze nennen.
Stromkreisverteiler: Entwickle für fünf frei erfundene Abgänge eine CAD-Stromkreisliste mit einheitlichem Kennzeichnungssystem und offenen Schutzprüffeldern. Kriterien: eindeutige Nummern, Lastdaten, Normen-/Datenblattbedarf und Revision.
Photovoltaikanlage: Vergleiche zwei fiktive PV-Varianten mit 2,4 kWp und 3,6 kWp bei jeweils 850 kWh/(kWp·a). Muster: 2040 und 3060 kWh/a; Differenz 1020 kWh/a, ohne Eigennutzungsversprechen.

Schwer

Netzsystem: Diagnoseaufgabe: Ein Plan behauptet TN-S, zeichnet aber einen gemeinsamen N-/PE-Leiter im Endstromkreis. Erstelle ein Fehlerprotokoll und fordere geeignete Netz- und Schutzunterlagen nach. Kriterien: Widerspruch begründet, keine eigenmächtige Umverdrahtung, offene Fachprüfung.
Leitungsdimensionierung: Bewerte den fiktiven Vergleich I_B = 12 A, I_n = 16 A, I_Z = 14 A und schreibe eine Prüfliste für die nicht nachgewiesenen Bedingungen. Muster: I_n ist größer als I_Z; Modellvergleich nicht erfüllt, keine reale Geräteempfehlung.
Energieversorgung: Entwerfe zwei Alternativen für das synthetische Werkstattgebäude Alpha und gewichte Zuverlässigkeit, Planbarkeit, Umweltwirkung und Kosten mit einer transparenten Bewertungsmatrix. Kriterien: nachvollziehbare Gewichtung, Annahmen und Entscheidung mit Unsicherheiten.
Technische Dokumentation: Erstelle ein komplettes fiktives fünfseitiges CAD-/Tabellenpaket zum Modellfall samt Versionsliste, Variantenvergleich, Berechnungen und Prüffragen. Kriterien: konsistente Kennzeichnungen, belegbare Zahlen, sichtbare Grenzen und keine Anlagenfreigabe.

Lernkontrolle

Bearbeite die folgenden zusätzlichen Aufgaben schriftlich oder mit einer Tabellenkalkulation. Sie sind keine Originalprüfungsfragen.

Fehleranalyse: Eine Rechnung addiert 3 kW Leistung und 500 kWh Energie zu 503 und bezeichnet das Ergebnis als „Gesamtverbrauch“. Erkläre den Einheitenfehler und entwickle ein korrektes Beispiel mit Zeitbezug. Erwartung: erst E = P · t mit eindeutiger Zeitannahme.
CAD: Im Übersichtsschaltplan führt ein Abgang UV-02, in der Stromkreisliste UV-03. Stelle einen Änderungsprozess mit Quellenprüfung und Revision dar. Erwartung: Kennzeichenabgleich auf beiden Blättern und protokollierte Korrektur.
Leitungsschutz: Vergleiche I_B = 9 A, I_n = 10 A, I_Z = 8 A und beschreibe die fachliche Konsequenz. Erwartung: I_n ≤ I_Z verletzt; Auswahl und Bedingungen durch Fachplanung neu prüfen.
Netzsystem: Vergleiche die Grundprinzipien von TN-S und TT und liste Nachweise auf, die eine fachliche Freigabe benötigen würde. Erwartung: Erdungs-/PE-Konzept, Schutzgeräte, Abschalt- und Prüfbedingungen; keine Freigabe aus dem Diagramm.
Photovoltaik: Ein Plan setzt 3,36 kWp installierte PV-Leistung mit 3360 kWh Jahresertrag gleich. Prüfe diese Aussage und rechne mit 750 und 1000 kWh/(kWp·a) zwei Szenarien. Erwartung: 2520 bis 3360 kWh/a als bloße Modellszenarien.
Beruflicher Transfer: Nenne fünf fehlende Unterlagen, die aus dem Lernmodell Alpha einen prüffähigen Fachplanungsprozess machen könnten, und ordne Zuständigkeiten zu. Erwartung: echte Netzparameter, Herstellerangaben, Anschlussregeln, Verlegebedingungen, Schutz- und Prüfkonzept; Verantwortung bei qualifizierten Beteiligten.

Lernnachweis

Dein Portfolio enthält (1) eine begründete Auftragsanalyse mit Anlagen- und Lastengrenzen, (2) eine nachvollziehbare Lasten- und Stromkreisliste, (3) Berechnungen mit Formeln, Einheiten und plausibler Rundung, (4) ein einpoliges CAD-Übersichtsschema mit Kennzeichen und Legende, (5) ein PV-Szenario samt Annahmen, (6) ein Fehler- und Revisionsprotokoll, (7) die ausgefüllte offene Prüfliste und (8) ein reflektiertes Fachgespräch über Zielkonflikte und Sicherheitsgrenzen. Du zeigst fachliches Können, indem du Berechnung, Quelle, Interpretation und verbleibende Unsicherheit trennst.

Selbstbewertung: Prüfe zuerst, ob du Werte und Einheiten reproduzieren kannst, dann ob du Plan und Tabelle widerspruchsfrei verknüpft hast, und zuletzt, ob du eine unsichere Behauptung erkennst und als „offen“ kennzeichnest. Ein Lernnachweis ist ausdrücklich kein Nachweis, dass du eine reale Elektroanlage eigenständig prüfen oder freigeben darfst.

OER und Wikipedia

Rahmen und Ausbildung:

KMK-Rahmenlehrplan Technischer Systemplaner, Lernfeld 8 ETS auf Seite 37 – KMK, 27.05.2011; amtliche Grundlage, nicht als offen lizenzierter Volltext übernehmen.
BIBB-Berufsprofil Technischer Systemplaner, Fachrichtung Elektrotechnische Systeme – korrektes ETS-Fachprofil; die Profil-ID 270810 gehört zur anderen Fachrichtung VAT.
Ausbildungsordnung, § 3 – Fachrichtungen und gemeinsame Qualifikationen.
Ausbildungsordnung, § 25 und § 26 – Prüfungsstruktur für ETS; keine Übernahme von Originalaufgaben.
VDE FNN: Technische Anschlussregel Erzeugungsanlagen am Niederspannungsnetz – Informationen zur gültigen VDE-AR-N 4105:2026-03; Normvolltext gesondert zu beziehen.
DKE: VDE-AR-N 4105:2026-03 – Geltungsbereich und bibliografische Angaben.
DIN Media: Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen – auf aktuelle ersetzende Ausgabe und Projektanwendung achten.

Wikipedia als zusätzliche Lernquelle, nicht als Normersatz:

Stromzähler – Messprinzipien und Fachbegriffe.
Drehstrom – Grundlagen und Zusammenhänge.

Bildnachweise und Nutzungsrechte: Die verlinkten Wikimedia-Commons-Dateibeschreibungen dokumentieren Urheberschaft und Freigabe. Unveränderte Einbindung; alle Legenden in diesem Kurs dienen der Didaktik.

Eingebundene Datei	Quellen-/Rechtenachweis	Urheber	Lizenz
File:One-line diagram.svg	Datei und Lizenz	BillC	CC BY 3.0
File:Transparent Electricity Meter found in Israel.JPG	Datei und Lizenz	Kay010203	CC BY-SA 3.0
File:Fuses.svg	Datei und Lizenz	Justin Force	Gemeinfrei laut Dateibeschreibung
File:Three-phase star schematic.svg	Datei und Lizenz	Intgr (Marti Raudsepp)	Gemeinfrei laut Dateibeschreibung
File:TN-C-S-earthing.svg	Datei und Lizenz	DiscreetParrot	CC0 1.0
File:TT-earthing.svg	Datei und Lizenz	DiscreetParrot	CC0 1.0
File:From a solar cell to a PV system.svg	Datei und Lizenz	Rfassbind	Gemeinfrei laut Dateibeschreibung

Verlinkte Fachvideos: TN-C-S-Netzsystem in der Stromversorgung, ElektrotechnikBasis123, veröffentlicht 06.01.2021; So funktioniert eine Solaranlage – einfach erklärt, Vattenfall Deutschland, veröffentlicht 27.01.2023. Die eingebetteten Videos sind keine OER-Lizenzfreigabe; Rechte verbleiben bei den jeweiligen Rechteinhabern. Keine Sofatutor-Materialien. Fachnormen, Datenblätter und Medien können aktualisiert werden; Stand der hier recherchierten Informationen: Oktober 2026.

Verknüpfte Lernbereiche

Die folgenden Bereiche gehören zu einer durchgängigen beruflichen Planung: den Auftrag verstehen, Lasten berechnen, Schutzgrenzen erkennen, in CAD darstellen, Erzeugung vergleichen und die Dokumentation kontrollieren.

Berufsportal Technischer Systemplaner

Energieversorgung

Anlagenschutz und Dokumentation

Regenerative Energie