Umspannwerk
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Ein Umspannwerk ist ein Teil eines Stromerzeugungs-, -übertragungs- und -verteilungssystems. Umspannwerke wandeln die Spannung von Hoch- in Niederspannung oder umgekehrt um oder erfüllen eine Reihe anderer wichtiger Funktionen. Zwischen dem Kraftwerk und dem Verbraucher kann der Strom durch mehrere Umspannwerke mit unterschiedlichen Spannungsniveaus fließen. Ein Umspannwerk kann Transformatoren enthalten, um das Spannungsniveau zwischen hoher Übertragungs- und niedriger Verteilungsspannung zu ändern, oder an der Verbindung zweier unterschiedlicher Übertragungsspannungen. ⓘ
Umspannwerke können sich im Besitz eines Stromversorgers befinden und von diesem betrieben werden, oder sie gehören einem großen Industrie- oder Gewerbekunden. Im Allgemeinen sind Umspannwerke unbeaufsichtigt und werden über SCADA fernüberwacht und -gesteuert. ⓘ
Der Begriff Umspannwerk stammt aus der Zeit, bevor das Verteilungssystem zu einem Netz wurde. Mit der Vergrößerung der zentralen Erzeugungsanlagen wurden kleinere Kraftwerke in Verteilerstationen umgewandelt, die ihre Energie von einer größeren Anlage beziehen, anstatt ihre eigenen Generatoren zu nutzen. Die ersten Umspannwerke waren nur an ein Kraftwerk angeschlossen, in dem die Generatoren untergebracht waren, und waren Tochtergesellschaften dieses Kraftwerks. ⓘ
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Ein Umspannwerk (auch Umspannanlage) ist Teil des elektrischen Versorgungsnetzes eines Energieversorgungsunternehmens und dient der Verbindung unterschiedlicher Spannungsebenen. Umspannwerke bestehen neben den Leistungstransformatoren immer aus Schaltanlagen, aufgebaut als Freiluftschaltanlage oder in gekapselter Form als gasisolierte Schaltanlage und weiteren Einrichtungen zur Mess- und Regeltechnik. Anlagen ohne Transformatoren werden auch als Lastverteilerwerk (Lastverteiler oder Schaltwerk) bezeichnet. In der Schweiz werden Umspannwerke auch als Unterwerk bezeichnet, während dieser Begriff im restlichen deutschen Sprachgebiet lediglich für Bahnstromanlagen gebräuchlich ist. ⓘ
Durch den hohen Automatisierungsgrad erfolgt der Betrieb in vielen Umspannwerken, wie das Ausführen von Schalthandlungen, vollautomatisch und ohne Personal vor Ort. ⓘ
Typen
Umspannwerke lassen sich anhand ihrer Spannungsklasse, ihrer Verwendung im Stromnetz, der Art der Isolierung der meisten Anschlüsse sowie der Art und des Materials der verwendeten Strukturen beschreiben. Diese Kategorien sind nicht unzusammenhängend; um ein bestimmtes Problem zu lösen, kann ein Umspannwerk für die Übertragung beispielsweise auch wichtige Verteilungsfunktionen übernehmen. ⓘ
Umspannwerk
Ein Umspannwerk verbindet zwei oder mehr Übertragungsleitungen. Der einfachste Fall ist, dass alle Übertragungsleitungen die gleiche Spannung haben. In diesem Fall enthält das Umspannwerk Hochspannungsschalter, mit denen die Leitungen für die Entstörung oder Wartung verbunden oder getrennt werden können. Ein Umspannwerk kann über Transformatoren zur Umwandlung zwischen zwei Übertragungsspannungen, Spannungsregelungs-/Leistungsfaktorkorrekturvorrichtungen wie Kondensatoren, Drosseln oder statische VAR-Kompensatoren und Geräte wie Phasenverschiebungstransformatoren zur Steuerung des Leistungsflusses zwischen zwei benachbarten Stromsystemen verfügen. ⓘ
Die Bandbreite der Umspannwerke reicht von einfach bis komplex. Eine kleine "Schaltstation" kann aus wenig mehr als einer Sammelschiene und einigen Leistungsschaltern bestehen. Die größten Umspannwerke können eine große Fläche (mehrere Hektar) mit mehreren Spannungsebenen, vielen Leistungsschaltern und einer großen Anzahl von Schutz- und Steuereinrichtungen (Spannungs- und Stromwandler, Relais und SCADA-Systeme) umfassen. Moderne Umspannwerke können nach internationalen Normen wie der IEC-Norm 61850 realisiert werden. ⓘ
Umspannwerk
Ein Umspannwerk überträgt Strom vom Übertragungsnetz auf das Verteilernetz eines Gebiets. Es ist unwirtschaftlich, Stromverbraucher direkt an das Hauptübertragungsnetz anzuschließen, es sei denn, sie verbrauchen große Mengen an Strom. ⓘ
Der Eingang einer Verteilerstation besteht in der Regel aus mindestens zwei Übertragungs- oder Unterübertragungsleitungen. Die Eingangsspannung kann z. B. 115 kV oder eine in der Region übliche Spannung betragen. Der Ausgang besteht aus einer Reihe von Einspeisungen. Die Verteilungsspannungen liegen in der Regel im mittleren Spannungsbereich, zwischen 2,4 kV und 33 kV, je nach Größe des Versorgungsgebiets und den Praktiken des örtlichen Versorgungsunternehmens. Die Einspeisungen verlaufen entlang der Straßen oberirdisch (in manchen Fällen auch unterirdisch) und versorgen die Verteilertransformatoren auf dem Gelände des Kunden oder in dessen Nähe. ⓘ
Verteilerstationen dienen nicht nur der Spannungsumwandlung, sondern auch der Isolierung von Fehlern in den Übertragungs- oder Verteilungssystemen. Verteilerstationen sind in der Regel die Punkte, an denen die Spannung reguliert wird, obwohl bei langen Verteilerstromkreisen (von mehreren Kilometern Länge) auch Geräte zur Spannungsregulierung entlang der Leitung installiert sein können. ⓘ
In den Innenstädten von Großstädten gibt es komplizierte Verteilerstationen mit Hochspannungsschaltanlagen und Schalt- und Sicherungssystemen auf der Niederspannungsseite. Typischere Verteilerstationen haben einen Schalter, einen Transformator und minimale Einrichtungen auf der Niederspannungsseite. ⓘ
Kollektor-Umspannwerk
Bei Projekten zur dezentralen Stromerzeugung, wie z. B. einem Windpark oder einem Photovoltaik-Kraftwerk, kann ein Sammelumspannwerk erforderlich sein. Sie ähnelt einer Verteilerstation, obwohl der Stromfluss in die entgegengesetzte Richtung erfolgt, nämlich von vielen Windturbinen oder Wechselrichtern hinauf ins Übertragungsnetz. Aus Gründen der Wirtschaftlichkeit wird das Kollektorsystem in der Regel mit einer Spannung von etwa 35 kV betrieben, obwohl einige Kollektorsysteme mit 12 kV arbeiten. Das Kollektor-Umspannwerk kann bei Bedarf auch die Blindleistungskompensation, die Zählung und die Steuerung des Windparks übernehmen. In einigen speziellen Fällen kann ein Umspannwerk auch eine HGÜ-Stromrichterstation enthalten. ⓘ
Kollektorstationen gibt es auch, wenn mehrere Wärme- oder Wasserkraftwerke mit vergleichbarer Leistung in der Nähe sind. Beispiele für solche Umspannwerke sind Brauweiler in Deutschland und Hradec in der Tschechischen Republik, wo der Strom von nahe gelegenen Braunkohlekraftwerken gesammelt wird. Wenn keine Transformatoren zur Anhebung der Spannung auf die Übertragungsebene erforderlich sind, ist das Umspannwerk eine Schaltstation. ⓘ
Umspannwerke
Umrichterstationen können mit HGÜ-Umrichteranlagen, Bahnstromanlagen oder miteinander verbundenen nicht-synchronen Netzen verbunden sein. Diese Stationen enthalten leistungselektronische Geräte zur Änderung der Stromfrequenz oder zur Umwandlung von Wechselstrom in Gleichstrom oder umgekehrt. Früher änderten rotierende Umformer die Frequenz, um zwei Systeme miteinander zu verbinden; heute sind solche Unterstationen selten. ⓘ
Schaltanlage
Eine Schaltanlage ist ein Umspannwerk ohne Transformatoren, das nur auf einer einzigen Spannungsebene arbeitet. Schaltanlagen werden manchmal als Sammel- und Verteilerstationen verwendet. Manchmal werden sie auch zur Umschaltung des Stroms auf Reserveleitungen oder zur Parallelisierung von Stromkreisen im Falle eines Ausfalls verwendet. Ein Beispiel hierfür sind die Schaltanlagen für die HGÜ-Leitung Inga-Shaba. ⓘ
Eine Schaltanlage kann auch als Rangierbahnhof bezeichnet werden, und diese befinden sich in der Regel direkt neben oder in der Nähe eines Kraftwerks. In diesem Fall speisen die Generatoren des Kraftwerks ihren Strom in die Schaltanlage auf die Generatorsammelschiene auf der einen Seite der Schaltanlage ein, und die Übertragungsleitungen beziehen ihren Strom von einer Feeder-Sammelschiene auf der anderen Seite der Schaltanlage. ⓘ
Eine wichtige Funktion eines Umspannwerks ist das Schalten, d. h. das Verbinden und Trennen von Übertragungsleitungen oder anderen Komponenten mit dem bzw. vom System. Umschaltvorgänge können geplant oder ungeplant sein. Es kann sein, dass eine Übertragungsleitung oder eine andere Komponente für Wartungsarbeiten oder für den Bau neuer Anlagen, z. B. das Hinzufügen oder Entfernen einer Übertragungsleitung oder eines Transformators, abgeschaltet werden muss. Um die Versorgungssicherheit aufrechtzuerhalten, sind die Unternehmen bestrebt, das System während der Wartungsarbeiten in Betrieb zu halten. Alle durchzuführenden Arbeiten, von Routineprüfungen bis hin zum Bau völlig neuer Umspannwerke, sollten bei laufendem Betrieb des gesamten Systems durchgeführt werden. ⓘ
Schaltanlage am Grand Coulee Dam, Vereinigte Staaten, 2006. Dies ist eine 500-kV-Schaltanlage.
Ehemaliges Hochspannungsumspannwerk in Stuttgart, Deutschland, jetzt 110-kV-Schaltanlage. Die 220-kV-Ebene wurde zur Netzvereinfachung abgeschaltet. ⓘ
Ungeplante Schaltvorgänge werden durch einen Fehler in einer Übertragungsleitung oder einem anderen Bauteil verursacht, zum Beispiel:
- Eine Leitung wird von einem Blitz getroffen und entwickelt einen Lichtbogen,
- ein Mast wird durch starken Wind umgeweht.
Die Aufgabe der Schaltanlage besteht darin, den fehlerhaften Teil des Netzes in kürzester Zeit zu isolieren. Die Abschaltung der fehlerhaften Anlage schützt sie vor weiteren Schäden, und die Isolierung eines Fehlers trägt dazu bei, dass das übrige Stromnetz stabil funktioniert. ⓘ
Eisenbahnen
Elektrifizierte Eisenbahnen nutzen ebenfalls Umspannwerke, häufig Verteilerstationen. In einigen Fällen findet eine Stromumwandlung statt, in der Regel mit Gleichrichtern für Gleichstromzüge oder mit Drehstromrichtern für Züge, die Wechselstrom mit anderen Frequenzen als denen des öffentlichen Netzes verwenden. Manchmal handelt es sich auch um Übertragungs- oder Sammelunterwerke, wenn das Eisenbahnnetz auch ein eigenes Netz und Generatoren zur Versorgung der anderen Bahnhöfe betreibt. ⓘ
Mobiles Unterwerk
Ein mobiles Umspannwerk ist ein Umspannwerk auf Rädern, das einen Transformator, Unterbrecher und Busse enthält, die auf einem autonomen Sattelauflieger montiert sind, der von einem Lastwagen gezogen werden kann. Sie sind so kompakt, dass sie auf öffentlichen Straßen verkehren können, und werden als vorübergehende Reserve bei Naturkatastrophen oder im Krieg eingesetzt. Mobile Umspannwerke haben in der Regel eine wesentlich geringere Nennleistung als feste Anlagen und können in mehreren Einheiten gebaut werden, um den Einschränkungen des Straßenverkehrs gerecht zu werden. ⓘ
Entwurf
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Elemente eines Umspannwerks
Umspannwerke verfügen im Allgemeinen über Schalt-, Schutz- und Steuereinrichtungen sowie Transformatoren. In einem großen Umspannwerk werden Leistungsschalter eingesetzt, um Kurzschlüsse oder Überlastströme im Netz zu unterbrechen. Kleinere Verteilerstationen können Wiedereinschalt-Schutzschalter oder Sicherungen für den Schutz der Verteilerstromkreise verwenden. Umspannwerke selbst verfügen in der Regel nicht über Generatoren, obwohl ein Kraftwerk in der Nähe ein Umspannwerk haben kann. Andere Geräte wie Kondensatoren, Spannungsregler und Drosseln können ebenfalls in einem Umspannwerk untergebracht sein. ⓘ
Umspannwerke können oberirdisch in eingezäunten Anlagen, unterirdisch oder in speziellen Gebäuden untergebracht sein. Hochhäuser können über mehrere Innenstationen verfügen. Innengelegene Umspannwerke sind in der Regel in städtischen Gebieten zu finden, um den Lärm der Transformatoren zu reduzieren, aus optischen Gründen oder um die Schaltanlagen vor extremen Klima- oder Verschmutzungsbedingungen zu schützen. ⓘ
Es muss ein Erdungssystem (Erdung) entworfen werden. Der gesamte Anstieg des Erdpotenzials und die Potenzialgradienten während eines Fehlers (so genannte Berührungs- und Stufenpotenziale) müssen berechnet werden, um Passanten während eines Kurzschlusses im Übertragungsnetz zu schützen. Erdschlüsse in einem Umspannwerk können einen Anstieg des Erdpotenzials verursachen. Ströme, die während eines Fehlers in der Erdoberfläche fließen, können dazu führen, dass Metallgegenstände eine deutlich andere Spannung aufweisen als der Boden unter den Füßen einer Person; dieses Berührungspotenzial stellt eine Gefahr für einen Stromschlag dar. Um Menschen vor dieser Gefahr zu schützen, muss ein Umspannwerk mit einem Metallzaun ordnungsgemäß geerdet sein. ⓘ
Die wichtigsten Fragen, die sich einem Energietechniker stellen, sind Zuverlässigkeit und Kosten. Ein guter Entwurf versucht, ein Gleichgewicht zwischen diesen beiden Faktoren herzustellen, um Zuverlässigkeit ohne übermäßige Kosten zu erreichen. Der Entwurf sollte auch die Möglichkeit bieten, die Station bei Bedarf zu erweitern. ⓘ
Auswahl des Standorts
Bei der Auswahl des Standorts einer Umspannstation müssen viele Faktoren berücksichtigt werden. Es wird eine ausreichende Fläche benötigt, um die Geräte mit den für die elektrische Sicherheit erforderlichen Abständen zu installieren und den Zugang für die Wartung großer Geräte wie Transformatoren zu ermöglichen. ⓘ
Wo Grundstücke kostspielig sind, wie z. B. in städtischen Gebieten, kann eine gasisolierte Schaltanlage insgesamt Kosten sparen. Umspannwerke in Küstengebieten, die von Überschwemmungen und tropischen Stürmen heimgesucht werden, benötigen oft ein erhöhtes Gebäude, um die gegen Überschwemmungen empfindlichen Anlagen gegen diese Elemente zu schützen. Der Standort muss Raum für Erweiterungen aufgrund des Lastwachstums oder geplanter Übertragungskapazitäten bieten. Die Auswirkungen des Umspannwerks auf die Umwelt müssen berücksichtigt werden, z. B. Entwässerung, Lärm und Auswirkungen auf den Straßenverkehr. ⓘ
Der Standort des Umspannwerks muss in angemessener Weise zentral zum zu versorgenden Verteilungsgebiet liegen. Der Standort muss gegen das Eindringen von Passanten gesichert sein, um sowohl Menschen vor Verletzungen durch Stromschläge oder Lichtbögen als auch das elektrische System vor Fehlbedienung durch Vandalismus zu schützen. ⓘ
Konstruktionsdiagramme
Der erste Schritt bei der Planung eines Umspannwerks ist die Erstellung eines Einlinienschemas, das in vereinfachter Form die erforderlichen Schalt- und Schutzeinrichtungen sowie die ankommenden Versorgungsleitungen und abgehenden Einspeisungen oder Übertragungsleitungen zeigt. Bei vielen Elektrizitätsversorgungsunternehmen ist es üblich, Ein-Linien-Diagramme zu erstellen, in denen die wichtigsten Elemente (Leitungen, Schalter, Leistungsschalter, Transformatoren) auf der Seite so angeordnet sind, wie die Geräte in der tatsächlichen Station angeordnet werden würden. ⓘ
In der Regel haben die ankommenden Leitungen einen Trennschalter und einen Leistungsschalter. In manchen Fällen verfügen die Leitungen nicht über beides, so dass entweder ein Schalter oder ein Leistungsschalter ausreicht. Ein Trennschalter wird zur Isolierung verwendet, da er den Laststrom nicht unterbrechen kann. Ein Leistungsschalter dient als Schutzeinrichtung zur automatischen Unterbrechung von Fehlerströmen und kann zum Ein- und Ausschalten von Lasten oder zum Abschalten einer Leitung verwendet werden, wenn der Strom in die "falsche" Richtung fließt. Wenn ein großer Fehlerstrom durch den Leistungsschalter fließt, wird dies durch den Einsatz von Stromwandlern erkannt. Die Größe der Stromwandlerausgänge kann zum Auslösen des Leistungsschalters verwendet werden, was zu einer Abschaltung der vom Leistungsschalter gespeisten Last vom Einspeisepunkt führt. Auf diese Weise soll der Fehlerpunkt vom Rest des Systems isoliert werden, so dass der Rest des Systems mit minimalen Auswirkungen weiterarbeiten kann. Sowohl die Schalter als auch die Leistungsschalter können lokal (innerhalb der Unterstation) oder ferngesteuert von einer Überwachungszentrale aus bedient werden. ⓘ
Bei Freileitungen kann die Ausbreitung von Blitzschlag und Schaltüberspannungen zu Isolationsfehlern in den Geräten der Unterstation führen. Überspannungsableiter am Leitungseingang werden eingesetzt, um die Ausrüstung der Unterstation entsprechend zu schützen. Es werden umfangreiche Studien zur Isolationskoordination durchgeführt, um sicherzustellen, dass Geräteausfälle (und damit verbundene Ausfälle) auf ein Minimum reduziert werden. ⓘ
Nach den Schaltkomponenten werden die Leitungen einer bestimmten Spannung an eine oder mehrere Sammelschienen angeschlossen. Dabei handelt es sich um Gruppen von Sammelschienen, die in der Regel aus einem Vielfachen von drei bestehen, da die dreiphasige Stromverteilung auf der ganzen Welt weit verbreitet ist. ⓘ
Die Anordnung von Schaltern, Leistungsschaltern und Sammelschienen hat Auswirkungen auf die Kosten und die Zuverlässigkeit des Umspannwerks. Bei wichtigen Umspannwerken kann eine Ringschiene, eine doppelte Schiene oder eine so genannte "breaker and a half"-Anordnung verwendet werden, so dass der Ausfall eines Leistungsschalters nicht zur Unterbrechung anderer Stromkreise führt und Teile des Umspannwerks für Wartungs- und Reparaturarbeiten spannungsfrei geschaltet werden können. Umspannwerke, die nur eine einzige industrielle Last versorgen, können minimale Schaltvorrichtungen haben, insbesondere bei kleinen Anlagen.
Sobald die Busse für die verschiedenen Spannungsebenen eingerichtet sind, können Transformatoren zwischen den Spannungsebenen angeschlossen werden. Diese verfügen ebenfalls über einen Leistungsschalter, ähnlich wie bei den Übertragungsleitungen, für den Fall, dass ein Transformator einen Fehler hat (allgemein als "Kurzschluss" bezeichnet). ⓘ
Außerdem verfügt ein Umspannwerk immer über einen Steuerschaltkreis, der die verschiedenen Leistungsschalter im Falle des Ausfalls einer Komponente auslösen kann. ⓘ
Automatisierung
In früheren Umspannwerken mussten die Geräte manuell geschaltet oder eingestellt und die Daten über Last, Energieverbrauch und außergewöhnliche Ereignisse manuell erfasst werden. Als die Komplexität der Verteilungsnetze zunahm, wurde es wirtschaftlich notwendig, die Überwachung und Steuerung von Umspannwerken von einem zentralen Punkt aus zu automatisieren, um eine Gesamtkoordination in Notfällen zu ermöglichen und die Betriebskosten zu senken. Bei den ersten Versuchen, Umspannwerke fernzusteuern, wurden spezielle Kommunikationsleitungen verwendet, die oft neben den Stromkreisen verlegt wurden. Stromleitungsträger, Mikrowellenfunk, Glasfaserkabel sowie festverdrahtete Fernsteuerungsschaltungen wurden für die übergeordnete Steuerung und Datenerfassung (SCADA) von Umspannwerken eingesetzt. Die Entwicklung des Mikroprozessors führte zu einer exponentiellen Zunahme der Zahl der Punkte, die wirtschaftlich gesteuert und überwacht werden können. Heute werden standardisierte Kommunikationsprotokolle wie DNP3, IEC 61850 und Modbus, um nur einige zu nennen, verwendet, um die Kommunikation mehrerer intelligenter elektronischer Geräte untereinander und mit übergeordneten Leitstellen zu ermöglichen. Die verteilte automatische Steuerung in Umspannwerken ist ein Element des so genannten Smart Grid. ⓘ
Isolierung
Schalter, Leistungsschalter, Transformatoren und andere Geräte können durch luftisolierte blanke Leiter miteinander verbunden werden, die auf Tragkonstruktionen aufgereiht sind. Der erforderliche Luftraum nimmt mit der Systemspannung und der Blitzüberspannungsfestigkeit zu. Für Mittelspannungsverteilerstationen können metallgekapselte Schaltanlagen verwendet werden, bei denen keine stromführenden Leiter der Umgebung ausgesetzt sind. Bei höheren Spannungen verringern gasisolierte Schaltanlagen in einem gasisolierten Umspannwerk (GIS) den Platzbedarf um stromführende Sammelschienen. Anstelle von blanken Leitern werden Busse und Geräte wie Schaltanlagen in unter Druck stehende röhrenförmige Behälter eingebaut, die mit Schwefelhexafluorid (SF6) oder einem alternativen Gas gefüllt sind. Dieses Gas hat einen höheren Isolationswert als Luft, so dass die Abmessungen der Geräte reduziert werden können. Neben Luft oder SF6-Gas werden in den Geräten auch andere Isoliermaterialien wie Transformatorenöl, Papier, Porzellan und Polymerisolatoren verwendet. ⓘ
Aufbau
Zu den oberirdischen Umspannwerken für den Außenbereich gehören Holzmasten, Metallgittertürme und röhrenförmige Metallkonstruktionen, wobei auch andere Varianten möglich sind. Wenn viel Platz vorhanden ist und das Aussehen der Station keine Rolle spielt, bieten Stahlgittertürme kostengünstige Stützen für Übertragungsleitungen und Geräte. In Vorstädten, in denen das Erscheinungsbild eine größere Rolle spielt, können Umspannwerke mit niedrigem Profil gewählt werden. Innenraum-Umspannwerke können gasisolierte Umspannwerke (GIS) sein (bei hohen Spannungen mit gasisolierten Schaltanlagen) oder metallgekapselte oder metallverkleidete Schaltanlagen bei niedrigeren Spannungen. Innerstädtische und vorstädtische Umspannwerke können von außen so gestaltet werden, dass sie mit anderen Gebäuden in der Umgebung harmonieren. ⓘ
Ein kompaktes Umspannwerk ist im Allgemeinen ein Umspannwerk im Freien, das in einem Metallgehäuse gebaut ist, in dem die einzelnen elektrischen Ausrüstungen sehr nahe beieinander angeordnet sind, um die Grundfläche des Umspannwerks relativ klein zu halten. ⓘ
Allgemeines
Zur möglichst verlustarmen Übertragung der elektrischen Energie vom Kraftwerk zum Verbraucher wird die elektrische Energie über mehrere Spannungsebenen transportiert. Die optimale Spannungsebene wird je nach zu übertragender Leistung und der Entfernung gewählt. Im Umspannwerk erfolgt die Transformation der elektrischen Energie zwischen zwei oder mehreren Spannungsebenen. Die Spannungsebenen können etwa folgendermaßen eingeteilt werden:
- überregionale Transportnetze (220 kV oder 400 kV und größer bzw. mit Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen). Die Anlagen sind meist Freiluftanlagen, manchmal auch Innenraumanlagen.
- regionale Transportnetze (110 kV). Freiluft- oder Innenraumanlagen in Städten.
- überörtliche Verteilnetze (30 bis 60 kV), meist Innenraumanlagen.
- überörtliche/örtliche Verteilnetze (6 bis 20 kV) meist Innenraumanlagen. ⓘ
Anlagen, welche die Umspannung in die für den Endverbraucher bestimmte Niederspannung vornehmen, werden als Transformatorenstationen, Umspannstationen oder auch Ortsnetzstationen bezeichnet. ⓘ
Umspannwerke zur Versorgung elektrisch betriebener Bahnen werden als Unterwerk bezeichnet (siehe auch Bahnstrom). ⓘ
Galerie
Freiluftschaltanlagen ⓘ
Umspannwerk bei Pforzheim mit 220-/110-/20-kV-Transformatoren
Umspannwerk Bergrheinfeld West bei Schweinfurt mit 380-/220-/110-kV-Transformatoren; Ende von Suedlink
Modernes Umspannwerk in den USA
110-kV-Umspannwerk bei Stuttgart mit Innenraumschaltanlage und freistehenden Transformatoren
Umspannwerk in Russland, bei Ljantor
Kompaktes Umspannwerk in den USA
Umspannwerk mit Betonportalen in Paraguay
Ein minimalistisches Umspannwerk in Dülmen ⓘ
Innenraumanlagen ⓘ
„Kathedrale der Elektrizität“, denkmalgeschütztes ehemaliges Umspannwerk am Berliner Paul-Lincke-Ufer, gebaut 1924/28 nach Plänen von Hans Heinrich Müller
Umspannwerk in Berlin-Moabit von Franz Schwechten
Umspannwerk in Lauscha, 1925/26
Umspannwerk in Wien-Favoriten, 1929
Umspannplattform des Offshore-Windparks Baltic 1 auf offener See
Gasisolierte Schaltanlage im Umspannwerk Simmering
110-kV-Umspannwerk der EVN (Innenraumanlage)
Umspannwerk der Bobertalsperre von 1905 ⓘ
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Primärtechnik
Außer den zur Umspannung notwendigen Transformatoren sind im Umspannwerk auch Schaltanlagen für die ober- und unterspannungsseitig abgehenden Leitungen vorhanden. Die technischen Einrichtungen (Leistungstransformatoren, Sammelschienen etc.) sowie die Leitungen sind in der Regel redundant ausgelegt, so dass bei Ausfall eines Betriebsmittels die Versorgung weiterhin gewährleistet ist. ⓘ
Sekundärtechnik
Unter den Begriff Sekundärtechnik fallen die Einrichtungen eines Umspannwerks, die an der Umspannung in direktem Sinn nicht beteiligt sind. Darunter fallen jedoch für den Betrieb sehr wichtige Funktionen wie zum Beispiel:
- Lokale Steuerung (Steuerung der einzelnen Schaltanlagenfelder vor Ort, meist über einen Feldsteuerschrank),
- Spannungsregelung (Konstanthaltung der Netzspannung bei verschiedenen Belastungszuständen),
- Netzschutz (Überwachung der Leitungen auf Kurzschluss oder Erdschluss mit Abschaltung der betreffenden Leitung),
- Energiezählung,
- Fernmessung (Fernübertragung von Messwerten zu einer entfernten Netzleitstelle),
- Fernsteuerung (Fernsteuerung und -überwachung durch eine entfernte Netzleitstelle),
- Eigenbedarf (gesicherte Gleich- und Wechselspannungsversorgung, Batterieanlagen, Gleich- und Wechselrichter zur Aufrechterhaltung der Funktion der Anlage auch bei Stromausfall bzw. Netzstörungen),
- Rundsteueranlage (Steuerung der im Netz vorhandenen Verbraucher; Lastmanagement). ⓘ
Verkehrsanbindung
Große Umspannwerke (höchste angewandte Spannung über 100 kV) müssen für Schwertransporte erreichbar sein, da Großtransformatoren bis zu 500 t wiegen können. Auch sollten die Zufahrten wegen der Größe der Transformatoren nicht zu eng sein. Manche, insbesondere ältere Umspannwerke für 400 kV oder 220 kV verfügen auch über einen eigenen Gleisanschluss für die Anlieferung der Transformatoren. ⓘ
Standorte
Auflistungen von Schaltanlagen und Umspannwerken finden sich in folgenden Listen:
- Liste der Schaltanlagen im Höchstspannungsnetz in Deutschland
- Liste von Schaltanlagen im Höchstspannungsnetz in Österreich
- Liste von Schaltanlagen im Höchstspannungsnetz in der Schweiz ⓘ