Niederspannungs-Schaltanlagen

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1 Niederspannungs-Schaltanlagen Wenn es darum geht, ein Energieverteilungskonzept mit Auslegung der Systeme und Anlagenteile zu entwickeln, sind die Anforderungen und Machbarkeiten von Endanwender und Hersteller aufeinander abzustimmen. Bei der Auswahl einer Niederspannungs-Hauptverteilung ist das Wissen über den Einsatz, die Verfügbarkeit und die späteren Erweiterungsmöglichkeiten Voraussetzung für eine wirtschaftliche Dimensionierung. Die Anforderungen an die Energieverteilung sind äußerst unterschiedlich. Sie beginnen mit Gebäuden, die weniger hohe Anforderungen an die Stromversorgung stellen, wie z. B. Bürogebäude, und gehen bis zu den hohen Anforderungen, die z. B. Rechenzentren stellen, bei denen ein reibungsloser Betrieb im Vordergrund steht. Schaltanlage Sivacon S8. Da bei der Planung von Energieverteilungen im Zweckbau keine größeren Schaltfunktionen in der NSHV berücksichtigt werden müssen und keine Erweiterungen zu erwarten sind, kann eine leistungsoptimierte Technik mit hoher Einbaudichte eingesetzt werden. Hier wird überwiegend sicherungsbehaftete Technik und Festeinbau eingesetzt. Bei der Energieverteilung für eine Produktion hingegen sind Verfügbarkeit, Erweiterbarkeit, Steuerung und Visualisierung wichtige Funktionen, um Stillstandszeiten so kurz wie möglich zu halten. Der Einsatz von sicherungsloser und sicherungsbehafteter Einschubtechnik ist hierbei eine wichtige Grundlage. Auch die Selektivität hat hier eine große Bedeutung für die Versorgungssicherheit. Zwischen diesen beiden Extremen gibt es eine Vielzahl von Varianten, die je nach Anforderungen des Kunden optimal angepasst werden sollen. Das Verhindern von Personen- und Anlagenschäden muss jedoch bei allen 6 1

2 Ausführungen an erster Stelle stehen. Bei der Auswahl der richtigen Schaltanlage ist daher darauf zu achten, dass eine typgeprüfte Schaltanlage (TSK) IEC und DIN VDE mit der erweiterten Prüfung bezüglich des Verhaltens im Störlichtbogenfall (IEC 61641, VDE , Beiblatt 2) eingesetzt wird und die Auswahl der Schutzgeräte immer unter dem Aspekt der einzuhaltenden Vorschriften bezüglich der Anforderungen an das gesamte Netz (Vollselektivität, Teilselektivität) erfolgt. Übersicht Die Niederspannungs-Schaltanlage Sivacon S8 ist eine variable, vielseitige und typgeprüfte Niederspannungs-Schaltgerätekombination (TSK), die sowohl in der infrastrukturellen Versorgung in Verwaltungs- und Zweckbauten als auch in der Industrie und im Gewerbe ihre Anwendung findet. Sivacon S8 besteht aus standardisierten und typisierten Bausteinkomponenten, die sich je nach Anforderung flexibel zu einer wirtschaftlichen Gesamtlösung kombinieren lassen. Sivacon S8 zeichnet sich durch hohe Funktionalität, Flexibilität und Qualität bei platzsparenden Abmessungen sowie durch ein Höchstmaß an Personen- und Anlagensicherheit aus. Siemens oder die autorisierten Vertragspartner übernehmen Folgendes: die kundenspezifische Konfiguration den mechanischen und elektrischen Aufbau die Prüfung Verwendung von typgeprüften Funktionsbaugruppen Folgende Einbautechniken stehen zur Verfügung (Beschreibung von links nach rechts): (1) Leistungsschalterfeld mit Sentron 3WL bis A oder 3VL bis A (2) Universaleinbautechnik für Kabelabgänge bis 630 A in Festeinbau und Stecktechnik (3NJ6) (3) Leistentechnik 3NJ6 (gesteckt) für Kabelabzweige bis 630 A in Stecktechnik (4) Festeinbaufeld (Frontblende) für Kabelabgänge bis 630 A sowie Installationseinbaugeräte. (5) Leistentechnik 3NJ4 (fest eingebaut) für Kabelabgänge bis 630 A (6)Blindleistungskompensation bis 600 kvar 6 2

3 Weitere I N F O S Als Grundlage für unsere autorisierten Vertragspartner dient die von uns vorgegebene Dokumentation. Sivacon S8 ist als typgeprüfter Energieverteiler bis A einsetzbar. Normen und Bestimmungen Sivacon S8 ist eine typgeprüfte Niederspannungs-Schaltgerätekombination (TSK) nach IEC /DIN EN /VDE Sivacon S8 ist störlichtbogensicher nach IEC 61641, DIN EN / VDE , Beiblatt 2 ausgeführt. Leistungsschaltertechnik Die Felder für den Einbau von Leistungsschaltern Sentron 3WL und 3VL werden für Einspeisung der Schaltanlage sowie für Abgänge und Sammelschienen- Kupplungen (Längs- und Querkupplung) eingesetzt. Für die gesamte Leistungsschaltertechnik gilt, dass nur ein Schalter pro Feld zur Anwendung kommt. Der Geräteeinbauraum ist für folgende Funktionen vorgesehen: Einspeisungen/Abgänge mit Leistungsschalter 3WL in Festeinbau und Einschubausführung bis A Längs- und Querkupplung mit Leistungsschalter 3WL in Festeinbau und Einschubausführung bis A Einspeisungen/Abgänge mit Leistungsschalter 3VL in Festeinbau bis A Leistungsschaltertechnik Universaleinbautechnik Die Felder für Kabelabzweige in Festeinbau- und Stecktechnik bis 630 A sind für den Einbau nachstehender Schaltgeräte vorgesehen: Leistungsschalter Sirius 3RV/3VL Lasttrennschalter Sentron 3K Lasttrennschalter Sentron 3NP Lasttrennschalter Sentron 3NJ6 in steckbarer Ausführung 6 3

4 Die Schaltgeräte werden auf Montageplatten aufgebaut und mit der Einspeiseseite an die vertikalen Verteilschienen angeschlossen. Über einen Adapter wird der Einbau von steckbaren Leisten 3NJ6 ermöglicht. Nach vorn wird das Feld mit Feldtüren oder Fachtüren abgedeckt. Universaleinbautechnik Leistentechnik 3NJ6 gesteckt Die Felder für Kabelabzweige in Stecktechnik bis 630 A sind für den Einbau von Lasttrennschaltern in Leistenform vorgesehen. Durch den zuleitungsseitigen Steckkontakt bieten sie eine preiswerte Alternative zur Einschubtechnik. Sie ermöglichen durch ihre Modulbauweise eine leichte und schnelle Umrüstung bzw. Austausch unter Betriebsbedingungen. Der Geräteeinbauraum ist zur Aufnahme von steckbaren Leisten mit Polmittenabstand von 185 mm vorgesehen. Das Steckschienensystem ist hinten im Feld angeordnet und durch einen optionalen Berührungsschutz mit Leistentechnik 3NJ6 gesteckt Abgriffsöffnungen in Schutzart IP20 abgedeckt. Somit wird ein Austausch der Leisten ohne Abschaltung der Schaltanlage ermöglicht. Festeinbautechnik mit Frontblenden Die Felder für Kabelabzweige in Festeinbautechnik bis 630 A sind für den Einbau nachstehender Schaltgeräte vorgesehen: Leistungsschalter Sirius 3RV/3VL Lasttrennschalter Sentron 3K Lasttrennschalter Sentron 3NP Installationseinbaugeräte 6 4

5 Die Schaltgeräte werden auf stufenlos einstellbare Geräteträger aufgebaut und mit der Einspeiseseite an die vertikalen Verteilschienen angeschlossen. Nach vorn wird das Feld mit Blenden mit und ohne Schwenkfunktion oder mit zusätzlichen Türen mit oder ohne Sichtscheibe abgedeckt. Festeinbautechnik mit Frontblenden Leistentechnik 3NJ4 fest eingebaut Die Felder für Kabelabgänge in Festeinbautechnik bis 630 A sind für den Einbau von Sicherungs-Lasttrennleisten 3NJ4 vorgesehen. Die Sicherungs-Lasttrennleisten bieten mit ihrer kompakten Bauweise und dem modularen Aufbau optimale Einbaubedingungen hinsichtlich der erzielbaren Packungsdichte. Das Feldschienensystem ist horizontal hinten im Feld angeordnet. Dieses Feldschienensystem ist über Verbindungsschienen an das Hauptsammelschienensystem angeschlossen. Die Sicherungs-Lasttrennleisten werden direkt auf das Feldschienensystem aufgeschraubt. Leistentechnik 3NJ4 fest eingebaut 6 5

6 Checkliste für die innere Unterteilung der Felder gemäß IEC , VDE Pkt

7 Niederspannungs-Schutz- und -Schaltgeräte Beachte: Alle Darstellungen gelten für Niederspannungsnetze bzw. -verteilungen in IEC-Anwendungen. Für Anlagen nach UL-Normen gelten hiervon abweichende Bestimmungen und Kriterien. Stromkreise und Gerätezuordnung Kernfunktionen in den jeweiligen Stromkreisen: Einspeisestromkreis Aufgabe: Anlagenschutz Schutzgerät: ACB (offener Leistungsschalter) Verteilerstromkreis Aufgabe: Anlagenschutz Schutzgeräte: ACB (air circuit breaker: offener Leistungsschalter) MCCB (molded case circuit breaker: kompakte Leistungsschalter) LTS (Lasttrennschalter) Endstromkreis Aufgabe: Motorschutz Schutzgeräte: MCCB (Leistungsschalter für Motorschutz) LTS (Lasttrennschalter) MSP (Schütz 3RT, Überlastrelais 3RU, Motorschutz- und Steuergeräte 3UF) Kernfunktionen der Schutzgeräte in den einzelnen Stromkreisarten. 6 7

8 Kriterien zur Geräteauswahl Ein Schutzgerät ist immer ein Teil eines Stromkreises und muss die entsprechenden Anforderungen erfüllen. Nachfolgend werden die wichtigsten Auswahlkriterien dargestellt. Die Grafik der Hauptauswahlkriterien zeigt die sieben wichtigsten Auswahlkriterien, die bei der Geräteauswahl mindestens berücksichtigt werden müssen. Überblick über die Hauptauswahlkriterien. Anforderungen an die Schutzgeräte in den drei Stromkreisarten Geräteeinsatz im Einspeisestromkreis Die Einspeisung ist der sensibelste Stromkreis in der gesamten Energieverteilung. Bei einem Ausfall an dieser Stelle würde das gesamte Netz und damit das Gebäude oder die Produktion stromlos sein. Dieses Worst-Case-Szenario ist in die Planung einzubeziehen. Redundante Einspeisungen und selektive Schutzeinstellung sind wichtige Voraussetzungen zur sicheren Netzgestaltung. Um diese Voraussetzungen zu schaffen, ist die richtige Auswahl der Schutzgeräte von elementarer Bedeutung. Einige wichtige Dimensionierungseckdaten werden nachfolgend angesprochen. Bemessungsstrom Der Einspeiseleistungsschalter in der NSHV ist für die maximale Belastung des Transformators/Generators auszulegen. Bei der Verwendung von belüfteten Trafos ist der höhere Betriebsstrom von bis zu 1,5 I N des Trafos zu berücksichtigen. 6 8

9 Kurzschlussfestigkeit Die Kurzschlussfestigkeit des Einspeiseleistungsschalters wird bestimmt von (n 1) I k max des bzw. der Trafos (n = Anzahl der Trafos). Das heißt, der maximal auftretende Kurzschlussstrom an der Einbaustelle muss bekannt sein, um die entsprechende Kurzschlussstromfestigkeit des Schutzgeräts (I cu ) festzulegen. Bemessungsströme und Anfangskurzschlusswechselströme von Drehstrom- Verteiltransformatoren mit 50 bis kva. Exakte Kurzschlussstromberechnungen inklusive Dämpfungen der Mittelspannungsebenen oder der verlegten Kabel können z. B. mithilfe der Dimensionierungssoftware Simaris design angestellt werden. Simaris design ermittelt die maximalen und minimalen Kurzschlussströme und dimensioniert automatisch die korrekten Schutzgeräte. Gebrauchskategorie Bei der Dimensionierung eines selektiven Netzes ist es unabdingbar, auf zeitliche Staffelung der Schutzgeräte zurückzugreifen. Bei Anwendung der zeitlichen Staffelungen bis zu 500 ms muss der ausgewählte Leistungsschalter in der Lage sein, den auftretenden Kurzschlussstrom über die eingestellte Zeit zu führen. Die Ströme sind in Trafonähe sehr hoch. Diese Stromtragfähigkeit gibt der I cw -Wert (Bemessungskurzzeitstromfestigkeit) des Leistungsschalters an; d. h., das Kontaktsystem muss in der Lage sein, den maximalen Kurzschlussstrom, 6 9

10 sprich die darin enthaltene Energie, bis zur Abschaltung zu führen. Diese Anforderung wird von Leistungsschaltern der Gebrauchskategorie B erfüllt (z. B. offene Leistungsschalter, ACB). TIPP: Strombegrenzende Leistungsschalter (Kompaktleistungsschalter, MCCB) schalten im Stromanstieg ab. Deshalb können sie kompakter gebaut werden. Auslöser Bei selektiver Netzgestaltung muss der Auslöser (trip unit) der Einspeiseleistungsschalter mit einer LSI-Charakteristik versehen sein. Der unverzögerte Auslöser (I) muss deaktivierbar sein. Je nach Kennliniencharakteristik der vor- und nachgeordneten Schutzgeräte sollten die Kennlinien des Einspeiseleistungsschalters im Überlastbereich (L) als auch im verzögerten Kurzschlussschutzbereich (S) optional umschaltbar sein (I 4 t- bzw. I 2 t-kennlinienverlauf). Die Anpassung von vorund nachgeordneten Geräten wird damit erleichtert. Inneres Zubehör Abhängig von der jeweiligen Steuerung werden sowohl Spannungsauslöser (früher: Arbeitsstromauslöser) als auch Unterspannungsauslöser benötigt. Kommunikation Besonders von den sehr sensiblen Einspeisestromkreisen werden zunehmend Daten der aktuellen Betriebszustände, Wartungsinformationen, Fehlermeldungen und Analysen etc. gefordert. Gegebenenfalls ist Flexibilität hinsichtlich späterer Auf- bzw. Umrüstung auf die gewünschte Art der Datenübertragung gefordert. Geräteeinsatz in Einspeisestromkreisen (Kupplung) Wenn die Kupplung (Verbindung von Netz 1 zu Netz 2) offen betrieben wird, hat der Leistungsschalter nur die Funktion eines Trenners bzw. Hauptschalters. Eine Schutzfunktion (Auslöser) ist nicht unbedingt erforderlich. Die nachfolgenden Betrachtungen gelten für den geschlossenen Betrieb. Bemessungsstrom Der Bemessungsstrom ist für den maximal möglichen Betriebsstrom (Lastausgleich) zu dimensionieren. Der Gleichzeitigkeitsfaktor kann mit 0,9 angenommen werden. 6 10

11 Kurzschlussfestigkeit Die Kurzschlussfestigkeit des Einspeiseleistungsschalters wird bestimmt durch die Summe der Kurzschlussanteile, die über die Kupplung fließen. Dies ist abhängig vom Aufbau der Teilschienen und deren Einspeisung. Gebrauchskategorie Auch hier ist wie bei der Einspeisung die Gebrauchskategorie B für die Stromtragfähigkeit (I cw -Wert) notwendig. Auslöser Für die Versorgungssicherheit ist die selektive Abschaltung mit den Kupplungen zu betrachten. Da ähnlich wie beim Parallelbetrieb zweier Trafos im Fehlerfall Kupplungs- und Einspeiseschalter die gleichen Stromanteile sehen, ist die LSI-Charakteristik erforderlich. Bei größeren Netzen und/oder schwierig zu ermittelnden Schutzeinstellungen ist die Zusatzfunktion Zeitverkürzte Selektivitäts-Steuerung (ZSS) einzusetzen. Geräteeinsatz im Verteilerstromkreis Der Verteilerstromkreis bekommt die Energie von der übergeordneten Ebene (Einspeisestromkreis) und speist diese in die nächste Verteilerebene (Endstromkreis) ein. Je nach Land, Gewohnheiten etc. können hier Leistungsschalter und Sicherungen für den Anlagenschutz eingesetzt werden. Es müssen die Vorgaben der Stromkreisdimensionierung erfüllt werden. Ist volle Selektivität gefordert, bietet der ACB Vorteile. Aus preislichen Gründen wird der ACB im Verteilerstromkreis aber häufig erst ab einem Nennstrom von mehr als 630 A oder 800 A eingesetzt. Da der ACB kein strombegrenzendes Gerät ist, unterscheidet er sich daher wesentlich von allen anderen Schutzeinrichtungen wie MCCB, MCB und Sicherungen. Da es sonst keine eindeutigen Empfehlungen geben kann, stellt die nachfolgende Tabelle die wesentlichen Unterschiede und Grenzen der jeweiligen Schutzgeräte dar. Geräteeinsatz im Endstromkreis Der Endstromkreis bekommt die Energie vom Verteilerstromkreis und führt diese zum Endverbraucher (z. B. Motor, Lampe, ortsveränderlicher Verbraucher (Steckdose) etc.). Die Schutzgeräte müssen die jeweiligen Bedingungen seines zu schützenden Endverbrauchers erfüllen. Hinweis: Alle Schutzeinstellungen, Kennlinienvergleiche etc. beginnen immer von der Last aus. Das heißt, im Endstromkreis werden keine Schutzgeräte mit einstellbaren zeitlichen Staffelungen benötigt. 6 11

12 Übersicht Schutzgeräte 6 12