Elektroenergie Übertragung und Verteilung mit Kabelsystemen im Vergleich zu Stromschienensystemen. Frei verwendbar Siemens AG 2017

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1 Elektroenergie Übertragung und Verteilung mit Kabelsystemen im Vergleich zu Stromschienensystemen RC DE EM SDMT

2 Elektroenergie Übertragung und Verteilung mit Kabelsystemen im Vergleich zu Stromschienen-systemen Mit der Nutzung elektrischer Energie entsteht die Notwendigkeit, diese sicher und verlustarm zu übertragen bzw. zu verteilen. In den Niederspannungsnetzen gibt es hier folgende Varianten: Kabel und Leitungen als Punkt zu Punkt Verbindung, Stromschienensysteme als Punkt zu Punkt Verbindung, Stromschienensysteme zur Energieverteilung Seite 2

3 Konstruktiver Aufbau der Systeme Kabel und Stromschiene Kabel und Leitungen bis 1KV Ausführung: Einleiter-/ Mehrleiterkabel Leitermaterial: Kupfer, Aluminium (Ein-/ Mehrdrähtig), Aufbau: Rund- oder Sektorleiter, ganzflächig mit Isolierstoff ummantelt, Umhüllung mit Polstermaterial, ggf. Konzentrischer Leiter, Mantelisolierung, Mantelisolierung Konzentrischer Leiter Füll-/Polstermaterial Aderisolierung Leiter AL / CU Isolierung: Polyvinylchlorid (PVC), Polyethylen (PE), vernetztes Polyethylen (VPE), Gummi, Silikon, Ölpapier, Silikon, Mantelisolierung Aderisolierung Füll-/Polstermaterial Leiter AL / CU Beim Einsatz von Einleiter-Kabel muss auf eine verdrillte Verlegeart geachtet werden. Seite 3

4 Konstruktiver Aufbau der Systeme Kabel und Stromschiene (Innenbereich) Luftisoliertes Schienensystem (BD2, LD) Leitermaterial: Isolierung: Aufbau: Nennstrom: Aluminium oder Kupfer (vernickelt und verzinnt), Luftisoliert (Luftgekühlt), Flachschienen werden mittels Kurzschlussstützer mit Luftabstand in einem Stahlblechkanal montiert., BD2 160A bis 1.250A; LD bis 5.000A (LDM bis 8.200A). Pulverbeschichtetes Stahlgehäuse Alu oder Kupfer Schiene Luft-/ ventilierend und isolierend Alu oder Kupfer Schiene Sandwich Schienensystem (LI, LX) Leitermaterial: Aluminium, Kupfer (vernickelt und verzinnt), Isolierung: Isolierstoffbeschichtung (Isolierstoff: Polyester Folie Mylar; Durchschlagfestigkeit bis zu 180KV/mm) Aufbau: Einzelisolierte, im Gehäuse aneinander liegende Schienen, Nennstrom: 800A bis 6.300A (oberhalb von 2.500A AL / 3.200A CU erfolgt die Ausführung als Doppelsystem). Lackiertes Alu. -Gehäuse Einzelisolierung der Leiter Seite 4

5 Vergleich der Systeme hinsichtlich Platzbedarf Wie viele Einzeladern werden nach DIN VDE 0298 (Teil 4) benötigt um einen Trafo mit einer Schaltanlage zu verbinden? Vorgabewerte: Netzform = TNC-S, (1/2 PE), Reduktionsfaktor = 0,7 Trafo: Leistung = 1.600kVA (Ir =2.310A); Spannung = 20/0,4 KV; Frequenz = 50Hz; Schaltungsart = Dyn5, Kurzschlussspannung 6% Kabel: Typ = NYY-0 1*300mm², (PE) NYY-J 1*150mm² (CU); Länge = 10m; Berechnung mit SIMARIS Design Übertragung IZ = 2.693A mit Kabel 6 Systeme NYY 3*1*300/300/150mm² (CU) 30 Kabel, Umgebungstemparatur 30 C Übertragung IZ = 2.500A mit Stromschienensystem SIVACON 8PS Typ LI-A B-55 (ALU) Umgebungstemparatur 35 C. Seite 5

6 Vergleich der Systeme hinsichtlich Platzbedarf Seite 6

7 Gegenüberstellung der Systeme von der Planung über den Betrieb bis zur Änderung bzw. Erweiterung der elektrischen Anlage Merkmale Kabel / Leitungen Stromschienensysteme Planung Erweiterung oder Änderung der elektrischen Anlage Hoher Planungs- und Berechnungsaufwand bei der Dimensionierung Aufwand hoch, Umverlegung bzw. Austausch, Betriebsunterbrechung Bauartgeprüfte Schaltgerätekombination, Daten entsprechend Herstellerangaben Aufwand gering, Änderung bzw. neuer Abgangskasten ist unter Spannung steckbar. Montage Aufwendig, Pritschen- und Tragsysteme erforderlich, Anschluss mit Kabelschuhen Platzbedarf Hoch, da Häufung, Reduktionsfaktoren und Biegeradien Gering, einfache Montage mit Tragsystemen, Anschluss mit Formteilen Niedrig, durch kompakte Richtungsänderungen und Formstücke Temperaturverhalten Abhängig von der Verlegeart, Häufung und Isolationsmaterial Bauartgeprüfte Schaltgerätekombination, Daten entsprechend Herstellerangaben Seite 7

8 Gegenüberstellung der Systeme von der Planung über den Betrieb bis zur Änderung bzw. Erweiterung der elektrischen Anlage Merkmale Kabel / Leitungen Stromschienensysteme Brandschottung Abhängig von der Ausführungsqualität auf der Montagestelle Bauartgeprüft Netzaufbau unübersichtlich übersichtlich Stromtragfähigkeit in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur EMV Entsprechend DIN VDE Umgebungstemperatur im 24 h Mittel 30 C elektromagn. Abstrahlung, abhängig von der Verlegeart, Einleiterkabel in Parallelanordnung sehr hoch Entsprechend Herstellerangabe und Prüfung nach IEC/EN Umgebungstemperatur im 24 h Mittel 35 C sehr geringe elektromagnetische Abstrahlung Seite 8

9 Gegenüberstellung der Systeme von der Planung über den Betrieb bis zur Änderung bzw. Erweiterung der elektrischen Anlage Merkmale Kabel / Leitungen Stromschienensysteme PVC- / Halogenfreiheit Standardleitungen sind nicht PVC- oder halogenfrei; halogenfreie Leitungen sind extrem teuer und haben lange Lieferzeiten Stromschienen sind grundsätzlich halogenfrei Brandlast Sehr hoch; abhängig vom Kabeltyp sehr gering, entsprechend Herstellerangaben Hohe Sicherheit durch niedrige Brandlast Bei PE- Kabel bis zu 30 fach höher, PVC-Kabel bis zu 10 fach höher als Stromschienensysteme PE/EPR- Kabel PVC-Kabel Schiene Seite 9

10 Energieverteilung in Form einer Etagenversorgung eines Bürohochhauses mit 15 Etagen Kalkulationsbeispiel: Projekt: Bürohochhaus mit 15 Etagen E.-Leistung / Etage: 135KW Leistungsfaktor Cos φ 0,9. Verteilung in den Büroetagen: Etagenunterverteiler Gleichzeitigkeits-Faktor max. 0,6 Hierdurch ergibt sich ein Strom von 130 A, mit dem jeder Etagenverteiler der 15 Büroetagen versorgt werden muss. (130A x 15 Etagen = 1.950A) Seite 10

11 Kalkulationsbeispiel Bürohochhaus 15 Etagen, Berechnung Kabelsystem mit SIMARIS design Seite 11

12 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Kabelsysteme zur Etagenversorgung Prinzip-Skizze Raumhöhe der Etagen je 3m 9-14 OG.. Hochhaus_Kabe_sibe.sd EG -8 OG. Seite 12

13 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Kabelsysteme zur Etagenversorgung bestehend aus Zur Versorgung der 15 Etagenunterverteiler wird jeweils ein Mehrleiterkabel NYY-J 4 x 95/50 pro Etage benötigt. Die Installation im horizontalen Bereich erfolgt auf gelochten Kabelwannen zu je 7 bzw. 8 Kabeln mit gegenseitiger Berührung auf einer Kabelwanne. Hierbei sind jeweils 2 Wannen an einem Stiel übereinander angeordnet. An den Wanddurchführungen ist je eine Brandschottung gemäß DIN auszuführen. Verlegeart E, Referenznummer 13 VDE Reduktionsfaktor 0,68.. Die vertikale Installation erfolgt auf Kabelsteige -Trassen mit Bügelschellen, die als Pritschensysteme ausgeführt werden. Im Installationsversorgungsschacht werden vom 1 8. OG 2 Kabelsteigeleitern mit je 500mm Breite montiert. Ab dem 9. bis 15.OG wird nur noch eine Steigeleiter installiert. Auf jeder Steigeleiter werden jeweils 7 bzw. 8 Mehrleiterkabel mit Bügelschellen zur Aufnahme von vertikalen Kräften und zur Kurzschlussfesten Verlegung mit gegenseitiger Berührung befestigt. Verlegeart E, Referenznummer 16 VDE Reduktionsfaktor 0,73. In jeder Deckendurchführung ist eine Brandschottung gemäß DIN 4102/9 zu realisieren. Seite 13

14 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Berechnung Stromschienensystem mit SIMARIS design Seite 14

15 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Stromschienensystem zur Etagenversorgung Prinzip-Skizze Raumhöhe der Etagen je 3m Hochhaus_Schiene_sibe.sd OG 2-12 Seite 15

16 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Stromschienensystem zur Etagenversorgung bestehend aus Zur Etagenversorgung wird das Stromschienensystem in Sandwichbauweise LI mit dem Leitermaterial Aluminium, 5-polig, 2.000A zum Aufbau eines EMV-freundlichen TN-S Netzes eingesetzt. Der ausgewählte Stromschienentyp lautet LI-AM 20005B-55. Bis zum Steigeschacht für die Etagenversorgung wird das System im horizontalen Bereich mit 3 Richtungsänderungen und 2 Wanddurchführungen mit Brandschottungen S120 verlegt.. Im vertikalen Bereich ist in jeder Deckendurchführung eine Brandschottung S120 zu projektieren. Die Einspeisung der Etagenverteiler im Hochhaus erfolgt aus einem Abgangskasten, der einen NH- Lasttrennschalter mit Sicherungen Gr.1, 250 A enthält. Für die Preisbildung wird das Stromschienensystem mit Abgangskästen inklusive Montage und die Niederspannungshauptverteilung betrachtet. Seite 16

17 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Energieverteilung unter wirtschaftlichen Aspekten Seite 17

18 Kalkulationsbeispiel: Bürohochhaus 15 Etagen, Vergleich der Brandlasten zwischen den Systemen Brandlast der Kabel entsprechend VDE 0108 Teil 1 NYY - J 5 x 95 = 5,11 KWh/m x 540m = KWh. Brandlast der Schienen entsprechend Herstellerangaben (Schienentyp LI-AM2000-5B) 4,81 KWh/m x 56 m = 296 KWh + Abgangsstelle 0,98 KWh x 15 Stk = 14,7 KWh ,7 KWh Brandlast [kwh/m] Kabel Stromschiene Seite 18

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