Leitungsmaterial, Verbindungsmaterial, Einbaugeräte

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Schalter, Steckdosen, sonstige Einbaugeräte

So wie in jedem Gewerk, hat die Elektrotechnik eine Vielzahl von Materialien, Geräten und Elementen im Laufe der Jahre hervorgebracht. Weil die elektrischen Anlagen zumeist innig mit der Bausubstanz in Verbindung stehen, ist die Erwartung an ihre normative Nutzungsdauer ähnlich hoch der von den Gebäuden selbst. Das führt in den Objekten zu einem Status, der auch gekennzeichnet ist durch eine Vielzahl unterschiedlicher im Einsatz befindlicher Systeme und Geräte und mithin zu einer weiteren Herausforderung des FM. Allgemein ist festzustellen, dass Schalter, Steckdosen und Geräteanschlussdosen sich zunächst nach den Anwendungsorten, z. B. trockene oder feuchte Räume richten. In Wohnungen, Büros u. ä. kommen im Allgemeinen nur Schalter und Steckdosen für trockene Räume in Frage. Hierfür unterscheidet man zwei Grundprogramme: Standard- und Flächenprogramm.

Standardprogramme

Mindestschutzart (Beispiele für die Zuordnung der Schutzarten zu den einzelnen Räumen)

Um der möglichst langen Nutzungsdauer Rechnung zu tragen, gibt es Standardprogramme. Diese sind in erster Linie Zeitlos (modern), Zweckmäßig und es sollten auch preiswert sein.

Solche Grundbausteine sind beispielsweise

Schaltereinsätze mit geschlossener Wippe,
Kontrollschalter und Tasteinsätze mit offener Wippe,
Lichtsignaleinsätze,
Schutzkontaktdoseneinsätze.

Flächenprogramm

Schalterkombination

Beim Flächenprogramm geht es in erster Linie um moderne Formen und dezente Eleganz. Aber nicht nur die Optik, auch die praktische Anwendung ist modern. Beispielsweise wird das Finden eines Schalters im Dunkeln erleichtert durch eine Leuchtdiode, oder die Schaltung ist möglich mit dem Ellbogen, wenn man beispielsweise keine Hand frei hat. Immer noch relativ spektakulär ist das Schalten bei akustischen Geräuschen, wie zum Beispiel Klatschen in die Hände.

Ein ganz wesentliches Merkmal, das Standard- und Flächenprogramme gemein haben, ist die gegenseitige Austauschbarkeit. Der Planer berücksichtigt üblicherweise das Standardprogramm, dass der Bauherr dann in Abstimmung mit der Baufirma nach seinen Vorstellungen (und entsprechend seines Geldbeutels) erweitern kann. Beide Programme sind auch erweiterbar durch die Integration von Betriebsmitteln wie zum Beispiel Schaltuhren, Temperaturfühlern usw.

Lediglich dem privaten Bereich sollte die Nutzung von sogenannten Komfortprogrammen vorbehalten bleiben. Sie dienen meist als besonders ansprechende und moderne Variante von Flächenprogrammen und sind mitunter sogar eigenständige Serien. Wegen des zu erwartenden relativ kurzen Produktions- und Nachlieferzeitraums sind solche Programme für das Facility Management eher nicht geeignet. Erwähnenswert ist in diesem Zusammenhang auch, dass die einzelnen Schalter und Steckdosen zu Kombinationen unterschiedlichster Art zusammengefügt werden können.

Für nicht normale, also zum Beispiel feuchte und feuergefährdete Räume oder Räume, die überhöhten mechanischen Beanspruchungen ausgesetzt sind, stehen gesonderte Schalter, Steckdosen und Verbindungsdosen zur Verfügung. Auch diese gibt es in den Ausführungsvarianten Auf- und Unterputz.

Elektrotechnik und Elektronik verschmelzen gerade auf diesem Gebiet sichtbar. Jedem sind beispielsweise Lichtdimmer bekannt, die durch Drehen, Tasten usw. funktionieren.

Einzelne Schalter und Steckdosen lassen sich zu Kombinationen zusammensetzen. Bewegbare Großgeräte, z. B. Elektroherde, können auch über Geräteanschlussdosen, anstelle der Drehstrom-Steckdosen angeschlossen werden.

Leitungsmaterial

Farben der Adern von mehr- und vieladrigen Leitungen und Kabeln

In der Bauwirtschaft verwendete elektrische Leitungen bzw. Kabel bestehen in der Regel aus Kupfer. Einen mit einer Isolierung, die meistens aus Kunststoff angefertigt wird, versehenen Leiterdraht nennt man auch eine Ader. Eine Leitung bzw. ein Kabel schließlich entstehen durch Zusammenführen mehrerer Adern, die ihrerseits wiederum eine isolierende Umhüllung besitzen. Bezüglich der Verlegungsart werden entsprechende Leiter verwendet.

Soll der Anschluss beispielsweise beweglich bleiben, muss die Leitung feine oder feinste Leiter besitzen. Geht es um eine feste Verlegung, verwendet man zumeist Leiter mit einem Draht. (Aber auch Ausnahmen, wie etwa die PVC-Aderleitung, werden verwendet.)

Damit der Elektromonteur bei mehr- oder vieladrigen Leitungen oder Kabeln ihre Bestimmung erkennen und mithin ihre Lage festlegen kann, sind die einzelnen Adern einer jeden Leitung bzw. eines Kabels in unterschiedlichen Farben hergestellt. So sind einadrige bzw. einadrig ummantelte Leitungen schwarz oder grün-gelb. Die grün-gelbe Ader wird ausschließlich als Schutzleiter verwendet. Wenn die Ader blau ist, dient sie überwiegend als neutraler Leiter. Schwarz oder auch braun sind solche Adern, die als sogenannte Phasenleiter (Außenleiter) verwendet werden. Die Farben der Adern von mehr- und vieladrigen Leitungen und Kabeln sind in der folgenden Tabelle als Übersicht dargestellt.

Übertragbare Leistungen und maximale Leitungslängen zur Einhaltung des Spannungsfalls von Aderleitungen, Kabeln und Leitungen

In den folgenden kurzen Abschnitten werden die Besonderheiten einiger weiterer Leitungsformen erläutert.

KUNSTSTOFFADERLEITUNGEN
Es ist nicht gestattet, Kunststoffaderleitungen - beispielhaft sei hier H07V-U (NYA) genannt - zu verwenden in oder auf Holzleisten, unter Putz oder direkt auf dem Putz. Dagegen ist ihre Verlegung in Elektro-Installationsrohr, Elektro-Installationskanälen und anderen elektrischen Betriebsmitteln erlaubt, allerdings nur dann, wenn die Betriebsmittelbestimmungen die Verlegung zulassen.
Das Kunststoffkabel (NYY) hat ein ähnliches Aussehen wie die Mantelleitung. Allerdings ist der Mantel hier verstärkt, sodass infolge dieser Verstärkung auch eine Verlegung im Erdreich zugelassen ist. Die Verwendung für Außenanlagen im Erdreich, wie z. B. Gartensteckdosen, Außenleuchten usw., auch eine Verlegung im Beton ist zulässig.

STEGLEITUNGEN
Im üblichen Büro- und Wohnungsbau wird bevorzugt die Stegleitung (NYIF) eingesetzt. Ihre Verlegung ist ausschließlich in trockenen Räumen und dort nur im Putz oder unter Putz erlaubt. Eine Stegleitung ist flach, sodass sie auf der Rohwand bzw. auf dem Beton mit speziellen Techniken direkt befestigt und überputzt werden kann. Im Übrigen ist diese Bedeckung mit Putz keine Kann-, sondern eine Mussbestimmung. Die einzelnen Adern sind in der charakteristischen Weise mit einem Gummisteg zusammengefasst, wie auch die folgende Abbildung zeigt.

Auswahl verschiedener Kabel

FEUCHTRAUMLEITUNGEN
In Feuchträumen wird sehr häufig die sogenannte Mantelleitung (NYM) eingesetzt. Sie verfügt über einen zusätzlichen mechanischen Schutz, der aus einem Kunststoffmantel besteht. Ihre Verlegung ist sowohl auf, als auch unter Putz möglich. Wenn Beton geschüttelt, gerüttelt oder gestampft wird, ist die Verlegung dieser Leitung im Beton gemäß DIN VDE 0100 Teil 520 nicht zulässig. Ansonsten ist ihre Verlegung im Grunde genommen überall möglich, also in trocknen, feuchten und nassen Räumen und auch im Freien.

Ihre Verlegung im Erdreich ist nicht gestattet. Die Ausnahme bilden ganz kurzen Strecken, wenn die Leitung in einem entsprechenden Schutz verlegt wird.

KUNSTSTOFFKABEL

Verbindungsmaterial

Leuchten-Wandanschlussdose

Typisches Verbindungsmaterial sind Verbindungsdosen, die es in quadratischer, rechteckiger und runder Form gibt. Für die Unterputz-Installation werden sogenannte Geräte-Verbindungsdosen wendet. Das sind Dosen, die sowohl das Einbauen von Schaltern Steckdosen und das Verbinden bzw. Abzweigen von Leitungen ermöglichen.

Üblich ist auch das Einbetonieren direkt in den Stahlbeton von Leuchten-Deckenverbindungsdosen mit Deckenhaken, sowie Leuchten-Deckenanschlussdosen mit Deckenhaken.

Abschließend zum Thema Elektroarbeiten sei noch erwähnt, dass die DIN VDE 0100 Teil 520 fordert, bei Anschlussstellen im Handbereich, an denen zeitweise durch wechselnde Möblierung keine Verbrauchsmittel angeschlossen sind, auch bei nichtmontierten Betriebsmitteln einen Schutz gegen direktes Berühren sicherzustellen.

Beispiele hierfür sind Warmluftgebläse, Heizstrahler und Leuchten.

Leuchten-Deckenverbindungsdose

Sonderanlagen der Elektrotechnik

Unter Sonderanlagen der Elektrotechnik soll im Rahmen dieses Abschnittes die Energieversorgung verstanden werden, die nicht durch ein EVU, sondern in Eigenleistung eines Unternehmens erfolgt. Dabei geht es um Anlagen, die Sonderspannungen oder Normspannungen mit abweichenden Frequenzen mithilfe von elektrischen Umformung erzeugen, wie sie beispielsweise für besondere Maschineneinheiten, EDV-Anlagen oder Labors usw. benötigt werden können, oder die überhaupt aus unterschiedlichen Gründen - parallel zur Versorgung durch das EVU - eigene Elektroenergie erzeugen.

Motor-Generator-Sätze

Beispiel eines Umformersatzes

Sonderspannungen, üblicherweise abweichend von denen der EVUs, sind zumeist Gleichspannung. Sie werden hauptsächlich durch Motor-Generator-Sätze erzeugt, deren Funktion darauf beruht, dass ein Elektromotor, betrieben mit der vom EVU gelieferten Energie, einen entsprechenden Generator antreibt. Dieser erzeugt die benötigte Gleichspannung, welche über einen Verteiler an ein separates Gleichspannungsnetz abgegeben wird. Die Verbrauer erhalten diese Gleichspannung direkt.

Solche Motor-Generator-Sätze haben eine sehr große Masse. Aus diesem Grunde werden die montierten Module auf Grundrahmen aufgesetzt, die mit den entsprechenden Fundamenten verbunden werden.

Im Gegensatz zu Transformatoren können Umformersätze Spannung und Frequenz umwandeln. Das ist möglich infolge des Zusammenwirkens von Maschinen mit unterschiedlichen Polzahlen. Häufige Anwendungsfälle sind: 50/60 Hz, 50/50 Hz oder 60/60 Hz.

Werden also in einem Unternehmen von 50 Hz abweichende Frequenzen benötigt, so wird die Frequenz (beispielsweise 400 Hz) über einen Frequenzwandler erzeugt, in dem ein bestimmter Anteil der Energie rein transformatorisch vom Ständer einer Asynchronmaschine auf einen Läufer übertragen wird. Der andere Anteil wird über einen Läufer mechanisch übertragen. Dieser Anteil ist so bemessen, dass er dem Verhältnis der Differenz von Ausgangs- und Eingangsfrequenz entspricht. Entsprechend der Wirkungsweise des Frequenzwandlers, erhöht sich die Ausgangsfrequenz, wenn der Läufer durch einen gekoppelten Motor gegen das Drehfeld angetrieben wird.

Ebenso, wie die Umformereinheiten werden auch Frequenzwandlereinheiten als vormontierte betriebsfertige Einheiten geliefert und in der Nähe der Verbraucher montiert. Im Bereich der EDV-Versorgung stellt man heutzutage vornehmlich statische Anlagen auf. Dadurch werden besondere Anforderungen an die Aufstellfläche nicht erforderlich. Die Installation erfolgt sinnvollerweise in bauseits erstellten Doppelböden. Als Nachteil werden möglicherweise die infolge der Transformation entstehenden Eigengeräusche empfunden. Dann sollte ein gesonderter Betriebsräume oder eine wirkungsvolle Schallkapselung vorgesehen werden.

Wenn statische Wandler nicht eingesetzt werden können, sind wegen der großen rotierenden Masse Fundamente vorzusehen, wie es beim Umformer ebenfalls notwendig ist.

Grundsätzlich entsteht bei der Umformung von Strom naturgemäß Verlustwärme. Dieser hat einen etwa zehnprozentigen Anteil der Nennleistung. Diese Wärme muss abgeführt werden. Falls ein gesonderter Betriebsraum zur Verfügung steht, kann das durch eine ausreichende Be- und Entlüftung erfolgen. Alternativ ist der Betriebsraum mit einem Umluftgerät auf die maximale Betriebstemperatur, die in der Regel 40 °C entspricht, zu kühlen.

Wenn der Umformer bzw. Wandler Teil eines Sicherheitskonzeptes ist, wie das beispielsweise häufig bei EDV-Anlagen vorkommt, muss darauf geachtet werden, dass auch die peripheren Maßnahmen, nämlich in diesem Falle die Umluftkühlung oder gar eine Kaltwassererzeugungsanlage für die Kühlung gleichermaßen Bestandteil dieses Sicherheitskonzeptes werden.

Erwähnt sei noch, dass im Sonderfall auch Frequenzen im Bereich von Radiowellen erzeugt werden können. Solche Betriebsräume sind dann entsprechend der gesetzlichen Vorschriften abzuschirmen. Weiterhin müssen alle Leitungen über Filter geführt werden.

Mechanisch gekoppelt werden die Maschinen entweder durch eine Kupplung oder durch einen Riementrieb.

Fallbeispiel: Idealtypische Auslegung eines Umformersatzes

Baugrößen: bis 800

Schutzarten: bis IP 56

Kühlarten: bis IC 86 W 7

Drehzahlen: bis 3600 U/min

Wärmeklassen: F und H.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Blockschaltbild einer statischen USV-Anlage

In Betriebsrechenzentren großer Banken, Versicherungen und bei bestimmten Produktionsprozessen, kommt es sehr häufig darauf an, dass das Rechenzentrum mit allen seinen Nebeneinrichtungen, aber auch jegliche anderen Anlagen bzw. Einrichtungen, jederzeit verfügbar sind und das besonders auch bei totalem Netzausfall. Zur Sicherstellung der Anlagenverfügbarkeit wird dann eine USV-Anlage benötigt. Redundante Stromversorgungsanlagen erhalten in Bereitschaft stehende

passive Reserveeinheiten oder zusätzliche aktive USV-Blöcke.

Solche Redundanzen im Parallelbetrieb werden eingesetzt, wenn die Unterbrechung der Verbraucherspannung bei Netzausfall nicht akzeptabel ist, bzw. wenn Netz- und Verbraucherfrequenzen geringfügig voneinander abweichen (Sollwerte entsprechend Angaben der Gerätehersteller)

Die Abbildung „Blockschaltbild einer statischen USV-Anlage“ zeigt das Schaltbild einer statischen USV-Anlage mit elektronischer Umschalteinrichtung und Handschaltung. Die Komponenten sind Gleichrichter, nachgeschaltete Wechselrichter und Batteriezwischenkreis.

Die Verbraucher sind am Ausgang des Wechselrichters angeschlossen. Der Betrieb der USV-Anlage erfolgt bei Abweichung der Eingangsspannung oder Frequenz von den Sollwerten über die Batterie.

Ebenso wie die Umformereinheiten sind auch USV-Anlagen als vormontierte Schrankeinheiten lieferbar. Auch sie werden sinnvollerweise auf Doppelböden aufgestellt. Bezüglich der Aufstellung ist zu beachten, dass eine solche USV-Anlage einen relativ großen Platzbedarf hat, was bei der Planung zu berücksichtigen ist.

Bei der Konzipierung von USV-Anlagen sind die folgenden Punkte entscheidend:

Gesamtwirkungsgrad
Qualität der Ausgangsspannung
Lebensdauer der Akkumulatoren im Gleichstromzwischenkreis
geringe Netzrückwirkung.

Eigenstromerzeugung

Anlagen zur Eigenstromerzeugung werden eingesetzt, wenn ein Objekt mit im Objekt selbst hergestelltem Strom versorgt wird. In diesem Fall wird der Strom nicht aus dem öffentlichen Netz entnommen. Es werden zwei Varianten unterschieden:

Anlagen, die erst in Betrieb gehen, wenn das EVU-Netz ausfällt und eine Netzersatzanlage (NEA) für die Versorgung sorgt
Anlagen, die grundsätzlich einen bestimmten Anteil der benötigten elektrischen Energie erzeugen und deren Abwärme weitgehend genutzt wird, wie z.B. Blockheizkraftwerke (BHKW), und die dann die Notversorgung übernehmen.