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Anforderungen an Schaltschränke für die Gebäudeautomation

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Anforderungen Schaltschränke für die Gebäudeautomation

Anforderungen Schaltschränke für die Gebäudeautomation

Die nachfolgenden Punkte formulieren ein ganzheitliches Anforderungsprofil für Schaltschränke im Rahmen der Gebäude- und Anlagenautomation (GA). Sie umfassen Aspekte – von Mechanik, Elektrotechnik, Normenkonformität, EMV, Sicherheitsfunktionen und Inbetriebnahme bis hin zu Brandschutz, Wartung und IT-Integration. Dieses Profil bildet die Grundlage für Planung, Fertigung, Montage und Betriebsführung aller in KG 482 (Schaltschränke) enthaltenen Leistungen.

Die Schaltschränke im Leistungsumfang KG 482 erfüllen eine zentrale Rolle in der Gebäude- und Anlagenautomation. Sie werden als Informationsschwerpunkte (ISP) in zentrale und dezentrale Einheiten unterteilt, müssen jedoch in jedem Fall normgerecht (DIN EN 61439, VDE-Bestimmungen, UVV) und sicher (Min. 30 kA Kurzschlussfestigkeit, ggf. arc-fault tested) aufgebaut sein, sämtliche Sicherheitsketten (Frostschutz, Drucküberwachung, Brandmeldeschnittstellen etc.) hardwareseitig und im Ruhestromprinzip umsetzen, EMV-technisch durchdacht sein, damit Frequenzumrichter, empfindliche Bus-Systeme und hohe Leistung nicht zu gegenseitigen Störungen führen, ein klares Dokumentationskonzept (Stromlaufpläne, Klemmenlisten, FAT/SAT-Protokolle) sowie eine eindeutige Kennzeichnung aller Bauteile, Leitungen und Klemmstellen bieten, gute Wartungs- und Erweiterungsfreundlichkeit sicherstellen (ausreichende Platzreserven, Zugänglichkeit, modulare Anordnung, definierte Wartungsintervalle) und im Sinne einer zukunftsfähigen GA optional Redundanzkonzepte (zweite Einspeisung, redundante Automationsmodule) und IT-Integration (Switch, Router, USV) unterstützen.

Durch die strikte Einhaltung und Umsetzung dieser Anforderungen ist gewährleistet, dass Schaltschränke in KG 482 über den gesamten Lebenszyklus hinweg einen zuverlässigen, sicheren und effizienten Betrieb sämtlicher gebäudetechnischen Anlagen und Funktionen ermöglichen – und damit die Grundlage für eine leistungsfähige, nachhaltige Gebäudeautomation schaffen.

Automationsschwerpunkte und ISP-Struktur

Zentrale und dezentrale Schaltanlagen (Z-ISP, D-ISP)

  • Z-ISP (Zentrale Informationsschwerpunkte): Werden als Haupt-Schalt- bzw. Haupt-Informationsschwerpunkt ausgeführt. Sie ermöglichen vor Ort eine umfassende Bedienung und Visualisierung der anliegenden Automations- und Energieverteilungsaufgaben und beherbergen zentrale MSR- und Energieverteilkomponenten.

  • D-ISP (Dezentrale Informationsschwerpunkte): Schaltanlagen oder Regelgeräte von Systemanbietern (z. B. Steuergerät für Druckerhöhungsanlagen, Schaltanlage Kältemaschine). Diese liegen nicht im unmittelbaren Verantwortungsbereich des GA-Gewerkes, werden aber ggf. in die Gesamt-GA integriert.

Abgrenzung

  • Nur die Schaltschränke, die explizit zur Gebäudeautomation gehören, werden nachfolgenden Vorschriften entsprechend vom GA-Gewerk errichtet. Fremdschränke (z. B. Lieferumfang Kältemaschine) unterliegen zwar grundlegenden Elektro-Vorgaben, sind jedoch nicht Teil des hier beschriebenen Lieferumfangs in KG 482.

Bauliche Anforderungen

  • Typ und Abmessungen: Standschrank mit einer Höhe von ca. 2.000 mm (zzgl. 200-mm-Sockel), Tiefe mind. 400 mm und Breite 800 mm pro Feld.

  • Anordnung: Ein Feld für Starkstromteil (Sicherungen, Schütze), ein Feld für Automations-/DDC-Module, optional weitere Felder für Reserven und Frequenzumrichter (FU), sofern diese nicht direkt an den Aggregaten verbaut werden.

  • Klemm- und Erdungssystem: Getrennte Null- und Schutzleitersysteme (N- und PE-Sammelschienen) gemäß DIN/VDE, ausreichend Reihenklemmen inkl. Reserveklemmen für potenzielle Erweiterungen.

  • Beschriftung: Alle Zu- und Ableitungen, Klemmen sowie Betriebsmittel sind an beiden Enden (Kabelmarker) bzw. am Gerät (gravierte Einlegeschilder) zu kennzeichnen.

Stromlaufpläne und Dokumentation

  • Struktur: Deckblatt mit Leistungsangaben

  • Inhaltsverzeichnis

  • Leistungsteil

  • Steuerteil

  • Kontaktaustausch (Schnittstellen zu Fremdanlagen)

  • Klemmenplan

  • Aufbauzeichnung (Innen-/Außenansicht)

  • Dokumentationssoftware: Alle Pläne werden mit einem namhaften CAE-Programm (z. B. EPLAN, WSCAD) erstellt. Zwei Softwarelizenzen sind an den Auftraggeber (AG) zu übergeben, um eigenständig Änderungen oder Ergänzungen vornehmen zu können.

IP-Schutzart und klimatische Bedingungen

  • Empfohlener IP-Grad: Mindestens IP54 oder IP55, je nach Aufstellort (Innenraum, Außenbereich, Feuchte, Staub). Höhere Schutzarten sind bei harschen Umweltbedingungen (z. B. chemische Belastungen, Werkshallen mit Spritzwasser) zu prüfen.

  • Klimatisierung: Lüfter, Filter, Schrankheizung, ggf. aktive Kühlgeräte sind in Abhängigkeit von Umgebungs- und Eigenwärmelast vorzusehen (Temperatur- und Feuchteklassen nach DIN EN 60721).

  • Vibrationen/Schwingungen: Bei Aufstellorten mit mechanischen Vibrationen (Maschinenhalle, Pumpenraum) ist eine entsprechende Schock-/Vibrationsfestigkeit (DIN EN 60068-2) sicherzustellen.

Allgemeine Vorschriften

  • VDE 0100, VDE 0101, VDE 0113, VDE 0660 (Teil 5), VDI 3231, E 2.2 und E 2.3, UVV- und EVU-Vorschriften sowie projektspezifische Vorgaben des AG sind einzuhalten.

  • Schmelzsicherungsfreie Bauweise: Leitungs- und Motorschutz erfolgt über Schutzschalter und Motorschutzschalter (ggf. in Kombination mit Frequenzumrichtern).

DIN EN 61439 (Niederspannungs-Schaltgerätekombinationen)

  • Die Schaltschränke sind gemäß DIN EN 61439-1/-2 aufzubauen und zu prüfen (Design- und Routineverifikation).

  • Die Form (1, 2, 3 oder 4) zur internen Trennung ist abhängig von den Wartungsanforderungen und vom Betreiber festzulegen.

  • Kurzschlussfestigkeit: Min. 30 kA, ein rechnerischer Nachweis der thermischen und dynamischen Kurzschlussfestigkeit ist zu führen.

Arc-Fault / Lichtbogenschutz

  • Bei hoher Kurzschlussleistung oder speziellen Sicherheitsanforderungen kann eine arc-fault-geprüfte Schaltschrankbauweise (z. B. druckentlastende Einrichtungen, Schotts, interne Störlichtbogenprüfung) erforderlich sein.

  • Ggf. Lichtbogenschutzsysteme (sensorischer oder elektrischer Schutz) einbinden, wenn vom Betreiber gewünscht.

EMV-Anforderungen

  • Geringe elektromagnetische Emissionen und ausreichende Störfestigkeit sicherstellen, insbesondere bei Einsatz von Frequenzumrichtern, Schaltnetzteilen, empfindlichen Sensor- oder Busleitungen.

  • Trennung von Leistungs- und Signalkabeln in separaten Kabelkanälen, korrekte Schirmauflage, ggf. EMV-Dichtungen an Schranktüren.

EX-Schutz und funktionale Sicherheit (SIL)

  • Für EX-Zonen (1, 2, 21, 22) sind die Schaltschränke entsprechend EX-Schutz-Dokumentation auszuführen.

  • SIL-Konzept (SIL 1 oder SIL 2) gemäß DIN EN 50495 einhalten. Sicherheitsfunktionen (z. B. Not-Abschaltung, Frostschutz, Drucküberwachung) im Ruhestromprinzip verdrahten, sodass ein Fehler zu einer sicheren Anlage führt.

Mechanik und Zubehör

  • Sockel (200 mm): Ausreichender Freiraum für Kabeleinführung (von oben oder unten).

  • Kabeleinführung: Je nach Projektstandard oben oder unten; Abschirmung durch Kabelverschraubungen, ggf. Brandschutzstopfen.

  • Phasenstromschienensystem: 5-polig (L1, L2, L3, N, PE) mit Überspannungsschutz (4-polig) für Schaltschrankeinspeisung; zusätzlicher Überspannungsschutz für 24-V-Controller.

  • Beleuchtung und Steckdose: Innenbeleuchtung (24 V oder 230 V) inkl. Arbeitssteckdose, welche auch nach Hauptschalter-Abschaltung funktionsfähig bleibt (z. B. separater Sicherungskreis).

Leistungsteil und Steuerteil

  • Leistungsteil: Umfasst Sicherungsautomaten, Schütze, Motorschutz, ggf. Frequenzumformer (wenn nicht dezentral).

  • Steuerteil (DDC/SPS): Beinhaltet Automationsmodule, Ein-/Ausgangskarten, Transformatoren (24 V DC/AC), Buskoppler, ggf. Switch (Industrial Ethernet).

  • HMI/Display: Grafisches Bedienteil in der Schaltschrankfronttür oder als abgesetztes Bedienfeld. Klartextmeldungen und Diagnose.

Interne Partitionierung und Wartungsfreundlichkeit

  • Sofern gefordert, Umsetzung einer Form 2, Form 3 oder Form 4-Ausführung (DIN EN 61439) zur leichteren Wartung (getrennte Funktionsbereiche).

  • Eventuell Schwenkrahmen oder Schubladensysteme für schwer zugängliche Komponenten wie Frequenzumrichter, USV.

  • Genügend Rangierkanäle und Reserveplätze für spätere Erweiterungen oder Austausch von Bauteilen.

Redundanz und Mehrfachversorgung

  • Auf Wunsch des Betreibers kann eine zweite Einspeisung (z. B. Netz & Netzersatz) mit automatischer Umschaltlogik (ATS) integriert werden.

  • Redundante Steuerung (z. B. Hot-Standby DDC/SPS) bei hohen Verfügbarkeitsanforderungen – dafür Platz- und Verdrahtungsreserven vorsehen.

Zählung und USV

  • Einzelzählung je Schaltanlage hinsichtlich Stromverbrauch und Leistungsspitze.

  • Aufnahme einer USV-Anlage (90 Minuten Überbrückung) für Automations- und Steuerkomponenten ist zu berücksichtigen. Eine USV-Störmeldung soll in die GA aufgeschaltet werden.

Motorsteuerungen

  • Motoren < 7,5 kW: Direkteinschaltung mit Motorschutzschalter, Thermokontakt, Sicherheitskette.

  • Motoren > 7,5 kW: Sanftanlauf (Softstarter) oder Frequenzumrichter. Entrauchungsventilatoren laufen hingegen direkt an.

  • Mehrstufige Motoren: Zwangsweises Einschalten über eine kleinere Drehzahlstufe.

  • Frequenzumrichter: Schirmung, Motorvollschutz, optionale Netzbypass-Umschaltung im Störfall (sofern funktional erwünscht).

Sicherheitsfunktionen

  • Ruhestromprinzip: Alle sicherheitsrelevanten Schalter (Frostschutz, Drucküberwachung, Temperaturbegrenzer) so verschaltet, dass ein Ausfall zum Abschalten führt.

  • Reparaturschalter: Schaltet steuerstromseitig ab, Entrauchungsventilatoren werden hauptstromseitig getrennt.

  • Wiederanlauf: Nach Stromausfall oder Sicherheitsabschaltung erfolgt kein automatischer Wiederanlauf. Bediener muss bewusst entriegeln oder starten.

Grenzwertüberwachung

  • Ober- und Untergrenzen für Messwerte (Temperatur, Druck, Feuchte). Bei Regelkreisen mit gleitendem Sollwert entsprechend anpassbare Grenzwerte.

  • Ausgeschaltete Anlagen sind von Alarmierungen auszunehmen, um Fehlalarme zu vermeiden.

EMV-gerechter Aufbau

  • Getrennte Leitungsführungen für Signal-, Bus- und Leistungskabel. Minimaler paralleler Verlauf, ausreichend Abstand.

  • Ggf. Einsatz von EMV-Dichtungen an Türen und Lüftungsöffnungen.

  • Bei Frequenzumrichtern geschirmte Kabel und definierte Schirmauflage (einseitig oder beidseitig je Konzept).

Netzwerktechnik

  • Falls IP-basierte Kommunikation (BACnet/IP, Industrial Ethernet) eingesetzt wird, kann ein industrietauglicher Switch im Schaltschrank untergebracht sein.

  • Aktive Netzwerkkomponenten (Switch, Router, Firewall) ggf. in separatem Schrank- oder Teilfach; Klima-/Belüftung beachten

Brandschutzanforderungen

  • Bei Aufstellung in feuergefährdeten Bereichen: Prüfung einer F30/F90-Schaltschrankausführung oder Einhausung.

  • Rauchmelder oder andere Brandschutzkomponenten im Schaltschrank, falls projektspezifisch vorgegeben (z. B. Rechenzentren).

Kabeleinführung

  • Brandabschottung der Kabeleinführungen (z. B. Kabelbox-System, Brandschutzschaum, Stopfen), um Rauch- und Feuerdurchtritt zu verhindern.

  • Ggf. Trennung mehrerer Bereiche im Schaltschrank bei redundanten Netzarten.

FAT (Factory Acceptance Test)

  • Vor Auslieferung: Überprüfung der Schaltschränke beim Hersteller (Isolationsmessung, Funktionsprüfung, korrekte Bestückung, Beschriftung).

  • Erstellung eines FAT-Protokolls, das alle Tests dokumentiert. Abweichungen oder Mängel werden vor Ort beseitigt.

SAT (Site Acceptance Test)

  • Vor-Ort-Tests nach Montage (Drehrichtung Motoren, Anschluss aller Sensor-/Aktorkreise, Parametrierung der Motorschutzschalter).

  • Messprotokolle (z. B. VDE 0100, Teil 600) über die Schutzmaßnahmen, Einstellung der Motorschutzrelais, Isolationsmessungen, Loop-Checks an Ein-/Ausgängen der DDC.

Revisionsunterlagen

  • Vollständige Stromlaufpläne, Klemmpläne, Kabel- und Verrohrungslisten (mit Querschnitten, Adernzahlen, Start-/Zielkennzeichnung).

  • Stück- und Ersatzteillisten (auch Motorlisten mit gemessenen Istströmen).

  • Schaltplantasche in jedem Verteilerfeld (DIN A4 gefaltet).

Logbuch und Änderungsdokumentation

  • Jede Änderung (z. B. Bauteiltausch, Schaltplananpassung) wird in einem Wartungs- oder Schaltschrank-Logbuch erfasst.

  • Ein QR-Code/Barcode am Schaltschrank kann auf digitale Dokumentation (Software, Cloud-System) verweisen.

Zugänglichkeit

  • Freiraum von mind. 1,2 m (besser 1,5 m) vor den Schranktüren, seitliche Abstände bei seitlicher Türöffnung.

  • Bei größeren Anlagen: Abstimmung der Türanschläge (links/rechts), um Kollisionen mit Bauteilen zu vermeiden.

Wartungsintervalle

  • Regelmäßige Sichtprüfung auf Verschmutzung, Kontrolle der Filter/Lüfter, Nachziehen von Klemmschrauben.

  • Funktionstest der Sicherheitsketten, ggf. Thermografie bei erhöhter Strombelastung zur Erkennung von Übergangswiderständen.

Reinigung und Filtersystem

  • In staubintensiven Bereichen: Filtrationssysteme (Filtereinsätze), regelmäßiger Filterwechsel.

  • Glatte Pulverbeschichtungen (RAL 7035) erleichtern die Reinigung, mindern Schmutzanhaftungen.