Konstruktionsanforderungen für Niederspannungsschaltanlagen

Niederspannungsschaltanlagen sind Systeme aus einem oder mehreren Schaltern mit zusammenwirkenden Steuer-, Signal-, Schutz- und Regelgeräten. Zu diesen Systemen gehören auch alle elektrischen und mechanischen Verbindungen sowie Konstruktionselemente (Gehäuse).

Michał Szulborski Produktmanager

Jede Schaltanlage sollte die Kompatibilität mit den Nennwerten der Schaltanlagen gewährleisten, an die sie angeschlossen oder erweitert wird usw. Die Bedingungen für den Anschluss und die Installation der Schaltanlage sollten vom Hersteller der Schaltanlage bereitgestellt werden [1, 2]. Die Nennspannung der Anlage und die Nennspannung der einzelnen Schaltanlagen sollten mindestens der Nennspannung des Stromnetzes entsprechen, an das diese angeschlossen sind oder werden sollen. Die Bemessungsisolationsspannung des Schaltanlagenstromkreises ist die Spannung, auf die sich die Prüfspannung bezieht, und damit deren Werte. Wichtige Parameter von Schaltanlagen sind: Bemessungsstrom des Schaltanlagenaufbaus und Bemessungsstrom des Schaltkreises. Der Nennstrom der Schaltanlagenanordnung ist ein Wert, der kleiner ist als die Summe der Eingangsstromkreisströme in einem Parallelbetriebssystem und auch kleiner als der Gesamtstrom, den die Hauptsammelschiene in einer bestimmten Systemkonfiguration verteilen kann. Dieser Strom darf nicht zu einer Überschreitung der maximalen Temperaturerhöhung führen und ist der maximale Laststrom, der über die Sammelschienen und Kabel in der Schaltanlage verteilt wird. Der Nennstrom des Stromkreises ist der maximale Wert des Laststroms, den ein bestimmter Stromkreis unter normalen Betriebsbedingungen leiten kann, ohne die maximalen Temperaturerhöhungen zu überschreiten.

Derzeit führt die Norm PN-EN 61439-1 den Gleichzeitigkeitsfaktor (RDF) ein, der den Wert des Nennstroms in relativen Einheiten darstellt. Dieser Faktor multipliziert mit dem Wert des Nennstroms des Stromkreises sollte gleich oder größer als die angenommene Leistungslast in den Stromkreisen sein. Dieser Faktor wird verwendet, wenn eine bestimmte Schaltanlage mit Nennstrom belastet wird [1, 2, 3]. Schaltanlagen müssen für den Betrieb mit einer bestimmten Nennfrequenz angepasst sein. Dieser Frequenzwert charakterisiert den korrekten Betrieb der angeschlossenen Schaltanlage. Gelegentlich sind die Stromkreise des Systems für unterschiedliche Spannungsfrequenzwerte ausgelegt, was es erforderlich macht, für jeden Stromkreis die Nennfrequenz bereitzustellen. Die Norm PN-EN 61439-1 empfiehlt, dass die Frequenzwerte innerhalb bestimmter Grenzen liegen sollten, die zwischen 98 % und 102 % liegen, sofern der Hersteller der Schaltanlagenanordnung nichts anderes bestimmt.

Allgemeine Anforderungen an den Schaltanlagenbau

Niederspannungsschaltanlagen müssen aus Materialien hergestellt sein, die den mechanischen, thermischen, elektrischen und umweltbedingten Belastungen standhalten, die unter bestimmten Einsatzbedingungen manchmal auftreten. Je nach Anforderung und Anwendung können Schaltanlagen unterschiedliche Außenabmessungen haben.

Übermäßige Hitze und Feuer sollten keine negativen Auswirkungen auf die Elemente aus Isoliermaterialien haben, die in Schaltanlagen aufgrund elektrischer Phänomene häufig thermischer Energie ausgesetzt sind. Eine Beschädigung oder ein Schmelzen des Sammelschienenisolators unter dem Einfluss hoher Temperaturen kann zu einem Kurzschluss führen, der häufig zur Zerstörung der gesamten Schaltanlage führt. Daher sollte das Material der Isolatoren in der Schaltanlage hitze- und feuerbeständig sein. Die Beständigkeit gegenüber diesen Bedingungen wird mit der Glühdrahtmethode gemäß IEC 60695-2-11 geprüft.

Anforderungen an die mechanische Festigkeit werden nicht nur an die Gehäuse gestellt, sondern auch an alle Barrieren, Halterungen, Scharniere und Schlösser, die über eine ausreichende mechanische Festigkeit verfügen sollten, um den Belastungen standzuhalten, die während des normalen Betriebs der Schaltanlage und während eines Kurzschlusses auftreten [1 ].

Installierte Apparate und Geräte innerhalb der Schaltanlage sind so angeordnet, dass sie den Zugang und die Wartung für den Schaltanlagenservice ermöglichen, aber auch angemessene Abstände zwischen den Geräten einhalten. Jede Schaltanlage sollte über ein bestimmtes Maß an Grundschutz verfügen, um vor direktem Kontakt mit aktiven Elementen zu schützen. Dies wird durch einen entsprechend ausgelegten Gehäuseaufbau sowie durch zusätzliche Maßnahmen erreicht, die bei der Installation der Schaltanlage getroffen werden.

Alle spannungsführenden Teile in der Schaltanlage, die dem Basisschutz unterliegen, sollten vollständig isoliert sein. Diese Isolierung (Luftisolierung, Abdeckungen, Trennwände und Flächenisolierung durch nichtleitende Materialien) kann nur mit einem geeigneten Werkzeug entfernt werden. Die Isolierung muss über geeignete Parameter verfügen, die es ihr ermöglichen, den mechanischen, elektrischen und thermischen Belastungen, denen sie während des Betriebs der Schaltanlage ausgesetzt ist, standzuhalten.

Durch Luft isolierte aktive Teile sollten hinter Schutzabdeckungen platziert werden, die das IP-Schutzniveau gewährleisten (System, Code zur Kennzeichnung des Schutzes durch Zugang zu gefährlichen Teilen, Eindringen von Fremdkörpern, Eindringen von Wasser und Bereitstellung zusätzlicher Informationen zu diesem Schutz). niedriger als IPXXB. Jede Abdeckung sollte so in der Schaltanlage installiert werden, dass unter normalen Betriebsbedingungen das erforderliche Maß an Schutz und Trennung von den aktiven Elementen der Schaltanlage gewährleistet ist. Schutzabdeckungen müssen drei Bedingungen erfüllen, damit sie von der Schalttafel entfernt werden können:

• Verwendung eines Schraubenschlüssels oder eines anderen Werkzeugs zum Entfernen der Abdeckung;
• Nach dem Trennen der Stromversorgung der aktiven Elemente ist die Wiederherstellung der Stromversorgung nur bei demontierter Abdeckung möglich;
• Wenn die Abdeckung einen Schutz von mindestens IPXXB gegen Kontakt mit aktiven Elementen bietet.

Abb. 1. Strompfade in der Schaltanlage hinter Schutzabdeckungen, die einen ausreichenden Schutz vor Kontakt mit stromführenden Teilen bieten (Design erstellt in Solid Edge 2021)

Alle leitenden Teile der Schaltanlage sind durch Drähte miteinander verbunden, um die Kontinuität der Schutzerdung im Falle eines Schadens innerhalb der Schaltanlage sicherzustellen. Diese Verbindungen können auch durch Metallbolzen oder durch Schweißen hergestellt werden. Bei den mit einer Schutzschicht überzogenen Elementen sollte die Umhüllung an einer bestimmten Stelle entfernt oder durchstochen werden, um die Kontinuität des Stromkreises zu gewährleisten (z. B. bei lackierten Kabelverschraubungen aus Metall, verschraubten lackierten Abdeckungen usw.) – dies wird in Punkt 8.4 genau beschrieben .3.2.2 der Norm PN-EN 61439-1.

Wenn die Geräte die Grenzen des Niederspannungsbereichs überschreiten, werden bei der Montage an Türen oder Abdeckungen Kabelverbindungen verwendet, um die Kontinuität der Erdung sicherzustellen. Der Querschnitt des an der Tür oder am Gehäuse des Gerätes installierten Kabels sollte sich nach dem maximalen Nennbetriebsstrom richten. Der Schutzleiter in Schaltanlagen sollte so ausgelegt sein, dass er höchsten dynamischen und thermischen Belastungen standhält. Der Einbau von Schaltern oder Trennschaltern in den Schutzleiterstromkreis ist nicht gestattet, lediglich auf den Schutzleiterwegen dürfen Kurzschließvorrichtungen angebracht werden, die nur von autorisiertem Personal mit einem Werkzeug entfernt werden dürfen. Wenn das Gehäuse über einen PEN-Leiter verfügt, müssen folgende Anforderungen erfüllt sein:

• Der Mindestquerschnitt dieses Drahtes sollte für Kupfer 10 und für Aluminium 16 betragen;
• Der Querschnitt dieses Kabels sollte nicht geringer sein als der des Neutralleiters;
• Als PEN-Leitungen dürfen Montageschienen aus Kupfer oder Aluminium verwendet werden;
• Strukturbauteile sollten nicht als PEN-Drähte verwendet werden;
• PEN-Drähte müssen im Schaltschrank nicht isoliert werden.

Schaltanlagen trennen auch einzelne Stromkreise, um einen Stromschlag durch Kontakt mit den vorhandenen leitenden Teilen zu verhindern, die aufgrund grundlegender Isolationsschäden unter Spannung stehen können. Die Sammelschienen der Hauptstromkreise in Schaltanlagen sind so angeordnet, dass sie alle Anforderungen hinsichtlich der Abstände zwischen ihnen erfüllen Sammelschienen des Strompfades, zwischen Schienen und Bauteilen, damit nach der Inbetriebnahme kein Kurzschluss innerhalb der Schaltanlage entsteht. Diese Sammelschienen sollten so ausgewählt werden, dass sie mit der angegebenen Kurzschlussfestigkeit kompatibel sind, und so gebaut sein, dass sie den durch den Schutz auf der Versorgungsseite der Sammelschienen begrenzten Kurzschlussbelastungen standhalten. Verteilerkabel oder Sammelschienen innerhalb eines Segments zwischen den Hauptsammelschienen und der Lastseite können entsprechend der reduzierten Kurzschlussfestigkeit der Schutzeinrichtung ausgewählt werden. Hilfsstromkreise in Schaltanlagen sind so ausgelegt, dass es zu keinem unkontrollierten Störfall (z. B. Kurzschluss) kommt. Die Hilfsstromkreise sollten so verlegt werden, dass ein Kurzschluss unwahrscheinlich ist.

Die zum Anschluss von Geräten in der Schaltanlage verwendeten Kabel dürfen ihre Isolationsparameter (Isolationsalterung) nicht durch normale Temperaturerhöhung und Vibrationen im normalen Betrieb der Schaltanlage verschlechtern. Besonders wichtig sind die Auswirkungen der thermischen Ausdehnung aufgrund der erreichten Betriebstemperaturen der Drähte. Neben der Leitfähigkeit werden Kabel aufgrund folgender Faktoren ausgewählt:

• Mechanische Beanspruchungen, die in der Schaltanlage auftreten können;
• Sicherung und Verlegung von Leitungen;
• Art der Isolierung und Material, aus dem sie besteht;
• Gebrauchte Schaltanlagen und Schaltgeräte.

Sowohl bei starren als auch bei flexiblen isolierten Leitern sollten Zwischenverbindungen, insbesondere durch den Einsatz von Kupplungen oder Lötverbindungen, nicht verwendet werden. Zusätzlich sollten die Kabel vor Scheuern an scharfen Kanten von Bauteilen, z.B. durch den Einsatz von Kabelrinnen. Bei der Installation der verwendeten Geräte auf beweglichen Abdeckungen oder Schaltanlagentüren werden die Anschlussdrähte in speziellen flexiblen Schutzschläuchen verlegt, die sie vor Reibung an der Tür oder dem Schaltanlagengehäuse schützen.

 Abb. 2. Ein Beispiel für die Konfiguration des Montageeinsatzes und die Anordnung von Drähten und Sammelschienen in der Niederspannungsschaltanlage (Projekt erstellt in der Software Solid Edge 2021)

Oberflächen- und Luftspalte von Schaltanlagenstrukturelementen und Prüfung der dielektrischen Eigenschaften

Bei der Konstruktion und Konstruktion von Schaltanlagen wird besonderes Augenmerk auf die Einhaltung angemessener Isolationsspalte gelegt, sowohl in der Luft als auch an der Oberfläche. Diese Anforderungen sind in der Norm IEC 60664-1 ausführlich beschrieben. Abstände sollten eingehalten werden, damit der Einbau von Apparaten und anderen Geräten in die Schaltanlage die angegebenen Isolationsabstände nicht beeinträchtigt. In Fällen, in denen in der Schaltanlage getrennte Stromkreise vorgesehen sind, müssen die Stoßspannungen für Luft und Oberflächenisolationsabstände zwischen diesen Stromkreisen berücksichtigt werden. Für Sammelschienen, Verbindungen zwischen Geräten und Kabelanschlüssen, also alle nicht isolierten Elemente, werden mindestens die gleichen Isolationsabstände verwendet, wie sie für die Geräte, mit denen sie verbunden sind, vorgesehen sind. Es wird davon ausgegangen, dass der Kurzschluss zwischen den Sammelschienen die vorgesehenen Isolationsabstände nicht dauerhaft verringern darf. Um die Isolierspalte zu vergrößern, werden in den Isolierelementen spezielle konvexe Nuten eingesetzt, die die Oberflächen- und Luftisolierabstände deutlich vergrößern [1, 2, 3]. Bei konkaven Furchen erhöht sich nur der oberflächliche Isolationsabstand. Die dielektrischen Eigenschaften von Niederspannungsschaltanlagen werden gemäß den Anforderungen der Norm PN-EN 61439-1 überprüft, die genau beschreibt, wie Messungen der Spannungsfestigkeit durchzuführen sind. Die Gehäuse- und Strukturelemente werden mit der Spannungsfestigkeit der Netzfrequenz geprüft; Dabei werden die Haupt-, Steuer- und Hilfsstromkreise mit den in der Norm festgelegten Prüfspannungswerten geprüft. Abhängig von der Bemessungsisolationsspannung werden die genauen Werte der AC- und DC-Prüfspannungen angegeben.

Bei der Prüfung der Hauptstromkreise mit Wechselspannung werden fünf Prüfspannungswerte angegeben: 1000 V, 1500 V, 1890 V, 2000 V und 2200 V. Für die Messung mit Gleichspannung wurden jedoch sechs Werte ermittelt: 1415 V , 2120 V, 2670 V, 2830 V, 3110 V und 3820 V. Bei Prüfungen von Steuer- und Hilfsstromkreisen richtet sich die verwendete Prüfspannung nach der Bemessungsisolationsspannung. In Stromkreisen mit Spannungen über 60 V werden die zusätzlich eingegebenen Prüfspannungswerte verwendet, die 250 V und 500 V entsprechen. Die Form der Prüfspannung sollte sinusförmig mit einer Frequenz von 45 - 65 Hz sein. Andererseits sollte der Ausgangsstrom an den kurzgeschlossenen Geräteklemmen während der Messung einen Wert von mindestens 200 mA haben.

Wenn die Prüfspannung mit der Netzfrequenz angelegt wird, beträgt ihr Wert im Allgemeinen nicht mehr als 50 % dieser Spannung. Die Spannung wird schrittweise auf die volle Spannung erhöht und während des gesamten Testlaufs beibehalten. Geprüft werden alle aktiven Teile des Hauptstromkreises mit vorhandenen leitfähigen Elementen sowie aktive Teile mit unterschiedlichen Potenzialen oder zwischen Hauptstromkreis, Hilfs- und Steuerstromkreis.

Bei der Prüfung der Struktur mit der Stoßspannungsfestigkeit wird die Spannung von 1,2/50 μs fünfmal für jede Polarisation im Sekundentakt angelegt. Erfolgt bei der Prüfung keine Entladung, gilt die Prüfung als positiv. Bei der Produktprüfung, also der fertig gefertigten Schaltanlage, wird diese auf Spannungsfestigkeit mit netzfrequenter Spannung geprüft. Die Idee des Tests ist fast die gleiche wie beim Testen der Struktur, mit der Ausnahme, dass in diesem Szenario die Spannung nur für 1 Sekunde angelegt wird. Die Prüfung entfällt bei Hilfsstromkreisen, die mit einem Überstromschutz abgesichert sind und deren Bemessungsstrom 16 A nicht überschreitet, oder wenn die Funktionsprüfung bei der Bauprüfung mit der für diese Stromkreise vorgesehenen Schaltspannung durchgeführt wurde.

Wenn im geprüften Stromkreis Überstromschutzvorrichtungen mit einem Nennstrom bis 250 A installiert sind, wird der Isolationswiderstandswert bei einer Spannung von mindestens 500 V DC gemessen. Wenn der Wert des Isolationswiderstands zwischen den leitenden Teilen und den Stromkreisen nicht weniger als 1 kΩ/V beträgt, ist die Prüfung bestanden.

Einfluss elektrodynamischer Kräfte auf Strompfade und Tragkonstruktionen von Niederspannungsschaltanlagen

Beim Fluss des elektrischen Stroms durch die Strompfade und Schaltkabel entstehen elektrodynamische Kräfte, die Spannungen auf die tragenden Isolatoren der Strompfade, Kabelbefestigungen, Stützen usw. erzeugen [3, 6, 7].

Elektrodynamische Kräfte entstehen zwischen:

• aktuelle Wege;
• Stromkabel;
• ferromagnetische Materialien und Drähte oder Stromschienen;
• Grenzflächen von Materialien mit unterschiedlicher magnetischer Permeabilität.

IZur Bestimmung der auf die Strompfade wirkenden Momente und elektrodynamischen Kräfte werden die Biot-Savart-, Lorentz- und Maxwell-Gleichungen verwendet. Die Maxwell-Gleichungen werden zur Berechnung elektrodynamischer Kräfte in Strompfadsystemen verwendet, für die analytische Ausdrücke der Induktivität bekannt sind. Im Allgemeinen werden die Gleichungen von Lorentz und Biot Savart verwendet, um die Momente und elektrodynamischen Kräfte zu berechnen, die auf geradlinige Abschnitte von Strompfaden wirken.

Achten Sie bei der Auslegung der Strompfade von Schaltanlagen auf Folgendes und führen Sie die erforderlichen Berechnungen durch:

• Spannungen, die in den Strompfaden zum Zeitpunkt des Kurzschlussstromflusses auftreten, was eine geeignete Auswahl der Sammelschienenquerschnitte, der Spannweiten und die korrekte Befestigung der Strompfade ermöglicht;
• Reaktionskräfte, die auf die Befestigungselemente und andere Träger wirken, mit denen die Strompfade befestigt werden. Dies ermöglicht die Auswahl eines geeigneten Isolators mit der erforderlichen Festigkeit und der Anzahl dieser Elemente;
• Momente, die beim Fließen von Kurzschlussströmen auf die Verbindung der Sammelschienen einwirken;
• die Kräfte, die auf den Lichtbogen wirken.

Ein wichtiges Phänomen ist die Wechselwirkung des Leiters mit dem Strom in der Nähe ferromagnetischer Massen. Wenn Gleich- oder Wechselstrom in der Nähe einer Struktur oder Platte aus ferromagnetischem Material fließt, verursacht dies eine Verzerrung des Magnetfelds um den Leiter, durch den der Strom fließt. Die auf das ferromagnetische Element gerichtete elektrodynamische Kraft ist in diesem Fall das Ergebnis des asymmetrischen Feldes bezüglich der Achse des Leiters.

Diese Kraft wird durch die Formel nach der Spiegelbildmethode beschrieben:

C - Angenommene Konstante abhängig von der Länge und Form der Leitung,

i - Stromkreis,

i_1- Spiegelreflexionsstrom,

a - Abstand von der Plattenoberfläche zur Leiterachse.

Abb. 4. Der Effekt der Anziehung des Leiters mit dem Strom auf die ferromagnetische Platte: a) Verteilung der magnetischen Feldlinien, b) Berechnungsbeispiel nach der Spiegelreflexionsmethode.

Der Aufbau elektrodynamischer Kräfte aufgrund der Anziehung ist ein gefährliches Ereignis bei Kurzschlüssen, wenn die Drähte/Sammelschienen in der Nähe einer Stahlplatte oder anderen Stützstrukturen mit scharfen (nicht entgrateten) Kanten verlegt werden. Dann besteht die Gefahr, dass die durch Temperatureinwirkung weiche Drahtisolierung bricht und unter dem Einfluss elektrodynamischer Kräfte an der Platte oder einem anderen Strukturteil des Gehäuses reibt, was zu einem Kurzschluss des Metalldrahtes führen kann ein gegebenes Element.

Maximale Leistungsverluste von Niederspannungsschaltanlagen

Hergestellte Niederspannungsschaltanlagen werden Untersuchungen und Tests unterzogen, um die maximalen Leistungsverluste zu ermitteln. Dies ist auf die Einführung der Norm IEC 61439 zurückzuführen. Die Norm beschreibt detailliert die durchzuführenden Tests, um die erforderlichen Daten zu erhalten. Eine der spezifischen Prüfungen in Punkt 10.10 der polnischen Norm PN-EN 61439-1 ist die Überprüfung der thermischen Belastung. Der Test besteht darin, den maximal zulässigen Temperaturanstieg an Stellen zu ermitteln, an denen der kritische Wert des Temperaturanstiegs überschritten werden kann. Es wird überprüft, welcher Fachbereich des zu prüfenden Gehäuses der ungünstigste ist (aufgrund der Größe, Form, Anzahl der Trennwände und ob er belüftet ist oder nicht).

Während des Tests ist der maximale Nennstrom abhängig von der Anzahl der Geräte im Funktionsblock. Bei nur einem Gerät wird der Nennstrom des Geräts angelegt, bei mehreren Geräten im Funktionsblock wird der Strom des Geräts mit dem niedrigsten Nennstrom angelegt.

Gemäß den Empfehlungen der Norm sollten stets die ungünstigsten Varianten untersucht werden. Der kritische Funktionsblock muss getestet werden:

• Im (kleinsten) für den Funktionsblock vorgesehenen Fach;
• Aufgrund der schlechtesten Möglichkeit der inneren Trennung, bezogen auf die Größe der Lüftungsöffnungen;
• Wenn es im Gehäuse mit der höchsten installierten Verlustleistung pro Volumeneinheit auftritt;
• Im schlimmsten Fall eine Lüftungsvariante unter Berücksichtigung der Art der Lüftung – Zwangs- oder Konvektionslüftung.

Die Tests werden so durchgeführt, als ob die Schaltanlage unter normalen Bedingungen verwendet würde, wobei alle Abdeckungen und Paneele installiert wären. In einzelnen Gehäusen wird die Temperaturprüfung mit der Stromart durchgeführt, für die sie ausgelegt ist. Der Test wird solange ausgeführt, bis der Temperaturwert konstant wird. Bei den Versuchen wird dieser Wert erreicht, wenn der Temperaturanstieg an allen Messpunkten 1 K/h nicht überschreitet.

Bei der Prüfung der Verlustleistung des Schaltanlagengehäuses wird die Wärmeentwicklung der Strompfade und der eingebauten Geräte durch entsprechend im Gehäuseinneren positionierte Heizwiderstände simuliert. Diese Widerstände sind so eingestellt, dass sie den vom Hersteller angegebenen Wärmewert liefern, der dem erwarteten Leistungsverlust im Gehäuse unter normalen Bedingungen entspricht [1, 2]. Die Kabel, die die Heizwiderstände versorgen, sind so ausgewählt, dass dem geprüften Gehäuse keine Wärme entzogen wird. Die Temperaturwerte im Gehäuse werden im oberen Bereich gemessen, wo der Wert am höchsten ist, da warme Luft durch Konvektion nach oben steigt. Die Temperatur des Gehäuses darf die in der Norm PN-EN 61439 angegebenen Werte nicht überschreiten.

Der durchgeführte Test wird zum Zeitpunkt seiner Durchführung und nach seinem Abschluss verifiziert. Wenn die Lufttemperatur aus der berechneten Verlustleistung (erhalten während des Tests) nicht höher ist als die vom Hersteller angegebene zulässige Betriebstemperatur, bedeutet dies, dass für Innenarmaturen und Hauptstromkreisanschlüsse die Dauerbelastung nicht höher ist als die zulässige Belastung bei die berechnete Lufttemperatur. In diesem Fall überschreitet die Dauerbelastung 80 % des Nennstroms nicht, was die Einhaltung der Herstellererklärung bedeutet.

Elektromagnetische Verträglichkeit von Niederspannungsschaltanlagen

Die Norm PN-EN 61439-1 (Punkt 9.4 und Anhang J) besagt, dass die Schaltanlagen den Richtlinien zur elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) entsprechen müssen. Es handelt sich um die Fähigkeit der Schaltanlage, in einer bestimmten elektromagnetischen Umgebung zu arbeiten und keine elektromagnetischen Feldstörungen zu erzeugen, die den ordnungsgemäßen Betrieb anderer in ihrer Nähe funktionierender Geräte beeinträchtigen könnten. EMV-Tests sind auf den meisten Märkten in Europa, den Vereinigten Staaten und anderen Ländern obligatorisch. Daher ist es notwendig, diese Tests durchzuführen, um ein bestimmtes Produkt auf den Markt zu bringen und alle gesetzlichen Anforderungen zu erfüllen, um den Verkauf zu ermöglichen.

Abb. 5. Raum zum Testen der elektromagnetischen Verträglichkeit EMV.

Bei der Vorbereitung der Schaltanlage für die Prüfung wird im Allgemeinen jeweils ein zusammengebautes Muster vorbereitet, und die Kombination der darin installierten Geräte ist eher zufällig. EMV-Störfestigkeits- oder Emissionsprüfungen sind nicht erforderlich, wenn die installierten Schaltanlagenkomponenten und elektrischen Geräte den elektromagnetischen Anforderungen entsprechen Kompatibilitätsstandards für eine bestimmte Umgebung gemäß spezifischen Produktanforderungen oder dem allgemeinen EMV-Standard.

Die Quellen elektromagnetischer Störungen können sein:

• Diskrete kontinuierliche oder variable (sinusförmige) Signale von beispielsweise allgegenwärtigen Funksendern;
• Breitbandige kontinuierliche Signale, die von Freileitungen, elektrischen Maschinen oder Thyristor-Gleichrichtersystemen erzeugt werden;
• Einmalige transiente Überspannungssignale von Blitzen, elektrostatischen Entladungen, Schaltvorgängen, Funkenentladungen und Kurzschlüssen.

All diese Störungen verursachen das Auftreten transienter Überspannungen, die die in der Schaltanlage installierten Geräte einem Isolationsdurchbruch aussetzen und die Mess- und Steuerfunktionen stören. Ein weiteres Problem ist die Widerstandsfähigkeit der Apparate- und Transformatorwicklungen gegenüber kurzzeitigen Überspannungen mit Anstiegszeiten im Nanosekundenbereich.

Die Kopplung der Störgröße mit den gegebenen Stromkreisen in der Schaltanlage kann durch die Verzerrungen erreicht werden::

• Induktiv;
• Galvanisch;
• kapazitiv.

Um die Kopplung zwischen Störsignalen zu reduzieren, ist die Schaltanlage ausgestattet mit:

• Überspannungsableiter zum Überspannungsschutz;
• Schirmung der Steuerleitungen (mit beidseitiger Schirmerdung);
• Netzwerkfilter;
• Glasfaserverbindungen zwischen Steuergeräten.

Abb. 6. Beispiele für Kopplungen im Moment des Auftretens der Störung: a) galvanisch, b) kapazitiv, c) induktiv, d) elektrostatische Entladung.

Um das erforderliche Maß an elektromagnetischer Verträglichkeit (EMV) einer Schaltanlage zu erreichen, sind entsprechende Maßnahmen in den Phasen vom Konzept bis zum Prototyp erforderlich. Zu diesem Zweck werden eine Reihe von Computerprogrammen sowie die Anwendung von Empfehlungen in Normungsvorschriften und Erfahrungen von Herstellern eingesetzt.

Zusammenfassung

 Das Manuskript präsentiert und diskutiert die in den Normen PN-EN 61439-1 und PN-EN 62208 enthaltenen Konstruktionsanforderungen für Niederspannungsschaltanlagen, die von auf dem Markt hergestellten Schaltanlagen erfüllt werden müssen.

Die Überprüfung der entwickelten Schaltanlagenkonstruktionen durch den Hersteller im Rahmen von Bauprüfungen und Typprüfungen in Forschungslabors ermöglicht die Vermarktung und den Verkauf moderner, qualitativ hochwertiger Lösungen, die während ihres Betriebs ein angemessenes Maß an Schutz und Sicherheit gewährleisten.