Transformatoren-Umspannwerke: Typen, Aufbau und Neutralleiter-Systeme

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Ein Transformator-Umspannwerk ist eine Einrichtung, die die durchschnittliche Spannungsverteilung von Hochspannungsleitungen auf Mittel- oder Niederspannungsnetze für die Versorgung von Leitungen oder Industriegebäuden reduziert.

Klassifizierung nach Standort

Je nach Lage können Umspannwerke eingestuft werden in:

Außen- oder externe Umspannwerke

Bearbeitungszentren (Umspannwerke) sind auf Pfählen oder Sockeln errichtet. Schaltanlagen und Transformatoren sind auf Beton- oder Stahlträgern gelagert.

Interne Umspannwerke

Diese befinden sich in Gebäuden, wobei die Stellfläche halbeingebaut oder unterirdisch sein kann. Heutzutage werden diese Gebäude oft vorgefertigt.

Aufbau der Schaltanlagen (CT)

Je nach konstruktiver Ausführung können die CTs (Compact Transformer oder Schaltanlagen) in Räumen wie folgt angebracht werden:

Offene Bauweise

Gehäuse oder Zellen, in denen die Elemente platziert sind. Die CTs sind durch Trennwände voneinander getrennt und können eine offene oder geschlossene Front aufweisen.

Fertigbauten-Zelle

Schaltanlagen sind mit mechanisch verbundenen Gelenken ausgestattet.

Kompaktbauweise (Compact)

Die CT-Schaltanlagen sind in einer kompakten Isolierung jeder einzelnen Zelle untergebracht, oft mit Schwefelhexafluorid (SF6), was sehr wenig Platz einnimmt.

Klassifizierung nach Verbindung zur Mittelspannungsleitung (MV)

Nach der Verbindung zur MV-Leitung, die die Verteilung elektrischer Energie versorgt, kann unterschieden werden:

Einfache Ableitung über Luft (Luftleitung)

Von einer MV-Leitung eines Umspannwerks, das eine Hoch- auf Mittelspannung reduziert, erfolgt eine direkte Verbindung zu den Umspannwerken. Diese Verteilung wird typischerweise in ländlichen Gebieten eingesetzt.

Ringnetz

In einem Ringnetzwerk der Mittelspannung besitzt jedes einzelne Umspannwerk zwei Schalter: einen Eingang und einen Ausgang für die Linie. Der Ausgangsschalter ist mit dem Eingang eines anderen Umspannwerks verbunden und so weiter, bis die Linie zur Unterstation zurückkehrt, die die MV-Verteilung speist.

Doppel-Bypass-Betrieb

Das Umspannwerk ist durch zwei Schalter mit Linien verbunden, die von zwei verschiedenen Mittelspannungs-Umspannwerken kommen. Diese Funktion ermöglicht die Versorgung des Umspannwerks, selbst wenn ein Fehler in einer der elektrischen Leitungen auftritt.

Klassifizierung nach Verwendung

Nach ihrem Verwendungszweck werden sie wie folgt eingestuft:

Verteilungszentren (Distributionszentren)

Diese gehören dem Energieversorgungsunternehmen. Sie speisen die Verbraucher im Niederspannungsnetz (BT).

Kunden-Umspannwerke (Abonnenten-Center)

Diese gehören dem Kunden. In einigen Fällen übernimmt der Lieferant die Wartung des Umspannwerks und es geht nach einer gewissen Zeit in dessen Eigentum über. Sie verfügen über Geräte zur Messung des Energieverbrauchs. Je nach Standort dieser Geräte können sie zwei Formen annehmen:

• Als Niederspannungs-Messung (BT), die oft im Freien auf Stützen montiert ist.
• Als Mittelspannungs-Messung (AT), oft in Innenräumen, mit einer Messzelle, die die Strukturen und Spannungswandler enthält, welche die Leistungsmessgeräte versorgen.

Neutralleiter-Systeme im Umspannwerk (CT)

TT-System

Der Neutralleiter des Transformators und die Massen der Betriebsmittel sind mit der Erde verbunden. Dies ist das in Wohnhäusern und Gebäuden verwendete System. Eine Fehlerstrom-Schutzeinrichtung schaltet bei Erdschluss ab.

TN-System

Der Neutralleiter des Transformators ist geerdet, und die Massen der Betriebsmittel sind mit dem Schutzleiter verbunden.

IT-System

Der Transformator-Neutralleiter ist isoliert oder über eine hohe Impedanz (z. B. 2000 Ohm) geerdet, und die Massen der Betriebsmittel sind nicht geerdet. Unternehmen können sich für diese Anordnung entscheiden, da ein System die Isolierung der Anlage gegen Erde überwacht. Bei einem einzigen Fehler löst der Controller eine Warnung aus; erst bei einem zweiten Fehler erfolgt die Standardabschaltung. Dieses System ermöglicht eine bessere Kontinuität der Dienstleistung, erfordert jedoch Wartungspersonal, um den Fehler schnell nach der ersten Warnung des Isolationswächters zu beheben.