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Elektroenergieverteilung

Elektroenergieverteilung

Elektroenergieverteilung ist ein zentrales Element für die Versorgungssicherheit und Leistungsfähigkeit von Gebäuden und Anlagen

Die Gestaltung von elektrischen Energieverteilungssystemen basiert auf einer detaillierten Analyse der Anforderungen und des Energieverbrauchs. Es ist entscheidend, bei der Installation dieser Systeme Vorschriften und Standards einzuhalten, um Sicherheit und Effizienz zu gewährleisten. Durch regelmäßige Wartung und Überwachung dieser Systeme können Ausfälle verhindert und betriebliche Unterbrechungen minimiert werden.

Elektroenergieverteilung/Schaltanlagen

Nachdem die elektrische Energie auf die für das Gebäude oder die Anlage erforderliche Spannung umgewandelt wurde, wird sie an einzelne Verbraucher verteilt. Hierfür werden Schaltanlagen verwendet. Die Energie wird über Sammelschienen oder Kabel in diese Schaltanlagen geleitet, die als Niederspannungsschaltanlagen bezeichnet werden. Mehrere Transformatoren können in dieses System einspeisen.

Leistungsbilanz und Gleichzeitigkeitsfaktor

Beispiel einer Leistungsbilanz

Die folgende Tabelle zeigt ein Beispiel für eine Leistungsbilanz für ein Bürogebäude.

Die Tabelle gibt ein Beispiel für eine Leistungsbilanz in einem typischen Bürogebäude. Unter "Leistungsbilanz" verstehen wir die Leistung, die gleichzeitig von den verschiedenen Systemen im Gebäude aus dem Netz gezogen wird. Die Tabelle soll verdeutlichen, dass die installierte Leistungskapazität nicht unbedingt der erwarteten Durchschnittsleistung entspricht, die tatsächlich genutzt wird. Die hier aufgeführten Gleichzeitigkeitsfaktoren werden verwendet, um diese erwartete Leistung zu schätzen. Bitte beachten Sie, dass dies eine erste Einschätzung ist. Konkrete Daten müssten aus der genauen Berechnung der Tageszyklen stammen.

Niederspannungsschaltanlage

Beispiel einer Niederspannungsschaltanlage mit Reihenzellen

Die Leistungsschalter und Sicherungen befinden sich im Niederspannungsschaltanlagen, für den ein separater Raum vorgesehen ist. Diese gehören zu den einzelnen Versorgungsbereichen. Das System ist in Form eines Schrankes aufgebaut, in dem alle relevanten Teile und Komponenten angeordnet sind. Auch hier wird die Größe des Systems, die sich durch die Anzahl der einzelnen Schrankelemente ausdrückt, durch die Anzahl und Bedürfnisse der Kunden bestimmt. Ein zusätzliches Kriterium ist die normative Anforderung für Unterverteilung.

Hinsichtlich der baulichen Eigenschaften und der Zugänglichkeit der Räume für Niederspannungsschaltanlagen gelten dieselben Anforderungen wie für Transformatorräume. Wenn möglich, sollten sie auch an der Außenwand des Gebäudes liegen. Dies ermöglicht eine einfache Belüftung. Es liegt daher nahe, immer diese wirtschaftliche Lösung anzustreben, da sonst ein System zur Zwangsbelüftung und -absaugung erforderlich wäre.

Schaltschema (Legende siehe nächstes Bild)

Im Foto sieht man beispielhaft eine solche Niederspannungsschaltanlage, die in Reihenzellen angeordnet wurde.

Fallbeispiel:

Ein idealtypisches Schaltschema, dargestellt im vorhergehenden Bild, enthält

  • die Mittelspannungsanlage,

  • die Transformatoren

  • und die Niederspannungsschaltanlage.

Symbole zum obigen Schema

Die Zuführung erfolgt über zwei separate Einspeisezellen aus dem Versorgungsnetz. Anschließend folgt die Übergabestation und dann die Messstation, die sich an einem MSA befindet. Von dort aus werden die Transformatoren versorgt. Nach den Transformatoren kommen die Niederspannungsschaltanlagen und die Niederspannungssammelschiene. Die Sammelschiene überträgt die Energie durch die Schaltzellen und verteilt sie anschließend über Kabel oder Schienen an die Verbraucher, ausgestattet mit den entsprechenden Sicherungen und Schaltern.

Zentrale und dezentrale Systeme

Dezentrales und zentrales Schaltsystem

Ein wesentliches Kriterium, ob eine zentrale oder dezentrale Einrichtung errichtet werden soll, ist in erster Linie von der Entfernung der einzelnen Versorgungs- und Verbraucherein-heiten voneinander abhängig. Es gilt also, die Lage und Entfernung der Installationswege und innerhalb dieser Wege die Installierbarkeit der Leitungen und Komponenten zu beach-ten. Deshalb besteht die Forderung, dass zentrale Schaltanlagen mit vorgeschalteten Trafos möglichst unmittelbar bei den Lastschwerpunkten eingerichtet werden. Bei der Planung ist zu berücksichtigen, dass solche Schaltanlagen in unmittelbarer Nähe von Kälte- bzw. Lüf-tungszentralen, größeren EDV-Anlagen oder Anlagen für die Küchentechnik ihren ausrei-chenden Platz erhalten.

Wenn diese Kriterien vorrangig nicht zutreffen, liegt es auf der Hand, dezentrale Anlagen zu verwenden. Diese finden sich meist aus technisch/technologischen Gründen in Industriean-lagen und dort in der Nähe der elektrischen Großverbraucher.

Versorgungssysteme Elektroenergie

Gegenüberstellung von Systemen der Elt-Versorgung

In erster Linie bestimmen der Gebäudetyp und seine Leistungsanforderungen die Form und Größe der Hauptenergieversorgungssysteme. Ein weiteres Designkriterium für diese Systeme sind die unterschiedlichen Anforderungen an die Versorgungssicherheit. Wenn es heißt "der Strom darf niemals ausfallen", sind besondere Vorkehrungen notwendig. Dazu können eine redundante Versorgung oder eine Notstromversorgung gehören. Verständlicherweise erhöhen solche zusätzlichen Schritte die Kosten der Systeme. Die gebräuchlichste Form ist:

Stich- und Gruppenversorgung, hauptsächlich relevant für kleinere Immobilien wie Wohnhäuser. Im Gegensatz dazu wird die Ringversorgung für größere Strukturen verwendet, die eine hohe Versorgungssicherheit erfordern.

Immobilien mit den höchsten Sicherheitsanforderungen an ihre Versorgung oder solche, die in verschiedenen Lastzentren hohe Einzelleistungen erfordern, nutzen eine Doppelversorgung (redundante Versorgung). Bei der Konzeption und Gestaltung dieser Systeme ist es entscheidend, Klarheit über die erforderlichen Versorgungsspezifikationen zu haben. Wenn die Ausrichtung nicht akribisch und fein auf den erwarteten Betrieb abgestimmt ist, könnte das Facility Management Schwierigkeiten haben, die Versorgungssicherheit aufrechtzuerhalten.

Auch die Entscheidung über die Art der Versorgung, sei es über Schienen oder Kabel, ist entscheidend und sollte im Voraus getroffen werden. Oft ist die Flexibilität der Installation das Hauptkriterium. Ein Stromschienensystem wird für eine flexible Einrichtung verwendet, während Kabel normalerweise für eine feste Installation verwendet werden.

Die Tabelle wurde erstellt, um die elektrischen Versorgungssysteme zu vergleichen und ihre Vor- und Nachteile auf einen Blick zu beleuchten.

Leitungsverlegung (Kabelsysteme)

Dezentrales und zentrales Schaltsystem

Ein Hauptkriterium für die Entscheidung zwischen einem zentralisierten oder dezentralisierten System ist die Entfernung zwischen den Versorgungseinheiten und den Verbrauchern. Man sollte die Position und Länge der Installationswege berücksichtigen, zusammen mit der Machbarkeit, Kabel und Komponenten innerhalb dieser Routen zu verlegen. Dies erfordert, dass die zentrale Schaltanlage mit vorgeschalteten Transformatoren so nah wie möglich an den Lastzentren platziert wird. In der Planungsphase ist es wichtig sicherzustellen, dass diese Schaltanlage genügend Platz in der Nähe von Kühl- oder Lüftungszentren, umfangreichen IT-Systemen oder Küchentechnikaufbauten hat.

Wenn diese Überlegungen nicht die treibenden Faktoren sind, ist es logisch, sich für dezentralisierte Systeme zu entscheiden. Typischerweise werden solche Systeme aus technischen oder technologischen Gründen in industriellen Umgebungen und neben erheblichen elektrischen Verbrauchern positioniert.

Kabel bestehen meist aus mehreren Kupferadern, die mit einem isolierenden Material umhüllt sind.

Die grundsätzlichen farblichen Unterschiede sind die folgenden:

  • Schwarze und braune Adern sind Außenleiter (Phasenleiter),

  • hellblaue Adern dienen als Mittelleiter (Neutralleiter)

  • und grüngelbe Adern sind Schutzleiter.

Wohnungen (zusätzlich Steckdosen in Fußbodennähe, ansonsten sinngemäß wie vorhergehende Abbildung)

Schienensysteme

Die Verwendung von Strom-Schienensystemen hat drei Hauptgründe:

  • die Übertragung relativ hoher Ströme

  • sicherheitstechnische Erwägungen

  • Flexibilität der Installation

Beispiel Spezial-Sammelschienen 800 A/1600 A, 3- und 4-polig, überbaubar.

Kabelpritschen (Kabelrinnen)

Kabelrinnensystem (Beispiel)

Ein Kabelkanal ist eine Einheit, die dazu dient, elektrische Drähte und Kabel aufzunehmen und zu stützen. Die meisten bestehen aus verzinktem Stahl, während rostfreier Stahl seltener verwendet wird. Einige sind auch aus (halogenfreiem) Polyester gefertigt. Diese Kabelkanäle werden typischerweise mit Stützarmen an Wänden befestigt, können aber auch an Decken angebracht werden. Einmal installiert, bleiben sie normalerweise an ihrem Platz.

Ein Vorteil von Kabelkanälen ist, dass bei ausreichender Größe in Zukunft problemlos zusätzliche Installationen hinzugefügt werden können.

Obwohl Rohrleitungen und Lüftungskanälen mehr Planungsüberlegungen gewidmet werden, wird der für Kabelkanäle benötigte Raum häufig übersehen. Tatsächlich benötigen sie einen erheblichen Platzbedarf.

Anzahl der Stromkreise für Steckdosen und Beleuchtung (in Wohnungen DIN 78075, Teil 2)

Eine andere Möglichkeit, die jedoch teurer ist, ist die dauerhafte Installation in zugänglichen Kabelgräben. Diese Methode erfordert eine koordinierte Zusammenarbeit zwischen den Planern, da die Nutzung eines zugänglichen Kanals auch für andere Dienstanbieter sehr attraktiv ist. Solche Kanäle können auch zusätzliche Zwecke erfüllen, wie zum Beispiel den internen Transport. Ein Kabelgraben nur für die Kabelverlegung zu nutzen, ist in der Regel zu kostspielig.

Unterverteilungen

Unterverteilungen erfüllen hauptsächlich logistische Funktionen. Dies ist bei Wasser-, Luft- und anderen Leitungen nicht anders als bei elektrischen Leitungen. Sammelpunkte, sogenannte Unterverteiler, sind notwendig, um zu vermeiden, dass mehrere Leitungen von der Quelle zu jedem einzelnen Verbraucher verlegt werden müssen. Vom Niederspannungshauptverteiler (oder vom Zähler) wird die Energie über Kabel mit dem größtmöglichen Querschnitt zum Verbrauchspunkt geleitet. Erst hier erfolgt die Verteilung auf kleinere Querschnitte (Unterverteilung). Die Anzahl ergibt sich aus den bereitzustellenden Stromkreisen oder aus den anzuschließenden Geräten. Die Schutzeinrichtungen für die jeweiligen Verbrauchergruppen oder Geräte werden auch in den Unterverteilungstafeln verwendet.

Über die Lage und die Inhalte solcher Unterverteilungen sind Dokumente anzufertigen, die Auskunft geben über:

  • Bestückung,

  • Umfang anzuschließender Geräte,

  • Anzahl der Steckdosen

  • und die maximale Absicherung (jeweils aus den Herstellerangaben zu entnehmen).

Unterverteilungsbeispiel

Installationsanlage

Der Begriff "Installationssystem" bezieht sich einfach auf die Stromversorgung von der Unterverteilung zu den Verbrauchern, normalerweise auf eine Etage beschränkt. Wie bereits erwähnt, wird die Energie (normalerweise auf Bodenebene) über Kabel oder Schienen verteilt.

Bezüglich der Lage der Leitungen einer Installationsanlage unterscheidet man zwischen:

  • Aufputzinstallation

  • Unterputzinstallation

  • und Rohrinstallation.

Die folgende Tabelle gibt hierzu einige grundsätzliche Erläuterungen.

Lage/Art der In-stallation

Erläuterungen

Aufputzinstallation

Leitungen als Mantelleitung (NYM) durch Kabelhalter auf der Wand aufgebracht, hauptsächlicher Einsatz dort, wo eine Unter-putzinstallation wegen der geforderten Schutzart nicht in Frage kommt. (Garagen/Kellerräume).

Unterputzinstallati-on

Leitungen werden unter Putz verlegt. Verlegung erfolgt nach Plan horizontal und vertikal. Sie nur dort zulässig, wo man später nicht mehr ankommt. Beispiel Schalterleuchten an Decken.

Rohrinstallation

Bauseitige Verlegung eines Installationsrohres in zuvor ausgestell-ten Schlitzen. Späteres Einziehen der Leitungen in die Rohre. Diese Installationsart ermöglicht die Austauschbarkeit der Leitungen.

Installationsarten nach deren Lage

Bei der Verteilung der Elektroenergie an einem Objekt ist dessen Funktion und Größe ausschlaggebend. So wird beispielsweise im Wohnungsbau die Elektroenergie von Stromkreisverteilern in unter Putz verlegten Kabeln zu den Verbrauchsstellen geführt.

Diese Installation kann

  • mit Verbindungsdosen

  • oder ohne Verbindungsdosen, sozusagen als lose Installation durchgeführt werden.

Die nächsten beiden Bilder zeigen diese unterschiedlichen Methoden. Wenn Abzweigdosen verwendet werden, muss an jedem Verbindungspunkt eine eingesetzt werden. Diese befinden sich dann normalerweise etwa 30 cm unterhalb der Decke.

Werden nur Geräteanschlüsse verwendet, d.h. die Installation erfolgt ohne Abzweigdosen, müssen Schaltkästen mit einem zusätzlichen Verteilerkasten verwendet werden. Auf diese Weise werden die Leitungen innerhalb des Geräteanschlusses verbunden. Dieses Verfahren hat den Vorteil, dass man die Abzweigdosen bei Bedarf jederzeit öffnen und das System einfach überprüfen kann, indem man die betreffenden Geräte entfernt (dies sind normalerweise die Schalter und Steckdosen). Wenn die Dosen mit Tapete oder Farbe überdeckt wurden, muss die Tapete an dieser Stelle beschädigt werden. Das ist natürlich nicht ideal.

Geräteverbindungsdosen (Prinzipdarstellung)

Die hier für den Wohnungsbau beschriebenen Konzepte der elektrischen Energieverteilung werden daher eher in kleineren Immobilien wie Wohnungen oder Bürogebäuden eingesetzt.

Installation mit Verbindungsdosen (Prinzipdarstellung)

Schaltzeichen der Elektrotechnik / Elektronik (beispielhafter Info-Auszug)

Es ist offensichtlich, dass diese Methode nicht für größere Einrichtungen wie Industrieanlagen, Bürogebäude, Produktionsstätten, Krankenhäuser, Labore usw. geeignet ist, bei denen Kabel mit großen Querschnitten verlegt werden müssen und viele Kabel beteiligt sind. Hier sollten andere Arten der Bodenverteilung verwendet werden. In größeren Bürogebäuden wird beispielsweise oft eine unterirdische Elektroinstallation verwendet.

Unterflur-Elektroinstallationen

Möglichkeiten der Unterflurinstallation

Die Unterflurinstallationen lassen sich in die verschiedenen Untergruppen entsprechend der folgenden Tabelle einteilen.

Fußbodenebene Einbaueinheit (Beispiel)

Unterflurinstallationen werden in Bereichen mit großer Raumtiefe und kompakten Kabelnetzen durchgeführt. Dies trifft insbesondere auf Industrie- und Verwaltungsgebäude zu. Die folgenden Tabellen bieten einen detaillierteren Überblick darüber.

Installation auf dem Fußboden

Bei der Gestaltung von Hohlraumböden ist zu beachten, dass in der Regel nicht mehr als 3 bis 4 nachträgliche Installationen möglich sind. Danach sind sie so dicht belegt, dass weitere nachträgliche Installationen nicht mehr realisierbar sind. Wenn also bereits in der Planungsphase bekannt ist, dass die Büro- oder Produktionsorganisation häufige Änderungen oder Umzüge erfordert, sollte dieser Faktor berücksichtigt werden. In solchen Fällen ist ein Hohlraumboden-Konzept möglicherweise nicht sinnvoll.

Weitere Installationsarten

Es ist also erforderlich, auch andere Installationsarten zu kennen, um sie gegebenenfalls ins Kalkül ziehen zu können.

Man unterscheidet hauptsächlich:

  • Wandinstallationen,

  • Fensterbankkanalsysteme,

  • Brüstungsinstallation,

  • und lnstallationssäulen mit Deckeninstallationen.

Weitere Installationsarten

Die wichtigen Merkmale dieser Installationsarten zeigt die folgende Tabelle.

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