Was sind die Unterschiede zwischen Umspannwerken Schaltanlagen und Verteileräumen?

Was sind die Unterschiede zwischen Umspannwerken, Schaltanlagen und Verteilungsräumen?

Ein Umspannwerk ist eine Einrichtung im elektrischen Energieversorgungssystem, die Spannungsebenen umwandelt, elektrische Energie empfängt und verteilt, die Richtung des Energiestroms steuert und die Spannung anpasst. Es verbindet Stromnetze verschiedener Spannungsebenen über seine Transformatoranlagen. In speziellen Anwendungen, wie Unterwasserstromkabel oder Fernleitung, verwenden einige Systeme Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ). HGÜ überwindet die kapazitiven Blindleistungverluste, die der Wechselstromübertragung inhärent sind, und bietet Energieeinsparvorteile.

Umspannwerke treten in der Regel von Hochspannung auf Mittelspannung oder von Hochspannung auf eine leicht niedrigere Hochspannungsebene herunter. Sie beanspruchen relativ große Flächen, wobei der Bodenbedarf je nach Spannungsebene und Kapazität variiert. Daher bezeichnen manche sie auch als "Transformatorstationen".

Funktion:
Ein Umspannwerk dient als Zwischenglied zwischen Kraftwerken und Endverbrauchern. Da Kraftwerke oft weit entfernt von Städten und Fabriken liegen und die von ihnen erzeugte Spannung relativ niedrig ist, würde der daraus resultierende hohe Strom gemäß dem Jouleschen Wärmelehrgesetz zu erheblichen Wärmeverlusten in den Leitungen führen. Dies könnte die Leitungen beschädigen, und die Umwandlung von elektrischer Energie in Wärme stellt eine erhebliche Ineffizienz dar. Deshalb werden Umspannwerke verwendet, um die Spannung vom Kraftwerk aus für eine effiziente Fernleitung in städtische und industrielle Gebiete hochzustufen. Bei der Ankunft werden dann durch lokale Umspannwerke die Spannungen auf die erforderlichen Niveaus heruntergestuft, die dann über Verteilernetze weiter verteilt werden, um das Standard-220-Volt für den täglichen Gebrauch bereitzustellen.

Standort:
Aus wirtschaftlicher Sicht sollten Umspannwerke in der Nähe von Lastzentren errichtet werden. Aus betrieblicher Sicht sollten sie die Produktionsaktivitäten oder den innerbetrieblichen Verkehr nicht stören, und der Zugang zur Ausrüstungslieferung muss praktikabel sein. Aus Sicherheitsgründen sollten Umspannwerke brenn- und explosionsgefährdete Bereiche meiden. Im Allgemeinen sollten Umspannwerke auf der Windseite eines Standorts angeordnet werden, weg von Bereichen, in denen Staub und Fasern tendenziell ansammeln, und nicht in dicht besiedelten Zonen platziert werden. Die Standortwahl und Bauweise von Umspannwerken müssen auch Feuerbekämpfung, Korrosionsschutz, Verschmutzungskontrolle, Wasserdichtigkeit, Regen- und Schutz gegen Schnee, Erdbebensicherheit und den Schutz vor dem Eindringen kleiner Tiere berücksichtigen.

Verteilungs-Umspannwerk
Definition:
Ein Verteilungs-Umspannwerk ist ebenfalls eine Einrichtung zur Änderung der Spannungsebenen. Es ist ein Ort im Energieversorgungssystem, wo Spannung und Strom transformiert, zentralisiert und verteilt werden. Um die Qualität der Energieversorgung und die Sicherheit der Ausrüstung zu gewährleisten, werden hier auch Spannungsregulierung, Stromsteuerung und Schutz der Übertragungs-/Verteilungsleitungen sowie der wesentlichen elektrischen Ausrüstung durchgeführt. Umspannwerke können nach ihrer Anwendung in Netzausbau-Umspannwerke und Traktions-Umspannwerke (für elektrische Eisenbahnen und Straßenbahnen) unterteilt werden. Laut chinesischem Nationalstandard GB50053-94 "Code for Design of 10 kV and Below Substations" wird ein Umspannwerk definiert als „eine Einrichtung, in der Wechselstrom mit 10 kV oder weniger durch einen Netztransformator heruntergestuft wird, um elektrische Lasten zu versorgen“. Jede Einrichtung, die dieser Definition entspricht, gilt als Umspannwerk.

Funktion:
Die Rolle eines Umspannwerks besteht darin, Elektrizität von Kraftwerken entgegenzunehmen, normalerweise bei Spannungen, die nicht höher als 1–2 kV sind. Eine direkte Fernleitung bei solch niedrigen Spannungen würde zu sehr hohen Leitungströmen führen, was zu erheblichen Energieverlusten und geringer Übertragungseffizienz führt. Daher werden Transformatoranlagen verwendet, um die Spannung auf Dutzende oder sogar Hunderte von Kilovolt (abhängig von Entfernung und Leistungsbedarf) hochzustufen, um den Leitungstrom zu reduzieren. Um Stromleitungen verschiedener Entfernungen und Kapazitäten in ein einheitliches Netz zu integrieren und die Gesamtsystemzuverlässigkeit zu erhöhen, sind mehrere Umspannwerke erforderlich, um verschiedene Spannungsniveaus abzugleichen und zu verbinden. Gleiches gilt, wenn Hochspannung an ihrem Bestimmungsort ankommt, muss sie auf Niveaus wie 10,5 kV, 6,3 kV oder 400 V (d.h. 380/220 V) heruntergestuft werden, um den vielfältigen Bedürfnissen der Nutzer gerecht zu werden. Daher sind in der Praxis zahlreiche Umspannwerke notwendig. Normalerweise bezieht sich ein Haupt-Umspannwerk auf ein primäres Umspannwerk, mit sekundären Umspannwerken weiter unten. Das primäre Umspannwerk handhabt Hochspannungsschaltungen und -verteilungen, führt jedoch keine Spannungsumwandlung selbst durch.

Verteilungsraum (oder Schaltanlagenraum)
Definition:
Ein Verteilungsraum wird auch als Verteilungs-Umspannwerk bezeichnet. Laut nationalen Standards wird ein Verteilungsraum definiert als „eine Einrichtung, die nur Hochspannungsschaltanlagen enthält, um Schaltkreise zu öffnen und zu schließen und elektrische Energie zu verteilen, ohne dass es einen Hauptspeisetransformator auf dem Busbar gibt“. Verteilungsräume arbeiten bei Spannungsniveaus unter 35 kV und beherbergen Geräte wie Schaltgeräte, Instrumententransformatoren, Kondensatoren und zugehörige Schutz- und Messgeräte. Kurz gesagt, es ist ein Gebäude, das Hochspannungsschaltanlagenschränke, Eingangs-/Ausgangsleitungsleiterplatten usw. beherbergt – dies bildet einen Verteilungsraum (oder -raum). Größere Einrichtungen können mehrere Hoch- und Niederspannungsschaltanlagenschränke umfassen, um Spannungsumwandlung und Energieversorgung durchzuführen.

Die Begriffe „Umspannwerk“ und „Verteilungsraum“ beziehen sich oft auf Transformator- und Verteilungsraum in Wohnkomplexen oder Geschäftshäusern. Der Verteilungsraum ist ein wesentlicher Bestandteil des Stromversorgungssystems eines Gebäudes. Fachleute für Elektrotechnik sorgen für 24-Stunden-Betriebsüberwachung. Unbefugtes Personal darf den Raum ohne Genehmigung des Facility-Managers oder des Abteilungsleiters nicht betreten. Betreiber müssen zertifiziert sein, mit der Ausrüstung, den Betriebsprozeduren und Sicherheitsprotokollen vertraut sein. Sie müssen Voltmeter, Strommesser und Leistungsfaktormesser genau überwachen und dürfen nie zulassen, dass Luftschaltkreise unter Überlast bedient werden. Der Boden und die Oberflächen der Ausrüstung im Verteilungsraum müssen stets sauber und staubfrei gehalten werden. Schaltvorgänge werden von Diensthabenden durchgeführt, wobei ein Aufsichtsführer anwesend sein muss; zwei Personen dürfen niemals gleichzeitig Schaltvorgänge durchführen, um Fehler zu vermeiden.

Schaltanlage (oder Schaltanlagenraum)

Definition:
Eine Schaltanlage bezieht sich auf eine Verteilungsunterstation, die keine Spannungsumwandlung durchführt, sondern Schalteinrichtungen verwendet, um elektrische Schaltkreise zu öffnen oder zu schließen. Es handelt sich dabei um eine Stromversorgungseinrichtung, die in der Stromversorgungssystemhierarchie eine Stufe unterhalb einer Umspannstation steht und Hochspannungsstrom an einen oder mehrere umliegende Stromverbraucher verteilt. Ihr wesentliches Merkmal ist, dass die Spannungen der Eingangs- und Ausgangsleitungen identisch sind. Obwohl regionale Umspannstationen ebenfalls Schaltfunktionen erfüllen können, sollte klar sein, dass eine Schaltanlage von einer Umspannstation unterschieden wird.

Eine Schaltanlage wird auch als Stromversorgungs- und -verteilungseinrichtung definiert, die zum Empfang und zur Verteilung von Elektrizität verwendet wird. In Hochspannungsübertragungsnetzen wird sie häufig als "Schaltanlage" oder "Schaltfeld" bezeichnet. In Mittelspannungsverteilungsnetzen werden Schaltanlagen typischerweise zum Empfang und zur Verteilung von 10 kV-Strom eingesetzt. Solche Anlagen haben in der Regel zwei Eingangsleitungen und mehrere Ausgangsleitungen (üblicherweise 4 bis 6). Je nach spezifischen Anforderungen können auf den Eingangs- und Ausgangsleitungen Leistungsschalter oder Lasttrennschalter installiert sein. Die Ausrüstung besteht in der Regel aus einem vollmetallumhüllten Schaltgerät, das für den Außenbereich bei Spannungen bis zu 10 kV ausgelegt ist. Eine typische Schaltanlage hat eine Übertragungskapazität von etwa 8.000 kW und versorgt lokale Transformator- oder Verteilungsraum innerhalb eines Bezirks oder Gebiets mit Mittelspannung.

Funktion:

• Segmentiert die Versorgungsleitungen, um den Ausfallbereich bei Fehlern zu begrenzen und damit die Zuverlässigkeit und Flexibilität der Stromversorgung zu verbessern;

• Verringert die Komplexität von Umspannstationen;

• Ändert nicht die Spannungsebenen, erhöht aber die Anzahl der Speisungsleitungen—funktional äquivalent zu einer Verteilungsunterstation.

Standort:
Schaltanlagen befinden sich in der Regel in der Nähe von Bahnhöfen, Güterbahnhöfen, Lokomotivdepots, Knotenbahnhöfen oder anderen Orten mit großen konzentrierten Lasten.