Was ist eine Schaltanlage und aus welchen Elementen besteht sie?

Schaltanlagen umfassen eine breite Palette von Komponenten, die für den effizienten Betrieb des Stromnetzes unerlässlich sind

Die Vielzahl von Geräten, die in unserem Alltag unbemerkt die Stromversorgung sicherstellen, kann bei genauer Betrachtung überwältigend sein. Die Gesamtheit dieser Geräte wird gemeinhin als elektrische Schaltanlage bezeichnet und bildet ein Netz perfekt miteinander verbundener Systeme, die den Weg der elektrischen Energie von der Erzeugung über die Verteilung bis hin zum Verbrauch an den Endpunkten begleiten. Obwohl die Schaltanlage eine entscheidende Rolle dabei spielt, das Wunderbare alltäglich zu machen, ist man sich nicht vollständig bewusst, welche Elemente zu ihr gehören und wie diese miteinander interagieren. Heute wollen wir dieses Problem angehen, indem wir diese und andere Aspekte erläutern. Tauchen wir also ein.

Wie bereits erwähnt, könnte man Schaltanlagen als Gesamtheit aller Geräte – mit technologischen Entwicklungen auf verschiedenen Ebenen – definieren, die elektrische Energie sicher und effizient kontrollieren, steuern, messen, schützen, umwandeln und verteilen. Sie sorgen durch ihre spezifischen Aufgaben dafür, dass unsere Wohnungen, Arbeitsplätze, die Industrie, kritische Infrastrukturen, Verkehrssysteme oder Stromerzeugungsanlagen normal funktionieren. Schaltanlage, die je nach Standort und Funktion in Gebäuden oder (begehbaren) Trafostationen installiert werden, gewährleisten die Elektrifizierung der Gesellschaft und erleichtern die Integration erneuerbarer Energien in unserem Kampf gegen den Klimawandel. Hinter jedem Kilovolt, der unser Licht antreibt, unsere Geräte betreibt, unsere Elektrofahrzeuge auflädt oder unsere Lebensmittel konserviert, steht ein technisches Gerät, das dies ermöglicht.

Kabel, die unsere Felder kreuzen, um Energie in die Städte zu transportieren, Umspannwerke am Rande von Industriegebieten oder Städten, vorgefertigte Trafostationen aus Beton über und unter unseren Bürgersteigen, Niederspannungsanlagen in der Nähe unserer Häuser – all diese Objekte sind weit über unsere Landschaft zerstreut. Im Grunde genommen eine ganze Welt von Elementen, die zusammen eines der größten technologischen Wunder unserer Zeit ergeben, die die zweite industrielle Revolution möglich machen und unsere heutige Gesellschaft prägen.

Wie werden die Elemente der Schaltanlage klassifiziert?

Wir können elektrische Schaltanlagen wie folgt klassifizieren:

Je nach Funktion

• Schaltgeräte: Geräte zum Ein- und Ausschalten (Trennschalter, Schalter, Schaltschütze, …)
• Schutzeinrichtungen: Systeme, die den Betrieb anderer Elemente sicherstellen und Versorgungsunterbrechungen verhindern (Sicherungen, Schutzschalter, …)
• Messgeräte: Geräte zur Berechnung des Stromverbrauchs (Zähler)
• Regelungseinrichtungen: Sie passen die Strombedingungen an den Verbrauchsbedarf an (Niederspannungsschalttafeln)
• Steuergeräte: manuelle, automatische oder ferngesteuerte Systeme (Relais)
• Reaktanzspulen und Kondensatoren

Je nach Spannungsebene

• Niederspannung (NS): ≤ 1.000 V AC, ≤ 1.500 V DC
• Mittelspannung (MS): 1 bis 36 kV (kann 45 kV erreichen)
• Hochspannung (HS): 45 bis 220 kV
• Extrahochspannung (UHV): >220 kV

Je nach Standort

• Inneninstallationen: Die Elemente befinden sich an einem geschützten Ort (einem Gebäude, einer vorgefertigten Struktur aus Beton und/oder Blech…), geschützt vor äußeren Umwelteinflüssen wie Wasser, Kälte, Hitze, …
• Installationen im Freien: Die Installation befindet sich im Freien und die Geräte sind so konzipiert, dass sie den Witterungseinflüssen ausgesetzt sind. Beispiele hierfür sind Kabel, Sendemasten oder Masttransformatoren.

Je nach Schutzart

• Ungeschützt oder offen: Geräte ohne Schutzabdeckung
• Geschützt mit Metallgehäuse: Sie haben eine Abdeckung, um eine lange Lebensdauer zu gewährleisten.

Verwendungszwecke von Schaltanlagen

• Hausinstallationen: bspw. Beleuchtungssysteme, Steckdosen, Haushaltsgeräte, Sicherheitssysteme
• Industrielle Anlagen: Steuerung von Maschinen, Automatisierungssysteme, Stromverteilung für Großgeräte, Stromkreisschutz und andere industrielle Anwendungen
• Öffentliche Einrichtungen: bspw. öffentliche Beleuchtung, Transportsysteme, Stromversorgung öffentlicher Gebäude
• Elektrische Netze: Sie dienen der Erzeugung, Produktion, Speicherung, Verteilung, Steuerung oder Umwandlung von elektrischer Energie.

Die Antwort auf neue Anforderungen an das Stromnetz

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BU: Verschiedene Schaltanlagenkomponenten werden zu einer gemeinsamen Lösung vereint, welche die neuen Anforderungen der Stromnetze erfüllt – wie bei der digitalen Trafostation von Ormazabal.

Aus welchen Elementen bestehen elektrische Schaltanlage?

Elektrische Schaltanlagen umfassen eine Vielzahl von Elementen wie Niederspannungsschalttafeln, Transformatoren, Verkabelung, Energiezähler, …

Schauen wir uns einige der wichtigsten Elemente an:

• Verdrahtung: Der primäre Stromleiter, der sich in unterirdischen Leitungen befindet oder zwischen Masten und Pfählen sichtbar ist.
• Elektrische Transformatoren: Sie dienen der Anpassung der Stromwerte an den Verbrauch.
• Schaltanlagen oder Unterbrecher: Dienen als Leitungsschalter, Schutzeinrichtungen und/oder Zähler.
• Niederspannungsschalttafeln: Passen den Strom an die spezifischen Verwendungszwecke der Endverbrauchsstellen an.
• Trafostationen: Fassen verschiedene Elemente wie die oben genannten in einem Beton-Fertigteil oder Metallgehäuse zusammen und bieten eine integrierte Lösung.
• Zähler: Entscheidend für die Messung des Stromverbrauchs der Endverbraucher.
• Steuer- und Schutzelemente: Die intelligenten Komponenten stehen mit den anderen Elementen in Verbindung, um die Automatisierung und Fernverwaltung zu ermöglichen.

Die Auslegung der Elemente selbst und die Konfiguration der elektrischen Schaltanlage als Ganzes gewährleisten eine zuverlässige Stromversorgung.

Digitalisierung und Automatisierung als Garant für die Zukunft des Netzes

Die Gegenwart und die Zukunft der Schaltanlagen drehen sich um Digitalisierung und Automatisierung. Jose María Torres, Leiter der Abteilung Smart Grids bei Ormazabal, definiert dieses Konzept als „ein vorrangiges Ziel, um die von der Europäischen Union festgelegten Dekarbonisierungsziele zu erreichen“. Torres behauptet, dass die aktuellen geopolitischen und exogenen Faktoren „den Wandel der Elektroindustrie hin zu einer Welt mit einer stärkeren Integration erneuerbarer Energieerzeugung und mehr Nachhaltigkeit beschleunigt haben“.