Industrielle Energieverteilung: Zuverlässige Lösungen & Best Practices

Energieverteilung in der Industrie – Alles, was Sie wissen müssen

Heute führen wir Sie in die industrielle Umgebung ein, indem wir das Bild zeichnen, wie elektrische Energie in der Industrie verteilt wird. In der Industrie spielen elektrische Schalttafeln eine Hauptrolle bei der Energieverteilung – sie beherbergen Sammelschienen, Leistungsschalter, Messgeräte etc.

Diese Schalttafeln sind über verschiedene Industrieabschnitte verteilt, um die Energie an einzelne installierte Systeme zu liefern, und über Kabelkanäle miteinander verbunden. Sehen wir uns das Konzept im Detail an.

Struktur der Energieverteilung in der Industrie

In einem industriellen Stromversorgungssystem wird elektrische Energie entweder von privaten oder öffentlichen Versorgern (oder beiden) bezogen. Die eingespeiste Spannung liegt im Bereich 11 kV, 33 kV, 66 kV oder 132 kV. Diese Hochspannungen werden über Abwärtstransformatoren auf Niederspannung transformiert.

Spannungen im Bereich 440 V oder darunter werden als Niederspannungssysteme (Low Tension) bezeichnet. Diese transformierte Spannung wird über eine Schaltgerätekombination (elektrische Schalter, Leistungsschalter, Sicherungen, Schutzeinrichtungen, Messbretter etc.) an diverse Schalttafeln und Geräte weitergeleitet.

Die folgende Abbildung zeigt ein Schemaschema der Energieverteilung. Dieses Modell wird vorwiegend in großen und mittelgroßen Industrien eingesetzt. In manchen Fällen entfallen Unterverteiler (Sub-LT Panels) – die Energie wird direkt von LT-Panels an SDBs geleitet, abhängig von der Verteilfläche und Anzahl der zu versorgenden Einheiten/Abschnitte.

Elemente dieses Energieverteilungsmodells: LT-Panel, Sub-LT-Panel, SDB (Unterverteiler), PDB (Leistungsverteiler) und LDB (Beleuchtungsverteiler).

Verschiedene Transformatoren speisen die LT-Panels, die als Hauptschaltsystem für das gesamte Verteilkonzept fungieren und die Gesamtnachfrage tragen. Die internen Komponenten der LT-Panels besprechen wir später. Die Abgangsleiter der LT-Panels verbinden sich mit Sub-LT-Panels, die für eine Lastengruppe in einem Abschnitt die Nachfrage decken.

Der Einspeisepunkt des Sub-LT-Panels geht an SDBs, die Lasten wie elektrische Öfen, Hebezeuge etc. (über diverse PDBs) versorgen.

PDBs stellen die tatsächliche Stromverbindung von Last zur Quelle her – einzelne Maschinen sind direkt an die Versorgung angeschlossen. Ein Teil der Energie vom PDB geht an LDBs, die Beleuchtungsausrüstung versorgen (Straßenlaternen, Arbeitsplatzbeleuchtung, Steckdosenleisten etc.).

Alle Schalttafeln im Verteilnetz sind mit ordnungsgemäßer Erdung & Grounding versehen, um Geräte und Bedienpersonal zu schützen.

Niederspannungs-Schalttafel (LT-Panel)

Die Schaltgerätekombination auf jeder Verteilseite ist in metallummantelten Strukturen untergebracht – den LT-Panels (Niederspannungsschalttafeln). Diese verteilen die Energie vom Transformator an diverse Sub-LT-Panels. Nennwerte: 430 V, 3-phasig, 50 Hz, drei- oder vierleitersystem.

Es handelt sich um ein bodenstehendes, freistehendes, vollständig geschlossenes und erweiterbares Gerät. Das Design umfasst alle Sicherheitsvorkehrungen für Betrieb und Wartung.

Die interne Verdrahtung des LT-Panels ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Luftleistungsschalter (ACB – Air Circuit Breaker)

Er schaltet den Stromkreis manuell oder fernbedient im Normalbetrieb und trennt automatisch bei Fehlern. Ausführung als 3/4-polig, Nennstrom nach Laststrom (bzw. Schaltvermögen), als ausziehbare oder fest eingebaute Variante.

ACBs verfügen über notwendige Sammelschienen zum Anschluss der Klemmen mit verschraubten Neutralleiterverbindungen. Sie sind mit Mikroprozessorsystemen für Schutzfunktionen (Überlast, Erdschluss, Kurzschluss) ausgestattet. ACBs liefern auch notwendige Anzeigen und Messwerte über Stromwandler, Lampen, Amperemeter, Voltmeter etc.

Sammelschienen und Verbindungen

Sammelschienen bestehen aus hochleitfähigem Kupfer (manchmal Aluminium zur Kostensenkung). LT-Panels enthalten ein System aus Haupt-Sammelschienen (horizontal) und Hilfs-Sammelschienen (vertikal) in Sammelschienen-Gängen mit Frontzugang für Kabelanschlüsse.

Abgehende Kabel werden entweder als starr oder flexibel an die Sammelschienen angeschlossen – abhängig vom Schalttafelhersteller. Alle Sammelschienen sind geeignet isoliert / umhüllt.

Sammelschienen nehmen die Einspeisung von Transformatorenklemmen auf und verteilen sie an Panelselemente: ACBs, Kondensatorbank-Schaltgeräte, sonstige angeschlossene Lasten. Sie können oben, unten oder beidseitig verlaufen – meist oben Transformator, unten Dieselgenerator (DG).

Sammelschienen-Koppler (Bus Coupler)

Er koppelt eine Sammelschiene mit einer anderen unterschiedlicher Quelle (aber gleicher Nennwert) ohne Lichtbogen oder Versorgungsunterbrechung. Bei Wartung anderer Leistungsschalter im gleichen Panel leitet der Koppler die Versorgung auf die andere Quelle um. Auch eine Schaltgerätekombination mit ACB und Verriegelungseinrichtung.

Kondensatorbank

Separates Panel mit Sammelschienen, MCCBs, gedrosselten Reaktoren, Kondensatoreinheiten, Schützen, Messeinrichtungen und Kabeln. Auch als automatische Blindleistungskompensationsanlage (APFC) bezeichnet. Dieses Panel wird über ACBs und Schaltgerätekombinationen per Kabel an das LT-Panel angebunden.

Kondensatoren und Reaktoren sind als Innenraumtyp mit Luftkühlung ausgeführt. Die Kondensatorbänken werden quer zur Versorgung geschaltet, um den Leistungsfaktor (cos φ) des Systems zu verbessern. Kondensatoren werden automatisch (programmierbare Geräte) oder manuell (Schalter) geschaltet – abhängig von der zu kompensierenden Blindleistung.

Messtechnik und Anzeige

Voltmeter, Amperemeter und Leistungsfaktormesser im LT-Panel zeigen diverse Parameter an und sind mit Leitungsschutzschaltern (MCBs) geschützt. An allen LT-Panels sind Anzeigelampen (meist LED) für jede Phase zur Anzeige von Betriebs- oder Fehlerzustand vorhanden. Start- und Stopp-Drucktaster auf dem Messpanel geben Eingabebefehle (Einschalten, Not-Aus).

Sub-LT-Panels

Diese Panels ähneln LT-Panels, haben jedoch geringere Nennwerte und befinden sich in bestimmten Industrieabschnitten (z. B. Montage- oder Versandabteilung) statt nah am Transformator wie das LT-Panel. Sie fungieren als Haupteinspeisung für diverse SDBs, da sie Energie von LT-Panels empfangen und an SDBs verteilen.

Interne Schaltung entspricht LT-Panel: Sammelschienen, Kondensatorbank-Anschlüsse, ACBs, Messpanels (Bus-Koppler in den meisten Fällen nicht enthalten).

Diese Panels enthalten auch Versorgungs-Sammelschienenkammer und DG-Sammelschienenkammer (Dieselgenerator), sodass einige Lasten (SDBs) bei geringer Netzversorgung auf DG-Betrieb umgeschaltet werden können. Meist ist die DG-Kammer jedoch im LT-Panel selbst untergebracht. Sub-LT-Panels enthalten auch Kondensatorbänke oder APFC-Geräte zur Blindleistungsverbesserung.

Unterverteiler (Sub-Distribution Boards – SDBs)

In standardisierten und kundenspezifischen Ausführungen verschiedener Hersteller erhältlich. SDBs enthalten Sammelschienen (Kupfer/Aluminium), die Energie von Sub-LT-Panels oder Haupt-LT-Panels empfangen und an schwere Maschinen (Öfen, Kühlmaschinen, Wasserpumpen, Öfen etc.) und PDBs verteilen.

Energieeinspeisung (Incomer) über ACB oder MCCB, Verteilung über abgehende MCCBs oder SDFUs (Schalt-Trenn-Sicherungen). SDFUs bestehen aus Schaltern in Reihe mit Sicherungseinsätzen (HRC-Sicherungen mit hoher Ausschaltleistung) und mechanischer Struktur für Handbedienung. Diese Schaltgeräte dienen Lastschaltung, Isolierung und Kurzschlussschutz.

Manche SDBs enthalten auch Kondensatorbänke – besonders jene, die schwere induktive Lasten versorgen, zur Blindleistungsverbesserung. SDBs nutzen Sammelschienen für den Anschluss aller SDFUs und Geräte im Inneren über den Sammelschienengang und ermöglichen ausgehende Verbindungen über Hochleistungskabel im Kabelkanal.

Jeder Lastschaltabteil hat dauerhafte Identifikationsschilder, Anzeigeleuchten und Messeinrichtungen (falls erforderlich). Die folgende Abbildung zeigt das Schemaschema eines SDB.

Leistungsverteiler (Power Distribution Boards – PDBs)

Diese verteilen Energie an diverse Maschinen und Geräte – auch in großen Gebäuden findet man solche Verteilstrukturen. PDBs sind mit Kurzschluss- und Überlastschutz ausgestattet. Sie enthalten verschiedene Schutzrelais, die Leistungsschalter (hohe Kapazität) gegen diverse Fehlertypen auslösen.

PDBs sind Metallgehäuse mit diversen MCBs, die auf einem Metallträger montiert sind und diverse Leistungseinrichtungen wie Motoren anschließen sowie Energie an diverse LDBs verteilen.

PDBs empfangen Energie von diversen SDBs und versorgen daran angrenzende Lasten. Daher werden sie nahe der betreffenden Anwendung platziert: Förderbandschaltung, Aufzug-/Hebemaschinen, Pumpensteuerungen etc.

• Weiterführend: Drehstrom-Elektroinstallation im Haus

Ausführung als Wand- oder Bodenmontage – abhängig von Kundenwunsch und Nennleistung. Zusätzlich zum SDB-Incomer werden manche PDBs mit USV (unterbrechungsfreier Stromversorgung) als Hilfsquelle versorgt, um Betriebsfortführung bei Stromausfall zu gewährleisten.

Beleuchtungsverteiler (Lighting Distribution Boards – LDBs)

Dies sind die endgültigen Schalttafeln (in elektrischer Verkabelung & Installation) in Bereichen mit geringer Schaltleistung: Beleuchtung, Klimageräte, Kleinnmotoren, Verteiler für tragbare Geräte (Gebläse etc.). LDBs finden sich auch in Wohnungen und Büros – sie dienen Schaltvorgängen geringer Leistung.

Hier klicken für Verdrahtungsplan des Beleuchtungsverteilers

LDBs enthalten diverse MCBs, wobei jeder MCB als Schalter für einzelne Lasten dient (manchmal mehrere Leuchten an einem MCB). Diese MCBs schützen Lasten vor Überlast und Kurzschluss. Die MCBs sind auf Metallträgern montiert. Die Boards empfangen Energie von PDBs und speisen Beleuchtungslasten. Meist wandmontiert.

Weiterführend: Verschiedene Methoden der elektrischen Verkabelung