Not- und Reservestromsysteme für Gebäude

Öffentliche und/oder große Gebäude verfügen über Notstromanlagen, die den Betrieb bestimmter elektrischer Komponenten während eines Stromausfalls ermöglichen. Auch Hausbesitzer installieren kleinere Notstromaggregate auf ihrem Grundstück, insbesondere in ländlichen Gebieten, wo die Wiederherstellung der Stromversorgung nach einem Sturm Tage oder Wochen dauern kann. Notstrom- und Reservestromsysteme können recht einfach (für Privathäuser) oder sehr komplex (für große institutionelle Gebäude wie Krankenhäuser) sein.

Notstromanlagen sind eine Komponente des gesamten Stromverteilungssystems.

Notstrom vs. Reservestrom

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Der Unterschied zwischen den 3 Arten der Notstromversorgung ist oft verwirrend. Wir werden die Systeme hier beschreiben, aber es ist wichtig zu beachten, dass die zuständigen Behörden bestimmte Elemente und Geräte in einem anderen System als dem hier beschriebenen vorschreiben können. In den Vereinigten Staaten werden Notstromsysteme durch NFPA 110, Standard for Emergency and Standby Power Systems, geregelt.

Notstromanlagen liefern eine automatische Notstromversorgung für den Fall eines normalen Stromausfalls. Sie sind gesetzlich vorgeschrieben und müssen innerhalb von 10 Sekunden alle lebenswichtigen Systeme wie Fluchtwegbeleuchtung, Rauchevakuierung, Feueralarmsysteme, Aufzüge usw. mit Strom versorgen. Einfach ausgedrückt: Alles, was das Leben der Gebäudebewohner schützt, sollte mit Notstrom versorgt werden. Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass Notstromsysteme vollständig getrennt sein müssen, d. h. sie müssen über eigene Leitungsführungen, eigene Schalttafeln, eigene Übergabestationen usw. verfügen.

Gesetzlich vorgeschriebene Notstromsysteme bieten ebenfalls eine automatische Notstromversorgung im Falle eines normalen Stromausfalls, aber sie müssen innerhalb von 60 Sekunden aktiviert werden. Sie sind gesetzlich vorgeschrieben, können aber Systemkomponenten gemeinsam nutzen und müssen nicht wie Notstromanlagen vollständig getrennt sein. Sie können als Systeme betrachtet werden, die den Ausstieg aus dem Gebäude und die Arbeit der Feuerwehr verbessern, sind aber nicht entscheidend für die Sicherheit von Menschenleben. Systeme wie Heizung, Lüftung, Kommunikation, Gebäudeautomation und Krankenhausausrüstung können Teil des gesetzlich vorgeschriebenen Notstromsystems sein.

Optionale Notstromversorgungssysteme sind nicht gesetzlich vorgeschrieben, liefern aber eine Notstromversorgung für Betriebsabläufe, die der Gebäudeeigentümer als wichtig erachtet, um die Stromversorgung während normaler Stromausfälle aufrechtzuerhalten. Diese Systeme können manuell oder automatisch eingeschaltet werden und dieselben Komponenten und Leitungen wie die normale Stromversorgung oder die gesetzlich vorgeschriebene Notstromversorgung nutzen. Im Allgemeinen werden optionale Notstromsysteme eingesetzt, um finanzielle Verluste oder Datenverluste zu verhindern, aber sie können auch dazu dienen, den Komfort der Menschen während normaler Stromausfälle zu gewährleisten.

Was sollte in der Notstromversorgung enthalten sein

Ein Notstromsystem sollte so konzipiert sein, dass es nur die wichtigsten Geräte in einem Gebäude mit Strom versorgt. Es ist nicht kosteneffektiv, für jede elektrische Komponente in einem Gebäude eine Notstromversorgung bereitzuhalten. Die meisten Einrichtungen, selbst die kritischsten, können während eines Stromausfalls heruntergefahren werden, so dass Kraftstoff oder Batteriestrom gespart werden kann.

Wie bereits erwähnt, müssen lebenswichtige Sicherheitssysteme immer an ein Notstromsystem angeschlossen sein. Dazu gehören die Beleuchtung der Fluchtwege, die Stromversorgung der Sprinklerpumpen und die Stromversorgung der Brandmeldeanlagen. Krankenhäuser stellen lebensrettende Geräte, wie z. B. Beatmungsgeräte, auf Bereitschaftsstrom um. Feuerwehr- und Polizeistationen stellen sicher, dass ihre Funksysteme über Notstromversorgung verfügen, damit sie in Notfällen den Betrieb aufrechterhalten können.

Hausbesitzer können die Größe ihrer Notstromaggregate an ihre Bedürfnisse anpassen. Kühlschränke, Gefriertruhen und Sumpfpumpen sind normalerweise an Stromkreise angeschlossen, die mit dem Notstromsystem verbunden sind, ebenso wie die Beleuchtung im ganzen Haus. Auch einige Steckdosen sind an das System angeschlossen, damit Telefone aufgeladen werden können und ein Fernseher oder ein Radio bei größeren Stromausfällen in Betrieb bleiben. Die Treibstoffspeicherkapazität ist in der Regel der begrenzende Faktor für die Größe eines Heimgenerators – man möchte genügend Treibstoff haben, um das System während des Ausfalls betriebsbereit zu halten; daher werden viele Annehmlichkeiten des Lebens abgeschaltet, um Treibstoff zu sparen.

Backup-Generatoren

Die Notstromversorgung erfolgt über einen Generator, der im Wesentlichen ein Motor ist, der Kraftstoff verbrennt, um Strom zu erzeugen. Der Generator kann ein Hubkolben- oder ein Turbinenmotor sein, wobei Hubkolbenmotoren in der Regel bevorzugt werden, da sie schneller anspringen und wirtschaftlicher sind.

Die Prüfung und Wartung von Generatoren ist entscheidend für den Erfolg von Notstromsystemen. Generatoren und alle Komponenten des Systems sollten regelmäßig getestet werden, um sicherzustellen, dass sie im Bedarfsfall einsatzbereit sind. Wie bei jedem Motor verlängert eine routinemäßige Wartung die Lebensdauer und erhöht die Effizienz des Generators.

Es gibt eine Vielzahl von Kraftstoffen, die verwendet werden können, darunter Diesel, Benzin, Erdgas und Flüssiggas. Diesel ist aufgrund seiner Kosten und der Tatsache, dass er sicherer zu lagern ist als Benzin, am weitesten verbreitet. Der Kraftstoff wird normalerweise vor Ort in einer Reihe von Tanks gelagert. Ein Tagestank (nicht unbedingt für einen ganzen Tag) befindet sich in der Nähe des Generators und liefert eine sofortige und konstante Menge an Kraftstoff. Große Anlagen verfügen auch über einen Großtank, der sich in einiger Entfernung vom Generator befinden kann. Der Großtank fasst genug Kraftstoff für einen längeren Ausfall; dieser Kraftstoff wird nach Bedarf in den Tagestank gepumpt. Der Kraftstoff in einem Lagertank muss ständig verwendet oder gemischt werden, um eine Verschlechterung zu verhindern.

Unterbrechungsfreie Stromversorgung

Eine unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) ist ein elektrisches Gerät, das bei einem Ausfall der normalen Stromquelle sofortige Ersatzstromversorgung für ein System bietet. Die Stromversorgung durch die USV hält nur kurze Zeit an, aber lange genug, um andere Ersatzstromquellen einzuschalten oder ein System sicher herunterzufahren. USV-Geräte werden häufig an Computersysteme angeschlossen, bei denen schon die kleinste Störung der Stromquelle zu Datenverlusten führen kann. USVs werden auch für kritische Systeme (Gesundheitswesen, Kommunikation usw.) eingesetzt, um genügend Betriebszeit zu haben, damit das Notstromaggregat auf volle Leistung hochgefahren werden kann.

Es gibt zwei Hauptoptionen für die Speicherung von Strom in einer unterbrechungsfreien Stromversorgung: Batterien oder ein Schwungrad. Das Batteriesystem ist für kleinere Lasten recht verbreitet und besteht aus einer oder mehreren wiederaufladbaren Batterien. Eine Batterie-USV muss regelmäßig gewartet und ausgetauscht werden, da die Lebensdauer einer Batterie relativ kurz ist.

Eine Schwungrad-USV-Anlage, auch bekannt als Rotations-USV-Anlage, nutzt eine sich drehende Masse zur Stromerzeugung. Schwungradsysteme werden im Allgemeinen für größere Lasten und Ströme verwendet. Darüber hinaus werden Schwungräder wegen ihrer Lebensdauer bevorzugt; aufgrund der mechanischen Beschaffenheit des Systems kann es bis zu 30 Jahre halten. Es ist eine Wartung erforderlich, bei der mit langen Ausfallzeiten zu rechnen ist.

Ein zusätzlicher Vorteil von USV-Geräten besteht darin, dass sie neben der Notstromversorgung die Systeme, an die sie angeschlossen sind, vor Spannungsspitzen, Spannungsabfällen, Rauschen oder Verzerrungen schützen können. Sie sind im Wesentlichen in der Lage, den Strom zu reinigen, was die angeschlossenen empfindlichen Systeme zusätzlich schützt. Die doppelte Funktion der USV-Geräte bedeutet, dass der Gebäudeeigentümer kein separates Klimagerät kaufen und warten muss.

Redundanz

Der Grad der Redundanz ist bei der Planung eines Notstromsystems wichtig, da der Planer Ausfälle innerhalb des Notstromsystems einkalkulieren muss. Anstelle eines großen Generators oder einer Batterie wird das Notstromsystem auf mehrere Generatoren oder Batterien verteilt. Ein Rechenzentrum wird sich beispielsweise nie auf einen einzigen Notstromgenerator verlassen – stattdessen wird eine Berechnung durchgeführt, die sicherstellt, dass die Stromversorgung auch dann gewährleistet ist, wenn ein (oder mehrere) Generatoren nicht verfügbar sind.

N + 1-Redundanz bezieht sich auf ein Backup-System, das in N Komponenten aufgeteilt ist, und dann wird eine zusätzliche Komponente hinzugefügt. Wenn die kritischen Systeme in einem Gebäude mit 3 Generatoren betrieben werden können, würde der Planer 3 + 1 oder 4 Generatoren vorsehen. Der vierte Generator würde während des normalen Notbetriebs nicht laufen, würde aber zugeschaltet werden, wenn Generator 1, 2 oder 3 ein Problem hätte. Es kann einen Zeitraum geben, in dem der Strom ausfällt, während die +1 Stromquelle hochfährt.

Die 1+1-Redundanz beschreibt ein System, bei dem zwei separate Stromquellen vorhanden sind, die jeweils den gesamten kritischen Strombedarf eines Gebäudes decken können. Darüber hinaus sind beide Quellen immer aktiv. Sollte eines der Backup-Systeme ausfallen, ist das zweite System bereits aktiv und betriebsbereit, so dass es zu keiner Unterbrechung der Stromversorgung kommt. Die 1+1-Redundanz ist weniger effizient als die N+1-Redundanz, bietet aber ein wesentlich robusteres und transparenteres Backup-System.

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Sicherheit des Generators – Rückspeisung verhindern

***Wenn Sie als Hausbesitzer einen Generator für längere Stromausfälle in Betracht ziehen, sollten Sie unbedingt einen Elektriker mit der Konfiguration und der ordnungsgemäßen Installation des Systems beauftragen. Dies ist keine Aufgabe für einen Laien. Eine unsachgemäße Installation kann zu schweren Verletzungen oder zum Tod (für Sie oder andere) führen, ganz zu schweigen von den erheblichen Sachschäden, die entstehen können. Achten Sie darauf, dass alle Sicherheitsvorrichtungen installiert sind und setzen Sie NIEMALS eine Sicherheitsvorrichtung außer Kraft.***

Für die Einrichtung eines Generators ist ein geeigneter Umschalter erforderlich. Ein Umschalter ermöglicht die Einspeisung entweder des Haupt-/Normalstroms vom Versorgungsunternehmen oder des Stroms vom Generator in das elektrische System des Gebäudes. Der Umschalter trennt das Gebäude vom Stromnetz, wenn der Generator aktiv ist, was auch als Inselbetrieb bezeichnet wird. Dadurch wird sichergestellt, dass der Generator nicht in das Stromnetz zurückspeisen kann, was zu Verletzungen oder zum Tod von Technikern führen könnte, die an der Reparatur der Stromleitungen arbeiten. Außerdem werden schwere Schäden am Generator und an anderen Geräten des Gebäudes verhindert, wenn die normale Stromversorgung wiederhergestellt ist, da die beiden phasenverschobenen Einspeisungen nicht miteinander “kämpfen” und Geräte überlasten, die für eine geringere Stromstärke vorgesehen sind.

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