Schaltanlage

Eine Schaltanlage ist eine Anlage, in der elektrische Energie verteilt oder umgespannt wird.

Freiluftschaltanlage in Frankfurt am Main

Allgemeine Informationen

Freiluftschaltfeld bei dem Kernkraftwerk Grafenrheinfeld.

Schaltanlagen, genauer gesagt ihre Sammelschienen, bilden die „Knoten“ der Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze. Die in den Knoten ankommenden und abgehenden Leitungen werden als Abzweige bezeichnet. Man unterscheidet Abzweigungen für Einspeisungen, Abgänge und Kupplungen zu anderen Netzknoten. Wegen der Vielzahl der Abzweige und des für die großen Leitungsquerschnitte benötigten Anschlussraums werden die „Knoten“ als Sammelschienen realisiert. Praktisch alle Abzweige einer Schaltanlage werden über Schaltgeräte mit den Netzknoten verbunden.

In den Schaltanlagen erfolgt die eigentliche Stromverteilung und das Zusammenfassen von Lasten bzw. Verbrauchern. Schaltanlagen ermöglichen die Änderung der Netztopologie bei Störungen und das Freischalten und Erden von Betriebsmitteln für Wartungsarbeiten. Man unterscheidet Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsschaltanlagen.

Kabelgärten werden auch zu den Schaltanlagen gerechnet, obwohl sie, wenn überhaupt, nur über Trennschalter verfügen.

Anforderungen an Schaltanlagen

• Gewährleistung einer gefahrlosen Bedienung
• Kapselung, Abschottung und Abdeckung Hochspannung führender Teile (in Innenräumen)
• Trennung und Erdungsmöglichkeit bei Wartungsarbeiten
• Wartungsfreundlichkeit
• Geringer Platzbedarf
• Langzeitintegrität von Kontaktverbindungen
• Begrenzung der Erwärmung stromführender Teile
• Bei Freiluftanlagen ein weitflächiges Erdungsnetz sowie Blitzschutzeinrichtungen

Nieder- und Mittelspannung

Trennschalter für 110 kV in einer Schaltanlage

Schaltanlagen für Nieder- und Mittelspannung werden stets in geschlossenen Gebäuden ausgeführt. Während Schaltanlagen für Niederspannung in normalen Räumen in geschlossenen Schränken untergebracht sind, befinden sich Schaltanlagen für Mittelspannung oft in geeigneten Schalträumen in sogenannten Schaltzellen, die untereinander mit sogenannten Sammelschienen in Verbindung stehen. Je nach Wichtigkeit sind diese als Einfachsammelschiene (mit Längstrennung), Doppelsammelschiene oder gar Dreifachsammelschiene ausgestattet. Die räumliche getrennte Anordnung der Sammelschienen ermöglicht Arbeiten in einer Schaltzelle unter Einhaltung gewisser Sicherheitsregeln. Es muss nur das Kabel/Leitung, welche die Zelle versorgt hat, abgeschaltet und geerdet werden. Bei der Auslegung einer Sammelschiene werden Al- oder Cu-Schienen verwendet, die den maximalen zulässigen Dauerbelastungsstrom tragen müssen; dies gilt für die Schienen selbst ebenso wie für Schraub-Verbindungsstellen zueinander und die Phasenabzweigungen zu Trennschaltern, Leistungsschaltern und sonstigen Betriebsmitteln. Da die Aluminium-Schienen unter Einwirkung der von Stahlschrauben produzierten Anpresskräfte zum Fließen neigen, kommt es allmählich zu einer Erwärmung und Verschlechterung der Schienenschraubverbindungen bis zur Zerstörung. Der konsequente Einsatz von Spannscheiben aus rostfreiem Stahl (Niro) hält die Schienenanpresskräfte konstant, indem die Spannscheibe sich in der Länge ausdehnt. Die Anordnung der Stahlschrauben bei überlappenden Schienen sind lt. VDE-Vorschrift .... geregelt. Moderne Mittelspannungsschaltanlagen werden vollgekapselt und mit Vakuumschalter ausgeführt; früher wurden sie luftisoliert mit ölarmen Leistungsschaltern oder in kompakter Bauweise mit SF6-Isolierung gebaut.

Hoch- und Höchstspannung

Gasisolierte Schaltanlage für 110 kV im Umspannwerk Simmering

Schaltanlagen für Hoch- und Höchstspannung werden entweder als Freiluftschaltanlage oder als gasisolierte Schaltanlage errichtet. Der hauptsächliche Unterschied besteht darin, dass ein Isoliergas wie SF₆ genutzt wird, wodurch die vollständig gekapselten Schaltanlagen wesentlich kompakter und auf kleinerem Raum aufgebaut werden können.

Der Platzbedarf von gasisolierten Schaltanlagen beträgt ca. 1/10 von dem Platzbedarf von Freiluftschaltanlagen, womit diese Anlagen in Hallen untergebracht werden können. Dafür sind die Kosten und Wartungsaufwand höher als bei Freiluftschaltanlagen, womit gasisolierte Anlagen vor allem in dicht verbauten städtischen Gebieten mit geringem Platzangebot Anwendung finden.

Besondere Schaltanlagen

Besondere Schaltanlagen sind Stromrichterstationen für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung und Bahnstromumformerwerke. Eine weitere Form besonderer Schaltanlagen trifft man bei Antennenschaltern von Großsendern mit umschaltbarer Richtcharakteristik an.

Sicherheitsvorschriften

Unbefugten ist wegen der Gefahr der teilweise zugänglichen Hochspannungsteile das Betreten von Schaltanlagen untersagt. In Deutschland müssen die Anlagen mit verschlossenen, von innen jedoch zu öffnenden Türen ausgerüstet sein (Panikschloss). Freiluftschaltanlagen müssen mit einem 1,80 Meter hohen Zaun umgeben sein, der oftmals mit der Stationserdung oder separatem Potentialsteuerring verbunden ist.

Literatur

• Manfred Lindmayer (Hrsg.): Schaltgeräte. Springer, Berlin 1987, ISBN 3-540-16706-4
• Adolf J. Schwab: Elektroenergiesysteme – Erzeugung, Transport, Übertragung und Verteilung elektrischer Energie, Springer, 2006, ISBN 3-540-29664-6
• Hennig Gremmel (Hrsg.): Schaltanlagen Handbuch. 11., neubearb. Aufl., Cornelsen, Berlin 2006, ISBN 978-3-589-24102-6

Siehe auch

• Umspannwerk
• Transformatorenstation
• Netzschutz
• Spannungsregelung
• Lastschalter
• Trägerfrequenzsignal-Relaisstation

Weblinks

• Schaltanlagen beim Energiemuseum Berlin