Niederspannungsverteilerleitungen und Energieversorgungsanforderungen für Baustellen

Niederspannungsverteilungsleitungen beziehen sich auf die Schaltkreise, die über einen Verteilungstransformator die hohe Spannung von 10 kV auf das Niveau von 380/220 V heruntertransformieren—also die Niederspannungsleitungen, die vom Umspannwerk bis zu den Endgeräten führen.

Niederspannungsverteilungsleitungen sollten während der Planungsphase der Umspannwerksverkabelung berücksichtigt werden. In Fabriken werden für Werkstätten mit relativ hohem Strombedarf oft spezielle Werkstattumspannwerke installiert, in denen Transformatoranlagen direkt verschiedene elektrische Lasten versorgen. Für Werkstätten mit geringeren Lasten wird der Strom direkt vom Hauptverteilungstransformator geliefert.

Die Auslegung der Niederspannungsverteilungsleitungen basiert auf der Lastkategorie, Größe, Verteilung und Lastcharakteristik. Im Allgemeinen gibt es zwei Arten von Verteilungsmethoden: radial und Stamm (oder Baumtyp).

Radiale Schaltkreise bieten eine hohe Zuverlässigkeit, aber höhere Investitionskosten. Daher wird in modernen Niederspannungssystemen aufgrund ihrer größeren Flexibilität eher die Stammverteilung verwendet—wenn sich Produktionsprozesse ändern, sind umfangreiche Änderungen am Verteilungsschaltkreis nicht erforderlich. Somit zeichnet sich die Stammverteilung durch niedrigere Kosten und höhere Anpassungsfähigkeit aus. Hinsichtlich der Versorgungszuverlässigkeit ist sie jedoch dem radialen Verfahren unterlegen.

1. Arten von Niederspannungsverteilungsleitungen

Es gibt zwei Installationsmethoden für Niederspannungsverteilungsleitungen: Kabelverlegung und Freileitungsaufbau.

Kabelleitungen werden unterirdisch verlegt und werden daher nur minimal von natürlichen Bedingungen wie Wind oder Eis beeinflusst. Darüber hinaus verbessern sie, da keine Leitungen oberirdisch sichtbar sind, das städtische Erscheinungsbild und die Gebäudeumgebung. Allerdings erfordern Kabelinstallationen höhere Investitionskosten und sind schwieriger zu warten und zu reparieren. Freileitungen haben die entgegengesetzten Vor- und Nachteile. Daher werden, sofern keine besonderen Anforderungen bestehen, für Niederspannungsverteilungen im Allgemeinen Freileitungen verwendet.

Niederspannungs-Freileitungen verwenden in der Regel Holz- oder Betonmasten, bei denen Isolatoren (Porzellankugeln) die Leiter an Querstreben auf den Masten fixieren. Der Abstand zwischen zwei Masten beträgt etwa 30–40 Meter innerhalb von Fabrikgeländen und kann in offenen Gebieten 40–50 Meter erreichen. Der Abstand zwischen den Leitern beträgt in der Regel 40–60 Zentimeter. Die Leitungsroute sollte so kurz und direkt wie möglich sein, wobei sie leicht zu installieren und zu warten sein muss.

1.1 Stromversorgung auf Baustellen

Die elektrischen Lastbedingungen auf Baustellen unterscheiden sich von denen in regulären Industriebetrieben. Die Größe und Art der Lasten variieren je nach Projektfortschritt—beispielsweise werden in den ersten Bauabschnitten hauptsächlich Transport- und Beförderungsmaschinen eingesetzt, während in späteren Phasen Schweißmaschinen usw. zum Einsatz kommen. Daher sollte der Gesamtstrombedarf des Standorts auf der Basis der maximal berechneten Last der Spitzenbauphase festgelegt werden.

Die Stromversorgung auf Baustellen ist vorübergehend. Alle elektrischen Geräte müssen eine schnelle Installation und Demontage ermöglichen. Ortsnahe Umspannwerke sollten vorzugsweise als außen angeordnete Mastmontagen ausgeführt werden. Stammverteilungs-Freileitungen werden häufig für die Verkabelung verwendet. Bei der Errichtung von Leitungen muss darauf geachtet werden, dass der Verkehr nicht behindert wird und die Installation und Entfernung einfach sind. Für unterirdische Projekte oder Tunnelbauarbeiten, bei denen der Platz begrenzt ist, kann die Höhe der Freileitungen die Standardanforderungen für Bodenhöhe nicht erfüllen. 

In solchen Fällen müssen Beleuchtungsschaltkreise eine sichere extra-niedrige Spannung (SELV) unter 36 V verwenden, während 380/220 V-Versorgungsleitungen für Motorenlasten flexiblen dreiphasigen vieradriges Kabel mit guter Isolierung und Feuchteschutz verwendet werden sollten. Kabel sollten entsprechend dem Fortschritt der Bauarbeiten verlegt und bei Nichtgebrauch abgeschaltet und entfernt werden, um die Sicherheit zu gewährleisten.

1.2 Mindestabstand zwischen Leitern und Boden

Verteilungsleitungen sollten nicht über Dächer aus brennbaren Materialien führen, noch sollten sie vorgezogen nicht über Gebäude mit feuerfesten Dächern führen; falls dies unvermeidlich ist, muss mit den zuständigen Behörden abgestimmt werden. Der vertikale Abstand zwischen den Leitern und den Gebäuden, bei maximaler Durchhangung, soll für 1–10 kV-Leitungen mindestens 3 Meter und für Leitungen unter 1 kV mindestens 2,5 Meter betragen.

Wenn Verteilungsleitungen mit Kommunikations- (Niederspannungs-)leitungen kreuzen, sollen die Stromleitungen über den Kommunikationsleitungen installiert werden. Der vertikale Abstand bei maximaler Durchhangung soll für 1–10 kV-Leitungen mindestens 2 Meter und für Leitungen unter 1 kV mindestens 1 Meter betragen.

2. Verteilerkästen auf Baustellen

Vertriebskästen auf Baustellen können in Hauptverteilerkästen, feste Unterverteilerkästen und mobile Unterverteilerkästen unterteilt werden.

2.2 Hauptverteilerkasten

Wird ein eigenständiger Transformator verwendet, werden sowohl der Transformator als auch der anschließende Hauptverteilerkasten von der Energieversorgungsbehörde installiert. Der Hauptverteilerkasten enthält einen Hauptsicherungsautomaten, aktive und reaktive Energieschrittmesser, Voltmeter, Amperemeter, Spannungswahlschalter und Indikatorlampen. Alle Nebenschaltkreise auf der Baustelle sind an Unterverteilerkästen angeschlossen, die hinter diesem Hauptkasten liegen.

Wird ein Masttransformator verwendet, werden sowohl der Haupt- als auch der Unterverteilerkasten auf dem Mast montiert, wobei der Boden des Gehäuses mindestens 1,3 Meter über dem Erdboden liegt. Für größere Transformatoranlagen, die auf Plattformen am Boden installiert sind, können geschlossene Schaltanlagen verwendet werden. Unterverteilerkästen verwenden in der Regel DZ-Serie Niederspannungs-Sicherungsautomaten. 

Der Hauptleistungsschalter wird basierend auf dem Nennstrom des Transformatoren ausgewählt, während für die Nebenschaltkreise kleinere Schützer mit Kapazitäten entsprechend dem maximalen Nennstrom jedes Schaltkreises verwendet werden. Für Schaltkreise mit geringen Strömen sollten Reststromschutzschalter (RCDs) eingesetzt werden (maximale RCD-Kapazität: 200 A). Die Anzahl der Nebenschutzelemente sollte um eins oder zwei höher sein als die geplante Anzahl der Schaltkreise, um als Ersatzschaltkreise zu dienen. Überwachungsinstrumente wie Strom- und Spannungsmesser werden in Baustellenverteilungskästen nicht installiert.

Wird ein vorhandener Transformator (nicht speziell für den Standort vorgesehen) verwendet, werden die Haupt- und Unterverteilerfunktionen in einem Gehäuse integriert, wobei aktive und reaktive Energiemesser hinzugefügt werden. Ab dem Haupteinschaltkasten verwendet das System die TN-S-Dreiphasen-Fünfleiter-Konfiguration, und das Metallgehäuse des Verteilungskastens muss an den Schutzleiter (PE) angeschlossen werden.

2.3 Fester Unter verteilerkasten

Auf Baustellen erfolgt die Kabelverlegung meist durch direkte Vergrabung, und das Versorgungssystem verwendet in der Regel eine radial angeordnete Konfiguration. Jeder feste Unter verteilerkasten dient als Endpunkt seines Schaltkreises und wird daher in der Regel in der Nähe der von ihm versorgten elektrischen Geräte platziert.

Das Gehäuse des festen Unter verteilerkastens besteht aus dünnem Stahlblech und hat eine regendichte Oberseite. Der Boden des Kastens ist auf einer Höhe von mehr als 0,6 Metern über dem Boden montiert und wird von Winkelstahlfüßen getragen. Der Kasten hat Türen auf beiden Seiten. Im Inneren dient eine Isolierplatte als Montagebasis für elektrische Komponenten. Der Kasten ist mit einem Hauptschalter von 200–250 A ausgestattet, einem vierpoligen RCD, dessen Größe nach dem maximalen Nennstrom aller angeschlossenen Geräte bestimmt wird. 

Aus Gründen der Vielseitigkeit sollte das Design gängige Baustellengeräte wie Turmdrehkrane oder Schweißmaschinen berücksichtigen. Hinter dem Hauptschalter sind mehrere Zweigschalter (ebenfalls vierpolige RCDs) installiert, deren Kapazitäten gemäß typischen Gerätekennzahlen kombiniert werden – zum Beispiel ein 200-A-Haupt-RCD mit vier Zweigen: zwei mit 60 A und zwei mit 40 A. Unter jedem Zweig-RCD sind Porzellansicherungssockel installiert, um einen sichtbaren Trennpunkt bereitzustellen und als Endstellen für Geräte zu dienen. Die oberen Kontakte der Sicherungen werden an die unteren Kontakte der RCDs angeschlossen, während die unteren Kontakte offen bleiben, um Geräte anzuschließen. Bei Bedarf werden auch Einphasenschalter im Kasten installiert, um Einphasengeräte zu versorgen.

Als Endpunkt eines Schaltkreises muss jeder feste Unter verteilerkasten eine wiederholte Erdung haben, um die Zuverlässigkeit der PE-Verbindung zu erhöhen.

Nachdem die Leiter in den Kasten eingeführt wurden, wird der Nullleiter (Arbeitsnull) an einen Terminalblock angeschlossen. Die Phasenleiter werden direkt an die oberen Kontakte des RCDs angeschlossen. Der Schutzleiter (PE) wird am Erdungsbolzen am Gehäuse befestigt und an einen wiederholten Erdungselektroden angeschlossen. Alle nachgeschalteten PE-Leiter dieses Verteilungskastens werden an diesen gleichen Bolzen angeschlossen.

2.4 Mobiler Unter verteilerkasten

Der mobile Unter verteilerkasten hat die gleiche interne Konfiguration wie der feste Typ. Er wird über flexibles Gummischutzkabel an einen festen Unter verteilerkasten angeschlossen und so nahe wie möglich an die von ihm versorgten Geräte gebracht – zum Beispiel von einem niedrigeren Stockwerk zu einem darüber liegenden Bauabschnitt. Der Kasten verwendet ebenfalls RCDs, jedoch mit geringerer Kapazität als feste Kästen. Einphasenschalter und Steckdosen werden hinzugefügt, um Einphasenstrom für Einphasengeräte bereitzustellen. Das Metallgehäuse muss an den Schutzleiter (PE) angeschlossen werden.