Verfügbarkeit elektrischer Energie

Eine hohe Verfügbarkeit elektrischer Energie erhält man durch:

Aufteilung von Anlagen

Sofern hohe Leistungen von mehreren MVA benötigt werden, sollten mehrere Transformatoren verwendet werden, um Verbrauchergruppen, je nach ihrem Verhalten am Netz, besser zu versorgen, wie z.B.:

• Computersysteme, die gegenüber Spannungsschwankungen (Einbrüchen und Spitzen) und Oberschwingungen empfindlich sind,
• Stromkreise, die Oberschwingungen erzeugen, wie z.B. Entladungslampen, verschiedene Arten elektrischer Umrichter (thyristorgesteuerte Gleichrichter, Wechselrichter, Motordrehzahlsteuerungen usw.)
• Stromkreise, die große Spannungsschwankungen erzeugen, wie z.B. große Motoren, Lichtbogenöfen usw.

Ersatzstromquellen

Beispiele hierfür sind redundante Versorgungen zweier HS/NS-Umspannstationen, Generatoranlagen, BHKWs, USV-Anlagen und eigenständige Notbeleuchtungsanlagen.

Unterteilung von Stromkreisen

Stromkreise werden entsprechend den gültigen Vorschriften, Normen und Betriebs-anforderungen unterteilt in AV-Stromkreise (allgemeine Stromversorgung) oder SV-Stromkreise (sichere Stromversorgung). Durch diese Aufteilung wird sichergestellt, dass der Betrieb von sicherheitsrelevanten Stromkreisen oder Stromkreisen mit hoher Verfügbarkeit nicht durch einen Fehler in der allgemeinen Stromversorgung beeinträchtigt wird (siehe Abb. E13 und Abb. E14).

Abb. E13 – Die Stromkreise der allgemeinen Stromversorgung (AV) sind von den Stromkreisen der sicheren Stromversorgung (SV) getrennt. In hochverfügbaren Anlagen wird die SV-Versorgung oft zusätzlich gestützt durch eine USV oder Batterieanlage.

Abb. E14 – Beispiel für eine HS-Ersatzstrom-Versorgung

Wahl des Systems nach Art der Erdverbindung

In Anlagen, in denen die Versorgungskontinuität vorrangig ist, z.B. in der Prozesstechnik, im Krankenhausbereich usw. wird im Allgemeinen ein ungeerdetes System, d.h. ein IT-System eingesetzt.

Dieses System ermöglicht einen normalen (und sicheren) Anlagenbetrieb bei Auftreten eines ersten Fehlers (die am häufigsten auftretenden Isolationsfehler sind der Erdschluss und der Körperschluss). Ein Abschalten der Anlage zur Lokalisierung und Behebung des Fehlers kann dann zu einem geeigneten Zeitpunkt ausgeführt werden (z.B. am Ende eines Herstellungsprozesses usw.), wobei die Beseitigung der Fehlerquelle so zeitnah wie möglich erfolgen sollte.

Ein zweiter Fehler (wenn dieser an einem anderen Außenleiter oder an einem Neutralleiter auftritt) stellt einen Kurzschluss dar, der zu einer Unterbrechung der Stromkreise durch die Überstrom-Schutzeinrichtungen führt. Informationen über die Wahl des Systems nach Art der Erdverbindung finden Sie in Abschnitt Eigenschaften von TT-, TN- und IT-Systemen.

Anmerkung: Dieses System kann aus Sicherheitsgründen für elektrische Anlagen vorgeschrieben sein.

Selektivität

(siehe Abb. E15)

Das wichtigste Ziel automatischer Schutzsysteme bei Kurzschluss, Überlast usw. ist die Auslösung nur des Leistungsschalters oder der Sicherung(en) des fehlerhaften Stromkreises, die dem Fehler am nächsten sind. Alle übergeordneten Schutzeinrichtungen dürfen nicht auslösen.

In strahlenförmig verzweigten Anlagen bedeutet dies, dass eine ungewollte Auslösung der vorgeschalteten Leistungsschalter oder Sicherung(en) zu einer Unterbrechung der Versorgung aller nachgeschalteten Verbraucher führt.

Abb. E15 – Prinzip der Selektivität

Der Kurzschluss- oder Überlaststrom fließt im Allgemeinen durch die den fehlerhaften Stromkreis überwachenden Leistungsschalter oder Sicherungen.

„Selektivität” bedeutet, dass keine der vorgeschalteten Schutzeinrichtungen, durch die der Fehlerstrom (Kurzschluss- oder Überlaststrom) fließt, auslöst, bevor die nachgeschaltete Schutzeinrichtung, die den fehlerhaften Stromkreis versorgt, ausgelöst hat. Im Allgemeinen erreicht man Selektivität mit Hilfe einer der drei folgenden Methoden:

• Stromselektivität: durch eine geeignete Abstufung der Auslösewerte der Schutzeinrichtungen für den Überlast- und Kurzschlussbereich.
• Energieselektivität: durch den Einsatz von Leistungsschaltern, wobei die Durchlassenergie des nachgelagerten Leistungsschalters niedriger ist als die Auslöseenergie des vorgelagerten Leistungsschalters.
• Zeitselektivität: durch eine Zeitverzögerung der Überlast- und Kurzschlussauslösung, so dass die Abschaltzeit des nachgelagerten Leistungsschalters niedriger ist als die Befehlsmindestdauer des vorgeschalteten Leistungsschalters.

Weitere Informationen hierzu finden Sie in Kapitel Schaltgeräte, Abschnitt Koordination zwischen Leistungsschaltern oder im „Technischen Handbuch Niederspannung – Ergänzende technische Informationen“ (Bestell-Nr.: ZXTHPLANUNGNS) von Schneider Electric.