Hallo und herzlich willkommen zu GRID-Experte, dem YouTube-Kanal zum Thema elektrisches Verteilnetz. Was befindet sich eigentlich in solchen Trafostationen und was macht diese im Zusammenhang mit der Entwicklung der Netze hin zu mehr Intelligenz so interessant? Wir werfen heute einen Blick in die darin enthaltene Mittelspannungsschaltanlage und schauen uns die im Detail an.
In dieser Videoserie geht es um das Thema digitale Trafostationen im Smart Grid. Im ersten Teil haben wir uns einen generellen Überblick verschafft, was ist in der Trafostation insgesamt drin, welche Komponenten haben welche Aufgaben. Und heute, ab Teil 2, gehen wir nun in die Details und fangen an mit der Komponente Mittelspannungsschalterlage.
Ein paar kurze Worte zu mir, Kritikspärte. Ich biete Dienstleistungen rund um das Thema Sekundärtechnik im Verteilnetz. Das können sein Schutzprüfungen, das können sein Schulungen und Trainings oder auch Installations-und Installationsbegleitungen.
Haben Sie eine ältere Anlage und wollen diese auf den aktuellen Stand der Technik bringen, was das Thema Sekundärtechnik betrifft, was das Thema Fehlererfassung, Fernübertragung, Fernüberwachung betrifft, dann kontaktieren Sie mich sehr gerne. Ich biete Beratungen, ich biete Dienstleistungen rund zum Thema Erneuerung älterer Anlagen im Bereich der Sekundärtechnik an. Ergänzend dazu biete ich Schutzrelaisprüfungen sowie Inbetriebnahmen von Sekundärtechnik an und biete ebenfalls ein System an zum Daten erfassen, archivieren und visualisieren der ganzen gesammelten Daten aus Ihrem Verteilnetz.
Doch zurück zum Thema Trafostation. Wie gesagt, in Teil 1 hatten wir den allgemeinen Aufbau. Sollten Sie... den nicht mitbekommen haben, dann schauen Sie sich einfach hier oben im Link Teil 1 nochmal an. Was ist in der Trafo-Station drin?
Auch das hatten wir schon mal. Ich möchte da ja nur ganz kurz drauf eingehen. Wir haben hauptsächlich die Komponenten Mittelspannungsschaltanlage, wir haben den Trafo von Mittelspannung auf Niederspannung und wir haben die Niederspannungsverteilung.
Heute wie gesagt. werfen wir einen Blick auf die Mittelspannungsschaltanlage, wie eine Trafostation insgesamt in das Verteilnetz eingebunden ist. Auch dazu, falls Sie da noch mehr wissen wollen, dann empfehle ich meine Videoeinführung in die Energieverteilung.
Im Video wird das entsprechend alles nochmal erklärt. In der Trafostation haben wir verschiedene Möglichkeiten, wie eine solche... Mittelspannungsschaltanlage aufgebaut sein kann, beispielsweise in Bezug auf die verwendete Technologie.
Letzten Endes, wir reden hier von Mittelspannung von 10 kV auf 20 kV, also ist das Thema Isolation mit das Wichtigste, oder sagen wir mal, einer der wichtigen Punkte, wie ich so eine Anlage aufbaue. Ganz früher hat man die Anlagen generell als luftisolierte Anlagen aufgebaut, das heißt das einzige Isoliermedium dass ein Kurzschluss zwischen Phasen oder zwischen Phase und Erde verhindert hat, war die Raumluft. Man musste also entsprechend auf Abstand bauen.
Die Anlagen sind vergleichsweise groß, die gibt es heutzutage noch klassischerweise nicht in einer Betonkompaktstation, aber sehr wohl in begehbaren Anlagen. An weiteren Isolationsmedien gibt es Feststoffisoliert, also Harz, Kunstharz. Es gab ölisolierte Anlagen.
und vieles mehr. Die letzten Jahrzehnte hat sich dann aber tatsächlich die sogenannte SF6-Anlage durchgesetzt. Diese beinhaltet ein Isolationsmedium mit einer sehr hohen Durchschlagsfestigkeit und deswegen können diese Anlagen vergleichsweise kompakt gebaut werden.
Hier tut sich gerade etwas im Bereich EU-Richtlinien, was SF6 betrifft, da kommen wir später noch darauf zu sprechen. Die typische Anlage in der Trafo-Station ist meistens eine sogenannte Ringkabelanlage. Das heißt, ich habe drei Felder, Kabel, Kabel, Trafo. Warum dem so ist, auch da wieder der Hinweis auf das Video Einführung in die Energieverteilung.
Es gibt häufig dann nochmal weitere Abgänge, zwei, drei Kabelabgänge. Aber wir bleiben hier jetzt mal beim klassischen Beispiel Ringkabelanlage. Das heißt, ein...
kommendes Kabelfeld, ein gehendes Kabelfeld und das Trafo-Feld. So, diese... Trafo-Station, dieses 3D-Modell der Trafo-Station kennen Sie bereits. Wir schauen uns jetzt tatsächlich nur die Mittelspannung-Schaltanlage an, schwenken darauf hin und haben im ersten Step einen Überblick über die Schaltanlage, auch hier wieder Kabel-Kabel-Trafo.
Das heißt kommendes Kabelfeld, gehendes Kabelfeld, Trafo-Feld. In jedem Feld befindet sich ein... Lasttrenner und ein Erder.
Lasttrenner zum An-und Ausschalten der Last, den Erder als Element der fünf Sicherheitsregeln, um die Anlage zu erden, wenn man an die Kabel muss, wenn man an die Anlage muss, wenn man an die Stecker muss und so weiter. Vom kommenden Kabelfeld gehen wir also durch den Lasttrenner zur Sammelschiene, über die Sammelschiene hinweg, wieder runter zum gehenden Kabelfeld, auch hier wieder Lasttrenner und Erder und dann geht es zur Nachbaranlage. Die Sammelschiene geht hier intern nochmal weiter und geht zum sogenannten Trafoabgang. Und am Trafoabgang ist dann natürlich der Mittelspannungstransformator angeschlossen. Den schütze ich nochmal zusätzlich.
Deswegen befindet sich hier zum Lasttrenner noch zusätzlich die Mittelspannungssicherung. Ab 1000 kVa Scheinleistung der Trafos verwendet man dann hier an der Stelle auch Leistungsschalter. Was ist der Unterschied zwischen Lastschalter und Leistungsschalter?
Ganz kurz, der Leistungsschalter kann mir Fehlerströme trennen, der Lastschalter, wie der Name schon sagt, kann nur Lastströme trennen. Das heißt, in dem Moment, wo ich einen Fehlerzustand klären möchte, abschalten möchte, brauche ich einen Leistungsschalter. Solange ich aber nur im lastfreien oder im normalen Lastbereich schalten möchte, dann reicht mir auch ein Lastschalter aus.
Und die... Die Preise sind doch sehr unterschiedlich, was die beiden Schalterarten betrifft. Deswegen redet man im Verteilnetz doch meistens eher von den Lasttrennern und hat die Leistungsschalter typischerweise dann eher im Umspannberg. So, wir schauen uns auch noch einmal oder werfen einen Blick auf die Kabelabgänge, auf den Anschlussraum. Was befindet sich hier?
Hier sehen wir zum einen mal... Wir haben wieder ein dreiphasiges System, oh Wunder. Das heißt, jeweils drei Stecker, ein Stecker pro Phase.
Hier verschiedene Technologien dargestellt. Letzten Endes sind das aber alles aktuelle Stecker, berührsicher. Trotzdem ist es so, dass man diese Kabelraumabdeckungen nicht aufbekommt, wenn die Anlage nicht geerdet ist.
Das heißt, erst mal freischalten, erden, dann kann ich hier aufmachen und an den Kabelraum ran. Was außerdem noch auffällt ist, dass wir hier unterschiedliche, vor allem hier rechts im Trafoabgang, völlig unterschiedliche Stecker haben, die scheinen viel kleiner zu sein. Dem ist auch so, hier im Hauptring haben wir ja den Hauptstrom des kompletten Ringes, aller Trafo-Stationen, die da aufgereiht sind.
Deswegen sind diese Stecker, aber auch intern die Schalterlage auf 630 Ampere Dauerlast ausgelegt, typischer Wert. Gibt es natürlich auch noch höher. Und im Trafoabgang haben wir dann ja nur die Last, die tatsächlich in dieser Trafo-Station abgerufen wird.
Das ist deutlich weniger, sollte deutlich weniger sein, ansonsten ist es etwas faul. Und deswegen reden wir hier von 250 Ampere Steckern und deswegen sind die auch kleiner ausgeführt. Was wir hier ebenfalls sehen, ist, dass wir hier unterschiedliche...
Zwischen diesen beiden Kabelabgängen scheint es einen Unterschied zu geben. Man sieht hier silbrige Einschraubstopfen. Auch hier nochmal der Hinweis auf Teil 1 dieser Videoserie. Im Überblick hatten wir bereits schon mal die sogenannten ohmschen Spannungssensoren. Diese können die Mittelspannungsvergleichsweise präzise messen.
Im Einführungsvideo haben wir die Einbausituation dieser Sensoren am Trafo gesehen. Und hier ist einfach noch mal ein weiteres Beispiel angebracht. Die Sensoren befinden sich hier im Kabelabgang. Es gibt Vor-und Nachteile für beide Möglichkeiten. Ich möchte jetzt an der Stelle wertfrei alle Möglichkeiten vorstellen.
Was man jetzt hier hinten noch so im Braunen sieht, sind die sogenannten Durchführungen. Das ist ein Konus, auf dem der Stecker aufgeschraubt oder aufgesteckt wird. Über die Durchführung geht es dann rein in die Schaltanlage und neuerdings befinden sich in modernen Anlagen auch durchaus Spannungs-und Stromsensoren schon in dieser Durchführung direkt fest vergossen.
Das hat auf der Baustelle den klaren Vorteil, ich muss nichts mehr vertraten, es ist alles fest vorbetratet. Die Fehlerquote oder mögliche Fehler, FMEA-Analyse und ähnliches, wird gesenkt dadurch, völlig klar. Auf der anderen Seite, sollte ich aus irgendeinem Grund mal an die Sensoren ran wollen, dann wird es im eingebauten, eingekosteten Zustand der Durchführung etwas schwieriger. Und da wird die Zukunft zeigen, welche Technologie da letzten Endes die praktikablere ist.
Gut, so, wieso brauche ich überhaupt Spannungs-und Stromsensoren? Die brauche ich vor allem für die Einbaugeräte, die wir gleich weiter oben sehen, die schauen wir uns noch an. Dazu sei noch erwähnt, dass ein Stromsensor auch durchaus hier unten um das Kabel gebaut sein kann. Der muss nicht zwangsweise hier oben an der Durchführung sitzen. Allerdings macht man den Sensor hier unten am Kabel eher in der Nachrüstung und bei Neuanlagen versucht man natürlich möglichst viel Vorvertrate zu bekommen.
und das entsprechend auf der Durchführung oder nahe der Durchführung oder in der Durchführung entsprechend die Sensoren zu platzieren. Gut, wir schwenken nach oben, gehen auf das Bedienpanel der Anlage und auch hier sehen wir wieder, kommen das Kabelfeld, gehen das Kabelfeld, Trafo fällt. Wir sehen hier oben Einbaugeräte, die Einbaugeräte haben einen Feldbezug, das heißt diese Geräte beziehen sich auf dieses Kabelfeld, diese Geräte auf dieses Kabelfeld und diese Geräte auf dieses Kabelfeld. Fangen wir mit den Geräten an, die hier Pfeile anzeigen, jeweils drei Pfeiler, das sind sogenannte Spannungsprüfsysteme. Die ermöglichen es dem Benutzer der Anlage, dem Schaltpersonal der Anlage zu erkennen, ist die Anlage unter Spannung, ja oder nein.
Man kann ja relativ einfach sehen, dass man... im Vergleich zur alten luftisolierten offenen Anlage hier mit dem Spannungsprüfer nicht rankommen kann. Ich kann also innerhalb der fünf Sicherheitsregeln hier nicht so leicht auf Spannung prüfen. Und deswegen gibt es diese eingebauten Systeme in unterschiedlichsten Varianten, unterschiedlichster Hersteller.
Alle haben die Grundfunktion gemein, dass die Spannung geprüft und angezeigt wird und das zuverlässig. Schauen wir uns ein Kabelfeld im Detail nochmal an. Jetzt hatte ich in der Einführung gesagt, es gibt da einen Wechsel in der Technologie.
Nach wie vor ist SF6 als Isoliermedium in 90% der Neuanlagen drin, weil es einfach ein vergleichsweise gutes und günstiges Isolationsgas ist, mit dem man Anlagen, wie man sehen kann, sehr, sehr kompakt bauen kann. Trotzdem verfolgt die EU seit einigen Jahren den Kurs, dass man vom SF6 weggehen möchte, wegkommen möchte. SF6 hat einen vergleichsweise schlechten bis sehr schlechten Einfluss auf unser Klima. Und zwar ganz erheblich potent oder mehr potent als zum Beispiel CO2. Und im gesamten Kreislauf einer Anlage, die produziert wird, eine Anlage, die in Betrieb ist und eine Anlage, die am Schluss entsorgt wird, muss das SF6 jeweils einen geschlossenen Kreislauf durchlaufen.
Das ist nicht immer ganz garantiert und nicht immer ganz einfach. Deswegen möchte man von dem SF6 weg und momentan schaut es so aus, als wäre das demnächst auch soweit. Ersatztechnologien sind langsam verfügbar mit den ein oder anderen Einschränkungen. Aber es scheint jetzt so zu sein, dass es genügend Alternativen gibt, dass die Politik hier die Vorgaben entsprechend auch umsetzen möchte und vom SF6 weggehen möchte. Das hat jetzt hier in dem Falle, im Falle der Siemens-Schaltanlage, wird das Ganze so gelöst, dass man gereinigte Luft als Isolationsmedium verwendet und innerhalb im...
des Schalters zur Unterbrechung des Lichtbogens. Wenn man also den Laststrom schaltet, entsteht ein Lichtbogen und um den nochmal am Schluss zu trennen, gibt es eine Vakuumschaltröhre. Es gibt verschiedene andere Möglichkeiten. Man kann auch überall Leistungsschalter einsetzen oder Vakuumschaltröhren für den Hauptstrompfad.
Da gibt es je nach Hersteller unterschiedliche Ansätze. Es gibt auch Ersatzgase hier. Anstatt reiner Luft verwendet man ein Ersatzgas, das eben keinen SF6 enthält, aber trotzdem ähnlich gut isoliert. Da gibt es sehr, sehr verschiedene Möglichkeiten und da wird sich auch in Zukunft zeigen. was die Technologie ist, die sich dann da letzten Endes durchsetzt.
Hier oben die linken Geräte, die haben wir noch so ein bisschen außen vor gelassen, das ist der sogenannte Kurzschlussanzeiger, Fehleranzeiger, Erdschlussanzeiger. Auch hier wieder gerne der Verweis auf ein vergangenes Video meinerseits, in dem ich die Grundfunktion dieser Geräte erkläre. Prinzipiell sind die dazu da, Messwerte zu sammeln, Strom, Spannung, Lastwerte, Lastflussrichtungen. Aber die Hauptaufgabe ist tatsächlich die Fehlerfassung. Das heißt, wenn es zum Kurzschluss kommt im Netz, wenn es zum Abschluss kommt im Netz, dann helfen diese Geräte dem Betriebspersonal, den Fehler schnell zu finden.
Gut, wir schwenken weiter rüber zum Trafo-Feld. Im Trafo-Feld ist es eigentlich ganz ähnlich aufgebaut. Keinen großartigen Unterschied.
Spannungsbrustsystem, vielleicht auch im Trafo-Verhält ein Fehlauffassungssystem. Das hängt so ein bisschen von der Philosophie ab des Netzbetreibers an der Stelle. Dann haben wir hier nochmal einen Lasttrenner.
Hier unten haben wir die Mittelspannungssicherung. Das sind letzten Endes Schmelzsicherungen wie die kleinen Runden in Messgeräten oder auch in größeren Varianten in Elektroartikeln. Nur sind diese Mittelspannungssicherungen.
noch mal geringfügig größer und diese Sicherungen, diese Schmelzsicherungen sollen dann den Trafo vom Netz trennen, wenn innerhalb des Trafos ein Problem auftritt, Windung, Schluss oder ähnliches. Die Schmelzsicherungen können nur einen gewissen Strom unterbrechen, wenn die Ströme zu hoch werden, gibt es hier ein Problem den Lichtbogen zu trennen und deswegen setzt man ab einer gewissen Scheinleistungsgrenze des Trafos und typische Wert ist hier 1000 kV, hängt immer von der Anlage ab, noch ein bisschen, dann einen Leistungsschalter statt der Sicherung ein, bedeutet dann natürlich auch ich brauche ein Schutzrelais um den Leistungsschalter anzutreiben. Und ein weiterer Hinweis auf ein weiteres Video, wenn Sie jetzt nicht wissen was ein Schutzrelais ist, dafür aber ein Interesse haben heraus zu bekommen um was es sich dabei handelt, gibt es ein Video meinerseits ebenfalls zum Thema Schutzrelais. Schauen wir uns die Anlage nochmal im Kompletten an und es sei jetzt auch hier an der Stelle nochmal erwähnt, der Unterschied zwischen einer klassischen Mittelspannungsschaltanlage und einer Mittelspannungsschaltanlage für die intelligente Trafostation.
Wo sind da die Unterschiede? Zum einen muss man sagen, unabhängig von dem Thema SF6 Gas, was jetzt sicherlich die kommenden Jahre meiner Einschätzung nach und der Einschätzung aller anderen. Beteiligten sehr wahrscheinlich kommen wird, ist ein großer Unterschied, dass die normale Altanlage hier keine Fernsteuerbarkeit aufweist. Das heißt, diese Lastschalter, diese Erder, die muss ich händisch betätigen. Ich muss also vor Ort gehen, ich muss hier diese Schaltkulisse durch ein Drücken an diesem Hebelchen beiseite schieben, kann dann also meinen Schalthebel einstecken.
und kann schalten. Das bedeutet, wenn ich schalten möchte, wenn ich ein fehlerbehaftetes Kabel zum Beispiel raustrennen möchte, dann muss ich mich ins Auto setzen, aufs Fahrrad setzen und vor Ort fahren und dann schalten. In der intelligenten Station geht das von Ferne. Da habe ich vor Ort zum einen einmal Motoren, die mir zumindest den Lasttrenner betätigen.
Erd-Air betätigen macht man von Ferne eher selten. Die Motoren allein reichen natürlich nicht. Ich muss die Motoren auch ansteuern. Ich muss auch Energie haben, diese Motoren anzusteuern. Das ist dann das Thema Fernwerktechnik und OSV.
Da kommen wir in einem der kommenden Teile dieser Videoserie nochmal darauf zu sprechen, im Detail, was da dahinter steckt. Hier für uns jetzt, was die Schaltanlage an sich betrifft, wir brauchen hier Antriebsmotoren drin. Und was sich vor allem dann die letzten Jahre hier getan hat, ist in der Sekundärtechnik.
Da waren früher ein einfaches Spannungsbruchsystem und ein Kurzschlussanzeiger drin. Und die Sekundärtechnik heutzutage liefert doch sehr, sehr viele Messwerte. Sie liefert Spannungsmesswerte, Strommesswerte, das klassischerweise alles über Sensorik und nicht mehr über den normalen, den altbekannten Spannungs-und Strommandler.
Die sind einfach zu groß, die sind zu aufwendig, die sind zu teuer, um den in einer kompakten, intelligenten Anlage unterzubringen. Dementsprechend gibt es hier die Einbaulösungen für Stromsensoren, für Spannungssensoren in der Anlage, am Trafo, wo es auch immer passt. Es gibt verschiedenste Lösungen und dann haben wir schon die Hauptunterschiede. bei der Mittelspannungsschaltanlage herausgefunden zwischen der klassischen Trafostation und der intelligenten Trafostation. Das war es schon zum Thema Mittelspannungsschaltanlage in der intelligenten Trafostation.
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