Mehr Planungskomfort und Versorgungs­sicherheit in Flughäfen

Wenn alles funktioniert, merkt der Fluggast nichts von der Sorgfalt, mit der die Stromversorgung eines Flughafens geplant, gebaut und betrieben wird. Ein Störfall in der Energieverteilung eines Airports hat ein enormes Gefährdungspotential, da er die Funktion und das Zusammenspiel fast aller sicherheitsrelevanter Systeme bedroht. Um dies zu verhindern, stehen Flughafenplanern verschiedene bewährte Versorgungskonzepte zur Verfügung. Als besonders wichtig herausgestellt hat sich die ganzheitliche Betrachtung der Aufgabe Energieverteilung, wie sie in sehr konsequenter Weise im Systemansatz „Totally Integrated Power“ von Siemens (kurz: TIP) umgesetzt ist.

Energiebedarf über redundante Systeme

prioritätsgestaffelt verteilen

Große Flughäfen wie beispielsweise der in Frankfurt am Main benötigen eine Anschlussleistung von mehr als 60 MW. Diese wird in der Regel über mehrere Ringleitungen auf Mittelspannungsebene aus redundanten Umspannwerken zur Verfügung gestellt. Entsprechende Transformatoren, wie zum Beispiel die Geafol-Gießharztransformatoren von Siemens, versorgen die Niederspannungs-Hauptverteilungen in den unterschiedlichen Flughafenbereichen. Dabei gibt es dezidierte Prioritätslevels. Für die Stromversorgung von Wartungshallen oder der Gepäckbeförderung genügt beispielsweise das Standardversorgungsnetz mit Umschaltreserve. Eine erhöhte Sicherheit wird für Terminals, Feuerwehr, Ladenzonen, Parkhaus, Notbeleuchtung und Bahnhof gefordert. Eine Sicherheitsversorgung wird im Störfall durch Notstromaggregate realisiert; diese versorgen spätestens nach 15 s die sicherheitsberechtigten Verbraucher innerhalb der Bereiche weiter mit Strom. Für die Befeuerung sowie den Tower gelten dagegen höchste Sicherheitsbestimmungen, bei denen Stromausfallzeiten unter 1 s oder gar eine unterbrechungsfreie Stromversorgung gefordert sind. Bei der Auslegung und Realisierung der nach Prioritäten gestuften Energieverteilung benötigt der Planer Werkzeuge und Systeme, die den besonderen Sicherheitsanforderungen gerecht werden.

Software für die schnelle Planung,

Auslegung und Dokumentation

Für die Praxiserprobung seiner Systemlösungen für Flughäfen hat Siemens in Fürth ein eigenes Airport Center aufgebaut. Von der Parkhausschranke bis zum Tower enthält bzw. simuliert es alle wichtigen Elemente eines modernen Flughafens. Hier sind nicht nur Dauertests flughafenspezifischer Applikationen möglich, die einzelnen Systeme und ihr Zusammenspiel können auch Extrembelastungen und provozierten Störfällen ausgesetzt werden – ohne dass Fluggäste, Airport-Personal oder gar der Flugverkehr gefährdet werden.

Dipl.-Ing. Manfred Weiß ist am Siemens Airport Center Systemspezialist für Totally Integrated Power. Er beschreibt, wie sich mangelnde Abstimmung einzelner Komponenten der Energieversorgung auswirken können: „Sind die Systeme nicht optimal ausgelegt und aufeinander abgestimmt, kann im Extremfall ein einfacher Kurzschluss in einer Steckdose ein ganzes Flugterminal lahm legen.“ Eine elementare Rolle bei der Auslegung spielt der Gleichzeitigkeitsfaktor, der bei Flughafenarealen meist in der Größenordnung von 0,8 liegt. Je nach Gestaltung des Flughafens variiert dieser Wert aber sehr, und der Planer benötigt viel Erfahrung für die richtige Einschätzung des Gleichzeitigkeitsfaktors.

Wertvolle Unterstützung erhält er durch den Einsatz des Dimensionierungsprogramms „Simaris design“, das vom TÜV Berlin zertifiziert worden ist. Damit lassen sich sowohl die Auswahl, die Dimensionierung als auch die resultierenden Einstellwerte aller benötigten Geräte von der Mittelspannung bis zur Steckdose ermitteln. Seine einfache Bedienung, die den gewohnten Windows-Oberflächen entspricht, sowie ein Workflow, der schnell zu abgesicherten Ergebnissen führt, haben zu einer hohen Akzeptanz dieses Auslegungswerkzeugs bei den Planern sicherheitsrelevanter Energieverteilungen beigetragen: Schon rund 1000 Lizenzen wurden für Simaris design vergeben.

Planerstellung in einem halben Tag

Aus einer integrierten Produktdatenbank mit allen technischen Detailangaben wählt das System die optimalen Komponenten aus und integriert diese in die Stückliste bzw. das Netzbild. Dieser Datenpool dient als Basis für die Dokumentation der Planung bzw. Berechnung und kann leicht in andere Formate konvertiert werden wie Excel-, Word- oder das DWG-Format. „Sind alle zur Berechnung notwendigen Informationen vorhanden, erstellt der Planer in nur einem halben Tag den gesamten Elektro- und Bauplan eines Teilgewerks“, so die Erfahrung von Manfred Weiß.

Unter Berücksichtigung aller wichtigen Regeln der VDE bzw. IEC zur Dimensionierung von Stromkreisen ermittelt die Software automatisch die notwendige Selektivität jedes einzelnen Schutzelements in Bezug auf alle vorgeordneten Schutzelemente – unabhängig vom Versorgungsweg. Anhand grafischer Ausgaben der Strom-Zeit-Kennlinie sowie der Selektivitäten können Planer die Richtigkeit ihrer Ergebnisse sofort überprüfen. „Ein solches Tool gehört eigentlich zur Grundausstattung eines jeden Planers, der gesamte Wohn-, Zweck- und Industriebauten plant“, betont Manfred Weiß.

En passant detaillierte Ausschreibungsunterlagen

Die Ergebnisse der Planung mit Simaris design können direkt zur Ausschreibung der Gewerke verwendet werden. Die dazu erforderlichen Ausschreibungstexte sowie Applikationshandbücher und andere nützliche Informationen stellt der Elektroausrüster dem Planer unter www.siemens.com/tip zur Verfügung.

Schienenverteiler-Systeme: deutlich verringerte Brandlast …

Eine weitere Steigerung der Versorgungssicherheit lässt sich durch die Abkehr von der leitungsgebundenen Energieverteilung erreichen. Schienenverteiler-Systeme, wie das Sivacon 8PS bieten eine Vielzahl von Vorteilen. Sie weisen zum Beispiel eine erheblich geringere Brandlast auf: Statt der vergleichsweise massereichen Isolierung der Adern und des Kunststoffmantels von Leitungen sind Schienenverteiler-Systeme lediglich außen mit einer dünnen Lackschicht überzogen. Mauerdurchbrüche können zudem bei Schienensystemen deutlich kleiner ausfallen und sie können auch erheblich einfacher und sicherer abgeschottet werden. Dazu liefert der Hersteller kompakte Randschotts für die unterschiedlichen Schienentypen bzw. -größen.

… und kostenneutral gegenüber Leitungen

Manfred Weiß betont: „Gerade bei den Hauptversorgungsstrecken in einem weit verzweigten Elektronetz, wie es in Flughäfen üblich ist, lohnen sich Schienenverteiler-Systeme auf alle Fälle. Sie lassen sich erheblich schneller installieren und erweisen sich auch beim nachträglichen Anbringen von Abzweigen als sehr flexible Lösung.“ An den Stromschienen befinden sich in engen Abständen von nur 50 bzw. 100 cm standardmäßige Anschlusspunkte. Und: Stromschienen verhalten sich bei hoher Stromlast wesentlich EMV-freundlicher als mehrere parallele Kabelsysteme.

„Für Endkunden, die Flughafenbetreiber, erweisen sich solche Lösun­gen als kostenneutral“, betont Manfred Weiß. Der Mehrpreis der Schie­nenverteiler-Systeme wird durch den deutlich geringeren Installa­tions­aufwand kompensiert. Hinzu kommt: In Flughäfen werden in der Regel Elektroleitungen mit halogenfreien Außenummantelungen verwendet, was auch die „einfache“ Elektroleitung erheblich verteuert.

Vorteile hat auch das Installationsunternehmen durch den Einsatz von Schienenverteiler-Systemen. Denn für das Anbringen und Verbinden der Schienenstücke ist keine Spezialausbildung vonnöten. Ein Beispiel: Die Schraube zum sicheren Verbinden der Schienen, also der einzelnen Leiter, hat zwei übereinander liegende Sechskantmuttern. Der Monteur muss diese einfach so lange festziehen, bis der obere Sechskant an der Sollbruchstelle abreißt. Damit ist die Schiene mit dem erforderlichen Drehmoment von 80 Nm vorgespannt und fixiert. Zudem lassen sich Stromschienen über spezielle Formstücke sehr einfach den Gegebenheiten im Gebäude anpassen und dreidimensional im Raum verlegen, wodurch sich die Schienen genauso vielseitig einsetzen lassen wie Leitungen.

Einfacher Anschluss an Niederspannungs-Hauptverteilung

Ebenso einfach ist der Anschluss der Schienenverteiler-Systeme Sivacon 8PS an der Niederspannungs-Hauptverteilung. Hierzu gibt es eigene Adapterstücke, wobei es die neue Generation der Energieverteiler Sivacon S8 ermöglicht, die Hauptsammelschienen sowohl oben als auch unten zu platzieren. Aus diesem Grund sind Anwender äußerst flexibel in der Schienenführung.

Die neuen S8-Anlagen sind in der Standard-Ausführung nicht nur typgeprüft und zertifiziert, sondern haben sogar die Störlichtbogenprüfung bestanden. Dazu trägt in den S8-Anlagen ein Dachblech mit Druckentlastung bei. Grundsätzlich wurde bei der Neugestaltung der Schränke auf Sicherheit geachtet, was die Feldaufteilung unterstreicht. Neben den Schaltanlagen sind auch die Stromschienen und deren Übergang zum Schaltschrank typgeprüft.

Schnelle Inbetriebsetzung

In die Schränke der Niederspannungshauptverteilung lassen sich die Leistungsschalter vom Typ Sentron 3WL sehr gut integrieren und anschließen. Die Selektivitätsparameter der Auslöseeinheiten werden aus dem von Simaris design berechneten Schema entnommen und digital per Datenübertragung oder per Drehknopf direkt am Gerät eingestellt. „Das zeigt die Vorteile einer durchgängigen Systemlösung, wie sie mit TIP möglich ist“, ergänzt Manfred Weiß.

Fazit

Wie wichtig das Thema Stromversorgung für Flughäfen ist, verdeutlichen folgende Zahlen. Der Frankfurter Flughafen verbraucht jährlich 579 Mio. kWh Strom. Über 51 Mio. Passagiere, 1,75 Mio. t Fracht und knapp 118 000 t Luftpost müssen jährlich bewältigt werden.

An solch riesigen Umschlagplätzen für Personen, Waren, Fahrzeugen und Informationen hat die Versorgungssicherheit einen extrem hohen Stellenwert. Aus diesem Grund arbeitet Siemens kontinuierlich an der Homogenisierung der Systeme. Daraus resultiert eine Stromversorgungskette, die von der Mittelspannung über Niederspannungs-Schaltanlagen, Leistungsschalter, Schienenverteilersysteme, Motorabzweige bis zur Steckdose aufeinander abgestimmt ist und kein „schwächstes Glied“ besitzt. Dies alles ist im Siemens Airport Center in Fürth live zu erleben. Manfred Weiß resümiert: „Die Vorteile für Planer und Flughafenbetreiber sind eindeutig; Durchgängigkeit erzeugt Übersichtlichkeit – und Übersicht schafft Sicherheit.“