Mittelspannungsschaltanlage von Siemens bei den Stadtwerken Neustadt an der Aisch

Neue Technik in altem Gemäuer 

Die Stadtwerke in Neustadt an der Aisch versorgen die Stadt über vier Ringleitungen mit Strom. Zuletzt ist der Stromverbrauch industrieller Verbraucher im Versorgungsgebiet stark angestiegen. Um die Netzstabilität weiterhin zu gewährleisten, mussten die Stadtwerke daher zusätzliche Kapazitäten in der elektrischen Energieversorgung schaffen. Mit der ursprünglichen Übergabestation war dies nicht möglich. Deshalb entschied man sich dafür, die alte Anlage teilweise durch eine Mittelspannungsschaltanlage NXPLUS C von Siemens auszutauschen. Sie konnte die Kenndaten sowie Anforderungen an Betriebs- und Personensicherheit passgenau erfüllen. Beim Austausch galt es jedoch, einerseits bauliche Gegebenheiten zu beachten und andererseits den laufenden Betrieb aufrecht zu erhalten. Rund 13.000 Bürger und zahlreiche Industriekunden werden durch die Stadtwerke in Neustadt an der Aisch, die sogenannten NEUSTADTWERKE, mit elektrischer Energie versorgt. Der Strom stammt zu 100 Prozent aus regenerativen Energiequellen. Als durch den gestiegenen Strombedarf der Industrie eine Erweiterung der Mittelspannungsanlage nötig wurde, war „Hirnschmalz“ gefragt. Denn als die Anlage in den 1980er Jahren entstand, war es üblich, die Gebäude von Übergabestationen genau an die Bedürfnisse der technischen Ausstattung anzupassen. Beim Austausch der Geräte kann es dann passieren, dass die baulichen Voraussetzungen für die neue Ausstattung zu groß oder zu klein bemessen sind. Diese Umstände betreffen viele Betreiber bei einem vollständigen oder teilweisen Austausch solcher Anlagen.

Neue Anforderungen durch Industrie und Verbraucher

Die konkrete Herausforderung ergab sich für die Stadtwerke Neustadt an der Aisch aus folgendem Grund: In ihrem Versorgungsgebiet befinden sich neben Haushalten auch industrielle Verbraucher. Sie werden über insgesamt vier Ringleitungen mit dem nötigen Strom versorgt. Einzelne Unternehmen weiteten zuletzt ihre Produktion deutlich aus. Das führte zu steigendem Energiebedarf. Außerdem wird seit einigen Jahren auch immer mehr Strom aus Photovoltaikanlagen in das städtische Netz eingespeist. Weil Photovoltaik-Strom zunächst durch einen Wechselrichter von Gleichstrom auf Wechselstrom umgewandelt werden muss, kann es dann beim Einspeisen zu einer Erhöhung des Spannungsbandes kommen. Das wiederum kann die Netzstabilität beeinträchtigen, für die der städtische Energieversorger verantwortlich ist. Die Neustadtwerke mussten daher ihre bestehenden Kapazitäten in der elektrischen Energieversorgung erweitern. Nachdem sich im Versorgungsgebiet auch strukturrelevante Verbraucher wie Krankenhäuser oder Altenheime befinden, stehen Netzstabilität und Versorgungssicherheit ganz oben auf der Prioritätenliste. Um diese dauerhaft zu gewährleisten, entschieden sich die NEUSTADTWERKE dafür, die Ringstruktur auf der sekundären Verteilungsebene um zusätzliche Versorgungsringe zu erweitern. Auf der primären Verteilungsebene verließ man sich seit 1987 auf insgesamt 14 Felder der Siemens-Mittelspannungsschaltanlage (MS-Anlage) vom Typ 8BJ20. Sie waren in zwei sich gegenüberliegende Sammelschienenabschnitte aufgeteilt, wobei zusätzlich vier Leerfelder zur Verfügung standen. Grundsätzlich wäre also noch Platz für eine Erweiterung gewesen. Eine Netzberechnung ergab jedoch, dass zum Aufbau weiterer Versorgungsringe insgesamt 19 Felder nötig sind – und damit genau eines mehr als verfügbar. Daher fiel die Entscheidung, einen Sammelabschnitt durch neue Elemente auszutauschen. In der Umsetzung ergaben sich einige Herausforderungen.

Gewusst wie

Einerseits war von Anfang an klar, dass der Austausch während des laufenden Betriebs stattfinden musste. Die Stromversorgung durfte zu keinem Zeitpunkt unterbrochen werden. „Im Prinzip steht man während der kurzen Zeit der Umstellung auf einem Bein. Aber wir haben weder Kosten noch Mühen gescheut, um die Stromversorgung zu gewährleisten und sie im Fall der Fälle schnell wieder aufbauen zu können. Wir hatten daher mit dem Energiezulieferer bereits Verabredungen getroffen und beispielsweise über eine zweite Freileitung die Versorgung sichergestellt“, so Klaus Stöhr, Prokurist und technischer Betriebsleiter bei den NEUSTADTWERKEn. Hinzu kam, dass nach Abschluss des Austauschs die bestehende Anlage parallel zur neuen betrieben werden sollte. Es war also wichtig, dass beide Systeme zueinander passen. Außerdem durften laut planerischer Vorgabe der NEUSTADTWERKE keine baulichen Maßnahmen am Gebäude der Übergabestation vorgenommen werden. Und schließlich waren aktuelle Personenschutzrichtlinien zu beachten. Matthias Koch, Vertriebsbeauftragter Utilities bei der Siemens Energy Management Division, stand von Anfang an mit Rat und Tat zur Seite. Nach seinen Berechnungen war es möglich, neun Felder der alten MS-Anlage in Betrieb zu halten und lediglich einen Teil durch zehn neue Felder des Typs NXPLUS C auszutauschen. Während vergleichbare Leistungsschalter-Festeinbauanlagen früher luftisoliert waren, ist die NXPLUS C gasisoliert. Sie hat damit eine deutlich kompaktere Abmessung. So war es nicht nur möglich, die benötigten 19 Felder im vorhandenen Gebäude unterzubringen. Es entstand auch noch zusätzlicher Platz um die neue Mittelspannungsschaltanlage zu erweitern. Bei der NXPLUS C handelt es sich um eine fabrikgefertigte, typgeprüfte, metallgekapselte, SF6-gasisolierte Schaltanlage mit metallischen Zwischenwänden. Sie kommt in Umspann- und Schaltstationen zum Beispiel in Energieversorgungsunternehmen, Kraftwerken, der Zement-, Automobil- oder Nahrungsmittelindustrie zum Einsatz. Ihre Bemessungsspannung liegt bei bis zu 24 kV. Die Anlagebehälter sind gemäß IEC 62271-200 ein hermetisch abgeschlossenes Drucksystem und gewähren Dichtigkeit auf Lebensdauer. Die wartungsfreien Schaltgeräte und gekapselten Kabelstecker sorgen für höchste Versorgungs- und Personensicherheit. Das liegt daran, dass alle Primärteile berührsicher und hermetisch geschlossen sind. Es besteht also weder die Gefahr, dass Personen in Berührung mit unter Spannung stehenden Gegenständen geraten, noch können Umwelteinflüsse dem Gerät Schaden zufügen. Dadurch entfällt auch die Wartung, was zu reduzierten Betriebskosten und einer erhöhten Wirtschaftlichkeit der Investition führt. Unter normalen Betriebsbedingungen beträgt die erwartbare Nutzungsdauer der gasisolierten Schaltanlage NXPLUS C unter Berücksichtigung der Dichtheit des hermetisch verschweißten Anlagenbehälters mindestens 35 Jahre, realistisch aber 40 bis 50 Jahre. „Wir haben verschiedene Möglichkeiten durchgerechnet. Am Ende hat sich herausgestellt, dass die Lösung von Siemens genau unseren Bedürfnissen entspricht. Und darüber hinaus war das auch die wirtschaftlichste Variante“, erklärt Stöhr. Eine Frage blieb zunächst jedoch offen: Die neue Anlage war mit einer Breite von 60 cm fast halb so schmal wie die alte. Deshalb passten die eigens angelegten Kabelzuführungen unterhalb der Felder nicht mehr. „Eine bauliche Veränderung am Gebäude hätte enormen Planungsaufwand bedeutet. So wäre es nötig gewesen, die Statik zu überprüfen, und der Umbau hätte viel Zeit gekostet“, erklärt Siemens-Techniker Matthias Koch und fährt fort: „Unsere Lösung war deutlich einfacher, kostengünstiger und ebenso effizient: Wir haben die Schaltanlage auf einen etwa 20 cm hohen Sockel gestellt. Außerdem nutzen wir nun statt Stromschienen Alukabel. Die lassen sich minimal biegen. So können wir trotz der auf einen Meter angepassten Öffnungen unterhalb der Schaltschränke die Kabel passgenau den schmaleren Modellen zuführen.“ Im Falle eines Störlichtbogens tritt bei gasisolierten Schaltanlagen das Gas unter großem Druck aus. Ein neu angebrachter Druckausleitkanal führt die Druckwelle aus dem Raum der Mittelspannungsschaltanlage heraus. Das garantiert selbst für Personen, die sich in so einem Extremfall im Raum befinden, höchste Sicherheit. Anlässlich des teilweisen Austausches wurde die neue Anlage mit der Siprotec 5-Gerätereihe ausgestattet. Dabei handelt es sich um eine leistungsfähige Automatisierung mit grafischer Darstellung. Sie ermöglicht eine sichere, serielle Schutzdatenkommunikation auch über weite Distanzen und alle physikalischen Medien hinweg. Damit können alle relevanten Betriebsgrößen gemessen und die Schaltgeräte gesteuert werden.

Gute Zusammenarbeit

Für Klaus Stöhr war Siemens der erste Ansprechpartner in Sachen Nachrüstung: „Wir haben einfach mit der alten Anlage beste Erfahrungen gemacht. Deshalb kam für uns eigentlich nur Siemens in Frage. Die gute Zusammenarbeit hat mich dann in meiner Haltung noch bestätigt. Wir haben von der Planung und Projektierung bis zur Umsetzung alles gemeinsam durchgeführt. Es hat alles ohne Reibungsverluste und im Zeitplan geklappt. Das macht uns schon ein wenig stolz.“ Mittlerweile stehen sogar neue gemeinsame Projekte an. So befindet sich beispielsweise im Gewerbegebiet eine Verteilstation, die vor kurzem mit einer 8DJH-Schaltanlage von Siemens für sekundäre Verteilnetze ausgestattet wurde. Sie soll demnächst in Zusammenarbeit mit Siemens mit der neuen Mittelspannungsschaltanlage NXPLUS C in der Übergabestation verbunden werden.

Fazit

Durch den teilweisen Austausch der Mittelspannungsanlage bei den Stadtwerken in Neustadt an der Aisch gegen eine neue, gasisolierte Siemens-Mittelspannungsschaltanlage vom Typ NXPLUS C konnten Versorgungssicherheit und Netzstabilität im Verteilergebiet erhöht werden. Die NEUSTADTWERKE haben dadurch aktuelle Herausforderungen wie einen gestiegenen Energiebedarf im Versorgungsgebiet sowie vermehrte Einspeisung von Photovoltaik-Strom bewältigt. Dank der geschickten Montage konnten die neuen Anlagenteile installiert werden, ohne bauliche Maßnahmen am bereits bestehenden Gebäude der Übergabestation vorzunehmen.

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Neue Schaltanlagen für Neustadt: gasisolierte Siemens-Mitttelspannungsschaltanlage vom Typ NXPLUS C 

 

 

 

Die neuen Schaltanlagen sind sehr kompakt, wodurch noch zusätzliche Leerfelder entstanden, die bei Bedarf genutzt werden können

Quelle: Siemens AG  Erlangen, Fallstudie vom September 2016

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

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