Antriebstechnik

Verteilung elektrischer Energie

Elektrische Energie wird bevorzugt auf Niederspannungsniveau (Steuer- und Informationsspannung für Hilfsstromkreise 60/230 Volt AC/DC, Gebäudetechnikspannung für Hauptstromkreise 230/400 Volt AC/DC, Industriespannung für Hauptstromkreise 400/690 Volt AC/DC) an Endverbraucher wie Antriebe, Lüfter, Klimaanlagen, Leuchten verteilt. Die dazu benötigten Schalt-, Schutz- und Steuereinrichtungen (beispielsweise Motorabgänge/Motor Control Center MCC) befinden sich in Gefäßen variabler Größe aus unterschiedlichen Materialien, die elektrisch und mechanisch verbunden die Niederspannungs-Schaltanlage (NSA) bilden. Bei dezentral strukturierten technologischen Einrichtungen nehmen schrankarme Ausführungen zu.

Dezentraler Motor-Starter (Wendestarter) des Systems Ecofast mit steckbaren Schnittstellen für Energie und Kommunikation sowie digitalen I/O in einem Gehäuse (Quelle: www.siemens.de)

Jede Ausführung kann das Qualitätsniveau typgeprüfte (TSK) oder partiell typgeprüfte Schaltgerätekombinationen erreichen. Eine Schaltgerätekombination stellt die Zusammenfassung mehrerer Niederspannungsschaltgeräte mit allen zugehörigen Betriebsmitteln zum Steuern, Messen, Melden sowie den erforderlichen Schutzeinrichtungen dar. Diese Bestandteile werden unter Verantwortung des Herstellers elektrisch und mechanisch zu einer funktionstüchtigen Baueinheit gefügt. Wünsche nach Anpassungsfähigkeit an geänderte technologische Bedingungen und an Fortschritte in der Niederspannungstechnik hinsichtlich eines weiten Einsatzbereichs bezüglich Betriebs- und Personensicherheit, Bedienerfreundlichkeit, hoher Energieeffizienz sowie nach Qualität lassen sich kostengünstig nur mit TSK-Lösungen erreichen (Berücksichtung der Lebensdauer durch die Total Costs of Ownership).

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Schranklösungen

Zum Aufnehmen von NSA bietet der Markt zahlreiche Universalsysteme in Schrank- oder Kastenbauform (bevorzugt für die Gebäudetechnik, Breite/Höhe/Tiefe = 300... 840 mal 300... 850 mal 150... 250 Kubikmillimeter) aus Stahlblech oder mit Isolierstoffumhüllung. Mit derartig konstruktiv durchdachten Lösungen lassen sie sich strukturiert und wirtschaftlich realisieren. Kompatibel zu den im Markt verbreiteten Schaltgeräten wird häufig eine Planungssoftware bereitgestellt, die Schrankdimensionierung und Anlagenkonfiguration erleichtert, gleichzeitig die Kalkulation von Fertigungsaufwand und Materialkosten übernimmt. Daneben stehen zugeschnittene Gefäßfamilien für typgeprüfte Komplettsysteme wie beispielsweise Modan von Moeller. Intern sind die Felder solcher Punktverteiler. Im Geräteraum haben sich die vier in Konstruktion und Kosten unterscheidenden Bauformen Festeinbau, Einsatztechnik, Schubeinsatztechnik, Einschubtechnik bewährt. Thermische Eigenschaften, zulässige Betriebs- und Umgebungsbedingungen, Ausfallverhalten und EMV, Schutz gegen Übertemperatur, -strom und -spannung, Lichtbogen, Brand sowie Explosion sind so ausgeführt, dass die Schaltschränke/-kästen nicht unbedingt einen elektrischen Betriebsraum benötigen.

Schrankarme Lösungen

Mit der Dezentralisierung der Informationstechnik für modulare Maschinen- und Anlagenkonzepte setzt sich die verteilte Anordnung der Leistungstechnik im Niederspannungsbereich durch. Stellglieder (Aktoren, Motorstarter) und andere Komponenten wie Feldverteiler, Einspeiseeinheiten nehmen als Peripherie der Hauptschaltanlage beziehungsweise der gesamtem Automatisierungsanlage dezentrale Positionen unmittelbar im Prozess ein, werden über einen Energiebus versorgt, aber zentral gesteuert und überwacht. Erhebliche Kostensenkung bei der Gefäßtechnik, ihrem Aufstellungsplatz, für Transport, Verkabelung und Montage ist die Folge. Wegen des aufwandsarmen, schnellen „Plug & Play“ wird die Vorabinbetriebsetzung bereits beim Hersteller effektiv. Neben sinkender Brandlast kennzeichnet diese Installationsform eine verkürzte Projektierungszeit, steckbare, standardisierte, herstellerunabhängige Schnittstellen für Daten und Energie sowie höhere Verfügbarkeit. Für unmittelbare Prozessnähe ausgelegte Konstruktionen weisen meist einen integrierten Leitungsschutz auf, einen Reparaturschalter, übersichtliche Anschlüsse für Energie und Daten. Gängige Feldbussysteme lassen sich über einen internen Kommunikationsbaustein ankoppeln. Das robuste Gehäuse hoher Schutzart nimmt bei Bedarf eine SPS auf und erlaubt das Anschalten zusätzlicher binärer Aktoren oder Initiatoren. Spezielle Ausführungen haben gemäß den Hygiene-Vorschriften eine reinigungsmittelunempfindliche Oberfläche und die Schutzart IP 69K.

Zu den Vorleistungen für den schaltschrankarmen beziehungsweise -losen Anlagenaufbau gehören die Vorfertigbarkeit typisierter Basisfunktionen (zum Beispiel Motorstarter), die Verfügbarkeit geeigneter Klein-Gehäuse in Metall oder Isolierstoff (Schutzart IP 54), sowie die elektronische Ausführung von Schutzeinrichtungen zum Steuern, Überwachen, Programmieren, Diagnostizieren und Warten über verbreitete Feldbusse. Weitere Merkmale sind eine Anschlussmöglichkeit für Intranet/Internet, die Vor-Ort-Steuerbarkeit (einschließlich Not-Aus und Abschließbarkeit) und -Meldung, die konstruktive Integration von Leistungsbausteinen für Einspeisung, Motorschutz-, Sicherheitsrelais mit Ein- und Ausgabebaugruppen, sowie die aufwandsarme Zusammenschaltung der Komponenten durch Stecken. Schließlich soll die Nutzung der Funktionseinheiten (einschließlich angeschlossenem Verbraucher/Motor) als Sensor für zusätzliche Informationen über die technologische Situation erwähnt werden und die Integrierbarkeit von Sicherheitsmodulen.

Schienenverteiler

Gleichsam als Energiebus unterstützt diese „TSK in Form eines Leitersystems, das in einem Leitungskanal, einem Leitungsrohr oder einem Gehäuse Sammelschienen enthält, die in Isoliermaterial gehalten werden» (DIN EN 60 439 Teil 2) die aus der Automation geläufige Dezentralisierung. Neben der nahezu punktgenauen, geometrisch flexiblen, flächendeckenden Energieversorgung der Verbraucher beziehungsweise der ihnen vorgeschalteten Schränke trägt der übersichtliche Linienverteiler bei Erfordernis zusätzlich Leuchten oder nimmt Kabel und Leitungen auf. Bei häufigem Verändern des technologischen Layouts (Maschinenumstellungen etwa in der Autoindustrie bei Modellwechsel) werden Gehäusesysteme oft durch Schienenverteiler ergänzt, gar ersetzt. Joachim Krause

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