Dreiphasige Stromschienen bilden das Rückgrat der industriellen und gewerblichen Stromverteilung. Sie führen dreiphasige AC-Leistung von Transformatoren und Schaltanlagen zu Verteilern, Motorsteuerzentralen und großen Verbrauchern. Kenntnisse der 3-phase-Stromschienenauslegung sind für Elektroingenieure und Gebäudeverantwortliche entscheidend.
Was ist eine 3-Phase-Sammelschiene?
3-phase 버스바 시스템은 3상 AC 시스템의 세 위상(L1, L2, L3)을 전달하는 3개(또는 4개)의 병렬 도체로 구성되며, 4-wire 시스템에서는 중성선(N)도 포함합니다. 도체는 일반적으로 서로 및 접지로부터 절연된 평평한 구리 또는 알루미늄 바입니다.
Komponenten eines 3-phase-Sammelschienensystems:
- Phasenleiter: Drei Stromschienen für L1, L2, L3
- Neutralleiter: vierte Schiene (in 4-wire-Systemen)
- Schutzleiter/Erdungsleiter: separate Erdungsschiene oder Gehäuse
- Isolierung: Luftspalte, Isolierstützen oder Verguss
- Gehäuse: Metallgehäuse für Sammelschienen-Kanalsysteme
Arten von 3-Phase-Sammelschienensystemen
Offene Stromschiene (Schaltanlagensammelschiene)
Blankes Kupfer oder Aluminium auf Isolierstützen in Schaltanlagen, Motorsteuerzentralen (MCCs) und Verteilerfeldern
Merkmale:
- Hohe Stromtragfähigkeit (Hunderte bis Tausende Ampere)
- Erfordert aus Sicherheitsgründen eine geschlossene Schaltanlage
- Für jede Installation kundenspezifisch gefertigt
- Einsatzbereiche: Hauptschaltanlagen, MCCs, Transformator-Sekundärkreise
Sammelschienenkanal (Busway)
Vorgefertigtes, geschlossenes Sammelschienensystem zur Stromverteilung entlang eines Gebäudes oder einer Fabrikhalle. Besteht aus Abschnitten, die miteinander verschraubt werden.
Merkmale:
- Steckbare Abzweigkästen in regelmäßigen Abständen
- Nennwerte: 100A bis 6,300A
- IP-Schutzarten: IP54 bis IP68
- Einsatzbereiche: Fabrikhallen, Rechenzentren, Gewerbegebäude
Typen:
- Sandwich-Sammelschiene: Leiter zwischen Isolierschichten – kompakt und mit niedriger Impedanz
- Luftisolierte Sammelschiene: Leiter sind durch Luftspalte getrennt; kostengünstiger, aber größer
- Vergossene Stromschiene: Leiter in Harz eingebettet — höchste IP-Schutzart, für Außenbereiche
Laminierte Stromschiene
Mehrere dünne Kupferlagen, zwischen denen sich Isolierschichten befinden. Verwendet in Leistungselektronik und Batteriesystemen.
Merkmale:
- Sehr geringe Induktivität
- Kompakt
- Einsatz: Wechselrichter, USV, Batteriepacks, EV-Antriebsstränge
3-Phase Sammelschienen dimensionieren
Nennstrom
Der Nennstrom der Sammelschiene hängt ab von:
- Querschnittsfläche (mm²)
- Material (Kupfer oder Aluminium)
- Umgebungstemperatur
- Gehäusetyp (offen oder geschlossen)
- Leiteranordnung
Ungefähre Strombelastbarkeit von Kupfersammelschienen (freie Luft, Umgebungstemperatur 40°C):
| Breite × Stärke | Querschnitt | Nennstrom |
|---|---|---|
| 25 × 3 mm | 75 mm² | 280A |
| 40 × 5 mm | 200 mm² | 580A |
| 50 × 5 mm | 250 mm² | 700A |
| 60 × 10 mm | 600 mm² | 1,200A |
| 80 × 10 mm | 800 mm² | 1,500A |
| 100 × 10 mm | 1,000 mm² | 1,800A |
Derating-Faktoren:
- Im Kanal verlegt: ×0.8
- Umgebungstemperatur >40°C: gemäß IEC 60439 deraten
- Mehrere dicht beieinanderliegende Sammelschienen: gegenseitige Erwärmung berücksichtigen und Belastbarkeit herabsetzen
Spannungsabfall
Bei 3-phase-Systemen beträgt der Spannungsabfall über die Stromschiene:
ΔV = √3 × I × (R·cosφ + X·sinφ) × L
Dabei gilt:
- I = Strom (A)
- R = Widerstand pro Längeneinheit (Ω/m)
- X = Reaktanz pro Längeneinheit (Ω/m)
- cosφ = Leistungsfaktor
- L = Länge (m)
Spannungsabfall der Hauptverteilungsschienen unter 1% halten
Phasenanordnung
Standardmäßige Phasenanordnung für 3-phase-Sammelschienen:
Horizontale Anordnung (von links nach rechts): L1, L2, L3, N Vertikale Anordnung von oben nach unten: L1, L2, L3, N Farbkennzeichnung (IEC 60446): L1=Braun, L2=Schwarz, L3=Grau, N=Blau, PE=Grün/Gelb
Eine einheitliche Phasenanordnung im gesamten Betrieb verhindert Phasenfolgefehler beim Geräteanschluss.
Kurzschlussnennwert
Sammelschienen müssen dem zu erwartenden Kurzschlussstrom an ihrem Einsatzort standhalten. Die Kurzschlussfestigkeit wird angegeben als:
- Icw: Bemessungskurzzeitstrom (kA für 1 Sekunde)
- Ipk: Stoßstromfestigkeit (kA)
Die Sammelschiene muss für den am Installationsort verfügbaren Fehlerstrom ausgelegt sein. Dieser hängt von der Impedanz des vorgeschalteten Transformators und der Systemkonfiguration ab.
Isolierung und Abstände
Kriechstrecke: Mindestabstand entlang einer Isolieroberfläche zwischen Leitern. Der erforderliche Abstand hängt von Spannung und Verschmutzungsgrad ab.
Luftstrecke: Mindestabstand zwischen Leitern. Für 400V-Systeme: mindestens 25 mm (IEC 61439).
Isolierstoffe:
- Epoxidharz: hohe mechanische Festigkeit und gute elektrische Eigenschaften
- PVC: kostengünstiger und für niedrigere Temperaturen geeignet
- Polyamid (Nylon): gute Wärmebeständigkeit
- Schrumpfschlauch zur nachträglichen Isolierung einzelner Schienen
Anwendungen
| Anwendung | Sammelschienen-Typ | Typischer Nennwert |
|---|---|---|
| Hauptschalttafel | Offene Kupfersammelschiene | 1,000–6,300A |
| Motorsteuerzentrale | Offene Kupfersammelschiene | 400–2,000A |
| Werksinterne Stromverteilung | Sammelschienen-Kanalsysteme | 400–4,000A |
| Stromversorgung im Rechenzentrum | Sammelschienen-Kanalsysteme | 400–2,500A |
| Gewerbegebäude | Sammelschienen-Kanalsysteme | 100–1,600A |
| Wechselrichter/USV | Laminierte Sammelschiene | 100–2,000A |
Installationshinweise
-
Stützabstand: Stromschienen regelmäßig abstützen, damit sie nicht durchhängen oder schwingen. Typischer Abstand: 600–1,200 mm.
-
Dehnungsfugen: Lange Sammelschienen benötigen Dehnungsfugen, um die Wärmeausdehnung aufzunehmen (Kupfer dehnt sich um etwa 17 µm/m/°C aus).
-
Verbindungen: Verschraubte Verbindungen müssen mit dem vorgeschriebenen Drehmoment angezogen und mit Federringen oder Tellerfedern gegen nachlassenden Kontaktdruck gesichert werden.
-
Wartungszugang: Genügend Freiraum für Inspektion, Reinigung und Drehmomentprüfung vorsehen.
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Kennzeichnung: Phasenbeschriftungen in regelmäßigen Abständen und an allen Anschlusspunkten.
Zusammenfassung
3-phase-Sammelschienen sind die effizienteste Möglichkeit, große Energiemengen in Industrie- und Gewerbeanlagen zu verteilen:
- Offene Stromschienen: für Schaltanlagen und MCCs – hoher Strom, kundenspezifische Fertigung
- Sammelschienenkanal: für die Gebäudeverteilung – flexibel mit steckbaren Abgriffen
- Laminierte Stromschienen: für Leistungselektronik, mit niedriger Induktivität und kompakter Bauweise
Dimensionieren Sie Sammelschienen für Dauerstrom unter Berücksichtigung von Derating-Faktoren und prüfen Sie den Kurzschlussfestigkeitswert.
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