Schaltgerätekombinationen

Aus Planungskompendium Energieverteilung

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Inhaltsverzeichnis


Verteilungsanlagen, einschließlich der NS-Hauptverteilung, sind entscheidend für die Betriebssicherheit einer elektrischen Anlage. Sie müssen den im Bereich Aufbau und Konstruktion von NS-Schaltgerätekombinationen gültigen Normen entsprechen.

Eine Schaltgerätekombination ist der Punkt, an dem sich eine Energieeinspeisung in einzelne Stromkreise aufteilt, wobei jeder der Stromkreise durch Überstromschutz einrichtungen (z.B. Leistungsschalter oder Sicherungen) und zugehörige Schaltgeräte der Schaltgerätekombination geschützt und geschaltet werden. Eine Schaltgerätekombination ist in mehrere Funktionseinheiten aufgeteilt, die jeweils alle elektrischen und mechanischen Elemente enthalten, die zum Ausführen einer bestimmten Funktion notwendig sind. Sie stellen ein Schlüsselelement für die Betriebssicherheit der elektrische Anlage dar.

Folglich muss der Verteilertyp perfekt auf die jeweilige Anwendung abgestimmt sein. Aufbau und Konstruktion der Anlage müssen den gültigen Normen und Anforderungen entsprechen.

Das Gehäuse der Schaltgerätekombination bietet zweifachen Schutz:

  • Schutz von Personen gegen einen möglichen elektrischen Schlag (siehe Schutz von Betriebsmitteln durch Gehäuse: IP- und IK-Codes).
  • Schutz der Schaltgeräte, Anzeigegeräte, Relais, Sicherungen usw. gegen mechanische Beanspruchung, Schwingungen und andere äußere Einflüsse, die den einwandfreien Betrieb der Anlage stören könnten (elektromagnetische Störbeeinflussung, Staub, Feuchtigkeit, Ungeziefer usw.)

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationstypen

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen können sich hinsichtlich des Anwendungstyps und des verwendeten Aufbauprinzips unterscheiden (zentral oder dezentral über Schienenverteiler).

Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen und deren spezifische Anwendungen

Die Lastanforderungen bestimmen die Art der auszuwählenden Schaltgerätekombination.

Die wichtigsten Schaltgerätekombinationstypen sind:

  • die Niederspannungs-Hauptverteilung (NSHV, siehe Abb. E47a)
  • Motor Control Center zum Schalten und Steuern von Motoren (MCC, siehe Abb. E47b)

Abb. E47Beispl. einer Niederspannungs-Hauptvertelung und eines Motor Control Centers

  • Bereichs.- und Unterverteilungen (siehe Abb. E48)

Abb. E48Eine Unterverteilung (Prisma G)

  • Endverteilungen (siehe Abb. E49)

Abb. E49Installationsverteiler

Schaltgerätekombinationen für spezielle Anwendungen (z.B. Heizungen, Aufzüge, industrielle Prozesse) können wie folgt platziert werden:

  • neben der NSHV oder
  • in der Nähe der jeweiligen Anwendung

Bereichs.- Unter- und Endverteilungen sind im Allgemeinen über den gesamten Standort verteilt.

Zwei Techniken von Schaltgerätekombinationen

Es wird unterschieden zwischen:

  • herkömmlichen Schaltgerätekombinationen, in denen die Schaltgeräte, Sicherungen usw. auf einem Träger/Montageplatte auf der Gehäuserückseite befestigt sind,
  • Funktionalen Schaltgerätekombinationen für spezielle Anwendungen, die auf einem modularen und genormten Aufbau basieren.

Herkömmliche Schaltgerätekombinationen

Die Schaltgeräte, Sicherungen usw. befinden sich normalerweise auf einem Träger/Montageplatte auf der Gehäuserückseite. Die Anzeige-und Steuergeräte (Messgeräte, Lampen, Drucktaster usw.) sind an der Vorderseite der Schaltgerätekombination angebracht.

Die Anordnung der Komponenten innerhalb des Gehäuses muss sehr sorgfältig geprüft werden, wobei die Abmessungen jedes Teils, die durchzuführenden Anschlüsse und die für einen sicheren und störungsfreien Betrieb notwendigen Abstände zu berücksichtigen sind.

Funktionale Schaltgerätekombinationen

Im Allgemeinen sind diese Schaltgerätekombinationen für spezielle Anwendungen bestimmt. Sie bestehen aus Funktionsmodulen, die jeweils die Schaltgeräte zusammen mit dem Standardzubehör für Montage und Anschlüsse enthalten, so dass ein hoher Grad an Betriebssicherheit und ein Freiraum für Änderungen in letzter Minute oder in der Zukunft sichergestellt ist.

  • Viele Vorteile
Funktionale Schaltgerätekombinationen werden auf allen Ebenen elektrischer NS-Verteiler verwendet, vom NS-Hauptverteiler bis zum Installationskleinverteiler. Ihre zahlreichen Vorteile sind:
  • Systemmodularität, die die Integration zahlreicher Funktionen in eine einzige Schaltanlage ermöglicht, z.B. Schutz, Steuerung, technische Verwaltung und Überwachung von elektrischen Anlagen. Der modulare Aufbau erleichtert ebenso Wartung, Betrieb und Erweiterungen der Schaltanlage.
  • Schneller Aufbau der Schaltanlage durch einfaches Hinzufügen von Funktionsmodulen.
  • Schnellere Montage von vorgefertigten Komponenten.
  • Schließlich werden diese Schaltgerätekombinationen Prüfungen unterzogen, die eine hohe Betriebssicherheit gewährleisten.
Die neuen Baureihen Funktionaler Schaltgerätekombinationen Prisma G und P der Firma Schneider Electric sind für Anwendungen bis 4000 A geeignet und bieten folgende Vorteile:
  • einen flexiblen und einfachen Aufbau von Schaltgerätekombinationen
  • die Konformität einer Schaltanlage mit IEC 61439 ff (VDE 0660-600 ff) und damit die Gewährleistung eines sicheren Betriebs
  • Zeiteinsparungen in allen Phasen, von der Planung bis zum Einbau, sowie Modifikationen oder Erweiterungen
  • einfache Anpassung z.B. an die speziellen Arbeitsmethoden und Gewohnheiten in verschiedenen Ländern.

Die Abbildungen Abbildung E47a, E48 und E49 zeigen Beispiele für Funktionale Schaltgerätekombinationen für verschiedene Bemessungsleistungen und Abbildung E47b zeigt eine hochverfügbare Funktionale Schaltanlage für die Industrie.

  • Die wichtigsten Typen von Funktionseinheiten (IEC 61439-1/-2 (VDE 0660-600-1/-2))In Funktionalen Schaltgerätekombinationen werden drei grundlegende Techniken verwendet.
  • Funktionseinheiten in Festeinbautechnik (siehe Abb. E50)

„Baugruppen, bestehend aus Betriebsmitteln, die auf einer gemeinsamen Tragkonstruktion für festen Einbau zusammengebaut und verdrahtet sind.“ siehe auch Verteilung über Kabel/Leitungen oder Aderleitungen

Diese Einheiten können unter Spannung nicht von der Versorgung getrennt werden, so dass jeder Eingriff für Wartungs-, Änderungsmaßnahmen usw. das Ausschalten der gesamten Schaltanlage erfordert. Geräte in Steckeinsatz- oder Einschubtechnik können jedoch zur Minimierung von Ausschaltzeiten und zur Verbesserung der Verfügbarkeit der restlichen Anlage eingesetzt werden.

Abb. E50Kombination eines Installationsverteilers mit Funktionseinheiten in Festeinbautechnik (Prisma G)

  • herausnehmbares Teil (siehe Abb. E51)

„Baugruppe, bestehend aus Betriebsmitteln, die auf einer gemeinsamen Tragkonstruktion zusammengebaut und verdrahtet sind, die als Ganzes von der Schaltgerätekombination entfernt und ausgetauscht werden darf, auch wenn der Stromkreis, an den sie angeschlossen ist, unter Spannung steht.“ siehe auch Verteilung über Schienenverteiler.

Jede Funktionseinheit ist auf einer abnehmbaren Montageplatte befestigt und mit vorgeschalteten Trenneinrichtungen (sammelschienenseitig) und mit nachgeschalteten Trenneinrichtungen (abgangsstromkreisseitig) ausgestattet. Die komplette Einheit kann daher für Instandhaltungsmaßnahmen entfernt werden, ohne dass die gesamte Schaltgerätekombination freigeschaltet werden muss.

Abb. E51Schaltanlage mit Funktionseinheiten in Steckeinsatztechnik

  • Einschubtechnik (siehe Abb. E52)

„Herausnehmbares Teil, das von der Betriebsstellung zur Trennstellung oder, falls vorhanden, zu einer Prüfstellung gebracht werden kann, während es mechanisch mit der Energie-Schaltgerätekombination verbunden bleibt.“

Die Schaltgeräte und das entsprechende Zubehör für eine komplette Funktion sind auf einer horizontal herausnehmbaren Einschubkassette befestigt. Die Funktion ist im Allgemeinen sehr umfangreich und betrifft häufig Motorsteuerungen.

Eine Trennung ist sowohl auf der vor- als auch auf der nachgeschalteten Seite möglich und zwar durch die vollständige Entnahme der Einschubkassette. Somit ist ein schnelles Austauschen einer fehlerhaften Einheit möglich, ohne dass die restliche Energie-Schaltgerätekombination ausgeschaltet werden muss.

Abb. E52Schaltanlage mit Funktionseinheiten in Einschubtechnik

Normen

Die Konformität mit der NS-Richtlinie und den gültigen Normen ist unerlässlich, um eine angemessene Betriebssicherheit zu gewährleisten.

Verschiedene Normen

Die Norm 61439-1/-2 (VDE 0660-600-1/-2) legt drei Faktoren fest, die die Betriebssicherheit beträchtlich erhöhen:

  • klare Definition von Funktionseinheiten
  • Formen der Trennung von nebeneinanderliegenden Funktionseinheiten gemäß den Benutzeranforderungen
  • klar definierte Stück- und Typprüfungen.
  • Kategorien von Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen nach 61439-1/-2 (VDE 0660-600-1/-2)
Nach der Normenreihe 61439 ff (VDE 0660-600 ff) können Normenkonformität und Bauartnachweis wie folgt erbracht werden:
  • Nachweis durch Prüfung
„Prüfung an einem Muster einer Schaltgerätekombination oder an Teilen von Schaltgerätekombinationen, um zu zeigen, dass die Bauart die Anforderungen der zutreffenden Schaltgerätekombinationsnorm erfüllt.“ (3.9.1.1)
  • Nachweis durch Vergleich
„Struktureller Vergleich der geplanten Konstruktion einer Schaltgerätekombination oder von Teilen einer Schaltgerätekombination mit einer Referenzkonstruktion, nachgewiesen durch Prüfung.“ (3.9.1.2)
  • Nachweis durch Begutachtung
„Bauartnachweis festgelegter Konstruktionsregeln oder Berechnungen an einem Muster einer Schaltgerätekombination oder an Teilen von Schaltgerätekombinationen, um zu zeigen, dass die Bauart die Anforderungen der zutreffenden Schaltgerätekombinationsnorm erfüllt.“ (3.9.1.3)
  • Funktionseinheiten
Die gleiche Norm definiert eine Funktionseinheit als:
  • „Teil einer Schaltgerätekombination, der alle elektrischen und mechanischen Bauteile einschließlich Schaltgeräte umfasst, die zur Erfüllung der gleichen Funktion beitragen.
Anmerkung: Leiter, die mit einer Funktionseinheit verbunden sind, die sich aber außerhalb des Abteils oder des durch das Gehäuse geschützten Raums befinden (z.B. Leitungen von Hilfsstromkreisen, angeschlossen an einem gemeinsamen Abteil), werden nicht als Teil der Funktionseinheit betrachtet.“ (3.1.8)
  • Eine Schaltgerätekombination beinhaltet Eingangs-Funktionseinheiten und Funktionseinheiten für Abgangsstromkreise, je nach Betriebsanforderungen der Anlage. Desweiteren werden verschiedene Techniken für Schaltgerätekombinationen verwendet: Funktionseinheiten in Einsatztechnik, herausnehmbar (Stecktechnik) oder in Einschubtechnik.
  • Innere Unterteilung von Schaltgerätekombinationen (siehe Abb. E53a und Abb. E53b
Die Trennung von Funktionseinheiten innerhalb der gleichen Kombination erfolgt in verschiedenen Formen, die für unterschiedliche Betriebsbedingungen vorgegeben sind.
Die verschiedenen Formen werden durch die Ziffern 1 bis 4 und den Buchstaben „a” oder „b” gekennzeichnet. Die Ziffern (1 bis 4) sind kumulativ, d.h. eine Form mit einer höheren Ziffer beinhaltet die Formmerkmale mit niedrigeren Ziffern.
Nach IEC 61439-2 (VDE 0660-600-2) unterscheidet man zwischen:
  • Form 1: Keine innere Unterteilung
  • Form 2: Unterteilung zwischen Sammelschienen und allen Funktionseinheiten
  • Form 3: Unterteilung zwischen Sammelschienen und allen Funktionseinheiten, Unterteilung zwischen allen Funktionseinheiten untereinander, Unterteilung der Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter sowie dieser Leiter von den Funktionseinheiten, aber nicht von den Anschlüssen anderer Funktionseinheiten
  • Form 4: Unterteilung zwischen Sammelschienen und allen Funktionseinheiten, Unterteilung aller Funktionseinheiten untereinander, Unterteilung der zu einer Funktionseinheit gehörenden Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter, von denen aller anderen Funktionseinheiten und den Sammelschienen, Unterteilung der von außen herangeführten Leiter von den Sammelschienen, Unterteilung der zu einer Funktionseinheit gehörenden und von außen herangeführten Leiter von anderen Funktionseinheiten und ihren Anschlüssen.

Die Entscheidung über die zu verwendende Form ist zwischen dem Hersteller und dem Anwender abzustimmen.

Die Funktionalen Schaltgerätekombinationen der Baureihe Prima P bieten Lösungen für die Formen 1, 2b, 3b, 4a, 4b.

  • Bauartnachweis und Stücknachweis

Sie gewährleisten die Normenkonformität jeder Schaltgerätekombination. Durch Vorhandensein von Dokumentationen für die funktionalen Schaltanlagen, auf Basis durchgeführter Prüfungen bei unabhängigen Prüfinstituten erstellt wurden, erhält der Benutzer die Sicherheit, eine Anlage zu bekommen, die seinem Sicherheitsbedürfnis entspricht.

Abb. E53aVerschiedene Formen Funktionaler NS-Schaltgerätekombinationen

Hauptmerkmal Weitere Merkmale Form
Keine innere Unterteilung Form 1
Innere Unterteilung zwischen Sammelschienen und Funktionseinheiten Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter nicht von den Sammelschienen unterteilt Form 2a
Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter von den Sammelschienen unterteilt Form 2b
Innere Unterteilung zwischen Sammelschienen und allen Funktionseinheiten und Funktionseinheiten untereinander. Unterteilung zwischen den Anschlüssen für von außen herangeführte Leiter von den Funktionseinheiten, aber nicht zwischen den Anschlüssen der Funktionseinheiten. Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter nicht von den Sammelschienen unterteilt Form 3a
Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter von den Sammelschienen unterteilt Form 3b
Innere Unterteilung zwischen Sammelschienen und allen Funktionseinheiten und zwischen allen Funktionseinheiten untereinander. Innere Unterteilung zwischen den Anschlüssen für von außen herangeführte Leiter, die einer Funktionseinheit zugeordnet sind, und den Anschlüssen aller anderen Funktionseinheiten sowie den Sammelschienen. Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter in dem selben Fach wie die angeschlossene Funktionseinheit Form 4a
Anschlüsse für von außen herangeführte Leiter, nicht in demselben Fach wie die angeschlossene Funktions
einheit.
Form 4b

Abb. E53bFormen der inneren Unterteilung

Fernüberwachung und -steuerung der elektrischen Anlage

Der vollständige Zugriff auf elektrische Daten und intelligente Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen sind jetzt Realität.

Fernüberwachung und -steuerung sind nicht länger auf große Anlagen beschränkt. Diese Funktionen werden immer häufiger angewendet und ermöglichen beträchtliche Kosteneinsparungen. Die wichtigsten Vorteile sind:

  • Erfassung von elektrischen Verbrauchsdaten und Zuordnung auf Kostenstellen.
  • Reduzierung der Kosten zur Wartung und Aufrechterhaltung eines ungestörten Betriebsablaufs der Niederspannungs-Schaltgerätekombination.
  • Bessere Investitionsnutzung, besonders hinsichtlich der Optimierung der Lebensdauer der Niederspannungs-Schaltgerätekombination.
  • Bessere Energienutzung (in einem Gebäude oder in industriellen Prozessen) aufgrund einer verbesserten Energieverfügbarkeit und/oder -qualität.

Die obigen Möglichkeiten sind umso mehr eine Option angesichts der Liberalisierung des elektrischen Energiemarktes.

Modbus wird immer häufiger als offener Standard eingesetzt für die Kommunikation innerhalb der Schaltgerätekombination und zwischen der Schaltgerätekombination und den Energieüberwachungs- und -steuerungsgeräten des Kunden. Modbus ist in zwei Ausführungen erhältlich (Twisted Pair (RS 485), Ethernet-TCP/IP (IEEE 802.3)).

Die Seite www.modbus.org enthält alle Busspezifikationen und aktualisiert ständig die Liste mit Produkten und Firmen, die den offenen Industriestandard verwenden. Die Verwendung von Webtechnologien hat stark zum verstärkten Einsatz dieses Standards beigetragen, da die Zugriffskosten dieser Funktionen durch die Verwendung einer heutzutage universellen Schnittstelle drastisch abgenommen haben und durch eine Offenheit und Erweiterbarkeit, die es vor ein paar Jahren einfach noch nicht gab.