Mittelspannungsnetz

Mittelspannungsnetze der regionalen Verteilnetzbetreiber werden im Regelfall in Umspannwerken aus dem übergeordneten Hochspannungsnetz wie der 110-kV-Ebene (Verteilnetzebene) gespeist und dienen der Anspeisung der regional verteilten Transformatorenstationen, welche die einzelnen Niederspannungsnetze zu den Endkunden versorgen. Mittelspannungsnetze dienen nicht dem überregionalen Stromaustausch. Größere Stromkunden, wie beispielsweise Industriebetriebe, Krankenhäuser, aber auch größere Schwimmbäder und größere Rundfunktürme, haben meist eigene Mittelspannungsanschlüsse mit betriebseigener Umspannanlage.

Die für die Versorgung nötigen Leistungstransformatoren zur Anspeisung bewegen sich im Bereich von 20 MVA bis 60 MVA, konkrete Werte hängen stark von dem jeweiligen Netzbetreiber ab. In der Regel sind diese Leistungstransformatoren auch die letzte Ebene, auf der mittels Stufenschalter lastabhängige Spannungsschwankungen ausgeglichen werden können. Bei Bedarf können bei großer Einspeiseleistung von dezentral gewonnenen regenerativen Energieträgern elektronische Mittelspannungsregler eingesetzt werden. Dadurch lässt sich die Spannung fernab vom zentralen Umspannwerk in einzelnen Abschnitten wieder auf einen Sollwert anheben oder absenken. Ein elektronischer Mittelspannungsregler besteht aus zwei Wechselrichtern, die über einen Gleichspannungs-Zwischenkreis verbunden sind. In Abhängigkeit vom Lastzustand regeln diese Spannungsschwankungen lastseitig aus.

Mittelspannungsnetze haben vor jedem Einspeise- und Bezugspunkt immer eine Schaltanlage. Diese können als Freiluftanlage oder in Schrankform ausgeführt sein.

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  Leistungstransformator zur Speisung eines Mittelspannungsnetzes.
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  Elektronische Mittelspannungsregler für 20 kV
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  Einliniendiagramm eines elektronischen Mittelspannungsreglers
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  Gekapselte Schaltanlage für 20 kV

Zur Gewährleistung der Versorgungssicherheit werden Mittelspannungsnetze im Regelfall mit Erdschlusskompensation betrieben, bei nur geringer räumlicher Ausdehnung in Ausnahmefällen auch mit isoliertem Sternpunkt – typischerweise ist dies bei Industrienetzen der Fall. Zusätzlich können auch sogenannte Pausenschalter zur Erhöhung der mittleren Versorgungssicherheit bei Freileitungen eingesetzt werden. Diese beschränkt in einem ausgedehnten Mittelspannungsnetz einen längerdauernden Stromausfall auf ein kleineres Versorgungsgebiet.[5]

Mittelspannungsnetze sind in der Topologie als Strahlennetz oder als Ringnetz ausgeführt, insbesondere in städtischen Bereichen sind Ringleitungen üblich. Ringleitungen haben den Vorteil, dass ein Leitungsabschnitt, beispielsweise zufolge von Kabelunterbrechungen oder zu Wartungsarbeiten, abgeschaltet werden kann, ohne dass die Versorgung zu den untergeordneten Niederspannungsnetzen unterbrochen wird. Des Weiteren können Mittelspannungsnetze von mehreren Punkten gespeist werden, auch kleinere Kraftwerke wie Windkraftanlagen, Biogasanlagen und große Photovoltaikanlagen speisen in regionale Mittelspannungsnetze ein.[1][6] Die rechtlichen Rahmenbedingungen dazu sind in Deutschland in der Mittelspannungsrichtlinie festgelegt.

Auf Mittelspannungsebene werden teilweise auch noch die so genannten Rundsteuersignale eingespeist, mit denen verschiedene Schalthandlungen auf Niederspannungsebene wie Tarifumschaltungen oder das Ein- und Ausschalten der Straßenbeleuchtung ausgelöst werden. In den meisten Fällen werden diese Signale aber mittlerweile mithilfe der Funkrundsteuertechnik übertragen.

Mittelspannungsnetze sind im Regelfall in dicht verbauten Regionen als Erdkabel ausgeführt. Auch Leitungsabschnitte, die durch Wälder führen, werden zunehmend als Erdkabel verlegt, um bei Windbruch Erdschlüsse zu vermeiden. In freien ländlichen Regionen sind Mittelspannungsleitungen, auch aus Kostengründen, als Freileitung ausgeführt.[7] Mittelspannungsfreileitungen werden auf Holz-, Beton- oder Gittermasten installiert. Ihre Leiterseile können auch auf Masten, die auch Stromkreise für höhere Spannungen tragen, untergebracht sein. Es gibt auch für 110 kV ausgelegte Freileitungen, die bis zu einer möglichen späteren Umstellung mit Mittelspannung betrieben werden. Mittelspannungsfreileitungen verwenden praktisch immer Einfachleiter und tragen meist nur einen Stromkreis, auch wenn vielerorts Leitungen mit 2 (und selten) mit noch mehr Stromkreisen existieren. Erdseile sind bei reinen Mittelspannungsfreileitungen selten, ebenso Luftkabel zur Datenübertragung. Mittelspannungsfreileitungen verfügen über viele Abzweigleitungen, die häufig über Masttrenner verfügen, um diese Leitung gezielt vom Netz nehmen zu können. Ein weiteres typisches Element von Mittelspannungsleitungen sind Masttransformatoren zur Stromversorgung kleinerer Verbraucher. Bei Freileitungen werden auch im Mittelspannungsnetz Verfahren wie die automatische Wiedereinschaltung eingesetzt, da die Fehlerursache wie ein auf die Freileitung herabgefallener Ast, Blitzeinschlag o. ä. oft von selbst verschwindet, und damit die Versorgungssicherheit gesteigert werden kann.

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  Erdkabel für 10 kV, auch als Höchstädter-Kabel bezeichnet
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  Mittelspannungs-Freileitungsmast für 20 kV, wie er in ländlichen Regionen üblich ist.
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  Stahlgittermast für einen Leitungsabzweig
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  Einspeisewandler für Rundsteuersignale
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  Messwandler von 30 kV auf 100 V/50 Hz
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  Schaltzelle in offener Bauweise für Mittelspannung
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  Masttrenner für 20 kV in ländlicher Gegend

Moderne Umspannstation in kompakter Bauform

Umspannstationen in Mittelspannungsnetzen sind im Regelfall in geschlossenen Gebäuden untergebracht, welche in ländlichen Gegenden häufig als turmartiges Gebäude realisiert sind, an dessen Wand Mittel- und Niederspannungsleitungen enden können. Moderne Umspannstationen, insbesondere in Städten, sind in containerartigen Fertigteilbauten untergebracht. Mittelspannungsumspannstationen können sich auch in Gebäuden befinden. Eine weitere Bauform der Umspannstation ist der auf einem Mast montierte Transformator, der sogenannte Masttransformator. Umspannstationen für Leitungen ab 30 kV können auch als Freileitungsschaltanlage ausgelegt sein. Für 60 kV-Leitungen ist dies, wie für 110 kV-Leitungen, die Regel.