Umspannwerke

Umspannwerke sind die Knotenpunkte in der Energieverteilung. Sie haben die Aufgabe, die elektrische Energie auf die für die Übertragung notwendigen unterschiedlich hohen Spannungen umzuwandeln, andererseits erfolgt von ihnen aus die Verteilung auf die weiteren Streckenabschnitte.

In den meisten Fällen werden sie im Freien gebaut. Man nennt sie Freiluftanlagen. In Ballungsräumen und um das Landschaftsbild zu schonen, werden auch Innenraumanlagen gebaut.

Die Größe der Umspannwerke hängt natürlich auch von der Größe der zu versorgenden Bezirke ab. Die Verbindung zwischen verschiedenen Höchst- und Hochspannungsleitungen beziehungsweise die Umwandlung zwischen den einzelnen Spannungen erfolgt in großen Freiluftumspannwerken.

Die Versorgungsspannung von größeren Ortschaften oder Kleinstädten liegt im Allgemeinen bei 20 000 Volt. Die in der Nähe dieser Ortschaften beziehungsweise Städte liegenden Umspannwerke müssen daher die Spannung aus dem 110-kV-Netz auf die Versorgungsspannung von 20 kV umwandeln.

Die Umwandlung auf die für die Kunden notwendige Spannung von 230/400 Volt erfolgt dann in so genannten Trafostationen.

Die von Hochspannungsleitungen kommenden Leiterseile werden auf einem Gerüst abgespannt.

Trennschalter dürfen nur leistungslos geschaltet werden, das heißt, dass keine Stromabnehmer, keine Trafos im Leerlauf angeschlossen sind. Sie benötigen daher keine Vorrichtung zum Löschen des Lichtbogens.

Die Aufgabe von Trennschaltern ist die sichtbare Abtrennung von Anlagenteilen für Revisionsarbeiten, um diese im spannungslosen Zustand gefahrlos durchführen zu können. Trennschalter werden stets auf der spannungsführenden Seite von Schaltanlagen eingebaut. Bei doppelseitiger Speisung von Anlagen werden sie daher auf beiden Seiten des Leistungsschalters eingesetzt. Je nach Spannungsebene werden unterschiedliche Bauformen verwendet.

Im Mittelspannungsbereich und Hochspannungsbereich bis zu 110 kV werden so genannte Hebel-Stech-Trennschalter oder kurz Hebeltrennschalter bzw. Drehtrennschalter verwendet. In Mittelspannungsanlagen (10 kV bis 30 kV) können für relativ geringe Nennströme so genannte Lasttrennschalter verwendet werden. Das sind Trennschalter mit einer sichtbaren Trennstrecke und einer Lichtbogenlöscheinrichtung an den Stützen des Einschlagkontaktes.

Im Hochspannungsbereich von 220 kV aufwärts werden Greifer- oder Scherentrennschalter eingesetzt. Der Schaltvorgang kann bei Spannungen von weniger als 30 kV händisch oder sonst durch eine Motor- bzw. Druckluftsteuerung erfolgen. Die Schaltgeschwindigkeit ist in allen Fällen sehr gering. Bei den Schaltvorgängen kommt es oft zu kleineren Funkenüberschlägen. Die Ursache dafür liegt nur in der Kapazität der Anlage und entspricht mehr oder weniger elektrostatischen Entladungserscheinungen. Die dabei auftretenden Ströme sind geringer als 1 Ampere. Bedingt durch die hohe Spannung ist jedoch die Leistung relativ hoch.

Leistungsschalter müssen die Strom führenden Leitungen auch unter maximaler Strombelastung (z. B. im Kurzschlussfall) abschalten können. Da beim bloßen Öffnen der Strom führenden Kontakte ein Lichtbogen entsteht, müssen dies geeignete Vorrichtungen verhindern. Unter Lichtbogen versteht man den Stromfluss, das heißt die Bewegung der Ladungsträger in der Luft zwischen den Kontaktstellen. Dieser Lichtbogen ist sehr heiß (bis zu 10 000 °C) und würde sofort den gesamten Schalter zerstören.

Im Leistungsschalter müssen daher die beweglichen Teile des Schalters sehr schnell getrennt werden (50 bis 100 Millisekunden). Die dafür notwendigen hohen Schaltkräfte werden durch Druckluft- oder Hydraulikantriebe oder Federkraftspeicher erreicht. Jeder Schaltvorgang ist daher auch mit einem lauten Knall verbunden.

Die Löschung des Lichtbogens durch Kühlung und Entionisierung erfolgt in den meisten Fällen durch Öl oder Gas (SF6). Dementsprechend werden in Umspannwerken auch so genannte Ölstrahlleistungsschalter und SF6-Leistungsschalter verwendet.

Außerdem werden noch Druckluft- und Vakuumleistungsschalter verwendet.

Die geschalteten Stromstärken betragen im Normalfall 1 000 bis 2 000 Ampere. Im Kurzschlussfall kann die Stromstärke bis zu 50 000 Ampere betragen.