Karriere bei Amprion

Umspannanlage

Ein Mitarbeiter der Amprion GmbH in der Umspannanlage / Umspannwerk.

Umspannanlagen sind die Knotenpunkte unseres Übertragungsnetzes. Sie übernehmen verschiedene Aufgaben, die für den reibungslosen Betrieb unseres Netzes entscheidend sind. Ihre Hauptaufgaben: das „Ein- und Ausschalten“ der Stromleitungen und das Umspannen der elektrischen Energie auf eine andere Spannungsebene. Techniker sprechen daher von „Schalt- und Umspannanlagen“, die wir hier jedoch vereinfacht als „Umspannanlagen“ bezeichnen.

Zur Steuerung und Überwachung der Anlagen kommen hochverfügbare digitale Geräte der Schutz- und Leittechnik zum Einsatz. Die Übertragung der Daten zur Zentrale bzw. in die Anlage erfolgt dabei höchst sicher über unser eigenes Nachrichtennetz, das wir unabhängig vom öffentlichen Informationsnetz betreiben.

Spannung rauf oder runter – das Umspannen

Unsere Anlagen verbinden das Übertragungsnetz mit den Verteilnetzen, den Betriebsstätten großer Industrieunternehmen sowie den Stromerzeugungsanlagen. Damit der Stromtransport reibungslos funktioniert, muss die Spannung den Anforderungen der Kunden entsprechend angepasst werden. Für das sogenannte „Umspannen“ – zum Beispiel von 380 auf 110 Kilovolt – sind leistungsstarke Transformatoren zuständig.

Leitung ein oder aus – das Schalten

In unseren Schaltanlagen laufen Freileitungen und Erdkabel zusammen, die sich bedarfsgerecht ein- oder ausschalten lassen.

Das Schalten übernehmen dabei sogenannte Leistungsschalter, die im Normalbetrieb – im Fehlerfall automatisiert – ein sicheres Abschalten des elektrischen Stroms ermöglichen. Unsere Anlagen steuern und überwachen wir von zentraler Stelle. Diese Aufgabe übernehmen unsere Ingenieure in den Netzleitstellen in Rommerskirchen und Hoheneck. Bei ihnen gehen Messwerte aus allen Anlagen ein, die unter anderem darüber Auskunft geben, wie stark einzelne Leitungen ausgelastet sind. Durch diese Daten können wir sicherstellen, dass der Strom seinen Bestimmungsort erreicht und dabei unser Netz nicht überlastet. Des Weiteren überwachen wir die Höhe der Spannung und stellen sie auf zulässige Werte ein.

Schaltanlagen sind bereits mehr als 80 Jahre Teil des Höchstspannungsnetzes. Ihr Aufbau und ihre einzelnen Bestandteile haben sich aber seither grundlegend weiterentwickelt. Heute arbeiten wir mit innovativen Technologien und Schaltungskonzepten, die uns zahlreiche Vorteile bieten. Dazu zählt die Ausrüstung unserer Anlagen mit mehreren Sammelschienen. Wir haben also Reserven bzw. Redundanzen geschaffen.

Dadurch verfügen wir über mehrere Möglichkeiten, die in der Anlage ankommenden und abgehenden Stromleitungen miteinander zu verbinden. Diese Flexibilität führt auch zu einer höheren Zuverlässigkeit unseres Netzes. Denn im Falle eines Fehlers können wir auf eine Reserveschiene zurückgreifen und den Strom über eine alternative Route leiten. Ein weiterer Vorteil: Durch die flexible Verschaltung der Leitungen lässt sich der Fluss der elektrischen Energie im Netz in gewissen Grenzen steuern. Das hilft uns, die Überlastung einzelner Leitungsabschnitte zu vermeiden. Da unsere Schaltanlagen außerdem eine zusätzliche Umgehungsschiene enthalten, können wir die Leitung auch bei Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten innerhalb der Anlage in Betrieb halten. Dieser erhöhte Aufwand in unseren Umspannanlagen stellt sicher, dass wir die benötigten Freileitungen stets betreiben und somit Engpässe im Übertragungsnetz vermeiden können. Diese Engpässe lösen hohe Kosten aus, die in der Fachsprache als Redispatch bezeichnet werden.

Stabil halten – die Blindleistung

Unsere Anlagen haben zunehmend eine weitere wichtige Funktion: Sie stabilisieren das Spannungsniveau im Netz. Beim Transport von Wechselstrom bauen sich permanent magnetische und elektrische Felder auf und ab – das ist eine physikalische Eigenschaft von Wechselstromleitungen. Dafür wird die sogenannte Blindleistung benötigt. Der Transport von Blindleistung belastet jedoch die Stromleitungen und reduziert die nutzbare Übertragungsleistung, die sogenannte Wirkleistung.

Bisher wurde Blindleistung vor allem durch die Generatoren von konventionellen Großkraftwerken bereitgestellt. Weil im Zuge der Energiewende viele dieser Kraftwerke vom Netz gehen, errichtet Amprion verstärkt sogenannte Blindleistungs-Kompensationsanlagen. Dazu zählen Drosselspulen, die schon jetzt in vielen Amprion-Umspannanlagen installiert sind. Drosselspulen ähneln großen Transformatoren. Wir schalten sie immer dann ins Netz, wenn die Spannung auf einer Leitung zu hoch ist. Die Drosselspulen kompensieren Blindleistung und senken damit die Spannung auf der Leitung wieder ab. Im gegenteiligen Fall, also bei zu niedriger Spannung auf einer Leitung, kommen Kondensatorbänke zum Einsatz. Zukünftig nutzen wir auch leistungselektronische Kompensationsanlagen sowie Synchrongeneratoren (sogenannte rotierende Phasenschieber), die Blindleistung flexibel zur Verfügung stellen und dadurch die Spannung sowohl anheben als auch absenken können.

Der Aufbau einer Umspannanlage

Obwohl es unterschiedliche Bauformen gibt, sind doch alle Umspannanlagen von Amprion nach einem ähnlichen Prinzip modular aufgebaut. Das sichert den effizienten Bau und Betrieb unserer Anlagen. Grundsätzlich sind die erforderlichen Schaltgeräte und Messeinrichtungen für jeden Leitungs-Stromkreis und Transformator innerhalb der Umspannanlage nah beieinander angeordnet. Wir sprechen hier von dem sogenannten Schaltfeld. Verbunden sind die Schaltfelder durch Sammelschienen und Kupplungen. Konkret besteht eine Umspannanlage aus folgenden wesentlichen Bauteilen:

Die Zeichnung zeigt den schematischen Aufbau einer Umspannlage. Die nachstehend erklärten Komponenten sind hier von Links nach Rechts nebeneinander dargestellt und miteinander verbunden.
Schematischer Aufbau einer Umspannanlage

Der Weg des Stroms in der Umspannanlage

Von der ankommenden Leitung bis zur abgehenden Leitung fließt der Strom über verschiedene Schaltgeräte, Sammelschienen und Transformatoren, die die Spannung ändern. Zu jedem Leitungs-Stromkreis gehören drei Leiterseile. Erreicht der Strom die Umspannanlage, wird er deswegen über jeweils drei nebeneinander angeordnete Schaltgeräte weitergeleitet.

Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt einen stilisierten Transformator.
1. Der Transformator ist das Herzstück einer Umspannanlage. Er wandelt die Spannung von zum Beispiel 380 nach 220 oder 110 Kilovolt um. Die hierfür erforderlichen Spulen befinden sich in dem Gehäuse des Transformators, dem sogenannten Kessel. Zur Isolation und Kühlung wird Öl verwendet. Transformatoren sind äußerst zuverlässig und Schäden somit sehr selten. Damit es dennoch im Falle eines auftretenden Lecks nicht zu Verunreinigungen des Bodens kommt, stehen sie auf Betonwannen. Unsere größten Transformatoren haben heute eine elektrische Leistung von bis zu 600 Megavoltampere und ein Gewicht von bis zu 450 Tonnen. Mit ihnen können wir rund 600.000 Menschen mit Strom versorgen.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeig einen sogenannten Messwandler. Er sieht aus wie ein geriffelter Pylon.
2. Messwandler gehören zu den Kontrollinstrumenten der Umspannanlage. Sie erfassen die Spannung sowie die Stromstärke. Diese Werte werden an die örtlich installierten Schutz- und Leittechnikeinrichtungen sowie an unsere Netzleitstellen in Rommerskirchen und Hoheneck übermittelt. Unsere dortigen Ingenieure erkennen unter anderem anhand dieser Werte, wie stark ein Stromkreis ausgelastet ist und wie hoch die Spannung ist.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt ein in Gitterkonstruktion ausgeführtes Portal.
3. Das Abspanngerüst ist ein meist in Gitterkonstruktion ausgeführtes Portal, an dem die Seile der Freileitungen befestigt und abgespannt werden. Diese Konstruktion trägt das Eigengewicht der Seile und nimmt die Kräfte auf, die durch Wind und Eis auf die Seile wirken. Zu einem Freileitungs-Stromkreis gehören drei Leiterseile.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt einen sogenannten Überspannungsableiter. Er sieht aus wie ein Pylon mit einer von oben nach unten aufgesetzten Kappe.
4. Der Überspannungsableiter schützt die wesentlichen Bauteile der Umspannanlage vor zu hohen elektrischen Spannungen (zum Beispiel bei Gewittern). So bewahrt er Anlagenteile wie etwa die Transformatoren vor Schäden.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt einen sogenannten Leistungstrennschalter. Er sieht aus wie zwei durch eine Klappbrücke verbundene Säulen.
5. Der Leitungstrennschalter trennt den Freileitungs-Stromkreis und die Umspannanlage sichtbar voneinander. Dieser Schalter darf nicht unter Last - also wenn Strom fließt - geschaltet werden. Man kann das vergleichen mit dem Ziehen des Steckers eines Haushaltsgerätes - es sollte dabei stets abgeschaltet sein. Die eigentliche Stromabschaltung erfolgt dagegen über den Leistungsschalter.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt einen sogenannten Leistungsschalter. Er sieht aus wie ein geriffeltes "T" mit einem Kasten am unteren Ende.
6. Den Leistungsschalter kann man sich als eine Mischung aus Sicherung und Hauptschalter der Schaltfelder vorstellen. Nur der Leistungsschalter kann die hohen Stromstärken im Regelbetrieb oder bei Kurzschlüssen schalten. Dafür ist er besonders konstruiert: Seine Kontakte laufen in einer Kapsel, die mit Isoliergas gefüllt ist. Es löscht den Lichtbogen, der beim Schalten in der Kapsel entsteht. Leistungsschalter und Trennschalter werden von den Netzleitstellen aus ferngesteuert.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigte eine sogenannte Sammelschiene. Diese besteht aus mehreren, hintereinanderliegenden, auf Ständern befestigte Rohre.
7. Eine Sammelschiene lässt sich mit einer Mehrfachsteckerleiste vergleichen. Sie verbindet verschiedene Schaltfelder miteinander. Eine Umspannanlage besteht meistens aus mehreren Sammelschienen. So können wir Stromkreise oder Transformatoren bedarfsgerecht flexibel in getrennten Gruppen zusammenschalten und somit die Leistungsflüsse im Netz besser steuern.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt einen sogenannten Sammelschienentrennschalter.
8. Der Sammelschienentrennschalter funktioniert wie der Leitungstrennschalter und verbindet die unterschiedlichen Elemente der Umspannanlage mit der Sammelschiene, also die Freileitung, die Kupplung oder den Transformator.
Die blaue Zeichnung auf weißem Grund zeigt ein stilisiertes Gebäude, länger als breit.
9. Im Betriebsgebäude befindet sich die Schutz-, Leit- und Nachrichtentechnik. Hier laufen die Messwerte der gesamten Umspannanlage zusammen, so dass alle Elemente sehr schnell gesteuert und kontrolliert werden können. Diese Daten werden auch an unsere Leitstellen in Rommerskirchen und Hoheneck übertragen. Außerdem beherbergt das Betriebsgebäude eine eigene Stromversorgung inklusive Batterieanlagen. Sie tragen dazu bei, den störungsfreien Betrieb der Umspannanlage jederzeit zu gewährleisten.
Broschüre "Schalt- und Umspannanlagen – Knotenpunkte unseres Stromnetzes" (pdf)