Allgemeine Elektroarbeiten
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Elektroarbeiten sind ein wesentlicher Bestandteil des Facility Managements und beeinflussen die Sicherheit und Funktionalität von Gebäuden
Qualifizierte Experten sollten sich um den Entwurf, die Einrichtung und die Wartung von elektrischen Systemen kümmern, um Gefahren zu reduzieren. Es ist unerlässlich, elektrische Systeme regelmäßig zu überprüfen, um den Vorschriften und Standards zu entsprechen. Unternehmen sollten sich auf energiesparende und umweltfreundliche elektrische Systeme konzentrieren, um ihren ökologischen Fußabdruck zu verbessern.
- Allgemeine
- EVU
- Stromtarife
- Elektrische Verbraucher
- Aufzugs- und Förderanlagen
- Netzeinspeisung
- Die Transformatoren
Allgemeine Elektroarbeiten
Unter den verschiedenen Energieformen in Immobilien ist elektrische Energie am weitesten verbreitet. Eine Stromversorgung ist für das Funktionieren aller technischen Gebäudesysteme unerlässlich. Das Verlegen von elektrischen Kabeln in Gebäuden ist einfacher als das Einrichten von Heizungsrohren oder Lüftungskanälen.
So sind die wesentlichen Vorzüge beim Einsatz von Elektroenergie:
die leichte Umwandlung in andere Energieformen. Man denke an Wärme, Licht, mechanische Arbeit
ihr einfacher Transport
ihre universelle Einsetzbarkeit und
ein verhältnismäßig hoher Wirkungsgrad bei der Energieumwandlung.
Der Nutzen von Gebäuden hängt in hohem Maße von einer zuverlässigen Stromversorgung ab.
An dieser Stelle bezieht sich "elektrische Arbeit" auf Hoch-, Mittel- und Niederspannungssysteme in Gebäuden. Im Wesentlichen reicht dies vom Transformator bis zur Steckdose. Über die "Niederspannungstechnik" werden wir hier nicht sprechen. Es ist auch nicht möglich, an dieser Stelle auf alle Feinheiten der Elektrotechnik einzugehen. Hierfür gibt es genug Fachleute, die ihr Wissen durch spezielle Studiengänge, Schulungskurse und Facharbeiterausbildungen erwerben. Das Ziel dieses Buches ist lediglich, einen groben Überblick über die wichtigsten Aufgaben des Facility Managements zu geben, was in erheblichem Maße auch elektrische Arbeiten umfasst.
Neben den oben genannten Vorteilen der Nutzung von elektrischer Energie gibt es jedoch auch eine Reihe wichtiger Nachteile.
Man denke beispielsweise an:
Unfälle mit elektrischem Strom
Brand- und Explosionsgefahr bei Kurzschlüssen
elektromagnetische Strahlung (Elektrosmog)
und letztlich starke magnetische Kraftwirkungen bei Kurzschluss.
Um diesen Gefahren zu begegnen, gibt es zahlreiche Schutzmaßnahmen und spezielle Richtlinien, insbesondere im Bereich der Elektrotechnik. Solche Vorschriften bestimmen auch, dass nicht jeder berechtigt ist, elektrische Anlagen zu bedienen. Dies kann für kleinere Unternehmen ein Problem darstellen, wenn kein autorisiertes Individuum vorhanden ist und man auf externe Dienstleister angewiesen ist.
Heutzutage produzieren einige Unternehmen bereits ihre eigene elektrische Energie. Für unsere Zwecke gehen wir jedoch hauptsächlich davon aus, dass die Erzeugung elektrischer Energie extern erfolgt, d.h. die Energie wird dem Unternehmen geliefert.
Elektrische Energieversorgung (EVU)
Elektrische Energie wird in Kraftwerken mit verschiedenen Methoden erzeugt und anschließend verteilt. In der Regel erfolgt diese Verteilung über Freileitungen in einem verbundenen Netz, das auf einer Hochspannung von 110-400 kV arbeitet. Dieses verbundene Netz verbindet alle Energieerzeuger. In der Nähe von größeren Wohngebieten oder industriellen Anlagen wird die Energie auf eine Mittelspannung von 1-30 kV heruntertransformiert und dann in das lokale Verteilnetz eingespeist.
Je nach Bedarf und genauer Lage befinden sich Transformatoren entweder bei großen Energieverbrauchern oder an Versorgungsstationen außerhalb von Gebäuden. Hier wird die Spannung weiter von der Mittelspannung auf die Niederspannung heruntertransformiert, die zwischen 50-1000 V liegt, in Mitteleuropa jedoch hauptsächlich 231/400 V beträgt.
Stromtarife
Wenn das Facility Management eines Unternehmens auch für die Stromversorgung verantwortlich ist, muss es auch dafür sorgen, den Strom zu den günstigsten Konditionen zu beziehen. Stromtarife spielen hierbei eine entscheidende Rolle. Es wird erwartet, dass der direkte Kauf von Strom durch die zentrale Einkaufsabteilung oder in Zusammenarbeit mit dieser erfolgt. Ziel ist es, basierend auf dem spezifischen Stromverbrauch die bestmöglichen Tarifbedingungen mit dem Energieversorgungsunternehmen auszuhandeln.
Strompreise setzen sich in der Regel aus Arbeits- und Leistungskosten zusammen. Arbeitskosten umfassen den tatsächlichen Energieverbrauch und werden in der Regel in Euro pro Kilowattstunde berechnet. Der Leistungspreis deckt hauptsächlich die Kapitalkosten ab, die für die Hardware anfallen oder bei ihrer Erstellung als Kapitalkosten angefallen sind. Eine gängige Abrechnungsmethode ist der Dienstleistungspreistarif, der nach der in Anspruch genommenen Leistung gestaffelt ist. Um ein optimales Vertragsverhältnis mit dem Versorgungsunternehmen zu erreichen, ist eine genaue Analyse aller Betriebsprozesse in Bezug auf ihr Zusammenspiel und reguliertes Verhalten erforderlich. Nur auf dieser Grundlage können die Strombezugskosten minimiert werden. In diesem Zusammenhang steht auch die technische Anforderung, Leistungsspitzen so weit wie möglich zu vermeiden. Ein weiteres Eingehen auf Stromtarifüberlegungen wird jedoch hier vermieden.
Es versteht sich von selbst, dass an dieser Stelle eine enge Zusammenarbeit zwischen dem Facility Management und dem Energiemanagement des Unternehmens besteht. Es ist von Vorteil, wenn das Energiemanagement Teil des FM ist.
Wichtige elektrische Verbraucher
Das Energiemanagement konzentriert sich hauptsächlich auf den Stromverbrauch von Unternehmen aufgrund ihrer elektrischen Systeme. Dennoch ist es hier sinnvoll, kurz auf die elektrischen Verbraucher einzugehen. Um den Gesamtverbrauch ständig genau zu kennen, ist es notwendig, die Verbraucher entsprechend zu kategorisieren. Kleinere Verbraucher sind nur in ihrer Gesamtheit wichtig und können bei Bedarf auch unter einem allgemeinen Begriff zusammengefasst werden. Große Verbraucher jedoch sollten einzeln erkannt werden. Sie spielen eine wichtige Rolle bei Vertragsverhandlungen mit den Versorgungsunternehmen, da die Tarife oft von ihnen abhängen. Es ist auch wichtig zu wissen, wann die Energie verbraucht wird, beispielsweise tagsüber oder auch in Nachtschichten, und in welchem Umfang.
Besonders große Verbraucher könnten eine Genehmigung benötigen, insbesondere wenn sie das Netzverhalten beeinflussen können. In solchen Fällen müssen die entsprechenden lokalen Richtlinien beachtet werden.
der Bauform (A, B, V)
der Läuferart
der Schutzrat (IP 11 bis EP 33)
der Isolationsklasse (A bis H)
dem freien Wellen Ende (eins oder zwei)
der Nenn-Betriebslast
der Lüftungsart.
Das ist zum Beispiel der Fall, wenn ein Gebäude klimatisiert ist. Es handelt sich dabei meist um:
Kleinstmotoren (Wechsel- oder Gleichstrom; max. 1 kW)
Drehstrommotoren unterschiedlicher Schaltungsart
Synchronmotoren
Kommutatormotoren für Wechsel- oder Gleichstrom.
Motoren | Erläuterung |
---|---|
Asynchronmotoren | Ermöglichen die stufenlose Regelung der Drehzahl infolge An-steuerung |
Pol umschaltbare Moto-ren | können auf zwei, maximal drei vorgegebene Drehzahlen umge-schaltet werden |
Schleifringläufermoto-ren | mit ihnen ist die Umschaltung auf mehrere vorgegebene Dreh-zahlen möglich |
Aufzugs- und Förderanlagen
Wenn wir hier über Aufzugs- und Fördersysteme sprechen, konzentrieren wir uns auf die Anforderungen der Elektrotechnik. Diese Systeme haben in der Regel eine angeschlossene Last zwischen 5 und 30 kW, die sich nicht stark auf die betriebliche Energiebilanz auswirkt. Ihr Stromverbrauch ist jedoch nicht konstant. Aufgrund häufiger Stopps und Starts ziehen sie hohe Anlaufströme, die das Netzwerk beeinflussen. Bei der Erstellung einer Energiebilanz wird oft der Verbrauch im Dauerbetrieb berücksichtigt. Ein intermittierender Verbrauch, wie bei Aufzügen, wird in der Regel nicht berücksichtigt, es sei denn, er beeinflusst die Energiebilanz eines Gebäudes erheblich. In solchen Fällen wird die Berücksichtigung des transienten Verhaltens wesentlich, wobei die Anlaufströme bei der Dimensionierung zu berücksichtigen sind.
Küchengeräte
Das Vorhandensein von gewerblichen Küchen beeinflusst die Energiebilanz erheblich. In Bürogebäuden mit Standardtechnik können sie sogar zum Hauptenergieverbraucher werden und somit einen erheblichen Einfluss auf den Stromverbrauch haben.
Dies ist bei der Planung auf jeden Fall zu berücksichtigen als Faustformel kann gelten:
700 Essenteilnehmer: 400 kW
3000 Essenteilnehmer: 1200 kW.
Beleuchtungsanlagen
Neben Kantinenküchen und größeren Motoren in einem Unternehmen gelten Beleuchtungssysteme ebenfalls als Hauptverbraucher von Energie. Sie haben eine erhebliche Bedeutung für die gesamte Energiebilanz. Bei der Planung der zu beleuchtenden Bereiche muss von Anfang an gründlich auf die qualitativen Beleuchtungsanforderungen eingegangen werden. Bereiche sollten je nach Bedarf an hochwertiger oder minderwertiger Beleuchtung klassifiziert werden. Dies führt zu verschiedenen bereichsspezifischen Überlegungen, die in der Energiebilanz berücksichtigt werden.
Um auch hier eine überschlägige Einschätzung vornehmen zu können, mag gelten:
15 W/m² für eine durchschnittliche Anschlussleistung
10 W/m² Zielwert einer energetisch sparsamen Beleuchtung.
Steckdosenverbraucher
Wie der Name schon sagt, sind sogenannte Steckdosenverbraucher alle diejenigen, die aus einer Steckdose gespeist werden.
und alle anderen üblichen Geräte die man bei der täglichen Arbeit so braucht. Wenn die An-
Auch wenn die Anzahl manchmal sehr hoch ist, insbesondere bei der Bewertung tragbarer Geräte, stellt der Verbrauch aus Steckdosen in der Regel nur einen geringen Anteil an der Energiebilanz eines Unternehmens dar. Dies liegt daran, dass der gleichzeitige Einsatz all dieser Geräte oft begrenzt ist.
Niederspannungseinspeisung
Üblicherweise liefert das EVU die Niederspannung. Dies erfolgt normalerweise über ein Kabel des EVU, welches beispielsweise von außen in einem Kabelgraben kommend, in den Hausanschlussraum ein geschleift wird.
Hausanschluss
Für die Einspeisung gibt es eine entsprechende Hausanschlussschachtel im Hausanschlussraum. Es ist wesentlich, dass die Mitarbeiter des RU jederzeit Zugang zu dieser Box haben, und ihre Installation sollte diese Anforderung widerspiegeln. Bei kleineren Grundstücken muss diese Schachtel nicht unbedingt in einem separaten, ausgewiesenen Raum untergebracht sein; sie könnte beispielsweise auch außen am Gebäude angebracht werden.
Bei größeren Grundstücken und Apartmentkomplexen ist ein dedizierter Anschlussraum jedoch unerlässlich.
Einige lokale Netze nutzen Freileitungen für den Strom. Bei der Integration in diese Leitungen müssen die Dachkonstruktionen sicherstellen, dass sie einen Dachständer tragen können. Dieser Ständer muss die von den Freileitungen ausgeübten Kräfte aushalten können. Wenn Anschlüsse von diesen Freileitungen am Giebelende des Gebäudes platziert werden, ist es wichtig sicherzustellen, dass sie außer Reichweite von Händen sind.
Hausanschlussraum
In größeren Gebäuden erfolgt die Stromübertragung durch einen Anschlussraum im Haus, wie bereits erwähnt. Während der Bauarbeiten sollte eine Option für den Kabelzugang über die Außenwand vorgesehen sein, wie im vorherigen Bild dargestellt. Die Einführung von Kabeln erfolgt durch eine oder mehrere Thermowellbohrungen. Ihre Abmessungen werden durch ihren beabsichtigten Zweck sowie den vom Energieversorger angegebenen Kabeltyp und -größe bestimmt.
Obwohl die Verlegetiefen für Kabel anderswo behandelt wurden, ist es erwähnenswert, erneut auf die erforderlichen Tiefen unterhalb der Erdoberfläche für die entsprechenden Kabel hinzuweisen, wenn sie an ein Gebäude angeschlossen werden. Das Stromkabel sollte etwa 60-80 cm unter der Oberfläche liegen, bevor es in das Gebäude eingespeist wird.
Technische Vorschriften schreiben vor, dass jedes Gebäude einen Fundament-Erdungselektroden haben muss. An diesem muss die Potentialausgleichsschiene angebracht werden. Der Fundament-Erdungselektrode kann auch für ein eventuell vorhandenes Blitzschutzsystem verwendet werden.
An einen Fundamenterder werden die folgenden konkreten Anforderungen gestellt:
Er muss in das (Beton-) Fundament so vollständig in den Beton eingebettet und um-schlossen werden, dass keine Korrosion möglich ist.
Das Material ist üblicherweise verzinkter Bandstahl □ 100 mm²,
bei einer bevorzugten Kantenlänge von 30 x 3,5 mm oder ca. 40 x 2,5 Millimeter.
Messeinrichtungen (Zähler)
Die Zähler, mit denen der elektrische Strom gemessen und schließlich in Geld abgerechnet wird, gehören normalerweise dem Elektrizitätsversorgungsunternehmen. Bei größeren Projekten gibt es separate Zählerräume mit den entsprechenden Abmessungen, während in kleineren Gebäuden die Zähler normalerweise im Technikraum untergebracht sind.
Es ist von entscheidender Bedeutung sicherzustellen, dass Versorgungsmitarbeiter stets sicheren und ungehinderten Zugang haben. Die Anzahl der Messstellen wird in der Planungsphase festgelegt, einschließlich eventuell vorzusehender Reserveorte. Je nach Versorgungsunternehmen können unterschiedliche Regelungen gelten.
Ebenso müssen solche elektrischen Zählerräume frei sein von Leitungen für:
Gas,
Wasser,
Heizung,
Abwasser,
Hebeanlagen
und sonstige entsprechende Leitungen bzw. Einrichtungen.
Anschlussbeispiele Freileitungen
Der folgende Abschnitt befasst sich mit der Einspeisung über Freileitungen, die in Deutschland seltener vorkommt. Mindestabmessungen müssen eingehalten werden und vor allem müssen die statischen Anforderungen berücksichtigt werden. Dies gilt insbesondere für Dachstandverbindungen und Freileitungsanschlüsse. Die folgenden Bilder zeigen diese Anforderungen anhand von Beispielen.
Mittelspannungsschaltanlage
Wenn also die Versorgung aus dem Mittelspannungsnetz erfolgt, können die Abnehmer in unterschiedlicher Weise aus den Umspannwerken des EVU versorgt werden:
Bei besonders großen Strukturen kann die Übertragung von Strom durch Kabel oder Schienensysteme auf Niederspannungsebene zu erheblichen Verlusten führen. Daher werden in industriellen Gebäuden häufig mehrere Mittelspannungsunterstationen eingesetzt, insbesondere in sogenannten Lastzentren. Von diesen Punkten aus kann die elektrische Energie über den kürzesten Weg auf Niederspannung verteilt werden.
Die Entscheidung über die Anzahl der zu verwendenden Mittelspannungsunterstationen basiert hauptsächlich auf den folgenden Hauptkriterien:
lnvestitionen für die Stromübertragung, einbegriffen Schaltanlagen, und Leitungen bis hin zum Verbraucher,
Baukosten, die für die Unterbringung der Technik notwendig sind
laufende Kosten infolge der Übertragungsverluste
und des Betriebs der Anlage.
Der Aufbau einer Mittelspannungsanlage geht aus dem folgenden Bild hervor. Die Anlage besteht aus mehreren Zellen
Die Räume zur Unterbringung der Schaltanlagen sollten bestimmten grundlegenden Kriterien entsprechen. Dies besteht hauptsächlich darin, das System in den Teil zu unterteilen, der zum RU gehört, und den Teil, der dem Kunden des RU gehört. Im Grunde genommen entspricht dies den üblichen Anforderungen an Hausanschlussstationen. Der (separate) Zugang durch Mitarbeiter des Versorgungsunternehmens muss daher gewährleistet sein. Dies kann beispielsweise über ein separates Treppenhaus oder auf eine andere geeignete Weise erfolgen.
Die Transformatoren
Die Wirkungsweise eines Transformators ist hinlänglich bekannt: Durch die Primärspur der Hochspannungsseite fließt ein Wechselstrom. Dieser erzeugt im Eisenkern einen magneti-schen Fluss, welcher in der Wicklung der Sekundärspule eine niedrigere lnduktionsspannung induziert, die jedoch die gleiche Frequenz hat.
Auswahlkriterien für Trafos
Um von der Mittelspannungsebene auf die Niederspannung zu gelangen, muss der Strom transformiert werden, was durch Trafos erreicht wird, d.h. Umformung von 10….20 kV auf 0,4 kV. Die Trafos werden nach folgenden Kriterien bestimmt bzw.
Trafokühlung und Platzbedarf
Leider erfolgt die Energieübertragung in einen Trafo nicht verlustfrei. Es entsteht Verlustwärme, die durch Kühlung abgeführt werden muss. Grundsätzlich werden bei den Trafos flüssigkeits- und luftgekühlte Konstruktionen verwendet.
Die Verlustwärme von Transformatoren, die etwa 10 % der Nennleistung ausmacht, wird also durch
natürliche Lüftung
oder mit einer RLT-Anlage
abgeführt.
Umweltschutz steht heutzutage bei der Auswahl von Kühlmitteln im Vordergrund. Früher wurden Substanzen wie Clophen verwendet. Heute ist das primäre Kühlmittel in Transformatoren Öl, genauer gesagt spezielles Transformatoröl. Obwohl die Kühlleistung dieses Kühlmittels als Vorteil betrachtet wird, gibt es auch Nachteile. Ein bedeutender Nachteil ergibt sich aus den Brandgefahren, die mit dem Kühlmittelöl verbunden sind, was erhebliche bauliche Vorkehrungen erfordert. Die Darstellung "Flüssigkeitsgekühlter Transformator (Inneninstallation)" gibt ein Beispiel für die hier erforderlichen Maßnahmen.
Fallbeispiel:
Für einen Öltransformator mit einer Leistung von bis zu 630 kVA muss eine Auffangwanne darunter installiert werden. Diese Wanne muss in der Lage sein, den gesamten Flüssigkeitsinhalt des Transformators aufzufangen, der in diesem Beispiel 0,7 m³ beträgt.
Werden mehrere Transformatoren nebeneinander aufgestellt, reicht in der Regel eine einzige Sammelwanne aus (Annahme der Gleichzeitigkeit). Bei Transformatoren mit einer höheren Nennleistung im Bereich von 800 bis 2.500 kVA muss eine Sammelgrube mit einem Mindestvolumen von 2 m³ angelegt werden.
Der für Gießharztransformatoren benötigte Installationsbereich ist deutlich kleiner als für Öltransformatoren. Es sind keine besonderen baulichen Maßnahmen erforderlich, da Gießharztransformatoren einfacher aufzustellen sind und fast überall im Gebäude installiert werden können. Die wesentlichen Komponenten dieser Transformatoren sind einzelne Spulen aus Aluminium- oder Kupferwicklungen. Diese Spulen sind in einem hoch isolierenden Kunstharz eingegossen. Jede der drei im Bild dargestellten Spulen ist auf einem Joch montiert, das aus einem entsprechenden Profilstahl besteht. Unter diesem befinden sich die Transportrollen.
Bei natürlicher Belüftung müssen Transformatoren an der Außenwand eines Gebäudes aufgestellt werden. Dafür sind Belüftungsgräben außerhalb des Gebäudes erforderlich, durch die die Transformatoren eingebaut werden können und die Zuluft und Abluft strömen können. Außerdem sollen Transformatoren auf einem erhöhten Boden aufgestellt werden, um große Kabel mit ihren Biegeradien einführen zu können (Höhe des erhöhten Bodens 0,8 m). Über diesen erhöhten Boden können auch Niederspannungskabel zum Schaltgerät geführt werden.