FAQ: Schaltschranktipps zur elektrotechnischen Planung

Sie haben Fragen zum Thema Schaltschrank und benötigen sinnvolle Tipps für Ihre elektrotechnische Planung? Dann sind Sie hier genau richtig.

Aufgeteilt in 16 Kategorien erhalten Sie zu allen relevanten Fragen direkt eine Antwort.

Weitere Informationen finden Sie hier.

1. Türverriegelung nach US-Normen

Folgende US-Normen geben vor, in welchen Fällen und unter welchen Bedingungen eine Türverriegelung eingebaut werden muss:

  • UL508A (Kap 66.1.2 und 66.1.3)
  • NFPA79 (Kapitel 6.2.3.1 und 6.2.3.2)

Wenn ein Schaltschrank eine Industriemaschine steuert und eine Betriebsspannung ≥ 50V AC / 60 V DC hat, muss jede Tür des Schaltschranks mit der Netz-Trenneinrichtung (z.B. dem Hauptschalter) so verriegelt sein, dass sich die Tür nur bei ausgeschalteter Netz-Trenneinrichtung öffnen lässt. 

Dafür gibt es folgende Möglichkeiten:

  1. Rein mechanisch, z.B. über den Hauptschalter
  2. Elektrisch
  3. Kombination aus mechanisch und elektrisch
  4. Kombination aus mechanisch und elektronisch
Die Türverriegelung muss darüber hinaus folgende Bedingungen erfüllen

1. Überlistbare Verriegelung
Die Verrieglung muss durch eine qualifizierte Fachkraft mit einem Werkzeug überlistbar sein, damit die Tür zu Service- und Wartungsarbeiten auch bei eingeschaltetem Hauptschalter geöffnet werden kann. 

2. Schnappschlossfunktion
Die Verriegelung muss automatisch beim Schließen aller Türen ohne zusätzliche Maßnahmen aktiviert werden (Schnappschlossfunktion).

3. Verriegelung der Netz-Trenneinrichtung
Bei geöffneter Schaltschranktür muss ein Einschalten der Netz-Trenneinrichtung durch die Verriegelung blockiert sein. 

Ausnahme: Diese Sicherheitsfunktion muss aber mit einer bewussten Handlung von einer qualifizierten Fachkraft aufgehoben werden können.

Unter folgenden Bedingungen kann ein Schaltschrank ohne Türverriegelung ausgeführt werden:

Unter folgenden Bedingungen kann ein Schaltschrank ohne Türverriegelung ausgeführt werden:

  • Betriebsspannung < 50 V AC/60 V DC oder
  • Der Schaltschrank steuert keine Industriemaschine oder
  • Der Schaltschrank hat keine Tür (z.B. nur einen Deckel ohne Scharnier) oder
  • Der Schaltschrank hat keine eigene Netz-Trenneinrichtung und
    – befindet sich in max. 15 m Entfernung und in Sichtweite vom Schaltschrank mit der Netz-Trenneinrichtung
    – ist nur für bestimmte Fachkräfte („Qualified persons“) zugänglich
    – kann nur mit einem Schlüssel oder Werkzeug geöffnet werden

2. Netzumschaltung im Steuerschrank

Netzumschalter lassen sich nach ihrer Betätigungsart kategorisieren:

  • Handbetätigte Netzumschalter (MTSE oder Manual Transfer Switching Equipment) ermöglichen die manuelle Umschaltung zwischen zwei Versorgungsquellen. Die Umstellung erfolgt per Drehantrieb.
  • Fernbetätigte Netzumschalter (RTSE oder Remotely Operated Transfer Switching Equipment) verfügen über einen integrierten Motorantrieb. Dieser wird über externe Signale gesteuert und schaltet fernbetätigt zwischen den beiden Versorgungsquellen um.
  • Auch automatisierte Netzumschalter (ATSE oder Automatic Transfer Switching Equipment) verfügen über einen integrierten Motor. Zusätzlich sind sie mit einer Steuereinheit samt Überwachungsfunktion ausgestattet. Im Fall eines Fehlers in der Hauptquelle registriert der Netzumschalter einen Spannungs- und Frequenzabfall und schaltet automatisch auf die Ersatzversorgung um.

Im Gegensatz zum Netzumschalter, der bei gleichbleibendem Verbraucher zwischen zwei Versorgungsquellen umschaltet, schalten Lastumschalter bei gleichbleibender Versorgungsquelle zwischen zwei Laststrängen.

Faktor Zeit:    

Betreiber sollten die Ausfallzeit der Netzumschaltlösung auf die Kennzahlen der angeschlossenen Verbraucher einstellen

  1. IT-Hardware kann häufig nur sehr geringe Unterbrechungszeiten tolerieren und sollte deshalb zusätzlich über eine unterbrechungsfreie Stromversorgung abgesichert werden.
  2. Auslaufende Motoren oder hochfahrende Versorgungsaggregate sind für eine reibungslose Funktion auf eine gewisse Umschaltzeit angewiesen.

 

Faktor Verteiler:

Je nach Verteiler eignen sich für die Netzumschaltung unterschiedliche Schaltertypen.

  1. Hauptverteilungen werden meist von offenen Leistungsschaltern gespeist – diese bieten sich deshalb auch für die Netzumschaltung an.
  2. Unterverteilungen können sowohl mit Leistungsschaltern als auch mit Lasttrennschaltern zwischen Netzen umgeschaltet werden.
  • Kritische Verbraucher betreffen die Sicherheit von Menschen und führen bei Ausfall zu schweren wirtschaftlichen Schäden. Eine Ersatzversorgung ist hier unbedingt notwendig und sichert zusammen mit einer automatischen Netzumschaltung eine nahezu durchgehende Stromversorgung.
  • Ein wichtiger Verbraucher führt bei einem Ausfall zu einer teilweisen Beeinträchtigung der Produktionsprozesse, was mittelschwere wirtschaftliche Schäden nach sich ziehen kann. Auch für solche Verbraucher wird eine Ersatzversorgung empfohlen, wobei die Netzumschaltung fernbetätigt oder manuell erfolgen kann. Besonders im letzten Fall ist die Versorgungssicherheit allerdings nur gewährleistet, wenn Personen vor Ort sind, die die Umschaltung auslösen können.
  • Beim Ausfall unwichtiger Verbraucher kommt es zu geringen oder gar keinen Beeinträchtigungen der Produktionsprozesse. Hier ergeben sich mögliche Lastabwürfe: Durch den Ausschluss unwichtiger Verbraucher von der Notstromversorgung können Betreiber kleinere Aggregate einsetzen.

3. Abzweige auslegen leicht gemacht

Bisher musste man – ausgehend von der mechanischen Last – über das SIRIUS Projektierungshandbuch oder die Katalogsuche ermitteln, welche Schalt- und Schutzgeräte für den Betrieb des Motors benötigt werden. Anschließend folgte die Suche nach den dazu passenden Varianten mit der korrekten Steuerspannung und Anschlussart sowie die nötigen Hilfskontakte.

Das geht nun einfacher, denn mit dem Abzweigkonfigurator+ (IEC) finden Sie schnell und sicher die richtigen Schalt- und Schutzgeräte für Ihren Motor.

Für die Ermittlung des Leitungsquerschnittes sind viele Rahmenbedingungen zu beachten. Beispiele dafür sind Umgebungstemperaturen, Verlegearten und Leitungshäufungen. Außerdem muss die Leitung den Strom sicher unter Überlast und im Kurzschlussfall tragen. Zusätzlich dürfen der Spannungsfall nicht zu groß und der minimale Kurzschlussstrom nicht zu klein sein, damit der Motor sicher geschaltet und im Fehlerfall auch sicher abgeschaltet werden kann.

Letztendlich gibt die Norm IEC 60204-1 die Mindestanforderungen für die elektrische Sicherheit zum Schutz der Maschine, der Antriebe und des Betreibers vor. Häufig müssen jedoch weitere Normen wie die IEC 60364, IEC 61439, IEC 60909 (Kurzschlussberechnungen) oder die VDE 100 konsultiert werden.

Im Abzweigkonfigurator+ (IEC) wird der Leitungsquerschnitt auf Knopfdruck ermittelt. Dabei können Parameter wie die Verlegeart, die Häufung oder die Umgebungstemperaturen frei gewählt werden, um die Leitung für die vorherrschenden Bedingungen möglichst optimal auszulegen.

Ja, da ein Kurzschluss in jeder Anlage auftreten kann und die installierten Geräte den Kurzschluss sicher abschalten müssen, ergibt sich die Notwendigkeit einer Kurzschlussberechnung schon aus der Risikobeurteilung, die nach europäischer Niederspannungsrichtlinie verpflichtend durchzuführen ist. Des Weiteren fordert die im Juni 2019 neu veröffentlichte Version der DIN EN 60204-1 – Elektrische Ausrüstung von Maschinen,  dass der Bemessungskurzschlussstrom der elektrischen Ausrüstung ermittelt werden muss. 

Übrigens: Der Abzweigkonfigurator+ (IEC) ermittelt die relevanten Kurzschlusswerte automatisch.

4. Modulares Engineering

Die Grundlage aller Planungstätigkeiten sind Daten für das eingesetzte Engineering System. Korrekte und umfangreiche Artikeldaten sowie vorhandene Stromlaufsymbole oder 3D-Modelle ermöglichen eine genaue und fehlerfreie Elektrokonstruktion.

Siemens stellt für seine Komponenten standardmäßig mehr als 10 unterschiedliche Datenarten zur Verfügung. Von Gerätschaltplänen über Maßzeichnungen bis hin zu intelligenten 3D-Daten und Makros.

Ihr Vorteil: alle Daten sind immer gleich aufgebaut. Das ermöglicht auch eine automatisierte Verarbeitung, die spätestens beim Generieren von Stromlaufplänen von Nöten ist.

Laden Sie sich unsere CAx-Daten über die Industry Mall oder den CAx Download Manager herunter oder nutzen Sie das Datenportal Ihres eingesetzten E-CAD Systems. Siemens stellt seine Daten in den gängigen Portalen wie EPLAN Data Portal, wscaduniverse.com, Traceparts oder als Content Pack auch für AutoCAD Electrical zur Verfügung.

Um die Elektrokonstruktion zu modularisieren ist es sinnvoll, auch das eingesetzte Produktportfolio zu standardisieren. Hierbei entstehen unterschiedliche Anforderungen, die durch die Produkte abgedeckt sein müssen:

  1. Umfangreiche und vielseitige technische Funktionen
  2. Weltweite Zertifizierung
  3. Geprüft und getestet

Unser Schaltgerätekombinationen aus dem SIRIUS Systembaukasten besitzen eine weltweite Zertifizierung und sind zudem modular aufgebaut.

Durch modulares Engineering geht die Erstellung der Stromlaufplanung deutlich schneller bis hin zur vollautomatischen Generierung auf Knopfdruck.

Um solche Effizienzvorteile zu erreichen, ist es nötig, die einzelnen Stromlauf-Module zu erstellen, die später zu einem Großen und Ganzen zusammengestellt werden.

Obgleich sich der Mehraufwand für die Erstellung von Modulen schon nach kurzer Zeit lohnt, können Sie sich den Aufwand sparen und unsere vorbereiteten Module nutzen. 

Hierfür bieten wir Ihnen folgende Modulpakete mit vorbereiteten Stromlaufplänen an. Alle Module enthalten neben den jeweiligen Hauptgeräten die passenden Schutzgeräte sowie alle nötigen elektrotechnischen Elemente wie Leitungsquerschnitte und Abbruchstellen.

  • SIRIUS Engineering Module für Sanftstart-Anwendungen mit SIRIUS Sanftstarter 3RW55
  • SIRIUS Engineering Module für Anwendungen mit SIRIUS Motorstarter 3RM1, Motorstarter SIMATIC ET 200SP, SIRIUS Sanftstarter 3RW,SIRIUS Leistungsschalter-Schütz-Kombinationen, Motormanagement-System SIMOCODE
  • SITOP 24V Engineering Module für 24 V Stromversorgungen.

5. 3D-Planung

Neben den reinen 3D-Daten sind weitere hilfreiche technische Informationen direkt in den Artikelmakros der Siemens-Geräte hinterlegt. So finden Sie beispielweise zur Unterstützung der Auto-Routing Funktion in Pro Panel Informationen über die Anschlüsse des Artikels. Hinterlegt im globalen Anschlussbild sind neben Anschlussbezeichnung und –ausführung auch deren Position im dreidimensionalen Raum sowie deren Verlegerichtung. Anhand dieser Angaben kann die notwendige Leitungslänge direkt in EPLAN auf Basis des Schaltplanprojekts millimetergenau berechnet werden.

Zusätzlich können diese Werte an eine Kabelkonfektionsmaschine exportiert werden, um eine exakte Leitungslänge und normgerechte Verdrahtung zu gewährleisten. Sie können die Verlegerichtung sowie Anschlussbezeichnung über Ansicht → Anschlussrichtungen bzw. Anschlussbezeichnungen direkt im 3D einblenden.

Neben dem Anschlussbild finden Sie in den Artikelmakros von Siemens auch ein Bohrbild. In diesem sind wertvolle Informationen über die Anzahl, Position und Größe von notwendigen Durchbrüchen auf der Montageplatte oder auch Türausschnitten hinterlegt. Auch diese Informationen lassen sich aus EPLAN an eine Maschine / Automaten exportieren, wodurch alle notwendigen Durchbrüche automatisiert auf die Montageplatte übertragen werden können. Sie können diese in EPLAN über Ansicht → Bohransicht sichtbar machen.

An vielen Zubehörteilen und Grundgeräten sind Montagepunkte in den Makros hinterlegt. Diese unterstützten Sie beim Zusammenbau zweier Komponenten in 3D. Auf diese Weise kann das Fehlerrisiko minimiert und eine exakte Platzierung ermöglicht werden. 

6. CAE-Daten und Dokumente auf Knopfdruck

Nutzen Sie unseren CAx Download Manager. Hier können Sie für viele Artikel zeitgleich verschiedene Datenarten wie zum Beispiel Zertifikate, Handbücher, 3D-Daten und vieles mehr anfragen. Kopieren Sie einfach eine bestehende Artikelliste per Copy&Paste in Ihren Download oder laden Sie Ihre Stückliste als Exceldatei (Format csv) direkt in den CAx Download Manager. Der Assistent führt Sie schrittweise und komfortabel durch die Auswahl der Datenarten sowie Sprachen und erstellt nach Eingabe eines Auftragsnamen Ihr individuelles Downloadpaket. Dieser Service steht Ihnen kostenlos zur Verfügung.

In den unterschiedlichen Normungsräumen sind häufig unterschiedliche Angaben oder Grafiken nötig.

Beispielsweise sehen ANSI Geräteschaltpläne anders aus als IEC-Geräteschaltpläne.

Um den unterschiedlichen Anforderungen gerecht zu werden bietet Siemens viele Daten für die verschiedenen Normungsräume an. Dabei handelt es sich im folgenden um:

–       Technische Daten für UL und IEC (hp und kW, mm² und AWG, usw.)

–       Geräteschaltpläne im ANSI- und IEC-Format

–       Passende UL- und IEC- Zertifikate

Sie haben die Möglichkeit, bis zu 1000 Artikel gleichzeitig anzufragen. Die Dauer ist abhängig von der Anzahl der Artikel sowie der selektierten Datenarten. Sobald Ihr Downloadpaket zusammengestellt wurde, erhalten Sie eine E-Mail-Benachrichtigung mit einem entsprechenden Downloadlink.

Sie können über den CAx Download Manager alle relevanten Engineering-Daten auf einmal herunterladen. Diese sind:

  • 2D-Maßzeichnung (DXF)
  • 3D-Modell (STEP)
  • Geräteschaltplan (DXF)
  • EPLAN Makro (EDZ)
  • Datenblatt (PDF)
  • Handbuch / Betriebsanleitung (PDF)
  • Kennlinie (PDF)
  • Zertifikat (PDF)
  • Produktfoto (PNG)
  • Produktstammdaten (eCl@ss, CSV, XLS, ECAD)

7. TIA Selection Tool

Zusammenspiel der Desktop- und der Online-Version

In diesem Video-Tutorial zeigen wir Ihnen, wie Sie durch das nahtlose Zusammenspiel der desktop- und der webbasierten Version des TIA Selection Tools Ihre Arbeitsabläufe noch effizienter gestalten können. Wir demonstrieren Ihnen das an einem praxisnahen Anwendungsbeispiel.

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Maschinenbauer und Systemintegratoren nutzen unterschiedlichste Software in jeder Ihrer Planungsphasen wie der Hardware- und Elektroplanung bis hin zum Engineering. In jedem dieser Systeme erfolgt die Hardwareauswahl, Netzwerkplanung und das I/O Taggings als Basis für die weiteren Planungsschritte. Diese Informationen in die unterschiedlichen Systeme zu übertragen, spart enorm viel Zeit und vermeidet Fehler.  

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Siemens Lösung:

  • Informationsaustausch zwischen dem TIA Selection Tool, ECAD und TIA Portal über ein standardisiertertes Hardwaredaten-Austauschformat auf Basis von AutomationML
  • Übernahme der Informationen zu Hardwareauswahl / Hardwarekonfiguration; Netzwerkplanung und I/O Tags

Drei Schritte zur nahtlosen und bidirektionalen Übertragung von Hardware- und Netzwerkkonfigurationen:

  • Hardwarekonfiguration im TIA Selection Tool erstellen
  • Hardwarekonfiguration für das Engineering in TIA Portal übertragen über Automation Markup Language (AML)
  • Übertragung der Daten für die elektrische Planung in ein ECAD-Systems über die standardisierte AML Datei 

TIA Selection Tool – DC 24V Verbrauchersicht

In diesem Video-Tutorial wollen wir Ihnen zeigen, wie Sie ganz komfortabel und sicher die passende SITOP Stromversorgung für Ihr Projekt auswählen. 

Jedes Automatisierungsprojekt muss mit Strom versorgt werden. Eine korrekte Auslegung der Stromversorgung bedeutet Energieeffizienz ohne Einschränkungen bei der Leistungsabgabe. Anhand eines Beispielprojekts demonstrieren wir Ihnen, wie einfach das mit dem TIA Selection Tool funktioniert.

Zum Video.

Für Ihre Komponentenauswahl im TIA Selection Tool benötigen Sie häufig weitere Dokumente, technische oder CAE-Daten, kurz CAx-Daten, um in der ECAD-Software weiterarbeiten zu können.

Um das Zusammenstellen und Herunterladen der CAx-Daten zu vereinfachen, können Sie die Komponentenliste aus dem TIA Selection Tool direkt in unseren CAx-Downloadmanager übergeben.

Sie wählen im Anschluss nur noch die gewünschten Datenarten aus und starten den Datenexport. Der CAx Downloadmanager stellt Ihnen Ihr individuelles Paket zusammen und sendet Ihnen eine Benachrichtigung, sobald der Download zur Verfügung steht.

Für die Nutzung des CAx Downloadmanager benötigen Sie lediglich einen kostenlosen Account auf unserem Siemens Industry Online Support Portal. Eine detaillierte Videoanleitung zum CAx Downloadmanager finden Sie außerdem unter folgendem Link:

❯ CAx Download Manager – Videoanleitung

Genießen Sie die Vorteile des CAx Download Managers:
  • Mehr Zeit für andere Aufgaben – Der CAx Download Manager stellt Ihnen alle Daten zusammen
  • Keine aufwändige Suche nach einzelnen Dokumenten
  • Alle Daten für einen kompletten Warenkorb an einer Stelle herunterladbar
  • Individuelle Auswahl der gewünschten Datenformate

Viele Siemens-Geräte besitzen von vornherein neben der IEC- auch eine UL-Zulassung. Da in einigen Fällen die Auswahl von Gerätekombinationen nach speziellen UL-Regeln funktionert, unterstützt das Tia Selection Tool hier mit entsprechenden Auswahlmöglichkeiten, z.B. bei der Auswahl von:

–       Motorstarterkombinationen

–       Einspeiseschaltern oder

–       Antrieben nach UL.

8. Türkopplungsdrehantrieb nach IEC-Normen

Der Türkopplungsdrehantrieb ist sowohl für den Einbau in Schaltschränke als auch in Verteiler vorgesehen. Der Antrieb setzt sich grundsätzlich aus einer Handhabe, einem Frontdrehantrieb mit Wellenstumpf, gegebenenfalls einer mit Verlängerungswelle und Kupplungsstück zusammen. Der Einbau kann hier sowohl frontseitig als auch seitlich erfolgen.

9. Absicherung von Steuerstromkreisen

Stromversorgungen nach NEC Class 2 zeichnen sich dadurch aus, dass auch im Fehlerfall die Ausgangsleistung auf 100VA begrenzt ist.  Bei mehreren Steuerstromkreisen ist jeweils ein Netzgerät erforderlich. Bei einer Erweiterung der Anlage kann ein NEC Class 2 Steuerstromkreis einfach über ein weiteres Netzgerät realisiert werden.

Bei der Verwendung der SITOP Redundanzmodule mit NEC Class 2 Ausgang können leistungsstärkere zentrale Netzgeräte verwendet werden, weil sie die Leistung auf max. 100 VA begrenzen. Der Anschluss erfolgt entweder an einer Stromversorgung um die 24-V-Versorgung ausschließlich auf NEC Class 2 Abzweige aufzuteilen oder an zwei zentralen Stromversorgungen, um auch zusätzlich eine höhere Verfügbarkeit der 24-Versorgung zu gewährleisten. In diesem Fall entkoppelt das Redundanzmodul die beiden Netzgeräte und bei Ausfall eines Netzgeräts versorgt  es den Steuerstromkreis über das Intakte.

NEC Class 2 Verbraucherabzweige lassen sich auch mit speziellen Selektivitätsmodulen realisieren. Dabei speist  eine zentrale 24 V DC – Stromversorgung ein oder mehrere Selektivitätsmodule, deren Ausgangskanäle auf eine Leistung von 100 VA begrenzt sind. Der Vorteil dieses Aufbaus liegt darin, dass sowohl die Leistungsbegrenzung nach NEC Class 2 realisiert werden kann als auch der selektive Schutz der Ausgänge vor Überlast oder Kurzschluss. Ein fehlerhafter Abzweig wird sofort stromlos geschaltet und alle anderen Abzweige werden unterbrechungsfrei weiter versorgt. Selbst eine SPS, die nur wenige Millisekunden Spannungsausfall überbrückt, läuft problemlos weiter.

Mit der Verwendung von SITOP NEC Class 2 Selektivitätsmodulen müssen keine zusätzlichen Kurzschlussschutzgeräte in die vier NEC Class 2 Abzweige eingebaut werden.

10. Zeit und Platz sparen im Schaltschrank

Montieren Sie Verbraucherabzweige bis 63A mit nur einem Einspeisepunkt. Einfache Handhabung durch Verbindungsstecker und Erweiterungsmodule

Einfache und sichere Hauptstromverdrahtung durch Einspeisestecker und Verbindungsbausteine zwischen Motorschutzschalter und Schützen.

Der Austausch einzelner Abzweige ist auch im laufenden Betrieb möglich. Die davon nicht betroffenen Abzweige können dabei eingeschaltet bleiben.

Ein Produkt für jeden Markt dank der Einhaltung mehrerer Standards und zahlreicher Zertifizierungen (IEC, UL, CSA).

11. Softwaregestützte Leitungsdimensionierung und Kurzschlussberechnung

Nachdem Sie Ihre Kunden- und projektspezifischen Informationen eingegeben haben, können Sie sehr schnell per Drag-and-Drop die Struktur Ihres Hauptstromkreises inklusive der Einspeisung, der Verbraucher und entsprechender Leitungslängen festlegen. Schon haben Sie das Ergebnis Ihrer Dimensionierung.

Simaris Design wählt dabei automatisch die Schalt- und Schutzgeräte passend zu den eingegebenen Verbrauchern, nach anerkannten Regeln der Technik und gültigen Normen (VDE, IEC). Nach erfolgreicher Dimensionierung bietet Simaris design Ihnen umfangreiche Ausgabefunktionen, wie Stückliste als Excel oder Netzplan im dxf- oder pdf-Format für die einfache Weiterarbeit in Ihrem ECAD-System.

Sie haben zwei Möglichkeiten zur Kurzschlussberechnung. Zum einen kann Ihnen SIMARIS Design alle Komponenten automatisch ermitteln und Sie erhalten die berechneten Kurzschlusswerte in der Ausgabe. Zum anderen ist es möglich, Schutzgeräte zu definieren, um anschließend eine Kurzschlussberechnung auf Basis der Festlegungen  durchzuführen.

Die zwei Möglichkeiten lassen den Einsatz für unterschiedliche Zwecke zu. So kann SIMARIS design beispielsweise die gesamte Dimensionierung einer neuen Maschine durchlaufen. Genauso ist es möglich, bei einem Redesign mit bereits definierten Komponenten, separat eine Kurzschlussberechnung durchzuführen.

Mit SIMARIS design ist es möglich, unterschiedliche Dimensionierungsziele zu berechnen. In Abhängigkeit der Anlage, des elektrotechnischen Aufbaus und der gewählten Komponenten kann entweder Selektivität oder Back-up-Schutz als Dimensionierungsziel festgelegt werden.

Eine Anlage mit mehreren in Reihe geschalteten Schutzorganen ist selektiv, wenn im Störungsfall nur das – in Energierichtung gesehen – direkt vor der Störungsstelle liegende Schutzorgan anspricht und allein den Fehler abschaltet. Schaltet zusätzlich zum Schutzorgan im betroffenen Stromkreis auch das Schutzorgan im vorgeordneten Stromkreis ab, wird für weitere vom Fehler nicht betroffene Stromkreise die Spannungsversorgung unterbrochen bzw. reduziert. In diesem Fall spricht man von Back-Up-Schutz.

Für den sicheren und normkonformen Betrieb einer Maschine ist es wichtig, die Elektrik nicht nur für den normalen Betriebszustand, sondern auch für Überlasten oder gar Kurzschlüsse auszulegen.

Eine korrekt dimensionierte Leitung kann den Strom in Überlastfällen sicher transportieren, ohne Brandgefahr. SIMARIS design ist in der Lage, eine Leitungsdimensionierung durchzuführen. Es berechnet die Leitungsquerschnitte in Abhängigkeit der Leitungslänge und der eingegebenen Lasten. Über Voreinstellungen können bestimmte Parameter wie zum Beispiel die minimal zu verwendenden Querschnitte, die Verlegeart oder das Kabelmaterial individuell festgelegt werden. So erreichen Sie maximale Sicherheit in der Elektrik. Die berechneten Querschnitte werden in der Single-Line Darstellung übersichtlich präsentiert und können in Tabellenform auch für eine weitere Nutzung im E-CAD System exportiert werden.

12. Kurzschlussstrom-Kalkulation (SCCR)

Zu diesem Zweck müssen die für Überlegungen zur Kurzschlussfestigkeit nach UL 508A relevanten und nicht relevanten Komponenten identifiziert werden.

Supplement SB4.2 besagt, von bestimmten Ausnahmen abgesehen, dass beim Ermitteln der Kurzschlussfestigkeit alle Komponenten im Hauptstromkreis berücksichtigt werden müssen und die Kurzschlussfestigkeit in Ampere oder Kiloampere mit Angabe der Spannung ausgedrückt werden muss.

a.    Gerätekennzeichnungen oder Datenblätter

Die Ermittlung der Kurzschlussfestigkeit für alle Komponenten stützt sich auf Gerätekennzeichnungen oder Komponentendatenblätter, die der Hersteller der Komponenten zur Verfügung stellt.

b.    UL 508A, Tabelle SB4.1, für Komponenten ohne Angabe der Kurzschlussfestigkeit

Für den Fall, dass keine Informationen zur Hand sind, definiert Tabelle SB4.1 die angenommene „Standardkurzschlussfestigkeit“ (Standard SCCR) für Komponenten nach UL 508A.

c.    Falls erforderlich – Erhöhen der Kurzschlussfestigkeit durch Verwendung geprüfter Kombinationen

Dieser Schritt ist nur erforderlich, wenn die Standardkurzschlussfestigkeit basierend auf Element a oder Element b nicht ausreicht, um die Vorgaben des Anwenders einzuhalten.

Wenn die niedrigste Kurzschlussfestigkeit einer oder mehrerer relevanter Komponenten niedriger ist als der geforderte Wert, steigert man die Kurzschlussfestigkeit durch Verwendung geprüfter Kombinationen mit sogenannter „erhöhter Kurzschlussfestigkeit“ (High Capacity Short Circuit Rating).

Nach UL 508A Supplement SB4.3 lässt sich der maximal mögliche Kurzschlussstrom für Komponenten im Hauptstromkreis reduzieren, indem strombegrenzende Geräte im Feeder Circuit verwendet werden. Es ist hierbei jedoch zwingend notwendig, dass die strombegrenzenden Geräte gänzlich im Feeder Circuit angeordnet sind.

Verwenden Sie hohe Kurzschlussfestigkeitswerte von geprüften Kombinationen!

Statt darüber nachzudenken, wie sich der Strom begrenzen lässt oder welches Gerät verwendet werden kann, oder sogar einen Mehrpreis für eine höhere „Standardkurzschlussfestigkeit“ zu bezahlen, sollten Sie geprüfte Kombinationen verwenden.

 

Bei Verwendung der Werte einer „Standardkurzschlussfestigkeit“ für einzelne Komponenten, insbesondere Motorsteuerungen und Überlastschutzgeräte, erhalten Sie eventuell einen nur bis 5 kA, 10 kA oder 15 kA kurzschlussfesten industriellen Schaltschrank. Problematisch daran ist, dass industrielle Schaltschränke oft eine über diesen Werten liegende Gesamtkurzschlussfestigkeit haben müssen.

 

Das Portfolio von Siemens wurde unter Zugrundelegung der Leistungsanforderungen einschließlich aller Kurzschlussanforderungen geprüft, und das schließt auch die Prüfung mit einer Kombination hoher Fehlerströme ein. Auf den Bescheinigungen (CoC = Konformitätsbescheinigung) werden Sie auch Prüfkombinationen Typ 1 und Typ 2 finden.

Unser TIA Selection Tool kann dazu eingesetzt werden, mit wenig Aufwand die UL-Prüfkombinationen auszuwählen. Diese „erhöhte Kurzschlussfestigkeit“ (High Capacity Short Circuit Rating) ist der „UL-Konformitätsbescheinigung“ (UL Certificate of Compliance) zu entnehmen.

13. Kurzschlussstrom-Begrenzung

Für Schalt- und Steuerschränke gibt es in der IEC-Normung zwei wichtige Standards:

  • IEC 60204-1 Elektrische Ausrüstung von Maschinen
  • IEC 61439-1 Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen

Während die IEC 61439-1 die Möglichkeiten für die Nachweise Kurzschlussfestigkeit im Detail beschreibt, ist in der IEC 60204-1 kein Nachweisverfahren enthalten. Es wird auf weitere Normen wie die IEC 61439-1 als Möglichkeit verwiesen inkl. dem Hinweis, dass es zusätzlich zu den Anforderungen der IEC 60204-1 dem Planer überlassen ist, abhängig von der Verwendung der Maschine und ihrer elektrischen Ausrüstung bei bestimmten Teilen der elektrischen Ausrüstung die relevanten Teile der IEC 61439-Serie zu berücksichtigen.

Aus Sicht der Norm IEC 61439-1 kann der Nachweis der Kurzschlussfestigkeit mittels zweier Verfahren erbracht werden:

  1. Nachweis durch Prüfung
  2. Nachweis durch Vergleich mit einer geprüften Referenzkonstruktion

Voraussetzung ist somit in beiden Fällen eine Prüfung: entweder von Teilen des Schaltschrankes oder des gesamten Schaltschrankes.

Hinweis: Siemens bietet umfangreiche, bereits geprüfte Referenzkonstruktionen, mit denen sich ein Nachweis durch Vergleich durchführen lässt, abhängig vom Aufbau der Stromkreise der eigentlichen Schaltgerätekombination. Diese befinden sich im „Siemens Industry Online Support“ (SIOS) und können über den Suchbegriff „Kurzschlusswerte in Abhängigkeit von der Mindestgehäusegröße nach IEC 61439-1“ gefunden werden.

Ja, die Norm beschreibt 3 Szenarien, bei denen die Nachweisführung entfallen darf:
  1. Schaltgerätekombinationen mit Bemessungskurzzeitstromfestigkeit  Icw  oder bedingtem Bemessungskurzschlussstrom Icc  von höchstens 10 kA Effektivwert.
  2. Schaltgerätekombinationen oder Stromkreise von Schaltgerätekombinationen, geschützt durch strombegrenzende Einrichtungen, deren Durchlassstrom beim höchstzulässigen unbeeinflussten Kurzschlussstrom an den Anschlüssen der Einspeisung der Schaltgerätekombination 17 kA nicht überschreitet. Dies ist in der Praxis ein häufig auftretendes Szenario. Um dies nachweisen zu können, müssen die Durchlasskennlinien der einzelnen Schutzgeräte analysiert werden.
  3. Für Hilfsstromkreise:     
    UN ≥ 110V, PN ≤ 10kVA und uk ≥ 4%
    UN < 110V, PN ≤ 1,6kVA und uk ≥ 4%

Hinweis: Das kostenlose Siemens Softwaretool „SIMARIS curves“ enthält eine Vielzahl von Überstromschutzgeräten inkl. aller wichtigen Kennlinien. Mit Hilfe des Tools lässt sich nicht nur der Durchlasswert beim jeweiligen Kurzschlussstrom bestimmen, sondern auch sehr einfach dokumentieren.

14. Steuerstromkreis - einfache Planung & Engineering

Die richtige Auswahl der passenden Stromversorgung kann sehr zeitaufwendig sein. Erst recht, wenn Sie noch eine unterbrechungsfreie Stromversorgung SITOP DC-USV und die selektive Absicherung der 24-V-Abzweige dazu dimensionieren müssen. Wie einfach und schnell das mit dem SITOP Assistent im TIA Selection Tool funktioniert, sehen Sie hier.

Hier geht’s zum Download der Offline-Version: TIA Selection Tool

Im Engineering von Schaltschranken können mit optimierten und abgestimmten Prozessen Zeit und Kosten gespart werden. Das TIA Selection Tool unterstützt Sie hierbei bei der Erstellung von EPLAN-Makros für den Steuerstromkreis. Erfahren Sie mehr und sehen Sie sich das Video an.

Jeder Netzausfall kann einen Anlagenstillstand verursachen – und damit viel Zeit und Geld kosten. Die unterbrechungsfreien 24 V – Stromversorgungen der SITOP DC-USV-Systeme mit verschiedenen Typen von Energiespeichern und Kommunikationsschnittstellen bieten Lösungen für alle Anforderungen an die Pufferzeit und Anlagenintegration. Für die kommunikationsfähigen (Industrial Ethernet/PROFINET, USB-Schnittstelle) Geräte steht zur Inbetriebnahme, Engineering und Monitoring das kostenfreie Tool SITOP Manager zur Verfügung.

 

Zum Video.

15. Durchgehende Diagnose und einfaches Monitoring im Steuerstromkreis

Eine Stromversorgung ist das Herz der Automatisierung, daher ist umso mehr von Bedeutung, zu wissen, wie es um die Gleichstromversorgung im Schaltschrank steht, das heißt insbesondere, wie ist das Gerät ausgelastet – gibt es noch Reserven oder wird das Gerät bereits nahe oder gar in Überlast betrieben. Mit der Standard-Stromversorgung SITOP PSU6200 bekommen Sie alle wichtigen Daten an die Steuerung übermittelt.

Um Signale der SITOP PSU6200-Diagnoseschnittstelle einfach und übersichtlich einlesen, auswerten und auf einem Bediengeräte anzeigen zu können, stehen Ihnen Funktions- und Bildbausteine für die SIMATIC S7 zur Verfügung.

Selektivitätsmodule teilen den Laststrom auf mehrere 24-V-Abzweige auf und überwachen sie zuverlässig auf Überlast und Kurzschluss. Kurzfristige Stromspitzen, z. B. durch hohen Einschaltstrom, lässt die Elektronik zu, Abzweige mit längerer Überlast schalten sie stromlos. Dies wird selbst auf hochohmigen Leitungen sichergestellt. Hier kommen Leitungsschutzschalter nicht oder zu spät zum Auslösen, auch wenn das Netzgerät den erforderlichen Auslösestrom liefern könnte. Die intakten Abzweige versorgen die Selektivitätsmodule zuverlässig weiter mit 24 V und können einen Totalausfall der Anlage verhindern – weitere Infos finden Sie hier.

Wenn eine Anlage für den Einsatz im nordamerikanischen Markt nach UL-Normen bestimmt ist, so müssen hierfür andere Normen und Standards zu Grunde gelegt werden als beim Einsatz nach IEC. Für den Steuerstromkreis betrifft das vor allem die korrekte Dimensionierung und Absicherung.

Besonders für SIMATIC IPCs kann ein Wegfallen der Spannungsversorgung zu Problemen führen, da der Ausfall neben dem Datenverlust auch die Festplatte bzw. SSD beschädigen kann und diese getauscht werden muss. Deshalb sollte der IPC immer mit einer passenden unterbrechungsfreien Stromversorgung SITOP DC-USV abgesichert sein. Im Fehlerfall wird der IPC entsprechend sicher und ordnungsgemäß heruntergefahren werden und die Daten bleiben sicher. Welche USV zu welchen IPC passt, finden Sie hier:

Mit Hilfe der kostenfreien Engineering- & Monitoring Software „SITOP Manager“ werden die kommunikationsfähigen DC-USV Lösungen von SITOP in Betrieb genommen. Der SITOP-Manager überwacht und fährt gezielt mehrerer PCs via SITOP Shutdown Service bei Netzausfall herunter und liefert auch während des Betriebs wichtige Informationen z.B. über den Zustand Pufferkomponenten.

16. Personenschutz im Steuerschrank

Der Personenschutz im Steuerschrank wird grundsätzlich in drei Ebenen unterteilt:

  • Schutzvorkehrungen für den Basisschutz: Sie sollen das direkte Berühren unter Spannung stehender Teile verhindern. Dazu zählen Maßnahmen wie die Isolierung spannungsführender Bauteile oder die Montage in ausreichend großem Abstand.
  • Schutzvorkehrungen für den Fehlerschutz: Diese Schutzmaßnahmen verhindern das indirekte Berühren unter Spannung stehender fremder, leitfähiger Teile. Der Fehlerschutz greift, wenn der Basisschutz versagt und umfasst zum Beispiel Schutztrennungen.
  • Zusatzschutz: Versagen sowohl Basis- als auch Fehlerschutz oder wird eine Anlage unsachgemäß bedient, verhindert der Zusatzschutz eine Personengefährdung. Wirksamen Schutz leisten hochsensible Fehlerstromschutzschalter (FI-Schutzschalter), die bei Fehlerströmen den Stromkreis vom Netz trennen und elektrische Unfälle verhindern. 

Ein FI-Schutzschalter misst und vergleicht die Höhe des hin- und zurückfließenden Stroms. Sind die Ströme unterschiedlich hoch, liegt möglicherweise eine gefährliche Störung vor. Übersteigt der Unterschied zwischen ab- und ankommendem Strom den Bemessungsdifferenzstrom, löst der FI-Schutzschalter aus und trennt den überwachten Stromkreis von der Einspeisung. Bei FI-Schutzschaltern für den Zusatzschutz liegt der Bemessungsdifferenzstrom bei 30 mA. Durch das schnelle Trennen vom Versorgungsnetz verhindert der FI-Schutzschalter elektrische Brände und Personengefährdung durch elektrischen Schlag.

Auch in fehlerfrei arbeitenden elektrischen Anlagen können Differenzströme auftreten, sogenannte Ableitströme. Sie fließen während des Betriebs zur Erde oder zu einem fremden leitfähigen Teil ab. Ein FI-Schutzschalter ist nicht in der Lage, zwischen betriebsbedingten Ableitströmen und störungsbedingten Fehlerströmen zu Unterscheiden. Überschreitet der Ableitstrom den Bemessungsdifferenzstrom des FI-Schutzschalters, löst dieser aus. Verursacht werden Ableitströme von elektrischen Bauteilen:

  • Komponenten der Antriebstechnik
  • Stromversorgungskomponenten
  • Entstörbaugruppen

Sie können sowohl dynamisch als auch statisch auftreten. Dynamische Ableitströme entstehen beispielsweise beim Schalten von Geräten mit Filterbeschaltung und erreichen für eine kurze Zeit sehr hohe Werte. Statische Ableitströme liegen beim Betrieb einer Anlage permanent an.

Die Beeinträchtigung von FI-Schutzschaltern durch Ableitströme lässt sich verhindern, indem statische Ableitströme auf höchstens 30% des Bemessungsdifferenzstroms des FI-Schutzschalters reduziert werden. Mit der Minderung von Ableitströmen können Sie also eine fehlerfreie Funktion des FI-Schutzschalters und somit eine hohe Betriebssicherheit und Anlagenverfügbarkeit erreichen.

Die Auswirkungen der verbauten Komponenten auf die Ableitströme einer elektrischen Anlage sollten schon in der Planungsphase berücksichtigt werden. Zu ihrer Minimierung eignen sich unter anderem die folgenden Maßnahmen:  

  • Einsatz ableitstromarmer Filter
  • Minimierung der Leitungslängen
  • Verwendung kurzer Motorleitungslängen
  • Anpassung der Schaltfrequenz
  • Einbau eines separaten Funktionssenders, der wie ein Neutralleiter behandelt wird

Text- und Bildquelle: SIEMENS