Zusammenfassung: Ausgehend von den Stromverbrauchseigenschaften von Hochhäusern beschreibt dieser Beitrag zwei Verdrahtungsmethoden für die Niederspannungs-Hauptverkabelung von Umspannwerken. Der Fokus liegt dabei auf der Analyse der Sicherheitsverriegelung zwischen Notstromversorgungen und Lasten der dritten Ebene sowie auf den zu berücksichtigenden Konstruktionsaspekten. Schlüsselwörter: Niederspannungs-Hauptverkabelung, Verriegelung der Generatorstromversorgung. Im Brandfall in einem Hochhaus der Klasse I oder II verhindert eine unzureichende Stromversorgung eine rechtzeitige Alarmierung und Brandbekämpfung und führt unweigerlich zu erheblichen wirtschaftlichen Schäden. Gemäß Artikel 9.1.1 und 9.1.2 des „Code for Fire Protection Design of High-Rise Civil Buildings“ (Ausgabe 2001) (GB50045-1995) ist die Stromversorgung von Hochhäusern der Klasse I nach den Anforderungen der Lasten der ersten Ebene und die von Hochhäusern der Klasse II nach den Anforderungen der Lasten der zweiten Ebene zu planen. Die Stromversorgung der Brandschutzeinrichtungen in Hochhäusern muss mit einer automatischen Leistungsumschaltung im Verteilerkasten der letzten Ebene ausgestattet sein. Aktuell verfügen einige neu errichtete, großflächige Hochhauskomplexe neben zwei Hochspannungsleitungen auch über Notstromaggregate. Aufgrund wirtschaftlicher Beschränkungen und der begrenzten städtischen Stromversorgung besitzen viele Hochhäuser lediglich eine 10-kV-Hauptstromversorgung, was die Installation von Notstromaggregaten erforderlich macht. Daher beeinflusst die rationale Auslegung der Niederspannungs-Hauptverkabelung von Umspannwerken in Hochhäusern direkt die Zuverlässigkeit, Sicherheit und Wirtschaftlichkeit der Stromversorgung. Dieser Artikel analysiert und diskutiert die Auslegung der Niederspannungs-Hauptverkabelung von Umspannwerken in Hochhäusern der Klassen I und II. 1. Grundlegende Anforderungen an den Anschluss von Dieselgeneratoren an Niederspannungsverteilungssysteme Gemäß dem „Code for Design of Power Supply and Distribution Systems“ (GB50052-1995) und dem „Code for Electrical Design of Civil Buildings“ (JGJ/T16-92) gelten folgende grundlegende Anforderungen an den Anschluss von Dieselgeneratoren an Niederspannungsverteilungssysteme: a. Zwischen dem Dieselgenerator und dem externen Stromnetz muss eine Verriegelung installiert werden; Parallelbetrieb ist unzulässig. In einigen Gebieten schreibt die zuständige Energiebehörde eine mechanische Verriegelung vor. Die Verkabelung muss flexibel genug sein, um die Versorgung wichtiger Verbraucher im Normalbetrieb zu gewährleisten. Neben der Versorgung von Löschanlagen sollten Notstromaggregate auch für die Versorgung wichtiger Verbraucher wie Hauspumpen, Kommunikations- und Finanzanlagen bei Ausfall der Netzstromversorgung vorgesehen werden. Um die Zuverlässigkeit der Löschstromversorgung zu gewährleisten, müssen im Brandfall alle anderen Verbraucher automatisch abgeschaltet werden. Bei der Planung der Hauptverkabelung des Niederspannungsverteilungssystems ist eine detaillierte Analyse der Verriegelung zwischen Generator und Netzstromversorgung erforderlich. 2. Hauptverdrahtungsschema für die Niederspannungsverteilung, Schema 1: Das Verdrahtungsschema ist in Abbildung 1 dargestellt. Abbildung 1: Hauptverdrahtungsschema für die Niederspannungsverteilung, Schema 1: Dieses Schema verwendet eine dreiteilige Sammelschienenverbindung und funktioniert nach folgendem Prinzip: a. Die Leistungsschalter 4QF und 5QF sind mechanisch verriegelt und werden von einer automatischen Steuerung geregelt, um sicherzustellen, dass der Generator G nicht parallel zum Netzstrom betrieben wird. Dadurch wird verhindert, dass der Generator Strom in die ersten beiden Abschnitte der Niederspannungssammelschiene des Netzes zurückspeist. b. Der Leistungsschalter der dritten Lastebene ist mit einer Unterspannungsauslöseeinrichtung ausgestattet, die sicherstellt, dass der Generator im Brandfall bei Netzausfall automatisch anspringt und läuft. Er versorgt dann ausschließlich die Feuerwehr und wichtige Verbraucher der ersten Lastebene und gewährleistet so die Zuverlässigkeit der Stromversorgung. Schema 1 erfüllt die Anforderungen der Norm für die Hauptverdrahtung von Niederspannungsverteilungen und ist einfach und zuverlässig. Allerdings kann der Dieselgenerator nur die Feuerwehr und wichtige Verbraucher der ersten und zweiten Lastebene versorgen, was die Flexibilität einschränkt. Viele Hochhäuser der Klassen I und II verfügen über eigene Dieselgeneratoren. Aufgrund der fest installierten Niederspannungs-Hauptverkabelung können die Dieselgeneratoren jedoch bei einem Stromausfall nicht an die erste und zweite Niederspannungssammelschiene angeschlossen werden, was zu längeren Stillstandszeiten führt. Da die Generatoren über längere Zeiträume nicht gestartet werden, vernachlässigt das Personal die Inspektionen, was zu Verstopfungen im Ölkreislauf, Auslaufen der Starterbatterie und anderen Fehlern führen kann, die Brände und somit Startprobleme der Generatoren verursachen können. 3: Das zweite Niederspannungs-Hauptverkabelungsschema ist in Abbildung 2 dargestellt. Zwischen der ersten und dritten Sammelschiene ist ein Verbindungsleistungsschalter 6QF (im gestrichelten Kasten) mit folgender Verriegelungssteuerung hinzugefügt: a. Die Leistungsschalter 1QF, 2QF und 3QF sind elektrisch verriegelt. Im Normalbetrieb sind 1QF und 2QF geschlossen, während 3QF geöffnet ist. 1QF und 2QF arbeiten abschnittsweise und dienen als gegenseitige Backups. b. Die Leistungsschalter 4QF und 5QF sind mechanisch verriegelt und werden von einer automatischen Steuerung geregelt, um sicherzustellen, dass Generator G nicht parallel zum Netzstrom betrieben wird. Die Funktion entspricht Schema 1. c. Der Leistungsschalter 6QF dient der Sammelschienenverbindung. Bei einem Netzausfall versorgt die Notstromversorgung über den Leistungsschalter 6QF die ersten beiden Sammelschienenabschnitte und damit die dort angeschlossenen Verbraucher. Der Leistungsschalter 6QF muss zuverlässig elektrisch mit den Leistungsschaltern 1QF, 2QF und GY verriegelt sein. Ein Brandmeldekontakt muss an den Auslösekreis des Leistungsschalters 6QF angeschlossen werden, um mehrere Verriegelungen zu realisieren. Dadurch wird sichergestellt, dass die Generatorleistung unter allen Umständen die für die Brandbekämpfung und die kritischen Primärlasten benötigte Stromversorgung priorisiert. Das sekundäre Verdrahtungsschema für die Verriegelungssteuerung des Leistungsschalters 6QF ist in Abbildung 3 dargestellt. d. Der tertiäre Lastleistungsschalter ist mit einer Unterspannungsauslöseeinrichtung ausgestattet, um sicherzustellen, dass bei einem Brand und Ausfall der Netzstromversorgung der Generator automatisch anspringt und in Betrieb geht. Er versorgt dann ausschließlich die Löschanlagen und kritische Primärlasten mit Strom und gewährleistet so die Zuverlässigkeit der Stromversorgung. e. XF ist ein passiver, normalerweise geschlossener Kontakt, der von der Brandmeldezentrale ausgegeben wird. Nach Ausbruch eines Brandes gibt die Brandmeldezentrale ein Steuersignal aus, XF wird aktiviert, der Leistungsschalter 6QF löst aus und der Dieselgenerator versorgt ausschließlich die Löschanlagen sowie Primär- und Sekundärlasten mit Strom. f. Die normalerweise geschlossenen Hilfskontakte der Leistungsschalter 1QF, 2QF und GY sind im Schließerkreis des Leistungsschalters 6QF in Reihe geschaltet. Dadurch wird sichergestellt, dass der Leistungsschalter 6QF nur dann schließen kann, wenn die Leistungsschalter 1QF, 2QF und GY gleichzeitig geöffnet sind. g. In Schema 2 sind die Verriegelungen zwischen dem Leistungsschalter 6QF und den Leistungsschaltern 1QF und 2QF rein elektrisch. Um die Anforderung einiger Energieversorgungsunternehmen nach einer mechanischen Verriegelung zu erfüllen, kann Folgendes umgesetzt werden: Die Leistungsschalter 1QF, 2QF und 6QF müssen über eine Druckknopfverriegelung und eine Verriegelung in Ausgangsposition verfügen (die Leistungsschalter der MW-Serie von Schneider Electric und einige namhafte Hersteller sind damit ausgestattet). Die Verriegelung erfolgt mit einem einzigen Schlüssel; das heißt, die Leistungsschalter 1QF und 2QF müssen gleichzeitig in geöffneter Position verriegelt sein, bevor der Schlüssel abgezogen werden kann, um die Verriegelung des Leistungsschalters 6QF zum Schließen zu öffnen. Dies erfüllt die Anforderung des Energieversorgungsunternehmens an mechanische Verriegelungen. Abbildung 2 zeigt das zweite Verdrahtungsschema der Niederspannungsverteilung. Abbildung 3 zeigt das sekundäre Verdrahtungsschema der Verriegelungssteuerung des Leistungsschalters 6QF. Schema 2 erfüllt die Anforderungen der Spezifikationen für die Niederspannungsverteilung und ist flexibel, einfach und zuverlässig. Es behebt die Probleme der Verdrahtung nach Schema 1 und stellt sicher, dass der Generator G auch bei Ausfall der Netzstromversorgung im Normalbetrieb (außerhalb von Brandsituationen) als Notstromversorgung für einen Teil des Strombedarfs (außerhalb der Brandbekämpfung) dient und somit seine volle Funktionsfähigkeit entfaltet. Dieses Verdrahtungsschema wurde bereits in vielen Hochhäusern der Region erfolgreich eingesetzt und von den Eigentümern positiv bewertet. 4: Fazit In der vorangegangenen Diskussion wurden zwei Verdrahtungsmethoden für die Niederspannungs-Hauptverkabelung von Umspannwerken vorgestellt, ihre jeweiligen Vor- und Nachteile analysiert und die bei der Planung zu berücksichtigenden Aspekte aufgezeigt. Die Wahl des geeigneten Schemas sollte vom Ingenieur anhand der Projektgröße, der funktionalen Anforderungen und der Bedeutung der Last getroffen werden.