Elektrotechnik: Niederspannungsschaltanlagen

Zentraler Einspeisepunkt für das gesamte Versorgungssystem eines Gebäudes oder einer Anlage.

Beinhaltet in der Regel: Hauptschalter (Lasttrennschalter oder Leistungsschalter),

Einspeise- und Messfelder (Strom, Spannung, Leistung, Energie),

Sicherungsfelder (NH-Sicherungen, Leitungsschutzschalter, Motorschutzschalter),

Reserven (z. B. leere Felder für spätere Erweiterungen).

Stellen die Verbindung zwischen der Hauptverteilung und den Endstromkreisen her.

Enthalten weitere Sicherungen, RCDs (Fehlerstromschutzschalter) oder kleine Leistungsschalter für die lokalen Verbraucher.

Häufig modular aufgebaut, um bei Bedarf zusätzliche Stromkreise ergänzen zu können.

Alternative zu herkömmlichen Kabelinstallationen, besonders in industriellen Bereichen mit hohem Leistungsbedarf.

Bieten eine einfache Möglichkeit, große Ströme zu verteilen und ermöglichen flexible Anschlusspunkte (Tap-offs) für Maschinen und andere Verbraucher.

Leistungsschalter (ACB, MCCB) für hohe Bemessungsströme und selektive Abschaltung.

NH-Sicherungen und Leitungsschutzschalter für Überlast- und Kurzschlussschutz in kleineren Stromkreisen.

Fehlerstromschutzschalter (RCDs) für Personenschutz und teilweise Brandschutz.

Die eingesetzten Komponenten müssen für die vorherrschenden Temperatur- und Luftfeuchtigkeitsbereiche ausgelegt sein.

Bei hohen Temperaturen kann eine Zwangsbelüftung oder sogar Klimatisierung des Schaltschranks erforderlich sein.

In korrosiven oder staubigen Umgebungen sind entsprechende Filter, Dichtungen und Oberflächenbeschichtungen vorzusehen.

Vibrationen und Stöße (insbesondere in industriellen Produktionsbereichen) erfordern eine robuste Konstruktion.

Schaltschrankgehäuse müssen ausreichend verwindungssteif sein und stabile Befestigungspunkte für Sammelschienen und Schaltgeräte bieten.

Abhängig vom Einsatzort ist die Schutzart (z. B. IP54 oder IP65) zu wählen, um Staub- und Wassereintritt zu verhindern.

Im Außenbereich kann ein höherer Schutz gegen Feuchtigkeit und Spritzwasser notwendig sein.

Die IK-Klasse (z. B. IK10) spezifiziert den Widerstand gegen mechanische Einwirkungen.

TN-System (häufigste Form, mit Varianten TN-S, TN-C, TN-C-S): Der Neutralleiter und der Schutzleiter sind an bestimmten Punkten kombiniert oder getrennt geführt.

TT-System: Separater Erdanschluss des Verbrauchers, teils in ländlichen Gebieten.

IT-System: Fehlender direkter Sternpunktbezug zur Erde, häufig in Spezialanwendungen (Krankenhäuser, Labore).

Zentral für Personenschutz und Funktionalität des Schutzsystems (z. B. Auslöseverhalten von RCDs, Schutz bei Kurzschluss auf Gehäuse).

Der Schutzpotentialausgleich in den Schaltanlagen und Maschinen ist sorgfältig zu planen und dauerhaft zu prüfen (z. B. Erdungs- und Schleifenimpedanzmessungen).

Minimierung des Zugangs zu spannungsführenden Teilen durch Abdeckungen, Klemmenabdeckungen und sichere Gehäuse.

Einhaltung mindestens IP2X (Finger- oder Handrückensicherheit) im Innenbereich der Schaltanlagen.

Sorgt dafür, dass nur der betroffene Anlagenteil beim Fehler abschaltet, während andere Bereiche weiter versorgt bleiben.

Erreicht durch abgestimmte Auslösekennlinien von Leistungsschaltern und Sicherungen (z. B. Zeit- oder Stromselektivität).

Wesentlicher Bestandteil des Personenschutzes, schaltet innerhalb von Millisekunden bei geringfügigen Differenzströmen (z. B. 30 mA) ab.

In industriellen Anwendungen wird RCD-Schutz auf kritische Bereiche begrenzt (z. B. Steckdosen, Handgeräte), um ungewollte Auslösungen bei großen Anlagen zu vermeiden.

Alle metallischen, berührbaren Teile werden in den Schutzpotentialausgleich einbezogen, um gefährliche Berührungsspannungen zu vermeiden.

Sorgfältige Dokumentation der Erdungsverbindungen in Schaltschränken und Verteileranlagen.

Ermittlung der maximalen Anschlussleistung und die Berücksichtigung von Leistungsreserven für künftige Erweiterungen.

Berechnung der erforderlichen Querschnitte für Kabel und Stromschienen anhand von Stromtragfähigkeit, Spannungsfall und Kurzschlussbeanspruchung.

Bestimmung der zu erwartenden Kurzschlussströme (I_k) am Einspeisepunkt und in nachgelagerten Verteilern.

Auslegung der Schaltgeräte und Sammelschienen auf die höchste auftretende Strombelastung (z. B. 25 kA, 50 kA, 70 kA je nach Netz).

Integration in das Brandschutzkonzept (Brandschotte, Funktionserhalt von Kabeln, automatische Abschaltung nicht benötigter Anlagenteile).

Bei großen Anlagen: Erstellung einer Brandfallsteuermatrix (u. a. Schließen von Brand- und Rauchschutztüren, Abschaltung von Lüftungsanlagen).

Vorhaltung von Erweiterungsfeldern in der Hauptverteilung.

Verwendung modularer Schrank- und Stromschienensysteme, um spätere Erweiterungen oder Umbauten zu erleichtern.

In kritischen Bereichen, z. B. für Sicherheitsbeleuchtung, Brandmeldeanlagen oder Rauch- und Wärmeabzugsanlagen, müssen Leitungen den Funktionserhalt für eine bestimmte Zeit gewährleisten.

Entsprechende Kabeltypen und Installationsarten sind erforderlich (Brandschotts, Brandschutzkanäle).

In sehr leistungsstarken NS-Schaltanlagen kann eine automatische Brand- oder Rauchdetektion sinnvoll sein.

Löschsysteme (z. B. Inergen oder CO₂) können vorgesehen werden, um Entstehungsbrände im Schaltraum zu ersticken.

Solide Unterkonstruktion, sichere Befestigung der Schränke und Trägerkonstruktionen.

Schienen- und Kabeltrassen so planen, dass sie ausreichend Tragreserven besitzen und die Wärmeabfuhr nicht behindern.

Übersichtliche und geordnete Verlegung auf Kabeltrassen oder in Kabelkanälen.

Trennung von Energie- und Steuerleitungen zur Reduzierung elektromagnetischer Störungen (EMV).

Brandschutzmaßnahmen bei Wand- und Deckendurchführungen (z. B. Brandschotte, Dämmelemente).

Schaltschränke, Stromschienen und Gerätegehäuse sind gemäß DIN VDE 0100-540 in den Schutzpotentialausgleich einzubinden.

Kontinuierliche Prüfung der Verbindungen (z. B. Übergangswiderstand).

Vor Auslieferung einer Schaltanlage kann eine Prüfung beim Hersteller erfolgen.

Überprüfung der korrekten Verdrahtung, Funktions- und Sichtkontrollen, Prüfung der Zertifikate und Konformitätserklärungen.

Nach der Aufstellung vor Ort werden alle gesetzlichen und normativen Prüfungen durchgeführt: Isolationsmessung, Schleifenimpedanz, RCD-Funktionstest, Auslöseverhalten von Sicherungen und Leistungsschaltern.

Überprüfung der Beschriftungen, Kabelführung und Dokumentation.

Erstellen von Prüf- und Messprotokollen, Übergabe an den Betreiber.

Ggf. Einweisung oder Schulung des zuständigen Personals.

Vorgaben gemäß DGUV Vorschrift 3 und DIN VDE 0105-100 (Wiederholungsprüfungen).

Sichtkontrollen, Reinigungen, Nachziehen von Schraubverbindungen, Funktionsprüfungen der Schutzgeräte.

Gute Zugänglichkeit zu Schalt- und Sicherungsorganen, klappbare oder herausziehbare Module für raschen Austausch.

Eindeutige Kennzeichnung aller Baugruppen und Leitungen.

Erneuerung veralteter Schalter- oder Sicherungssysteme (Retrofit) kann die Lebensdauer der Anlage erheblich verlängern.

Moderne Digital- oder Kommunikationsmodule lassen sich oft nachrüsten.

Redundante Einspeisungen (z. B. zwei Transformatoren oder Netzersatzanlagen) minimieren Ausfallrisiken.

Automatische Umschalteinrichtungen (ATS) ermöglichen einen schnellen Wechsel der Einspeisequelle.

Kritische Verbraucher, z. B. Steuerungen, IT-Systeme, Brandmeldeanlagen, können über USV-Systeme versorgt werden.

Bei größeren Anlagen: Kombination aus USV und Notstromaggregat.

Definition, welche Teile der Anlage im Störungsfall abgeschaltet oder priorisiert versorgt werden.

Schulung des Personals für Stör- und Katastrophenfälle.

Integration von Messgeräten (Smart Meter, Power Analyzer) in Haupt- und Unterverteilungen.

Permanente Überwachung von Strom, Spannung, Frequenz, Oberwellenanteil, Leistung und Energieverbrauch.

Einsatz von Kondensatorbatterien oder aktiven Filtern zur Verbesserung des Leistungsfaktors.

Reduziert Netzbelastungen und Stromkosten.

Bei vielen Umrichtern und anderen nichtlinearen Lasten (z. B. Schweißgeräte) können Oberwellen entstehen.

Aktive oder passive Filter mindern unerwünschte Schwingungen und Überlastungen von Neutralleitern und Transformatoren.

Übergeordnete Steuerungssysteme für geplanten Lastabwurf oder Lastverschiebung (Spitzenlastkappung).

Einbindung in Gebäudemanagementsysteme für eine optimierte Energieverteilung.

Nutzung von CAE-Tools (z. B. EPLAN, RUPLAN) für Stromlaufpläne, Kabel- und Stücklisten.

Implementierung von Selektivitäts- und Kurzschlussberechnungen in digitale Planungsmodelle.

Elektronische Ablage sämtlicher Pläne, Prüfprotokolle und Anlagendaten für eine einfache Pflege und Aktualisierung.

Versionsverwaltung und Backups in zentralen Systemen (z. B. Cloud- oder Intranetlösungen).

Smarte Messgeräte und Sensoren ermöglichen Zustandsüberwachungen (z. B. Temperatur, Schaltzyklen, Leistungsverbrauch).

Ferndiagnose und Fernwartung reduzieren Wartungs- und Reisekosten.

In Anlagen mit hohen Kurzschlussströmen sind besondere Vorsichtsmaßnahmen gegen Lichtbögen erforderlich.

Festlegung von Schutzausrüstung (z. B. Lichtbogenschutzkleidung), Kennzeichnung von Gefahrenzonen.

Nur geschultes und befähigtes Personal darf Schaltschränke und Verteilungen öffnen.

Verriegelungs- oder Schließanlagen (mechanisch/elektronisch) verhindern unbefugten Zugriff.

Einhaltung von DIN VDE 0105-100: „Arbeiten unter Spannung“ (AuS) ist nur in klar definierten Ausnahmefällen erlaubt.

Anwendung von Freischalt-, Prüf-, und Erdungs- bzw. Kurzschließvorgaben (5 Sicherheitsregeln).

Kommunikation zwischen Schaltanlagen und zentralen Leitsystemen (z. B. BACnet, Modbus, KNX, OPC UA).

Erfassung von Zustands- und Störmeldungen, Energieoptimierung über das gesamte Gebäude.

Lüftungs- und Klimaanlagen, Sicherheits- und Brandmeldesysteme, Zugangskontrolle.

Gegenseitige Verriegelungen (z. B. Abhängigkeiten im Brandfall oder bei Not-Aus-Szenarien).

Einbindung von Photovoltaik-Anlagen oder anderen regenerativen Energiequellen in das Niederspannungsnetz.

Steuerung von Energiespeichern (Batteriespeicher, Lastmanagement) für optimale Netzstabilität.

UL 508A (USA), CSA (Kanada), IEC-Varianten weltweit, zusätzliche Prüfzertifikate oder abweichende Spannungsebenen (z. B. 480 V in den USA).

Sprachliche und normative Anpassungen der Dokumentation.

Große Konzerne oder Betreiber haben teils eigene technische Anweisungen, Materiallisten, Abnahmeprozeduren.

Auftrags- und Werkverträge regeln besondere Anforderungen (z. B. besondere Kennzeichnungssysteme).

Gewährleistung, Wartungsverträge, Service-Level-Agreements (SLA) für schnelle Reaktionszeiten bei Störungen.

Festlegung von Verantwortung und Leistungsumfang zwischen Hersteller, Errichter und Betreiber.