Was ist eine Mittelspannungszelle und wofür wird sie verwendet?

Celdas de distribución primaria — *Primärverteilungsschaltanlagen*

Die Mittelspannungsschaltanlage ist eine der Die bekanntesten Elemente des Stromnetzes und ihre Rolle sind entscheidend für dessen ordnungsgemäßen Betrieb.

Das Stromnetz zu betrachten, ist wie der Blick auf ein riesiges und komplexes Spinnennetz – endlose Linien, die sich verflechten und Knotenpunkte bilden, durch die elektrische Energie fließt, um unseren Bedarf als Verbraucher zu decken. Diese Knotenpunkte enthalten zahlreiche technologische Elemente, die Teil der sogenannten elektrischen Betriebsmittel sind und sich an verschiedenen Stellen befinden. Jedes Element hat eine andere Funktion, aber alle verfolgen ein gemeinsames Ziel: sicherzustellen, dass die Energie die Endverbraucher kontinuierlich, effizient und sicher erreicht. Während wir die Hauptkomponenten dieser elektrischen Anlagen und ihre Gesamtfunktionen bereits ausführlich beschrieben haben, konzentrieren wir uns heute auf eines der wichtigsten und bekanntesten Systeme: die Mittelspannungsschaltanlage, auch Verteilschaltanlage genannt. Diese technologischen Meisterleistungen – Ergebnis jahrzehntelanger Entwicklung und Ingenieurskunst im Bereich der elektrischen Energie – spielen eine Schlüsselrolle für ein effektives Management des Stromnetzes. Sie tragen dazu bei, den potenziellen Zusammenbruch der übrigen elektrischen Anlagen bei Spannungs-, Strom- und/oder Frequenzproblemen zu verhindern, die Endverbraucher betreffen würden und unbedingt vermieden werden müssen. Die Schaltanlage empfängt Strom und verteilt ihn an den Transformator, der die Eingangsspannung anpasst. Vereinfacht ausgedrückt fungiert es wie ein riesiger Schalter im Bereich elektrischer Spannungen.

Darüber hinaus geht die Schaltanlage über diese Rolle hinaus und schützt den Transformator und die übrigen Elemente der Verteilungskette, wie beispielsweise die Niederspannungsschaltanlage, vor möglichen Netzstörungen. Mit anderen Worten: Schaltanlagen funktionieren wie große Schutzsicherungen, die andere Komponenten bei Spannungsschwankungen vor Schäden bewahren.

*Mittelspannungsschaltanlagen gehören zu den Schlüsselelementen der Mittelspannungsausrüstung und sind unter anderem Bestandteil von Umspannwerken. Konfigurationen.*

Überall dort, wo ein Endverbraucher Strom benötigt, sind Mittelspannungsschaltanlagen vorhanden. Sie werden eingesetzt, um elektrische Energie von Hochspannungsleitungen zu den Endverbrauchern zu verteilen, insbesondere für industrielle Anwendungen wie Fabriken, Bergbaubetriebe oder zur Anbindung erneuerbarer Energiequellen wie Solar-, Wasserkraft oder Windenergie an das Stromnetz. Daher sind diese Elemente für den Betrieb des Stromnetzes im Besonderen und unserer Gesellschaft im Allgemeinen von entscheidender Bedeutung.

Esquema-red-electrica-Baja-Tension — *Die Mittelspannungsschaltanlage: ein Kernelement der elektrischen Ausrüstung*

Welche Technologie verwenden diese Verteilerschaltanlagen?

Um all diese Funktionen zu erfüllen, arbeiten Schaltanlagen unter hoher elektrischer Spannung. Durch sie fließt Strom – entweder mit hoher oder mittlerer Spannung – was eine stabile, sichere und zuverlässige technologische Lösung erfordert, die die technischen Anforderungen jeder Installation erfüllt. Dies ist aus Sicht der Konstruktion und Fertigung keine leichte Aufgabe. Strom gelangt über das Stromnetz in die Anlage und muss zu anderen Komponenten geleitet oder je nach Bedarf unterbrochen werden.

Die modernsten Mittelspannungs-Schaltanlagen nutzen die sogenannte GIS-Technologie (gasisolierte Schaltanlagen). Diese Lösung verwendet verschiedene Gase als Isolatoren, um eine dichte Barriere im Inneren des Metallgehäuses zu schaffen, in der die dynamischen Elemente der Schaltanlage interagieren. Dies ermöglicht einen sicheren und effizienten Betrieb. Unter diesen Gasen sticht SF6 (Schwefelhexafluorid) hervor, das seit Jahrzehnten der dominierende Isolator in der Industrie ist, neben neuen und innovativen Lösungen auf Basis von industrieller natürlicher Luft, wie sie beispielsweise von Ormazabal in ihren cgm.zero24 und sbp.zero24-Lösungen eingesetzt werden. Diese Technologie ist das Ergebnis von über 10 Jahren kontinuierlicher Forschung und stellt einen evolutionären Schritt hin zu nachhaltiger Technologie dar.

Arten von Mittelspannungsschaltanlagen

Wie bereits erwähnt, können Schaltanlagen je nach den Anforderungen der gesamten elektrischen Anlage in verschiedenen Konfigurationen betrieben werden. Eine der wichtigsten Weiterentwicklungen in der Schaltanlagentechnologie ist die Möglichkeit, mehrere Einheiten miteinander zu verbinden, was in der Elektroindustrie üblicherweise als „Schaltanlagenverknüpfung“ bezeichnet wird. Diese Entwicklung ermöglicht es, dass verschiedene Konfigurationen von Schaltanlagen mit jeweils spezifischen Funktionen in einem einheitlichen System zusammenarbeiten. Der Schaltkreis durchläuft mehrere Einheiten, von denen jede einen spezifischen Zweck erfüllt, um eine vollständige Lösung zu schaffen.

Schaltanlagentypen nach Funktion

Unter den verschiedenen Schaltanlagentypen sind die folgenden am gebräuchlichsten:

Einspeise-/Ausgangsschaltanlagen: Verbinden und trennen elektrische Anlagen, die in das Schaltanlagensystem ein- oder austreten.

Sammelschienenschaltanlagen: Dienen dem mechanischen Schutz von Leitern, die mit Stromschienen, typischerweise in Installationen zu finden, die keinen elektrischen Schutz benötigen.

Sicherungsschutz-Schaltanlagen: Bietet Schutz für Mittelspannungstransformatoren auf Basis von Sicherungen.

Leistungsschalter-Schaltanlagen: Bietet Transformatorschutz und ermöglicht ein deutlich schnelleres Ein- und Ausschalten des Stromkreises als herkömmliche Schutzschaltanlagen.

Schaltanlagentypen nach Verteilung Phasen

Um die verschiedenen Arten von Mittelspannungsschaltanlagen zu verstehen, ist es wichtig, ihre Funktionen im Verteilungssystem zu erkennen. Je nach Leistungsbedarf der Anlage oder des Knotens werden Schaltanlagen in zwei Kategorien eingeteilt: Primärverteilung und Sekundärverteilung.

Primärverteilungsnetz: Dies ist die Phase des elektrischen Verteilungssystems, in der der Strom Umspannwerke erreicht, um transformiert und mit Mittelspannung an die nächste Stufe des Netzes oder direkt an energieintensive Verbraucher, wie z. B. Industrieanlagen, verteilt zu werden.
- Primärverteilungsschaltanlagen: Sie befinden sich weiter entfernt von den Verbrauchspunkten, hauptsächlich in Umspannwerken, und dienen als große Schalter zum Schutz der übrigen Anlagen. Diese finden sich auch bei Industriekunden mit hohem Strombedarf oder in Energieerzeugungsanlagen wie Umspannwerken für erneuerbare Energien.

Sekundärverteilungsnetz: Diese Phase passt die Spannungspegel an, um Verbraucher wie Haushalte, Büros und Krankenhäuser sicher und effizient zu versorgen. Sie nutzt Mittelspannungs-Umspannwerke, um die Spannung für die Niederspannungsnutzung durch den Endverbraucher herunterzutransformieren.
- Sekundärverteilungs-Schaltanlagen: Diese Schaltanlagen befinden sich in der Nähe von Verbrauchszentren und sind für die Transformation der Spannung von Mittel- auf Niederspannung unerlässlich. Sie befinden sich typischerweise in Umspannwerken oder in der Nähe des Endverbrauchers, zusammen mit anderen kritischen Mittelspannungsanlagen. Ihre Rolle beim Schutz und der Unterbrechung des Stromnetzes gewährleistet die Versorgung der Verbraucher und schützt das Netz vor möglichen Störungen.

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Wichtige Komponenten einer Verteilschaltanlage

Obwohl Schaltanlagen ein Schlüsselelement elektrischer Geräte sind, bestehen sie aus mehreren internen Komponenten. Schauen wir uns die wichtigsten genauer an:

Metallgehäuse: Die Struktur, die die internen Elemente beherbergt und als abgedichtetes Fach für den Stromfluss dient. Die Schaltanlage ist je nach Art der Schaltanlage in verschiedene Abschnitte unterteilt.

Interne Verdrahtung: Die Kabel, die Strom leiten und die internen Komponenten verbinden.

Isolatoren: Epoxidharz-Elemente wie Durchführungen oder Verbinder, die als Isolatoren zwischen verschiedenen abgedichteten Teilen dienen und so einen sicheren Betrieb gewährleisten.

Leistungsschalter: Geräte, die den Stromfluss in einem Stromkreis unterbrechen und Geräte vor Überstrom oder Kurzschlüssen schützen.