Niederspannungsschaltanlagen Sammelschienen schützen vor Störlichtbogen in Niederspannungsschaltanlagen

Stehen Niederspannungsschaltanlagen so, dass auch Nicht-Fachkräfte Zutritt haben, gelten besonders hohe Maßstäbe an die Sicherheit. Deshalb erfüllen die Sammelschienensysteme Ri4Power nicht nur die Kriterien 1-5 der Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen (IEC 61641), sondern reduzieren auch die mögliche Entstehung eines Störlichtbogens.

Anbieter zum Thema

SPN Schwaben Präzision Fritz Hopf GmbH

Novotechnik Messwertaufnehmer OHG

GWJ Technology GmbH

Rittal GmbH & Co. KG

Das Schadensbild nach einem Störlichtbogen kann sich von leichten Schmauchspuren bis hin zur vollständigen Zerstörung der Niederspannungsschaltanlage ziehen. Die Auswirkungen hängen davon ab, wie lange der Lichtbogen brannte und welche Energie dafür vom Netz bezogen werden konnte.

Die Netzspannung, mit der die Niederspannungsschaltanlage betrieben wird, ist ebenso ein wesentlicher Faktor. So ist schon allein im Vergleich eines Störlichtbogens unter Bemessungsspannung von 420 V zu einer Bemessungsspannung von 720V rein optisch während der Versuchdurchführung ein deutlicher Unterschied zu sehen.

Druckanstieg öffnet Türen und Wände

Durch die sehr hohe Lichtbogentemperatur, die zu Beginn eines Störlichtbogens entsteht, findet eine enorme Expansion der Umgebungsluft statt. Dieser Druckanstieg kann bei Anlagen, die ohne Schutzmaßnahmen zum Druckausgleich oder zur Vermeidung von Störlichtbogen ausgestattet sind, bewirken, dass sich Schaltschranktüren, Seitenwände und Rückwände öffnen.

Als weitere Folge können Personen in direkter Nähe durch die heißen Gase oder Teile, die sich durch den Druckanstieg vom Schrank gelöst haben, schwer verletzt werden. Der entstandene Störlichtbogen kann u.U. mit Temperaturen von bis zu 8000°K brennen. Dabei stellen Seitenwände oder Schaltschranktüren oft nur ein leichtes Hindernis dar, welches durchbrannt wird, wenn sie zuvor nicht durch den Druckanstieg geöffnet wurden.

Ein Störlichtbogen kann verschiedene Auslöser haben. Der häufigste ist nach wie vor menschliches Fehlverhalten. Bei Arbeiten an spannungsführenden Anlagen wird versehentlich durch ein herunterfallendes Werkzeug oder Material ein Störlichtbogen gezündet.

Laufrichtung des Störlichtbogens ist nicht vorhersehbar

In den meisten aller Fälle läuft der Störlichtbogen vom Zündpunkt zum Ende eines Sammelschienensystems, also von der Netzeinspeisung weg. Genau ist die Laufrichtung jedoch nicht vorhersagbar, gerade dann nicht, wenn eine Anlage über mehr als eine Einspeisung verfügt.

Prüfen unter Störlichtbogenbedingungen

Um für Niederspannungsanlagen eine gewisse Vergleichbarkeit zu erzielen, wurde mit der IEC 61461 eine Prüfnorm geschaffen, die die „Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen“ beschreibt. Ein Ziel dieser Norm ist es, den Personenschutz für Personal im Bereich dieser Anlage zu gewährleisten.

Dafür sind fünf Kriterien zu erfüllen:

• Kriterium 1: Es darf sich keine ordnungsgemäß gesicherte Tür, Abdeckung usw. öffnen
• Kriterium 2: Es dürfen keine Teile (der Schaltgerätekombination), die eine Gefährdung verursachen können, wegfliegen (dies schließt große Teile oder Teile mit scharfen Kanten, z.B. Sichtfenster, Druckentlastungsklappen usw. aus Metall oder Kunststoff ein)
• Kriterium 3: Es dürfen keine Löcher durch die Lichtbogeneinwirung in den frei zugänglichen äußeren Teilen der Umhüllung durch Durchbrennen oder aufgrund anderer Effekte entstehen
• Kriterium 4: Die vertikal angebrachten Indikatoren dürfen sich nicht entzünden.
• Kriterium 5: Der Schutzleiterkreis für berührbare Teile der Umhüllung muss nach erfolgter Prüfung noch funktionsfähig sein. [1]

Wird ein Kriterium nicht erfüllt, so gilt die Prüfung als nicht bestanden. Für die Prüfung sind vom Auftraggeber der Prüfung die Bemessungsspannung, die Prüfdauer, die Höhe des unbeeinflusst zur Verfügung stehenden Kurzschlussstromes und in Absprache mit dem Prüfingenieur der Zündpunkt festzulegen.

Hinsichtlich der Prüfdauer hat sich Rittal immer an die in der Prüfnorm empfohlene Dauer von 300 ms gehalten. Es wurde sowohl mit Bemessungsspannung für 400 V als auch für 690 V geprüft. Die Höhe des unbeeinflussten Kurzschlussstrom wurde in Abhängigkeit der verwendeten Sammelschienensysteme gewählt.

Rittal bietet Konzepte zur störlichtbogensicheren Bauweise von Niederspannungsschaltanlagen in den Ri4Power-Systemen. Der Anlagebauer kann dabei auf mehrere Produkte zur Isolierung von Sammelschienen zurückgreifen und erhält damit eine kostengünstige Lösung zur Reduzierung von möglichen Störlichtbögen.

Durch die großflächige Isolierung der Sammelschienen wird die mögliche Entstehung von Störlichtbögen deutlich reduziert, da z.B. Schrauben oder Werkzeuge nicht mehr auf ungeschützte Sammelschienen auftreffen können. Mit dieser Maßnahme können mit geringem Aufwand große Schäden und auch damit verbundene Ausfälle vermieden werden.

Isoliermaßnahmen mit Reparaturaufwand nicht zu vergleichen

Der Aufwand für Isolierungsmaßnahmen ist nur ein Bruchteil von den Kosten, die eine Reparatur eines Störlichtbogenschadens verursachen. Oftmals sind die Ausfallkosten durch Nutzungsausfall noch deutlich höher. Die Isolierung der Sammelschienen kann auch bei bestehenden Anlagen nachgerüstet werden.

Um eine störlichtbogensichere Bauweise gemäß der Prüfung nach IEC 61641 mit Ri4Power Systemen herzustellen, sind zusätzlich noch Druckentlastungsklappen anstelle der Dachbleche zu verwenden. Durch das selbsttätige Öffnen der Druckentlastungsklappen in den TS 8 Dachblechen ist der Überdruck bereits nach ca. 30 ms abgebaut und die mechanischen Auswirkungen wirkungsvoll begrenzt.

Im Schnitt tritt bei 10% aller Niederspannungsschaltanlagen innerhalb der Lebensdauer der Anlage mindestens einmal ein Lichtbogen auf. Die Folgen können leicht beseitigbar sein, aber auch den Austausch größerer Funktionsgruppen bedingen. Eine Ausfallzeit für den Prozess ist dabei unabdingbar.

Mit den beiden Maßnahmen für die Ri4Power-Systeme hat jeder Anlagenbetreiber den optimalen Schutz vor ungewollten Systemausfällen. Das Entstehungspotential für Störlichtbögen wird deutlich reduziert und im Falle eines Störlichtbogens erfüllt die Niederspannungsschaltanlage alle Anforderungen für den Personenschutz.

Auch hiermit bietet Rittal wieder eine Lösung für den Anlagenbetreiber die unter dem Begriff „Total benefit of Usership“ (TBU) dem Anlagenbetreiber langfristig Kosten und Ausfallzeit reduziert.

[1] IEC61641 Prüfung unter Störlichtbogenbedingungen

*Dipl.-Ing. (FH) Michael Schell ist Projektleiter Ri4Power Form 2-4 und Produktmanager Power Distribution bei Rittal, Herborn.

(ID:247410)