Bussysteme für Verteil- und Umspannwerke
Für die Übertragung und Verteilung elektrischer Energie werden Freileitungen oder Stromkabel mit unterschiedlichen Spannungsebenen eingesetzt, deren Auswahl auf einer Analyse technischer und wirtschaftlicher Aspekte basiert.
Um eine hohe Zuverlässigkeit der Stromversorgung zu gewährleisten, können elektrische Netze mehr oder weniger mehrkettig sein. Dies ermöglicht es, bei Ausfall einzelner Übertragungsleitungen die Verbraucher weiterhin über andere Leitungen zu versorgen.
Die Punkte in Netzwerken, an denen zwei oder mehr Linien zusammenlaufen, werden Knotenpunkte genannt. An diesen Knotenpunkten sind stets Schaltgeräte installiert, die bei Störungen oder Wartungs- und Reparaturarbeiten einzelne Leitungsstromkreise trennen.
Alle hierfür notwendigen Schaltgeräte sowie Mess-, Steuer-, Schutz- und Hilfseinrichtungen sind vorhanden in einem Umspannwerk.
Wenn zusätzlich zu diesen Geräten in der Umspannstation Transformatoren installiert sind, um den Pegel dennoch zu ändern, wird eine solche Umspannstation aufgerufen Umspannwerk.
Umspannwerke sind mit folgenden Hauptbauelementen ausgestattet:
- Shina;
- Trennschalter;
- Stromschalter;
- Strom- und Spannungswandler;
- Überspannungsbegrenzer;
- Erdungsschalter;
- Möglicherweise: Transformator.
Umspannwerke sind mit Baugruppen und Komponenten ausgestattet, deren technische Eigenschaften den Anforderungen und möglichen mechanischen und elektrischen Belastungen entsprechen.
Da moderne Umspannwerke überwiegend ferngesteuert werden, sind sie mit zusätzlichen Überwachungs- und Steuergeräten ausgestattet. Darüber hinaus sind Umspannwerke mit Messgeräten für den an Verbraucher gelieferten Strom sowie Überspannungsschutzgeräten ausgestattet.
Das Hauptelement der Umspannstation ist die Sammelschiene. In der Regel sieht es aus wie eine kurze Luftlinie. Für sehr hohe Ströme wird es in einem innen ölgekühlten Rohr verlegt.
Es gibt verschiedene Arten von Busanordnungen und die Wahl einer bestimmten Anordnung hängt von verschiedenen Faktoren ab, wie z. B. der Systemspannung, der Position der Unterstation im System, der Zuverlässigkeit der Stromversorgung, der Flexibilität und den Kosten.
Aus physikalischer Sicht ist der Bus der Knotenpunkt des Netzwerks. An dieser Stelle beginnen und enden separate Zeilen, die in diesem Zusammenhang aufgerufen werden Feeder.
Futterspender können über Schalter ein- und ausgeschaltet werden. Da diese Schalter Betriebsstrom und im Fehlerfall auch Notstrom führen, werden sie Leistungsschalter genannt.
Moderne Hochspannungs-Leistungsschalter bis 380 kV sind in der Lage, Ströme bis 80 kA sicher und beschädigungsfrei ein- und auszuschalten. Netzschalter bedürfen einer regelmäßigen Wartung.
Um die Sicherheit solcher Arbeiten zu gewährleisten, sind die Leistungsschalter mit dem sogenannten ausgestattet Trennschalter… Im Gegensatz zu Leistungsschaltern können Trennschalter nur im ausgeschalteten Zustand ein- und ausgeschaltet werden, d. h. erst nach Öffnen der entsprechenden Sicherungsautomaten.
Um Fehlschaltvorgänge zu vermeiden, sind Trennschalter und Leistungsschalter gegenseitig mechanisch verriegelt.
Darüber hinaus sind die Trennschalter so konzipiert, dass sie einen sichtbaren Auslösepunkt schaffen, da dieser Punkt bei Leistungsschaltern in der Lichtbogenkammer liegt und nicht sichtbar ist. Gemäß den Sicherheitsvorschriften muss beim Trennen von Stromleitungsabschnitten die Trennstelle sichtbar sein.
Um Wartungsarbeiten an den Sammelschienen ohne Unterbrechung der Versorgung durchführen zu können, muss die Umspannstation mit mindestens zwei parallelen Sammelschienen ausgestattet sein.
Um die Flexibilität des Netzes zu erhöhen, besteht die Möglichkeit, einzelne Abzweige über Trennschalter an die Sammelschienen anzuschließen. Um die Handlungsfreiheit zu erhöhen, kann die Schiene außerdem in mehrere Abschnitte unterteilt werden (den sogenannten Längsabschnitt der Schiene).
Dank dieser Maßnahmen kann ein großes Stromnetz in mehrere Abschnitte mit galvanischer Trennung unterteilt werden, wodurch die Stromstärke im Falle eines möglichen Kurzschlusses begrenzt wird.
Die beschriebenen Maßnahmen werden üblicherweise als korrigierende Schaltvorgänge bezeichnet und die optimale Netzwerkkonfiguration wird vorab mithilfe von Lastverteilungs- und Kurzschlussschutzprogrammen ermittelt.
Durch die Optimierung dieser Abläufe kann das volle Potenzial des Stromnetzes genutzt werden, ohne dass gefährliche Arbeitsbedingungen entstehen.
Verteilungs- und Umspannwerke sind in separate Schalttafeln unterteilt, die bestimmte Funktionen erfüllen. Es gibt Stromschalttafeln, Steckdosenschalttafeln und Anschlusstafeln.
Das Design der einzelnen Panels ist in der Regel einheitlich. In Schaltplänen werden Schalttafeln immer in unipolarer Form dargestellt. Das bedeutet, dass in solchen Diagrammen unter Verwendung von Standardsymbolen nur die Geräte dargestellt werden, die für den Betrieb der Anlage erforderlich sind.
Schematische Darstellung der Stromversorgung
Nach dem in der Abbildung dargestellten Schema werden sowohl Schalttafeln als auch Schalttafeln mit Abgangsgeräten gebaut. Beide Trennschalter dienen zur Auslösung des Leistungsschalters zusammen mit Strom- und Spannungsmesswandlern.
Besteht die Anlage aus mehreren Bussen, muss die Anzahl der Sammelschienentrenner für zwei Busse um die entsprechende Anzahl erhöht werden.
Messwandler erfassen die relevanten Parameter für Betrieb, Zählung und Schutzgeräte.
Ein Erdungsschalter dient zum Schutz der Leitung vor induktiven und kapazitiven Einflüssen benachbarter Leitungen bei Wartungsarbeiten sowie zum Schutz vor Blitzeinschlägen. Aufgrund seiner Funktion wird der Erdungsschalter manchmal auch als Betriebserdungsschalter bezeichnet.
Um im Notfall größere Netzabschnitte abzuschalten oder notwendige Wartungsarbeiten durchzuführen, werden in der Regel mindestens zwei parallele Busse eingesetzt.
Doppelschienensystem
Über den Leistungsschalter der Anschlussplatte können beide Busse an einen einzigen Knotenpunkt angeschlossen werden. Diese Art der Verbindung wird als Querverbindung bezeichnet. Dank der Querverbindung ist ein Wechsel der Stromschienen ohne Unterbrechung der Stromversorgung möglich.
Power-Panels und Panels mit abgehenden Leistungsgeräten können bei Bedarf an verschiedene Busse angeschlossen werden, wodurch die Stromversorgung nicht unterbrochen wird.
Da die Trennschalter nur im ausgeschalteten Zustand ein-/ausgeschaltet werden können, muss der Leistungsschalter in die Verbindung der beiden Busse integriert werden. Wenn die Sammelschienen miteinander verbunden sind, müssen Sie zuerst beide Trennschalter schließen und erst dann den Netzschalter.
Beim Anschluss der Sammelschienen müssen geeignete Maßnahmen (z. B. Schalten der Stufenschalter der Transformatoren) zum Potentialausgleich getroffen werden, da es sonst beim Anschluss der Sammelschienen zu hohen Übergangsströmen in den Sammelschienen kommt.
Nach dem Anschließen der Sammelschienen ist ein beliebiges Zu- und Abschalten der Stromversorgungen möglich, da in den Sammelschienen kein Potenzialunterschied mehr besteht.
Es muss lediglich sichergestellt werden, dass der andere Trennschalter am selben Abzweig schließt, bevor ein Trennschalter geöffnet wird. Andernfalls steht der Trennschalter beim Öffnen unter Last, was zur Zerstörung und sogar zur Beschädigung anderer Komponenten der Anlage führen kann.Die Trennschalter sind daher durch spezielle Verriegelungsvorrichtungen (elektrisch und pneumatisch) gegen unbeabsichtigtes Öffnen geschützt.
Um die grundlegenden Prozesse in einem Umspannwerk zu untersuchen, können Sie eine Versuchsschaltung zusammenstellen, mit der Sie grundlegende Schaltvorgänge durchführen können.
Experimenteller Stand
Schematische Darstellung des Versuchsstandes
Ein solcher Versuchsstand zur Untersuchung von Bussystemen von Verteil- und Umspannwerken (Laborstand der deutschen Firma Lucas-Nuelle) befindet sich im Ressourcenzentrum „Econtechnopark Volma“.
Eine Beschreibung der Lernlaborausrüstung des Ressourcenzentrums finden Sie hier – und hier –
SCADA-Screenshot für Power Lab: Dual-Bus
Die Analyse der Spannungs- und Stromparameter erfolgt mit der Software SCADA for Power Lab (SO4001-3F). Um das Beste aus einem Dual-Bus-System herauszuholen, wird empfohlen, jeden Bus an eine eigene Spannungsquelle anzuschließen.