Schalt- und Umspannanlage

Ein Mitarbeiter der Amprion GmbH in der Umspannanlage / Umspannwerk.

Schalt- und Umspannanlagen sind die Knotenpunkte unseres Übertragungsnetzes. Sie übernehmen verschiedene Aufgaben, die für den reibungslosen Betrieb unseres Netzes entscheidend sind. Ihre Hauptaufgaben sind das Ein- und Ausschalten der Stromleitungen und das Umspannen der elektrischen Energie auf eine andere Spannungsebene.

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 Umspannen elektrischer Energie – 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 ein sicheres Abschalten des elektrischen Stroms ermöglichen. Im Fehlerfall schalten sich Teile der Anlage oder betroffene Leitungen automatisch aus. Unsere Anlagen steuern und überwachen wir von zentraler Stelle. Diese Aufgabe übernehmen unsere Ingenieur*innen 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 sowie die Frequenz und stellen sie bedarfsgerecht ein.

Auf Nummer sicher – Redundanzen

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 der Betrieb unserer Anlagen mit mehreren Sammelschienen. Wir haben also Reserven beziehungsweise 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 und Sicherheit 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, einzelne Leitungsabschnitte proaktiv zu steuern. Da unsere Schaltanlagen außerdem eine zusätzliche Umgehungsschiene enthalten, können wir die Leitung auch bei Wartungs- und Instandsetzungsarbeiten an den Schaltern unterbrechungsfrei weiterbetreiben.

Neue Anlagen und moderne Technik

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. Diese belastet jedoch die Leitungen im Netz und reduziert die nutzbare Übertragungsleistung, die sogenannte Wirkleistung.

Blindleistungskompensation – Spannung stabilisieren

Bisher wurde Blindleistung vor allem durch die Generatoren von konventionellen Großkraftwerken bereitgestellt. Im Zuge der Energiewende gehen viele dieser Kraftwerke vom Netz. Gleichzeitig steigt der Blindleistungsbedarf des Netzes, weil immer größere Leistungen über große Distanzen übertragen werden müssen. Deshalb errichtet Amprion verstärkt sogenannte Blindleistungs-Kompensationsanlagen, welche die Bereitstellung von Blindleistung übernehmen. Dabei wird zwischen statischen Kompensationsanlagen (zum Beispiel Drosselspulen oder MSCDN-Anlagen) und dynamischen Kompensationsanlagen (zum Beispiel STATCOM oder rotierende Phasenschieber) unterschieden. Im Gegensatz zu statischen können dynamische Kompensationsanlagen eine stufenlos einstellbare Blindleistung abgeben oder aufnehmen und sehr schnell auf sich ändernde Netzzustände reagieren.

Die Lastflusssteuerung – Leitungen entlasten

Seit einigen Jahren wächst die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien schneller als das Übertragungsnetz. Dadurch gerät es zunehmend an seine Grenzen. Die Folge sind kostspielige Eingriffe in den Netzbetrieb. Die Kosten dafür werden über die Netzentgelte auf private Haushalte und Unternehmen umgelegt. Damit Strom aus erneuerbaren Energien zuverlässig fließen kann, setzt Amprion im Netz systematisch leistungsfähige Technologien ein, wozu auch Phasenschiebertransformatoren gehören. Mit ihrer Hilfe können die Netzbetreiber den Weg steuern, den der Strom nimmt.

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:

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.