Wie funktioniert eine Transformatorstation?

Die Transformatorstation – eine Komponente, die unerlässlich ist, damit das Stromnetz wie ein Schweizer Uhrwerk funktioniert

Unbewusst ist man sicher schon einmal an einer Transformatorstation vorbeigegangen – oder vielleicht sogar bewusst. Ob in der Stadt oder auf dem Land, diese Schlüsselelemente des täglichen Lebens sind den meisten von uns fremd. Es sei denn, man hat einen befreundeten Elektriker oder einen Artikel darüber gelesen, wie die Energie in unsere Häuser gelangt. Die Realität ist, dass nur sehr wenige Menschen die Hintergründe dieser Transformatorstationen verstehen und wie sie dank einer entscheidenden und innovativen technologischen Entwicklung dafür sorgen, dass wir Energie in unseren Wohnungen, an unseren Arbeitsplätzen oder in verschiedenen öffentlichen Einrichtungen nutzen können.

Zu Beginn wollen wir kurz erklären, wie das Stromnetz funktioniert. Die Endverbraucher sind Teil einer langen Kette, in der die ständige Verfügbarkeit von Energie sowie die Sicherheit und Vernetzung der Infrastruktur absolut notwendig sind. Das Stromnetz ist eine Art Spinnennetz, das aus verschiedenen Elementen wie Kabeln, Schaltanlagen, Masten, Türmen, Umspannwerken usw. besteht.

Um es kurz zu machen: Energie stammt aus verschiedenen Stromerzeugungsquellen, die sich in zwei Hauptgruppen einteilen lassen – traditionelle und erneuerbare Energien.

Die traditionellen Quellen wie ein Kombikraftwerk am Rande der Stadt sind weit von uns entfernt, sodass der Strom effizient in die Stadtzentren transportiert werden muss: Hier wird der Strom auf Hochspannung umgeschaltet. Dieser wird über Kabel an Hochspannungsmasten zu einem Umspannwerk transportiert, wo die Spannung von Hoch- auf Mittelspannung herunterreduziert wird. Das verringert Risiken und die Energie kann an die Verbrauchsstellen verteilt werden.

Die aus Erneuerbaren erzeugte Energie hingegen geht einen ganz anderen Weg, da sie direkt als Mittelspannung zu den Umspannwerken in der Nähe unserer Städte transportiert wird. Darüber hinaus wird diese Energie in vielen Fällen in den Gebäuden selbst erzeugt, die mit Systemen wie Photovoltaikanlagen ausgestattet sind, welche wiederum einen direkten Zugang zu ihren Stromversorgungssystemen gewähren.

Die Transformatorstationen übernehmen im Stromnetz die Funktion von Kontrolleuren und Verteilern. Im Fußball wären sie die kreativen Mittelfeldspieler, die das Spiel intelligent verteilen und jederzeit abwägen, wohin sie den Ball weitergeben sollen. Die Transformatorstationen, die sich an den Ausgängen der Umspannwerke befinden, verteilen und leiten elektrische Energie an die Verbrauchsstellen weiter. Diese Funktion wird durch ausgeklügelte Netzschutz- und Automatisierungssysteme ermöglicht, die von Ormazabal, einem führenden Unternehmen der Branche, implementiert wurden. Durch die Arbeit der Transformatorstationen verwandelt sich das Spinnennetz um die Verbrauchsstellen in miteinander verbundene Ringe.

Einerseits gewährleistet dies die Versorgung, die rationelle Nutzung der Ressourcen und die Sicherheit des Umfelds in Sachen Stromverbrauch. Andererseits wird so eine effiziente, sichere und nachhaltige Stromverteilung erreicht, die in der Lage ist, den unterschiedlichen Energiebedarf zu decken und sich an ihn anzupassen. Ohne unsere „fremden Freunde“ hätten wir ein großes Problem, da uns der Strom ausgehen würde. So wichtig sind sie also. Es gibt sie in Wohngebieten, Einkaufszentren, Fabriken, Krankenhäusern, Eisenbahnen, Straßen, Tankstellen … und die Liste geht weiter.

Jetzt, da wir wissen, was sie tun, müssen wir nur noch herausfinden, woraus sie bestehen und wie sie funktionieren.

Woraus besteht eine Transformatorstation, welche Arten gibt es, und wie funktioniert sie?

Eine Transformatorstation besteht aus fünf Hauptelementen:

• Gehäuse: Dies ist die äußere Schicht der Transformatorstation. Sie kann aus vorgefertigtem Beton, Blech oder sogar aus Ziegeln bestehen.

• Transformator: Dies ist das wichtigste elektrische Element der Transformatorstation, das die Spannung eines Stromkreises für die anschließende Verteilung erhöht oder verringert.

• Schaltanlage: Dieses Element, das den Kern der Komplexität und der technologischen Entwicklung der Transformatorstation bildet, wird je nach Typ für unterschiedliche Funktionen eingesetzt, ist aber wie ein großer Schalter, der den Strom unterbricht oder fließen lässt. Um eine Lösung zu finden, die den Betrieb des Netzes bei mittleren Spannungswerten mit absoluter Sicherheit für den Betreiber und das Netz unter den widrigsten Bedingungen ermöglicht, war diese technologische Entwicklung von grundlegender Bedeutung.

• Schutzrelais: In Verbindung mit der Schaltanlage werden intelligente Schutz-, Mess- und Steuerelemente eingesetzt. Sie bieten Elektrizitätsunternehmen sowie Privat- und Industriekunden die Gelegenheit, Strom- und Spannungswerte sowie Fehlerverläufe kontinuierlich zu überwachen und das Netz bei Bedarf aus der Ferne zu steuern. Eine echte Revolution.

• Niederspannungsschaltanlage: Dieses Element verteilt die Energie und schützt sie auf ihrem Weg zu unseren Häusern. Nachdem der Spannungswert im Transformator transformiert – reduziert –wurde, steigt der Stromwert und die Niederspannungsschaltanlage verteilt ihn an eine bestimmte Anzahl von Verbrauchsstellen, sodass der Strom in unseren Häusern landet.

Wie auch in anderen Bereichen, lassen sich Transformatorstationen je nach ihrem Verwendungszweck in verschiedene Kategorien einteilen. Zweifellos haben Sie bei einem Spaziergang durch einen Park schon ovale Schächte im Gras gesehen; oder vielleicht haben Sie am Rande eines Industriegebiets eine Art Betonklotz mit Metalltüren, verschiedenen elektrischen Schildern und dem unverkennbaren Qualitätssiegel der Marke Ormazabal bemerkt. Dabei handelt es sich um Transformatorstationen, und dies sind zwei der deutlichsten Beispiele für einige der Typen, die es je nach Standort gibt. Schauen wir uns die beiden nacheinander an:

• Transformatorstationen in vorgefertigtem Gehäuse: Vielleicht der häufigste Typ und der am leichtesten zu erkennende, wenn man genau hinschaut. Es handelt sich um Betonblöcke in verschiedenen Größen, die zwischen drei und acht Metern lang und durch Metalltüren zugänglich sind. Sie stellten eine echte Revolution dar, als Ormazabal sie auf den Markt brachte und die Installationszeit von einem Monat auf einige Tage reduzierte. Manchmal werden sie mit Zeichnungen, die für den Ort, an dem sie stehen, repräsentativ sind, individuell gestaltet, um ihre Fläche als große Leinwand zu nutzen. Vielleicht ist es Ihnen nicht bewusst, aber Sie gehen mit Sicherheit jeden Tag an einem von ihnen vorbei.

• Unterirdische Transformatorstationen: Diese Art von Transformatorstation ist versteckt, um mit dem städtischen Raum zu koexistieren, entweder für den Fußgänger- oder Fahrzeugverkehr oder aus ästhetischen Gründen. Sie sind leicht an ihren Entlüftungsöffnungen zu erkennen, die manche fälschlicherweise als Schornsteine bezeichnen, und sind durch eine Falltür auf der Oberseite zugänglich. Einige Modelle, wie die von Ormazabal entwickelten, sind überflutbar, um die Sicherheit des Netzes und die Betriebsfähigkeit auch unter den feuchtesten Bedingungen zu gewährleisten.

• Halb vergrabene Transformatorstation: Dies ist eine Lösung, bei der ein großer Teil der Station vergraben, die aber dennoch durch zwei kleine Türen zugänglich ist. Diese Art von Transformatorstation ist in städtischen Gebieten relativ häufig anzutreffen.

• Transformatorstation in einem Hochbaugebäude: Ob im Erdgeschoss eines Gebäudes, das durch eine belüftete Metallfassade vom öffentlichen Bereich abgetrennt ist, oder im Inneren eines gemauerten Gebäudes, diese Art von Transformatorstation war bis zum Aufkommen der vorgefertigten Schaltschränke die traditionellste.
• Freiluft-Transformatorstation: Sie sind sehr gut in ländlichen Gebieten zu erkennen und befinden sich an der Spitze eines Hochspannungsmastes. Da sie kaum geschützt und den Witterungseinflüssen ausgeliefert sind, wird dieser Typ nicht bei Leistungen über 160 kVA eingesetzt.

Auf jeden Fall sind die Zuleitungen (die Verbindungen zum Netz) dieser Transformatorstationen, die wir in unseren Städten sehen, unterirdisch; die einzigen sichtbaren sind die in Gebieten mit Hochspannungsmasten außerhalb der Stadtzentren.

Wie funktionieren Transformatorstationen im Detail?

Nachdem wir nun wissen, aus welchen Komponenten Transformatorstationen bestehen und welche Arten es gibt, müssen wir nur noch herausfinden, wie sie funktionieren.

Wenn die Energie über das Stromnetz in den Transformatorstationen ankommt, wird sie über die Mittelspannungsschaltanlagen verteilt. Die von den Elektrizitätsunternehmen am häufigsten verwendete Konfiguration ist die eines Eingangs- und Ausgangsrings mit einer Schutzschaltanlage, die jeden Transformator im Falle eines Problems wie einer Netzüberlastung schützen soll.

Der Transformator hat also die Aufgabe, den Spannungswert zu verringern, den Ausgangsstromwert zu erhöhen und eine große Strommenge zu erzeugen, die dann über die Niederspannungsschaltanlage an zahlreiche Steckdosen verteilt wird.

Sobald die Transformatorstation den Strom auf den idealen Wert für den Verbrauch in unseren Häusern angepasst hat, wird die Energie zu unseren Steckdosen geleitet, damit alles richtig funktioniert.

Aus diesem Grund ist jede Transformatorstation für den Schutz und die Sicherung der Stromversorgung von entscheidender Bedeutung.