Mittelspannungsnetz

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Typischer Beton-Mittelspannungsmast mit trennbarem Abzweig und Masttransformator auf Niederspannung zur Versorgung eines einzelnen Gebäudes.

Mittelspannungsnetze sind ein Teil des Stromnetzes zur Verteilung der elektrischen Energie auf Strecken im Bereich einiger Kilometer bis zu 100 km in ländlichen Bereichen. Sie werden üblicherweise mit Hochspannung von 10 kV, 20 kV oder 30 kV betrieben. Ein Mittelspannungsnetz dient typischerweise der elektrischen Energieversorgung einer Region, die mehrere Ortschaften, oder in Städten einen Stadtteil, umfasst. Des Weiteren werden in der Bahnstrom-Versorgung von Vollbahnen als Fahrleitungsspannung 15 kV mit der Sonderfrequenz 16,7 Hz und 25 kV mit 50 Hz verwendet.

Unter Mittelspannung wird in der elektrischen Energietechnik eine Hochspannung im Bereich über 1 kV bis einschließlich 52 kV verstanden. Die obere Grenze ist nicht eindeutig festgelegt.[1] Der Begriff Mittelspannung ist nicht genormt bzw. in den Grenzen nicht exakt definiert.

Netzaufbau[Bearbeiten]

Speisung[Bearbeiten]

Mittelspannungsnetze der regionalen Verteilnetzbetreiber werden im Regelfall in Umspannwerken aus dem übergeordneten Hochspannungsnetz wie der 110-kV-Ebene (Verteilnetzebene) gespeist und dienen der Anspeisung der regional verteilten Transformatorenstationen, welche die einzelnen Niederspannungsnetze zu den Endkunden versorgen. Mittelspannungsnetze dienen nicht dem überregionalen Stromaustausch. Größere Stromkunden, wie beispielsweise Industriebetriebe, Krankenhäuser aber auch größere Schwimmbäder und größere Rundfunktürme, haben meist eigene Mittelspannungsanschlüsse mit betriebseigener Umspannanlage.

Die für die Versorgung nötigen Leistungstransformatoren zur Anspeisung bewegen sich im Bereich von 20 MVA bis 60 MVA, konkrete Werte hängen stark von dem jeweiligen Netzbetreiber ab. In der Regel sind diese Leistungstransformatoren auch die letzte Ebene, auf der mittels Stufenschalter lastabhängige Spannungsschwankungen ausgeglichen werden können. Bei Bedarf können bei großer Einspeiseleistung von dezentral gewonnen regenerativen Energieträgern elektronische Mittelspannungsregler eingesetzt werden. Dadurch lässt sich die Spannung fernab vom zentralen Umspannwerk in einzelnen Abschnitten wieder auf einen Sollwert anheben oder absenken. Ein elektronischer Mittelspannungsregler besteht aus zwei Wechselrichtern, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis verbunden sind. In Abhängigkeit vom Lastzustand regeln diese Spannungsschwankungen lastseitig aus.

Versorgungssicherheit[Bearbeiten]

Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit werden Mittelspannungsnetze im Regelfall mit Erdschlusskompensation betrieben, bei nur geringer räumlicher Ausdehnung in Ausnahmefällen auch mit isolierten Sternpunkt - typischerweise ist dies bei Industrienetzen der Fall. Zusätzlich können auch sogenannte Pausenschalter zur Erhöhung der mittleren Versorgungssicherheit bei Freileitungen eingesetzt werden. Diese beschränkt in einen ausgedehnten Mittelspannungsnetz einen längerdauernden Stromausfall auf ein kleineres Versorgungsgebiet.[2]

Netztopologie[Bearbeiten]

Mittelspannungsnetze sind in der Topologie als Strahlennetz oder als Ringnetz ausgeführt, insbesondere in städtischen Bereichen sind Ringleitungen üblich. Ringleitungen haben den Vorteil, dass ein Leitungsabschnitt, beispielsweise zufolge von Kabelunterbrechungen oder zu Wartungsarbeiten, abgeschaltet werden kann, ohne dass die Versorgung zu den untergeordneten Niederspannungsnetzen unterbrochen wird. Des Weiteren können Mittelspannungsnetze von mehreren Punkten gespeist werden, auch kleinere Kraftwerke wie Windkraftanlagen, Biogasanlagen und große Photovoltaikanlagen speisen in regionale Mittelspannungsnetze ein.[1][3] Die rechtlichen Rahmenbedingungen dazu sind in Deutschland in der Mittelspannungsrichtlinie festgelegt.

Steuersignale[Bearbeiten]

Auf Mittelspannungsebene werden teilweise auch noch die so genannten Rundsteuersignale eingespeist, mit denen verschiedene Schalthandlungen auf Niederspannungsebene wie Tarifumschaltungen oder das Ein- und Ausschalten der Straßenbeleuchtung ausgelöst werden. In den meisten Fällen werden diese Signale aber mittlerweile mithilfe der Funkrundsteuertechnik übertragen.

Leitungen[Bearbeiten]

Mittelspannungsnetze sind im Regelfall in dicht verbauten Regionen als Erdkabel ausgeführt. Auch Leitungsabschnitte die durch Wälder führen, werden zunehmend als Erdkabel verlegt, um bei Windbruch Erdschlüsse zu vermeiden. In freien ländlichen Regionen sind Mittelspannungsleitungen, auch aus Kostengründen, als Freileitung ausgeführt.[4] Mittelspannungsfreileitungen werden auf Holz-, Beton oder Gittermasten installiert. Ihre Leiterseile können auch auf Masten, die auch Stromkreise für höhere Spannungen tragen, untergebracht sein. Mittelspannungsfreileitungen verwenden praktisch immer Einfachleiter. Erdseile sind bei reinen Mittelspannungsfreileitungen selten, ebenso Luftkabel zur Datenübertragung. Mittelspannungsfreileitungen verfügen über viele Abzweigleitungen, die häufig über Masttrenner verfügen, um diese Leitung gezielt vom Netz nehmen zu können. Ein weiteres typisches Element von Mittelspannungsleitungen sind Masttransformatoren zur Stromversorgung kleinerer Verbraucher. Bei Freileitungen werden auch im Mittelspannungsnetz Verfahren wie die automatische Wiedereinschaltung eingesetzt, da die Fehlerursache wie ein auf die Freileitung herabgefallener Ast, Blitzeinschlag o. ä. oft von selbst verschwindet, und damit die Versorgungssicherheit gesteigert werden kann.

Umspannstationen[Bearbeiten]

Umspannstationen in Mittelspannungsnetzen sind im Regelfall in geschlossenen Gebäuden untergebracht, welche in ländlichen Gegenden häufig als turmartiges Gebäude realisiert sind, an dessen Wand Mittel- und Niederspannungsleitungen enden können. Moderne Umspannstationen, insbesondere in Städten sind in containerartigen Fertigteilbauten untergebracht. Mittelspannungsumspannstationen können sich auch in Gebäuden befinden. Eine weitere Bauform der Umspannstation ist der auf einem Mast montierte Transformator, der sogenannte Masttransformator.

Länderspezifische Varianten[Bearbeiten]

Insbesondere in ländlichen Gebieten in Australien oder Kanada werden räumlich weit ausgedehnte Mittelspannungsnetze aus Kostengründen als einphasiges Single-Wire-Earth-Return-System (SWER) realisiert. Dabei wird auf Hochspannungsseite nur ein Leiterseil verlegt und die Erdung als betriebsmäßiger Leiter verwendet.

Naturschutz[Bearbeiten]

Am 31. Dezember 2012 ist im § 41Vorlage:§/Wartung/buzer des deutschen Bundesnaturschutzgesetzes die Regelung in Kraft getreten, dass an Freileitungen des Mittelspannungsnetzes mit hoher Gefährdung für Vögel entsprechende Schutzvorrichtungen wie Vogelschutzarmaturen anzubringen sind.[5]

Literatur[Bearbeiten]

  •  Rene Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 9. Auflage. Teubner+Vieweg, 2005, ISBN 978-3-519-36424-5.

Quellen[Bearbeiten]

  1. a b  Rene Flosdorff, Günther Hilgarth: Elektrische Energieverteilung. 9. Auflage. Teubner+Vieweg, 2005, ISBN 978-3-519-36424-5, Kapitel 1.
  2.  Fachhochschule Dortmund, Fachbereich Informations- und Elektrotechnik. RWE Rhein-Ruhr Netzservice GmbH (Hrsg.): Pausenschaltverfahren im Mittelspannungsverteilungsnetz. Heft 5, Nr. 109, ew - Magazin für die Energiewirtschaft, 2010, S. 36 - 40 (Online).
  3.  Vereinigung Deutscher Elektrizitätswerke (Hrsg.): Eigenerzeugungsanlagen am Mittelspannungsnetz, Richtlinie für Anschluß und Parallelbetrieb. VDEW - e.V., 1998 (http://www.svo-netz.de/ContentFiles/Downloads/Eigenerzeugungsanlagen_MS2010.pdf).
  4. Mittelspannungsnetze und Betriebsspannungen bei der Salzburg Netz GmbH.
  5. §41 Vogelschutz an Energiefreileitungen