Deutschlands Mittelspannungs-Umspannstationen beschleunigen die digitale Aufrüstung – SF6-Geräte stehen unter Ersatzdruck

de.wedoany.com-Bericht: Am 22. September veröffentlichte Thomas Dürr, Leiter Standards und Vorschriften bei Siemens Smart Infrastructure, einen Artikel auf Enlit, in dem er darauf hinweist, dass die europäischen Mittelspannungs-Verteilnetze in einen konzentrierten Modernisierungszyklus eintreten, wobei sekundäre Umspannstationen ein Schlüsselelement darstellen. In Deutschland gibt es derzeit etwa 600.000 solcher Umspannstationen, doch die Digitalisierungsquote liegt unter 10 %; gleichzeitig beträgt die typische Nutzungsdauer von Betriebsmitteln in sekundären Mittelspannungs-Umspannstationen bis zu 40 Jahre, und eine große Anzahl bestehender Anlagen muss weiterhin durch Sensoren, Fernsteuerung und neue Schaltgeräte nachgerüstet werden.

Der aktuelle Modernisierungsschwerpunkt liegt zunächst auf der Beobachtbarkeit des Verteilnetzes. Mit der Zunahme dezentraler erneuerbarer Energien, Elektrofahrzeugen und Prosumern treten im Verteilnetz bidirektionale Lastflüsse auf, und herkömmliche sekundäre Umspannstationen können nicht länger isoliert betrieben werden. Siemens schlägt vor, dass neu errichtete und modernisierte Umspannstationen mit intelligenten Sensoren für Strom, Spannung usw. ausgestattet werden und über Fernwirkeinrichtungen Parameter wie Wirkleistung, Blindleistung, Scheinleistung, Leistungsfaktor und Frequenz erfasst und die Daten anschließend in das Netzleitsystem eingespeist werden, um sie für Betriebsüberwachung und nachgelagerte Steuerung zu nutzen.

Bei digitalen Betriebsmitteln halten Niedrigleistungs-Wandlersysteme nach der Norm IEC 61869 zunehmend Einzug in Mittelspannungssysteme. Diese Geräte können direkt in die Kabeleinführungsdurchführungen gasisolierter Mittelspannungsschaltanlagen integriert werden und in Kombination mit Temperatursensoren den Zustand der Kabelverbindungen kontinuierlich überwachen, wodurch zusätzliche Sensorinstallationen und nachfolgender Wartungsaufwand reduziert werden. Der Artikel weist zugleich darauf hin, dass Strom- und Spannungsmessung, gerichtete Kurzschluss- und Erdschlussanzeige sowie Fernstörungsmeldung und Steuerungsfunktionen zunehmend von früheren Zusatzausstattungen zu Standardfähigkeiten der nächsten Generation sekundärer Umspannstationen werden.

Europäische Mittelspannungsschaltanlagen stehen zudem vor einem SF6-Ersatzzeitplan. Nach der 2024 erlassenen neuen EU-Verordnung über fluorierte Treibhausgase gelten ab dem 1. Januar 2026 strengere Beschränkungen für neue Geräte mit einer Bemessungsspannung von höchstens 24 kV; bis 2030 wird der Anwendungsbereich auf 52 kV ausgeweitet. Das traditionelle SF6-Gas hat ein Treibhauspotenzial, das etwa das 24.300-Fache von Kohlendioxid beträgt; künftige Mittelspannungsschaltanlagen werden daher verstärkt auf fluorfreie Isolierlösungen mit einem GWP unter 1 umgestellt. Siemens verwendet bereits das aus natürlichen Luftbestandteilen bestehende Isoliermedium Clean Air als Ersatz für herkömmliche fluorierte Gase.

Die Miniaturisierung von Betriebsmitteln wird ebenfalls zu einer wichtigen Randbedingung für Modernisierungsprojekte. Städtische sekundäre Umspannstationen verfügen in der Regel über keinen zusätzlichen Platz, während die nächste Systemgeneration gleichzeitig Sensorik, Kommunikation, Fernsteuerung und Überwachungsfunktionen ergänzen muss. Siemens ist der Ansicht, dass gasisolierte Schaltanlagen bei gleichen technischen Parametern weniger Platz beanspruchen und eine Aufrüstung ohne Vergrößerung der bestehenden Stationsfläche ermöglichen. Künftige digitale Umspannstationen werden zudem verstärkt elektrische Bedienpaneele, standardisierte Vorkonfektionierung, einheitliche Schnittstellen, das VDIS-Spannungsprüfsystem sowie die Online-Überwachung kritischer Netzparameter einführen.

Auf der Betriebsebene werden Cloud-Plattformen und KI-Analysen schrittweise in das Datensystem sekundärer Umspannstationen integriert. Durch die zentrale Verarbeitung von Anlagenzustands- und Netzbetriebsdaten können Spitzenlasten frühzeitig erkannt, Wartungsmaßnahmen geplant und Investitionsentscheidungen vorbereitet werden. Siemens weist zugleich darauf hin, dass Mittelspannungsschaltanlagen künftig weiter standardisiert werden müssen, einschließlich einheitlicher Hilfs- und Steuerspannungen, geringerer Gerätetypenvielfalt, standardisierter Schnittstellen und vereinfachter Typprüfungen, um die Lieferzeiten digitaler Umspannstationen zu verkürzen.