Heft S4/2011 •

Erneuerbare Energien

Der Einsatz konventioneller Energi-en stößt durch schwindende Reser-ven, steigende Preise der Primärener-gieträger sowie zunehmende Umwelt-belastung an seine Grenzen. Dement-sprechend steigt die Akzeptanz und das Wachstumspotenzial der alterna-tiven Energiequellen. Neben der So-lar- und der Wasserenergie spielt der-

zeit die Windenergie – dank guter Verfügbarkeit und moderater Ener-giekosten – eine zentrale Rolle. In Deutschland sind inzwischen mehr als 27 000 MW an installierter Wind-energieleistung verfügbar. Der Off-shore-Anteil, der noch unter 1 % liegt, steigt dabei überproportional an.

Reihenklemmen mit Push-in-Technik

Seit 2009 bietet Phoenix Contact [1] Reihenklemmen mit optimierter Push-in-Technik an. Bei diesen Klemmen presst eine Schenkelfeder den Leiter gegen einen Strombalken und sorgt somit für eine sichere und zuverlässi-ge Kontaktierung. In den Reihenklem-men mit Push-in-Technik lassen sich starre oder flexible Leiter mit einer Aderendhülse ab einem Querschnitt von 0,34 mm² ohne Werkzeuge direkt kontaktieren. Die Einsteckkräfte sind dabei etwa 50 % geringer, als bei an-deren Direktsteck-Anschlusstechni-

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Reihenklemmen�� �für�die�Windenergie

Damit sich die Investitionen in Windenergieanlagen amortisieren, müssen sie auf lange Sicht störungsfrei und wartungsarm arbeiten. Die Verfügbarkeit hängt dabei auch von der Zuverlässigkeit der eingesetzten Komponenten ab. Federkraftklemmen mit Direktstecktechnik, die auch im Offshore-Windpark Alpha Ventus verbaut sind, dokumentieren ihre Zuverlässigkeit durch Tests und Zulassungen.

Heinz�Pannek�Dirk�Steinhage

Bild 1. Reihenklemmen bei Offshore-Windkraftanlagen müssen mit knappen Platz- und widrigen Wetterverhältnissen zurecht kommen

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ken. Trotz der reduzierten Leiterein-steckkräfte weisen die Push-in-Rei-henklemmen Leiterauszugskräfte auf, die deutlich über den Anforderungen der Normen für Niederspannungsge-räte DIN EN 60947-7-1 (VDE 0611-1)[2], DIN EN 60947-7-2 (VDE 0611-3) [3] und DIN EN 60947-7-3 (VDE 0611-6) [4] liegen.

Sichere WindenergieDass die Push-in-Anschlusstechnik

sicher und zuverlässig kontaktiert, be-stätigen zahlreiche Prüfungen und Zulassungen. Zum Beispiel werden die Reihenklemmen zunächst nach der DIN EN 61373 (VDE 0115-106) [5] mit einem Schärfegrad von 1B nach DIN EN 50155 (VDE 0115-200) [6] ge-prüft. In diesem Test wird ein Fre-quenzbereich von 5 Hz bis 150 Hz mit einem Effektivwert der Beschleuni-gung von 42,5 m/s2 durchlaufen (Bild 1).

Anschließend wird die Vibrations-beständigkeit nach DIN EN 60068-2-6 (VDE 0468-2-6) [7] überprüft. Hier wird der gleiche Frequenzbereich durchlaufen wie zuvor, jedoch mit einer Geschwindigkeit von einer Ok-tave je Minute sowie einem Effektiv-wert der Beschleunigung von 50 m/s2. Die Schockprüfung erfolgt gemäß DIN

EN 60068-2-27 (VDE 0468-2-27) [8]. Die vorgegebenen Parameter reichen von t=0,2 ms mit 30 000 m/s2 bis t=30 ms mit 50 m/s2. Diese Prüfungen sind für den Einsatz in der Windener-gie wichtig, da sie Bestandteil der GL-Zulassung (Germanischer Lloyd)

sind, die für Windenergieanlagen mehr und mehr an Bedeutung ge-winnt.

Die GL-Zulassung erfordert außer-dem einen Salznebeltest nach IEC 60068-2-52 [9]. Dieser ist gerade für den Einsatz in Offshore-Windturbinen

Alpha Ventus, Deutschlands erster Offshore-Windpark, hatte bereits Ende Januar 2011 insgesamt mehr als 230 Gigawattstun-den Windstrom eingespeist. In den hocheffizien-ten Anlagen verrichten Reihenklemmen und wei-tere Komponenten von Phoenix Contact zuver-lässig ihren Dienst. Die 5-MW-Turbinen unter-schiedlicher Hersteller sind für höchste Ansprü-che und raue Umgebungsbedingungen ausge-legt. Auch das Umspannwerk auf hoher See muss extremen Umweltbedingungen trotzen. Für den geforderten zuverlässigen und war-tungsarmen Betrieb kommen hier Messwandler-Trennklemmen von Phoenix Contact zum Ein-satz. Durch den universellen Aufbau dieser Klemmen werden alle im Umspannwerk anfallen-den Aufgaben der Wandlerprüfschaltungen zu-verlässig erledigt. Da der Stromwandler-Mess-kreis nur zwei Messwandler-Trennklemmen be-nötigt, kann viel Platz in den knapp bemessenen Offshore-Schaltschränken eingespart werden.

Alpha Ventus nutzt Reihenklemmen von Phoenix Contact

Bild 2. Die nur 3,5 mm schmale Push-In-Reihenklemme 1,5/S spart Platz im Schaltschrank

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sinnvoll, da die Funktion der Kompo-nenten in salzhaltiger feuchter Umge-bung geprüft wird. Die GL-Richtlinie für WEA nimmt auch auf die Maschi-nenrichtlinie Bezug. Sie enthält die Norm DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1) [10]. Die Steckverbinder der neuen Push-in-Baureihe 1,5/S sind auch zu dieser Norm konform, da sie einen voreilenden PE-Schutzleiterkontakt in der Steckzone haben (Bild 2).

Trend zur MiniaturisierungIn modernen Windenergieanlagen

wird eine immer größere Anzahl von Daten und Signalen erfasst und aus-gewertet. Dadurch steigen der Ver-

drahtungsauf-wand und der Platzbedarf in den Schaltschrän-ken. Die Herstel-ler von Wind-energieanlagen sind jedoch be-strebt, die Bau-größe und das Gewicht – vor al-lem im Bereich der Gondeln – zu minimieren.

Mit der Reihen-klemmen-Baurei-he 1,5/S reduziert sich der Platzbe-darf im Schalt-schrank im Ver-gleich zur 2,5-mm2-Baureihe um über 30 %. Gleichzei-tig halbiert sich

das Gewicht. Noch mehr Platz schaf-fen Mehrstockklemmen, bei denen Daten und Signale in mehreren Ebe-nen übereinander geführt werden. Die Baureihe umfasst Klemmen mit zwei und drei Etagen. Der Frontan-schluss der Klemmen ermöglicht zu-dem eine Verdrahtung auf engstem Raum.

Umfassende PrüfbarkeitFür eine hohe Verfügbarkeit ist eine

Windenergieanlage wartungs- und re-paraturfreundlich zu konstruieren, da die Prüfung im Service- oder Repara-turfall einen großen Teil der Zeit in Anspruch nimmt. Daher ist die Prüf-

möglichkeit einer Reihenklemme oft ein entscheidendes Kriterium – beson-ders bei Offshore-Anlagen, die nur zu bestimmten Zeiten erreichbar sind.

Push-in-Reihen-klemmen verfügen über drei Prüfmög-lichkeiten: einen doppelten Funk-tionsschacht sowie zusätzlich ein Prüf-loch für e inen 2,3-mm-Prüfstecker. So lassen sich die Klemmen auch bei unterschiedlichen

Schaltungsaufgaben, selbst beim Ein-satz von zwei Brücken, komfortabel und sicher prüfen.

Die von Windenergieanlagen er-zeugte Energie wird über eine Trafo-station in das Mittelspannungsnetz der Energieversorger eingespeist. Ge-messen wird diese Energie mithilfe von Messwandlern, die über Mess-wandlertrennklemmen angeschlossen sind. Die Klemmen müssen unter-schiedliche Wandlerprüfschaltungen ermöglichen – einfache oder verkette-te, einphasige oder dreiphasige Schal-tungen. Mit ihren sechs Funktions-schächten erledigt die Trennklemme Pitme 6 diese Aufgaben kosten- und zeitsparend. Dabei ist sie sicher und komfortabel (Bild 3). Außerdem ist die kompakte und übersichtliche Klemme leicht bedienbar.

Unabhängig vom Klemmleistenauf-bau lassen sich robuste Schaltbrücken auf beiden Seiten der Trennstelle im Funktionsschacht platzieren und si-cher verrasten. Auch der Längstrenn-schalter kontaktiert und verrastet si-cher im jeweiligen Schaltzustand, die aufgedruckten Schaltsymbole sorgen für Übersichtlichkeit.

Mehrwert beim Schaltschrankbau

Weil Windenergieanlagen heute in Serie produziert werden, sind die Durchlaufzeiten einer Turbine im Pro-duktionsprozess zu verringern, da sich nur dann Kosten- und Zeitvorteile bei großen Stückzahlen ergeben. Bei der Endmontage kommen daher oft vor-gefertigte Klemmleisten zum Einsatz. Im Value Added Center bei Phoenix Contact bauen Mitarbeiter sämtliche Produkte, die auf einer Tragschiene montiert werden, nach Kunden-wunsch individuell als Klemmleiste auf (Bild 4). Die vorgefertigten Klemmleisten kann der Kunde an-schließend direkt am vorgesehenen Einsatzort einbauen und verkabeln. Kundenspezifische Klemmleisten sind ab Losgröße 1 erhältlich.

Literatur

[1] Phoenix Contact GmbH & Co. KG, Blom-berg: www.phoenixcontact.de

[2] DIN EN 60947-7-1 (VDE 0611-1):2010-03 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 7-1: Hilfseinrichtungen – Reihenklemmen für Kupferleiter. Berlin · Offenbach: VDE VER-LAG

Bild 3. Mit den Messwandlerklemmen lassen sich alle Aufgaben der Wandlerprüfschaltungen auf einfache Weise erledigen

Dipl.-Ing. (FH) Dirk Steinhage ist Mitar-beiter im Produktmarketing Industriel-

le Verbindungstechnik bei der Phoenix Contact GmbH & Co. KG

in Blomberg.

E-Mail: dsteinhage@phoenixcontact.com

Dipl.-Wirtsch.-Ing. Heinz Pannek ist Mitarbeiter im Produktmarketing bei

der Phoenix Contact Deutschland GmbH in Blomberg.

E-Mail: hpannek@phoenixcontact.com

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[3] DIN EN 60947-7-2 (VDE 0611-3):2010-03 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 7-2: Hilfseinrichtungen – Schutzleiter-Reihen-klemmen für Kupferleiter. Berlin · Offen-bach: VDE VERLAG

[4] DIN EN 60947-7-3 (VDE 0611-6):2010-05 Niederspannungsschaltgeräte – Teil 7-3: Hilfseinrichtungen – Sicherheitsanforde-rungen für Sicherungs-Reihenklemmen. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG

[5] DIN EN 61373 (VDE 0115-106):2011-04 Bahnanwendun-gen – Betriebsmittel von Bahn-fahrzeugen – Prüfungen für Schwingen und Schocken. Ber-lin · Offenbach: VDE VERLAG

[6] DIN EN 50155 (VDE 0115-200):2008-03 Bahnanwendun-gen – Elektronische Einrichtun-gen auf Bahnfahrzeugen. Berlin · Offenbach: VDE VERLAG

[7] DIN EN 60068-2-6 (VDE 0468-2-6):2008-10 Umgebungsein-flüsse – Teil 2-6: Prüfverfahren – Prüfung Fc: Schwingen (si-nusförmig). Berlin · Offenbach: VDE VERLAG

[8] DIN EN 60068-2-27 (VDE 0468-2-27):2010-02 Umge-bungseinflüsse – Teil 2-27: Prüfverfahren – Prüfung Ea und Leitfaden: Schocken. Berlin · Of-fenbach: VDE VERLAG

[9] IEC 60068-2-52: 1996-02 Envi-ronmental testing – Part 2: Tests – Test Kb: Salt mist, cyclic (so-dium, chloride solution). Genf/Schweiz: Bureau Central de la Comission Electrotechnique In-ternationale

[10] DIN EN 60204-1 (VDE 0113-1):2007-06 Sicherheit von Ma-schinen – Elektrische Ausrüs-tung von Maschinen – Teil 1: Allgemeine Anforderungen. Berlin · Offenbach: VDE VER-LAG n

Bild 4. In den Value Added Centern von Phoenix Contact werden die Klemmleisten weltweit kundenspezifisch aufgebaut und geprüft