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Niederspannungshauptverteilung mit redundanter Einspeisung

Bild 1. Die von der Firma A+H Steuer- und Regeltechnik realisierte Niederspannungs­schaltanlage versorgt sämtliche elektrische Verbraucher eines Braunkohlekraftwerks

Bild 2. Die Kupferteile für die Einspeisungen und das Koppelfeld wurden vorgefertigt von Rittal geliefert

Bild 3. Um die Leitungen vom Transformator anzuschließen, kommen Maxi-PLS-Schienen zum Einsatz

Niederspannungsschaltanlagen für Kraftwerke müssen unterbrechungsfrei arbeiten und sind daher oft redundant aufgebaut. Für ein Braunkohlekraftwerk in Zentraleuropa hat die mittelständische Firma A+H Steuer- und Regeltechnik eine Niederspannungsschaltanlage gebaut, bei der die Einspeisung redundant über zwei Transformatoren realisiert ist. Die zentralen Einspeisungen und das Koppelfeld stellen hohe Anforderungen an Planung, Konstruktion und Montage. Mit dem Lösungsbaukasten „Ri4Power“ sowie dem Engineering-Tool Power Engineering von Rittal konnte das Unternehmen die komplexen Anforderungen einfach und schnell erfüllen.

Die A+H Steuer- und Regeltechnik GmbH & Co. KG, die seit über 25 Jahren in Remscheid ansässig ist, bietet kompetente Lösungen in der Ausrüstung von Maschinen und Anlagen mit moderner Steuerungstechnik. Das Spektrum der angebotenen Leistungen reicht dabei von der Beratung und Planung, über Konstruktion, Softwareerstellung und Fertigung von Schaltanlagen bis hin zur Installation und Inbetriebnahme der Schaltanlagen vor Ort. Mit etwa 50 Mitarbeitern ist der Mittelständler für Unternehmen verschiedener Industriezweige tätig. So finden sich die Anlagen von A+H beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, in der Förder- und Lagertechnik, in der Verpackungsindustrie, in Kraftwerken, in der Wasserwirtschaft, in der chemischen Indus­trie sowie in vielen weiteren Branchen.

Niederspannungsschaltanlage für Braunkohlekraftwerk
In einem aktuellen Projekt wurde A+H mit der Errichtung einer Niederspannungsschaltanlage für ein Braunkohlekraftwerk beauftragt (Bild 1). Die Anlage dient zur Entaschung und Entschlackung innerhalb des Kraftwerks und ist verfahrenstechnisch in zwei identische Prozesslinien aufgeteilt. Die Niederspannungsschaltanlage besteht entsprechend auch aus zwei Teilen, in denen die Energieversorgung und die Steuerungstechnik für die beiden Prozesslinien untergebracht sind. Neben den Leistungsschaltfeldern ist jeweils noch ein separates Steuerschaltfeld für die SPS-Technik vorhanden. Die Verbraucher der Prozesslinien bestehen überwiegend aus Antrieben und Pumpen für die Fördereinrichtungen für Asche und Schlacke sowie einige Klappen. Ein dritter Teil der Schaltanlage versorgt weitere Komponenten, die die beiden Prozesslinien mit Arbeitsmedien wie Wasser und Druckluft versorgen. Auch dieser Teil der Schaltanlage besteht aus Leistungsschaltfeldern und einem Steuerschaltfeld für die SPS.
Alle drei Teile der Schaltanlage, die insgesamt 30 m Schaltschrank ­beanspruchen, werden über eine zentrale Einspeisung mit Energie versorgt. Für die Schaltschranktechnik in diesem Projekt vertraut man bei A+H auf das TS-8-Schaltschranksystem von Rittal. Konkret kommen hier Schaltschränke mit einer Höhe von 2 000 mm und einer Tiefe von 600 mm zum Einsatz. Die Einspeisung ist redundant ausgeführt, um einen Anlagenstillstand zu vermeiden. Die Anlage hat dazu zwei separate Einspeisungen, die von unterschiedlichen Transformatoren versorgt werden. Beide Einspeisungen können über einen Kuppelschalter miteinander verbunden werden. Sollte ein Transformator einmal ausfallen oder wegen Wartungsarbeiten abgeschaltet werden müssen, so kann die entsprechende Einspeisung abgetrennt und der Kuppelschalter geschlossen werden. Die Anlage, die dann komplett über den verbleibenden Transformator versorgt wird, kann dadurch ohne Unterbrechung weiter arbeiten.

Insgesamt sind in der Niederspannungshauptverteilung drei Leistungsschalter – je ein Leistungsschalter pro Einspeisung plus ein Kuppelschalter – anzusteuern. Die motorisch angetriebenen Schalter von Siemens werden über eine separate SPS vom Typ S7-1200 überwacht, die je nach Bedarf die drei Schalter öffnet oder schließt. Das Programm der SPS sorgt gleichzeitig dafür, dass nicht alle drei Schalter gleichzeitig geschlossen sind. Neben der Steuerung ist eine zusätzliche mechanische Verriegelung vorhanden, die dies verhindert. Das Prinzip der Steuerung lautet „zwei aus drei“ – es müssen also entweder beide Einspeisehauptschalter geschlossen und der Kuppelschalter offen sein oder, wenn der Kuppelschalter geschlossen ist, muss einer der beiden Einspeisehauptschalter offen sein. Im ersten Fall werden beide Anlagenteile separat von den beiden Transformatoren versorgt, während im zweiten Fall nur ein Transformator die elektrische Energie für die gesamte Anlage bereit­stellt.

Bemessungsstrom von 2 500 A
Für die Einspeisung und die Niederspannungshauptverteilung mit einem Bemessungsstrom von 2 500 A hat man sich für das „Ri4Power“-System entschieden. Diese Lösung basiert auf dem Schaltschranksystem TS 8. „Mit einer Einspeisung mit einem so hohen Bemessungsstrom hatten wir bis zu diesem Projekt noch keine Erfahrungen gemacht“, erzählt Mike Langenkamp, der in der CAD-Konstruktion als Projektleiter für das Projekt verantwortlich war. „Die Konstruktion der Kupferschienen für die redundante Einspeisung wäre sehr aufwendig gewesen, wenn wir die Planung komplett gemacht hätten“, sagt der CAD-Konstrukteur weiter. Die Sammelschienen aus Kupfer, durch die bis zu 2 500 A fließen, müssen einen entsprechend hohen Querschnitt aufweisen. Die Anschlüsse an den Transformator, an die Leistungsschalter und an das Sammelschienensystem erfordern daher große und oft komplex gebogene und verschraubte Kupferteile (Bild 2). „Wir waren sehr froh, dass Rittal uns bei der Planung der Niederspannungshauptverteilung unterstützt hat“, sagt M. Langenkamp.
Mit der Software „Power Engineering“ ließen sich die Felder der Niederspannungshauptverteilung weit­gehend automatisiert planen. Die Software ermittelt während der Planung, welche Artikel benötigt werden und stellt diese zu einer Stückliste zusammen. Auch sämtliche Zubehörartikel des „Ri4Power“-Systems sind in der Datenbank enthalten und können komfortabel ausgewählt werden. Innerhalb der Hauptverteilung kommt das Schienensystem Flat-PLS mit jeweils zwei Schienen der Maße 50 mm x 10 mm pro Phase zum Einsatz. In den Einspeisefeldern verwendet man anschlussfreundliche ­Maxi-PLS-Schienen, an denen die Leitungen vom Transformator angeschlossen werden (Bild 3). Die quadratischen Schienen mit einem Querschnitt von 45 mm x 45 mm und T-Nuten an allen vier Seiten haben den Vorteil, dass sich viele Leitungen einfach installieren lassen.

Planung erleichtert Montage
Auch die Montage der Niederspannungshauptverteilung wird durch die Verwendung der Software Power ­Engineering vereinfacht. Entsprechende Montageanleitungen zeigen genau, welche Teile an welcher Stelle innerhalb der Schaltanlage eingebaut werden müssen. „Als die vielen Pakete von Rittal ankamen, hatte ich schon Bedenken, ob die Montage nicht einige Probleme aufwerfen würde“, erinnert sich Thomas Standl, der bei A+H die Elektrofertigung leitet. Dementsprechend positiv war man überrascht, dass die Montage problemlos durchgeführt werden konnte. „Speziell die teilweise kompliziert gebogenen Kupferteile in den Einspeisefeldern und dem Kuppelfeld passten perfekt“, zeigt sich T. Standl beeindruckt. Den Großteil der Montagearbeiten konnte ein Mitarbeiter alleine ausführen. Lediglich bei den schwereren Kupferteilen, die im oberen Bereich der Schaltschränke montiert werden mussten, benötigte der Monteur die tatkräftige Hilfe eines Kollegen.
Als die Kupferschienen der Einspeisefelder und des Kuppelfeldes montiert wurden, waren die Leistungsschalter von Siemens noch nicht geliefert. Man vertraute also bei der Montage darauf, dass die Leistungsschalter anschließend genau passen würden. „Tatsächlich waren keinerlei Anpassungen an den Schienen mehr notwendig, als die Leistungsschalter eingebaut wurden“, berichtet T. Standl.

Fazit
Die Verwendung des ­“„Ri4Power“-Systems”:http://www.rittal.com/de-de/product/list.action?categoryPath=PG0230STV1 für Niederspannungshauptverteilungen bietet dem Schaltanlagenbauer Vereinfachungen sowohl bei der Planung als auch bei der Montage. Die normgerechte Planung von Schaltanlagen mit Bauartnachweis nach DIN EN 61439-2 (VDE 0660-600-2) wird dabei auch durch die Verwendung der Software Power Engineering unterstützt. Die Software erstellt sowohl die Montageanleitungen als auch die übrige Anlagendokumentation auf Knopfdruck.

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Autor: Dipl.-Ing. (FH), MBA Michael Schell ist als Leiter Produktmanagement Power Distribution für Rittal in Herborn tätig.

Autor: Hans-Robert Koch ist als Fachreferent Industrie in der Presse- und Öffentlichkeitsarbeit für Rittal in Herborn tätig.