Stromnetz mit doppeltem Boden

Redundanz beugt Versorgungsproblemen bei Hoffmann La Roche vor

Energieverteilungen werden heute im Dauerbetrieb gefahren. Auch Energieverteilungen, die sich über einen größeren Bereich erstrecken, arbeiten im Dauerbetrieb, sind jedoch autark. Sie werden so geschaltet, dass bei Defekten von anderer Seite eingespeist werden kann. Dieser Schutz muss von der Mittelspannungsseite über die Transformatoren bis hin zur Niederspannungs-Schaltanlage gehen, wie dies bei der Vitamin B2-Anlage von Hoffmann La Roche, Grenzach-Wyhlen, der Fall ist.

17. April 2001

Eine Energieverteilung wie bei Hoffmann La Roche bringt besondere Anforderungen mit sich: Hohe Lebensdauer, weitreichende Verfügbarkeit und geringe Brandlast sind wichtige Kriterien, wenn es um die Auswahl der Anlagen geht. Außerdem fallen schnelle Planung und einfache Montage, flexible Anpassung an räumliche Gegebenheiten sowie minimaler Aufwand bei Nachrüstarbeiten ins Gewicht.

Ein Nach- und Umrüsten ohne Unterbrechung der laufenden Produktion ist wichtig für das Bereitstellen der elektrischen Energie und ist außerdem Voraussetzung für einen kontinuierlichen Betrieb. Ein hoher Sicherheitsgrad und komplexe Anlagen erfordern ein Energieverteilersystem, das alle wirtschaftlichen und technischen Anforderungen abdeckt. Aufgrund der vorgenannten Kriterien entschied sich Hoffmann La Roche für Energieverteilersysteme des Bonner Anbieters Moeller GmbH.

Die installierte Anlage ist aufgeteilt auf drei autarke Bereiche, die örtlich getrennt sind und unterschiedlichen Produktionsverfahren als Energielieferant dienen. Zwei Mittelspannungs-(MS-)Anlagen sorgen für den reibungslosen Betrieb. Ihre Einspeisung erfolgt über Kabel aus einer gemeinsamen Übergabestation.

Die MS-Anlage im Gebäude 55W der Hoffmann La Roche ist eine modular aufgebaute SF6-isolierte Schaltanlage Typ GE mit 24 kV, 630 A. Sie besteht aus einem Einspeisefeld mit Lasttrennschalter, einem Mess-, Ringkabel- und Reservefeld und Transformatorenfeldern mit integriertem elektronischen Schutzsystem. Das Schutzsystem mit integrierter Steuerfunktion CSP1-3 bietet UMZ-, Kurzschluss-, Erdschluss- und Überlastschutz. Für die Steuerspannung der MS-Anlage wird eine unterbrechungsfreie Stromversorgung eingesetzt.

Zwischen den MS-Anlagen der Gebäude 55W und 57 besteht eine Kabelverbindung, die quasi eine Redundanz darstellt. Die Trafos sind schwer entflammbar und selbstverlöschend, was wichtig ist für den Personen- und Brandschutz. Von den fünf angeschlossenen Trockentransformatoren stehen drei in 55W und zwei in 55O.

Transformatoren bieten hundertprozentige Redundanz

Zwei der in 55W aufgestellten Transformatoren versorgen die im Westteil installierte Niederspannungs-Hauptverteilung (NSHV), einer speist über eine zweite NSHV das Motor Control Center (MCC) für kleinere Prozessantriebe. Er kann in besonderen Anwendungsfällen über einen Kuppelschalter in der NSHV das MCC in Gebäude 57 mit Energie versorgen. Die zwei verbleibenden Trafos in 55O dienen der Versorgung der dortigen NSHV.

Die Trafos werden mit 70 % Leistung gefahren. Bei Ausfall eines Trafos kann sein Pendant die Last übernehmen, denn die angebauten Lüfter ermöglichen einen Dauerbetrieb mit 140 % der Nennlast.

Für die Verbindung der Trafos mit der NSHV entschied man sich für das Schienenverteiler-System LD mit 3.700 A mit Aluminiumschienen. Der Typ LD wird im Bereich von 1.000 A bis 5.000 A eingesetzt.

Schienenverteiler sind definiert gemäß IEC 439-2 und stellen eine typgeprüfte Schaltgerätekombination dar. Die gesamte Schienenverteilertechnik besteht aus folgenden Grundelementen:

Schienenverteilerelemente mit oder ohne Abgangsstellen

Unterscheidung nach geometrischer Form in:

gerader Schienenkasten,

Winkelkasten,

Kniekasten,

Kreuzkasten und

T-Kasten

Gerade Schienenverteilerelemente werden als Schienenkästen bezeichnet. Zum Anpassen der Schienenkästen an bauliche Gegebenheiten gibt es unterschiedliche Winkel- oder Kniestücke. T- oder Kreuzkästen werden dort eingesetzt, wo Netzverzweigungen erforderlich sind. Ein Dehnungsausgleichkasten nimmt die Längenausdehnung der stromführenden Schienen auf, die durch die in Wärme umgesetzten Übertragungsverluste des Leitermaterials hervorgerufen werden.

Der Abgangskasten ist ein Element zur Leistungsabnahme von einem Schienenverteilerelement mittels Rollen, Bürsten oder Steckverbindung. Abgangskästen können im Verlauf des Schienenverteilers an den Abgangsstellen beliebig angeordnet werden. An ihnen werden Abgangsleitungen zur Energieentnahme angeschlossen.

Der Schienenverteiler ist das Bindeglied zwischen Transformator, NS- Hauptverteiler und NS-Unterverteiler oder Verbraucher. Im Falle Hoffmann La Roche wurden Transformatoren mit zusätzlicher Verschienung geliefert. Sie erlauben den Einsatz eines kleineren Schienenverteileranschlusses am Transformator. Bei kleinen Räumen zeigt sich einer der vielen Vorteile des Schienenverteilers gegenüber der Kabelinstallation, denn für den typgeprüften Schienenverteiler muss kein zusätzliches Hilfsmontagesystem zum Auflegen der vielen parallelen Einzelkabel aufgebaut werden. Der Stromschienenanschluss ermöglicht den problemlosen und schnellen Wechsel eines Transformators. Das erspart Montagezeit und - kosten.

Die hohe Kurzschlussfestigkeit des Schienenverteilers bietet hohe Sicherheit im Störfall für Mensch und Material. Alle zusätzlichen Maßnahmen, etwa Brandschutz und Durchführungsschutz, werden werksseitig eingebaut und mitgeliefert. Dadurch ergibt sich ein leichtes Handling auf der Baustelle. Da Schienenverteiler des Typs LD halogenfrei und brandlastarm sind (15-fach kleinere Brandlast als entsprechende Kabelgruppierungen), erhöhen sie in Verbindung mit den typgeprüften Systembausteinen zur Brandschottung die brandtechnische Sicherheit.

Schienenverteiler sind zuverlässiger als Kabel

Einen weiteren Vorteil bietet der Schienenverteiler im Steigeschacht. Hier kann mit kleineren Baumaßen gearbeitet werden. Fabrikfertige geometrische Formen und die für die Verbindung schnelle Einbolzen- Klemmtechnik lassen eine baukastenähnliche Montage zu, weswegen die Schienenverteiler hinsichtlich Zuverlässigkeit und Sicherheit Einzelkabeln überlegen sind.

Der Schienenverteiler wird fabrikfertig mit dem HV Typ Modan 6000 verbunden. Das modulare Schaltanlagensystem Modan 6000 ist eine typgeprüfte Schaltgerätekombination (TSK) nach IEC 439-1. Die individuelle Kombination der unterschiedlichen Bauformen und Einbautechniken bieten ein hohes Maß an Sicherheit, Flexibilität und Funktionalität. Beispielsweise lassen sich Leistungsschalter in der Ausfahreinheit bei Fehlern schnell und einfach wechseln.

Modan 6000 wird durch Trennwände in Funktionsräume (Sammelschienenraum, Geräteraum, Kabel- oder Schienenanschlussraum, Querverdrahtungsraum und Fach) unterteilt. Diese räumliche Trennung der Funktionsräume verhindert bei Arbeiten in einem der Funktionsräume das Berühren aktiver Teile in den umliegenden. Das verwendete C-Profil der Sammelschienen besitzt günstige mechanische Eigenschaften, gestattet Betriebsströme bis 6.300 A und Kurzschlussströme bis 100 kA/1s. Die Luft- und Kriechstrecken der Sammelschienen untereinander sind größer als von der Vorschrift verlangt. Dauerhafte, hochwertige, wartungsfreie und zuverlässige Verbindungsstellen innerhalb des Systems werden durch die Einstellung definierter, computergesteuerter Drehmomente und Drehwinkel der Schraubverbindungen gewährleistet. Die Anordnung von maximal drei Sammelschienensystemen in einem Feld erlaubt eine hohe Flexibilität auf engem Raum.

Steckbare Einsätze erleichtern Veränderungen

Der NSHV in Gebäude 55W besteht aus drei Einheiten. Zwei stehen Rücken an Rücken und enthalten die Softstarter der Rührwerksmotoren. Beide sind im Sammelschienenbereich doppelt aufgebaut. Als Verbindung von der NSHV zu den Rührwerksmotoren dienen Schienenverteiler, die im Steigeschacht verlegt sind. Der Anschluss der Schienenverteiler an die Motoren erfolgt über hochflexible Kupferleitungen.

Der zweite Teil der NSHV besteht aus Einspeise-, Kuppel- und Abgangsfeld. Über das Kuppelfeld kann bei Bedarf das MCC über die NSHV in 57 eingespeist werden und umgekehrt. Der von hier versorgte MCC beinhaltet die Prozessantriebe. Der Schrank entspricht dem Typ Modan 2000. Er ist in Steckeinsatztechnik und sicherungslos ausgeführt. Aufgebaut ist er nach dem Werksstandard der Hoffmann La Roche.

Modan 2000 ist eine typgeprüfte Schaltgerätekombination, vorgesehen und optimiert für den mittleren Leistungsbereich mit Hauptsammelschienenströmen bis 2.500 A. Der Schwerpunkt des Systems liegt in der Steckeinsatztechnik. Die unter Spannung steckbaren Einsätze ermöglichen eine hohe Verfügbarkeit der Anlage. Das Erweitern, Verändern und Austauschen von Funktionseinheiten ist ohne Freischalten der Anlage möglich. Das geschlossene Stahlrohrrahmen- Profil gibt dem System eine hohe Stabilität, was durch Transport-, Erdbeben- und Vibrationsprüfung nachgewiesen wurde.

Der Verteiler besteht aus mehreren Feldern. Die Einspeisung erfolgt von unten über einen LD-Schienenverteiler direkt auf das Sammelschienensystem. Im Gebäude 55O ist die NSHV ähnlich der in 55W aufgebaut. Die Einspeisung erfolgt, wie beschrieben, über zwei Trockentransformatoren. Die NSHV dient der gesamten Energieversorgung der Produktionsanlage Ost. Zwei MCC werden ebenfalls aus der NSHV versorgt.

Motoren werden über eigene Trafos gespeist

Im Gebäude 57 ähnelt die Mittelspannungsanlage der in 55W. Es sind insgesamt fünf Trafofelder vorhanden. Der hier ablaufende Prozess erfordert einige 6-kV-Motoren, die jeweils über einen eigenen Trafo gespeist und in der MS-Anlage geschützt werden. Die Verbindung zwischen Transformator und Motor erfolgt über Kabel. Auch in diesem Bereich wird das MCC von einem separaten Transformator gespeist.

Dipl.-Ing. Peter-Lorenz Könen ist Referent bei der Moeller Kolleg GmbH, St. Augustin

Erschienen in Ausgabe: 06/2000