Schaltanlagen

Was ist eine Schaltanlage?

Elektrische Stromkreise sind konstruktionsbedingt für eine bestimmte Lastkapazität ausgelegt. Sie müssen geregelt werden, um zu verhindern, dass Überstrom die Leitungen überhitzt und das System überlastet. Ein überlastetes System stellt ein Sicherheitsrisiko dar, das wichtige Bauteile beschädigen und sogar Brände verursachen kann. Schaltanlagen dienen dazu, elektrische Anlagen zu regeln und ihren sicheren und effizienten Betrieb zu gewährleisten.

Zu den Komponenten von Schaltanlagen gehören elektrische Trennschalter, Leistungsschalter, Sicherungen und Blitzableiter, die fließende elektrische Ströme leiten oder unterbrechen. Bei einer Überspannung unterbricht die Schaltanlage den Stromfluss und schützt die elektrischen Systeme vor Schäden durch Überlastung.

Wozu werden Schaltanlagen benötigt?

Schaltanlagen schützen an eine Stromversorgung angeschlossene Geräte vor elektrischer Überlastung. Elektrische Schaltanlagen schützen Maschinen, Geräte, Motoren und andere Systeme mit elektrischen Schaltkreisen durch die Steuerung und Regelung des Stromflusses.

Schaltanlagen schützen Wartungs- und Reparaturfachkräfte vor Gefahren, indem sie diese von unter Spannung stehenden Stromkreisen trennen. Elektriker und Energieversorger nutzen Schaltanlagen, um Geräte spannungsfrei zu schalten und so Stromkreise sicher zu prüfen, Wartungsarbeiten durchzuführen und nachgelagerte Störungen zu beheben.

Wie funktioniert eine Schaltanlage?

Schaltanlagen verhindern Schäden und Betriebsunterbrechungen, indem sie den Stromfluss in einem elektrischen System steuern. Sie können betroffene Stromkreise isolieren und gleichzeitig eine Last aus mehreren Quellen versorgen. Löst eine Überspannung oder ein Fehler einen Leistungsschalter in der Schaltanlage aus, unterbrechen und leiten unterstützende Komponenten den Strom im überlasteten Stromkreis ab, während die Versorgung der in Betrieb befindlichen Stromkreise aufrechterhalten wird.

Schalttafeln vs. Schaltanlagen
Schaltanlagen und Verteilerkästen erfüllen völlig unterschiedliche Funktionen. Sie unterscheiden sich in ihren Hardwarekomponenten, Spannungen, Anwendungsbereichen und Sicherheitsstandards. Verteilerkästen sind Niederspannungsgeräte, die in Gewerbe und Industrie eingesetzt werden, um Strom zu übertragen, umzuleiten und an einzelne Transformatoren, Steuerungssysteme, Verteilerkästen und Verbraucher zu verteilen. Verteilerkästen regulieren den Stromfluss, um gefährliche Spannungsspitzen zu verhindern.

Arten von Schaltanlagen
In Nordamerika werden drei Arten von elektrischen Schaltgeräten gemäß den ANSI/IEEE- und NEC 2014-Standards für elektrische Systeme, die Wechselstrom liefern, klassifiziert.

1. Niederspannungsschaltgeräte werden für Systeme verwendet, die mit weniger als 1 Kilovolt (kV) arbeiten.

2. Mittelspannungsschaltanlagen arbeiten mit Spannungen von 1 kV bis 75 kV.

3. Elektrische Hochspannungsschaltanlagen arbeiten mit Spannungen von 75 kV bis etwa 230 kV.

Elektrische Schaltgeräte müssen bei Verwendung im Freien in einem geeigneten NEMA-zertifizierten Gehäuse untergebracht werden, um sie vor Manipulation und Witterungseinflüssen zu schützen.

● Niederspannungsschaltanlagen
Niederspannungsschaltanlagen umfassen Schalter, Niederspannungs-Leistungsschalter, Fehlerstrom-Schutzschalter, Miniatur-Leistungsschalter (MCBs), Kompaktleistungsschalter (MCCBs), Hochleistungssicherungen (HRC) und elektrische Trennschalter.

Diese Geräte können für den Innen- und Außenbereich konfiguriert werden und sind für Spannungen von 208 Volt, 240 Volt, 480 Volt und 600 Volt bis zu 1000 Volt ausgelegt. Industrielle, kommunale und gewerbliche Einrichtungen verwenden häufig Niederspannungsschaltanlagen zur Regelung der Stromversorgung von Heizungs-, Lüftungs- und Klimaanlagen, Beleuchtung und anderen Gebäudesystemen.

● Mittelspannungsschaltanlagen
Mittelspannungsschaltanlagen nutzen Öl-, Gas- oder Vakuumisolatoren und Leistungsschalter, um den Stromfluss bei Überspannung oder Systemfehlern zu unterbrechen. Die Isolatoren schützen und kühlen die Komponenten der Schaltanlage, während der Leistungsschalter die Kontakte des Stromkreises trennt, um den Lichtbogen zu löschen.

Schaltanlagen für den Innen- und Außenbereich sind üblicherweise mit 5 kV, 12 kV, 15 kV und 35 kV bis 75 kV spezifiziert, um die maximale Spannung anzugeben, die sie verarbeiten können. Diese Schaltanlagen werden häufig in Kraftwerken und Umspannwerken eingesetzt. Sie dienen außerdem zur Steuerung von Motoren, Zuleitungen und Generatoren in Industrie- und Gewerbebetrieben.

● Hochspannungsschaltanlagen
Hochspannungsschaltanlagen steuern Stromversorgungssysteme, die mit einer Mindestspannung von 75 kV betrieben werden. Diese elektrischen Schaltanlagen verwenden Trennschalter, Erdungsschalter, Hochstromschaltmechanismen, Sicherungen und Leistungsschalter, um Ströme zu steuern, zu regeln, zu unterbrechen, zu isolieren und abzuleiten.

Da jeder elektrische Fehler einen extrem starken Lichtbogen erzeugen kann, müssen Hochspannungsschaltanlagen kontinuierlich und zuverlässig funktionieren. Diese Schaltanlagen sind unerlässlich für Betriebe mit häufigen elektrischen Fehlern, die regelmäßig Anlagen spannungsfrei schalten müssen. Sie finden sich üblicherweise in großen Stromübertragungs- und -verteilungsnetzen sowie in Gewerbe- und Industrieanlagen.

Isolationsarten für Schaltanlagen
Bei unterschiedlichen Spannungen können Schaltanlagen auch verschiedene Isolationsarten verwenden, um die angeschlossenen Geräte vor elektrischen Fehlern zu schützen. Für Schaltanlagengehäuse werden folgende Isolationsarten eingesetzt.

● Gasisolierte elektrische Schaltgeräte
Gasisolierte Schaltanlagen (GIS) verwenden Leistungsschalter, die unter Druck stehendes Schwefelhexafluoridgas (SF6) zur Isolierung von Leitern und Kontakten sowie zur Löschung des durch einen elektrischen Fehler entstehenden Lichtbogenstroms nutzen. Kohlendioxid (CO2) ist eine klimafreundliche Alternative zu SF6. Der Ersatz von SF6 durch CO2 kann die Treibhausgasemissionen über den gesamten Lebenszyklus der Anlage um 10 Tonnen reduzieren.

● Luftisolierte elektrische Schaltgeräte
Luftisolierte Schaltanlagen (AIS) verwenden Leistungsschalter, die Druckluft oder Magnetkraft nutzen, um den Lichtbogen zu verlängern, sodass er sich selbst erschöpft.

● Ölisolierte elektrische Schaltgeräte
Ölisolierte Schaltanlagen verdampfen das Mineralöl entlang des Lichtbogenpfads, der beim Trennen der stromführenden Kontakte entsteht, und umgeben ihn mit einer Wasserstoffgasblase, die den Strom abführt und ein erneutes Zünden des Lichtbogens verhindert.

● Vakuumisolierte elektrische Schaltgeräte
Vakuumisolierte Schaltanlagen eliminieren Moleküle, die durch elektrischen Strom ionisiert werden könnten. Ein eventuell vorhandener Lichtbogen wird selbst bei steigender Spannung gestreckt und vollständig abgebaut.

Schaltanlageninstallation
Alle elektrischen Schaltanlagen müssen von entsprechend qualifizierten Fachkräften gemäß den geltenden Sicherheitsvorschriften, Baurichtlinien und Herstellerangaben installiert werden. Eine fachgerechte Installation gewährleistet optimale Betriebssicherheit.