Verteilung der elektrischen Energie
Der Transport der elektrischen Energie erfolgt mittels eines vierstufigen Energienetzes, das die Energie auf verschiedenen Spanungsebenen überträgt.
Hierbei unterscheidet man folgende vier Netzebenen:
Der Energietransport über große Entfernungen erfolgt über die Spannungsebenen Höchstpannungsnetz und Hochspannungsnetz.
Hohe Spannungen bieten dabei den Vorteil, dass eine hohe Energie bei relativ geringer Stromstärke und damit geringen Verlusten übertragen werden kann. Dabei spielt die folgende Gesetzmäßigkeit der Elektrotechnik eine Rolle: die Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke P = U · I. Der Spannungsabfall auf einer Leitung und damit der Verlust berechnet sich nach der Formel: UVerlust = R Leitung · I . Während der Leitungswiderstand als relativ konstant angesehen werden kann, steigt der Spannungsabfall der Leitung proportional mit der Stromstärke. Je höher die Übertragungsspannung, umso geringer kann man, bei gleicher Leistung, die Stromstärke wählen und damit sinken auch die Leitungsverluste.
Im Mittelspannungsnetz liegt die Netzausdehnung zwischen mehreren km bis zu ca. 100 km.
Im Niederspannungsnetz wird die Energie schließlich zu den meisten Endverbrauchern verteilt. Um bei einer niedrigeren Spannung die gleiche Energie zu übertragen, muss die Stromstärke entsprechend höher sein. Durch den höheren Strom kommt es daher auch verstärkt zu Leitungsverlusten. Um die dadurch bedingten Leitungsverluste möglichst gering zu halten, sind die Niederspanungsnetze räumlich, auf maximal wenige Kilometer, begrenzt. Das Niederspannungsnetz wird als Vierleiternetz ausgelegt. Es besteht aus den drei Phasen L1, L2 und L3 und dem Nullleiter N. Somit ist einphasiger Betrieb als auch ein dreiphasiger Betrieb (Drehstrom) möglich.
Auf der Niederspannungsebene erfolgt, im industriellen Bereich, die Verteilung der Energie über Schaltanlagen. Schaltanlagen enthalten auch Einrichtungen zum Schalten, Steuern, Messen, Melden, Schützen und Regeln der elektrischen Energie. Die Schaltanlagen werden in Räumen in eigens dafür hergestellten Schaltschränken untergebracht. Die ankommende elektrische Energie wird über Abzweige an die Endverbraucher weiterverteilt. Aufgrund der hohen Zahl von Abzweigen werden in der Praxis hierbei meistens Sammelschienen verwendet. Sie stellen gewissermaßen die „Knoten“ zu den Netzen dar. Sammelschienen sind entweder aus Kupfer oder Aluminium gefertigt. Ihr Querschnitt muss so gewählt werden, dass er den maximal zulässigen Dauerstrom problemlos übertragen kann.
Beim Schaltanlagenbau sind einige wichtige Kriterien zu beachten. Dazu zählen: Gefahrlose Wartung und Bedienung, Schutz gegen Berührung spannungsführender Teile, Einrichtungen zum Trennen und Erden für Wartungsarbeiten, Bediener- und Wartungsfreundlichkeit, geringer Platzbedarf, dauerhafte Beständigkeit der Kontakte (Langzeitintegrität), Auslegung entsprechend der erforderlichen Stromstärke und damit Begrenzung der Wärmeentwicklung.
Schaltschrank mit LED-Anzeigen
Beim Arbeiten an elektrischen Anlagen ist zur Vermeidung von Stromunfällen besondere Vorsicht geboten. Solche Arbeiten dürfen grundsätzlich nur von eingewiesenen Fachkräften durchgeführt werden.
Hierbei sind auch die fünf Sicherheitsregeln gemäß DIN VDE 0105 zu beachten:
Die Norm DIN EN 61439 „Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen - Regeln, Geltungsbereich, Änderungen“ befasst sich mit sicherheitstechnischen Anforderungen für Niederspannungs-Schaltanlagen. In ihr sind die Maßnahmen festgelegt, um den Schutz von Personen und Anlagen zu gewährleisten. Sie legt auch verbindliche Vorgaben für Niederspannungs-Schaltgerätekombination fest. Eine Niederspannungs-Schaltgerätekombination (SK) ist die Zusammenfassung eines oder mehrerer Niederspannungs-Schaltgeräte mit den dazu gehörenden Betriebsmitteln.