Schaltanlage

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Eine Schaltanlage ist eine Anlage, in der elektrische Energie verteilt oder umgespannt wird.

Freiluftschaltanlage in Frankfurt am Main

Allgemeine Informationen[Bearbeiten]

Freiluftschaltfeld beim Kernkraftwerk Grafenrheinfeld.

Schaltanlagen, genauer gesagt ihre Sammelschienen, bilden die „Knoten“ der Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze. Die in den Knoten ankommenden und abgehenden Leitungen werden als Abzweige bezeichnet. Man unterscheidet Abzweigungen für Einspeisungen, Abgänge und Kupplungen zu anderen Netzknoten. Wegen der Vielzahl der Abzweige und des für die großen Leitungsquerschnitte benötigten Anschlussraums werden die „Knoten“ als Sammelschienen realisiert. Praktisch alle Abzweige einer Schaltanlage werden über Schaltgeräte mit den Netzknoten verbunden.

In den Schaltanlagen erfolgt die eigentliche Stromverteilung und das Zusammenfassen von Lasten bzw. Verbrauchern. Schaltanlagen ermöglichen die Änderung der Netztopologie bei Störungen und das Freischalten und Erden von Betriebsmitteln für Wartungsarbeiten. Man unterscheidet Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltanlagen.

Kabelgärten werden auch zu den Schaltanlagen gerechnet, obwohl sie, wenn überhaupt, nur über Trennschalter verfügen.

Anforderungen an Schaltanlagen[Bearbeiten]

  • Gewährleistung einer gefahrlosen Bedienung
  • Kapselung, Abschottung und Abdeckung Hochspannung führender Teile (in Innenräumen)
  • Trennung und Erdungsmöglichkeit bei Wartungsarbeiten
  • Wartungsfreundlichkeit
  • Geringer Platzbedarf
  • Langzeitintegrität von Kontaktverbindungen
  • Begrenzung der Erwärmung stromführender Teile
  • Bei Freiluftanlagen ein weitflächiges Erdungsnetz sowie Blitzschutzeinrichtungen

Nieder- und Mittelspannung[Bearbeiten]

Trennschalter für 110 kV in einer Schaltanlage

Schaltanlagen für Nieder- und Mittelspannung werden stets in geschlossenen Gebäuden ausgeführt. Während Schaltanlagen für Niederspannung in normalen Räumen in geschlossenen Schränken untergebracht sind, befinden sich Schaltanlagen für Mittelspannung oft in geeigneten Schalträumen in sogenannten Schaltzellen, die untereinander mit sogenannten Sammelschienen in Verbindung stehen. Je nach Wichtigkeit sind diese als Einfachsammelschiene (mit Längstrennung), Doppelsammelschiene oder gar Dreifachsammelschiene ausgestattet.

Die räumliche getrennte Anordnung der Sammelschienen ermöglicht Arbeiten in einer Schaltzelle unter Einhaltung gewisser Sicherheitsregeln. Es muss nur das Kabel/Leitung, welche die Zelle versorgt hat, abgeschaltet und geerdet werden. Bei der Auslegung einer Sammelschiene werden Al- oder Cu-Schienen verwendet, die den maximalen zulässigen Dauerbelastungsstrom tragen müssen; das gilt für die Schienen selbst ebenso wie für Schraub-Verbindungsstellen zueinander und die Phasenabzweigungen zu Trennschaltern, Leistungsschaltern und sonstigen Betriebsmitteln.

Da die Aluminium-Schienen unter Einwirkung der von Stahlschrauben produzierten Anpresskräfte zum Fließen neigen, kommt es durch die Erwärmung im Betrieb allmählich zu einer Verschlechterung der Schienenschraubverbindungen bis zur Zerstörung. Der konsequente Einsatz von Spannscheiben aus rostfreiem Stahl (Niro) hält die Schienenanpresskräfte konstant, indem die Spannscheibe sich in der Länge ausdehnt. Die Anordnung der Stahlschrauben bei überlappenden Schienen sind lt. VDE-Vorschrift .... geregelt.

Moderne Mittelspannungsschaltanlagen werden vollgekapselt ausgeführt d.h. alle aktiven Teile wie Sammelschienen und Schaltgeräte sind im normalen Betrieb unzugänglich. Dies bedingt einen weitgehend wartungsfreien Aufbau der Sammelschienenverbindungen und der Schaltgeräte. Als Isoliermedien für den hermetisch verschlossenen Sammelschienenraum kommt bei gasisolierten Schaltanlagen das Gas SF6 (Stand der Technik) bzw. bei Schaltanlagen neuester Bauart eine Feststoffisolierung aus verschiedenen Giesharzen zum Einsatz. Schaltgeräte werden je nach Bemessungspannung und Kurzschlussausschaltvermögen als Vakuumschaltgeräte bzw. ebenfalls mit Gasisolierung ausgeführt.

Ist eine große Flexibilität beim Aufbau der Felder (z.B. mehrere Funktionen pro Feld) gefordert, so bieten klassische Schaltanlagen mit Luft als Isoliermedium mehr Freiraum bei der Planung und Erweiterung. Sie kommen vor allem in der Industrie zum Einsatz, wo standardisierte Kompaktschaltanlagen an die Grenzen der möglichen Funktionen stoßen. Für diese Schaltanlagen sind ebenfalls weitgehend wartungsfreie Schaltgeräte in Ausführung mit Vakuumschalter als Gasisolierte Schaltanlage (GIS) verfügbar. Bei Neubauten und Ertüchtigungen von Trafostationen kommen dagegen meist standardisierte Kompaktschaltanlagen (Ringkabelschaltanlagen mit ein bis drei Trafoabgängen) mit Feststoffisolierung oder in GIS-Ausführung zum Einsatz.

Hoch- und Höchstspannung[Bearbeiten]

Gasisolierte Schaltanlage für 110 kV im Umspannwerk Simmering

Schaltanlagen für Hoch- und Höchstspannung werden entweder als Freiluftschaltanlage oder als gasisolierte Schaltanlage errichtet. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass ein Isoliergas wie SF6 genutzt wird, wodurch die vollständig gekapselten Schaltanlagen wesentlich kompakter und auf kleinerem Raum aufgebaut werden können.

Der Platzbedarf von gasisolierten Schaltanlagen beträgt ca. 1/10 dessen von Freiluftschaltanlagen, wodurch diese Anlagen in Hallen untergebracht werden können. Dafür sind Kosten und Wartungsaufwand höher als bei Freiluftschaltanlagen, weshalb gasisolierte Anlagen vor allem in dicht bebauten städtischen Gebieten mit geringem Platzangebot Anwendung finden.

Besondere Schaltanlagen[Bearbeiten]

Besondere Schaltanlagen sind Stromrichterstationen für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) und Bahnstromumformerwerke. Eine weitere Form besonderer Schaltanlagen trifft man bei Antennenschaltern von Großsendern mit umschaltbarer Richtcharakteristik an. Auch ein Sondertyp sind Trägerfrequenzsignal-Relaisstationen oder Anlagen zur Auskopplung von Trägerfrequenzsignalen[1].

Sicherheitsvorschriften[Bearbeiten]

Unbefugten ist wegen der Gefahr der teilweise zugänglichen Hochspannungsteile das Betreten von Schaltanlagen untersagt. In Deutschland müssen die Anlagen mit verschlossenen, von innen jedoch zu öffnenden Türen ausgerüstet sein (Panikschloss). Freiluftschaltanlagen müssen mit einem 1,80 Meter hohen Zaun umgeben sein, der oft mit der Stationserdung oder einem separaten Potentialsteuerring verbunden ist. Der Zugang in die Bereiche mit Hochspannungsanlagen ist nur entsprechend unterwiesenen Personen möglich.

Geschichte[Bearbeiten]

Schaltanlage um 1910

Schaltanlagen sind so alt wie die Gewinnung von elektrischer Energie. Die ersten Ausführungen waren sehr einfach: alle notwendigen Bestandteile wurden an einer Wand befestigt. Als man später Anlagen auf Holztafeln montierte, konnte man zum ersten Mal von Schalttafeln im engeren Sinne sprechen. Zur Vermeidung von Bränden wurde das Holz schließlich durch Schiefer oder Marmor ersetzt. Damit ging ein weiterer Fortschritt einher, denn die Schalt- und Messgeräte konnten auf der Vorderseite angebracht werden, während die Verkabelung auf der Rückseite erfolgte.

Während in der Anfangszeit bei den Schaltanlagen Personal vor Ort tätig war um die einzelnen Schalthandlungen manuell auszuführen, wurden in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts sowohl Schaltanlagen als auch Umspannwerke von zentralen Leitstellen mittels Leittechnik zunehmend ferngesteuert. Heutzutage zählen Schalt- und Umspannwerke zu den Anlagen mit höchsten Automatisierungsgrad: Dabei werden bis zu einigen 100 Schaltanlagen und Umspannwerke von einer zentralen Leitstelle automatisiert gesteuert und fernüberwacht. Personal ist nur anlassbezogen, beispielsweise für Wartungsarbeiten, vor Ort.

Literatur[Bearbeiten]

  • Manfred Lindmayer (Hrsg.): Schaltgeräte. Springer, Berlin 1987, ISBN 3-540-16706-4
  • Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme – Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, Springer, 2006, ISBN 3-540-29664-6
  • Hennig Gremmel (Hrsg.): Schaltanlagen Handbuch. 11., neubearb. Aufl., Cornelsen, Berlin 2006, ISBN 978-3-589-24102-6
  •  Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft (Hrsg.): AEG Hilfsbuch für elektrische Licht- und Kraftanlagen. 6. Auflage. W. Girardet, Essen 1953.

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. http://vk.com/photo-9056086_271053720

Weblinks[Bearbeiten]

 Commons: Schaltanlage – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien