Einführung in die Mittelspannungstechnik: Spannungsebenen, Schaltanlagen, Schutzkonzepte und Isoliermedien.
Ik" = U_n / (√3 × Zk)Anfangs-Kurzschlusswechselstrom
Mittelspannung (MS) bezeichnet Spannungsebenen zwischen 1 kV und 36 kV. In Deutschland sind 10 kV und 20 kV die häufigsten Betriebsspannungen für die Energieverteilung. Die MS-Technik verbindet Hochspannungs-Übertragungssysteme mit der Niederspannungs-Verteilung.
Typische Anwendungen sind Industrieanlagen, große Gebäudekomplexe und öffentliche Versorgungsnetze.
| Bereich | Spannungsbereich | Typische Werte |
|---|---|---|
| Niederspannung (NS) | ≤ 1 kV | 230/400 V |
| Mittelspannung (MS) | 1-36 kV | 10, 20 kV |
| Hochspannung (HS) | 36-245 kV | 110 kV |
| Höchstspannung | > 245 kV | 220, 380 kV |
| Typ | Symbol | Erdschlussstrom | Anwendung |
|---|---|---|---|
| Isoliert | IT | Sehr gering | Bergbau, Schiffe |
| Niederohmig | TT | 300-2000 A | Industrienetze |
| Gelöscht (Petersen) | - | < 60 A | Öffentliche Netze (D) |
| Starr geerdet | TN | Sehr hoch | USA, Niederlande |
| Typ | Isoliermedium | Vorteile | Nachteile |
|---|---|---|---|
| AIS (luftisoliert) | Luft | Kostengünstig, einfach | Großer Platzbedarf |
| GIS (gasisoliert) | SF₆ | Kompakt, wartungsarm | Hohe Kosten, Umwelt |
| Hybrid | Luft + SF₆ | Flexibel | Komplexität |
| Feststoffisoliert | Epoxidharz | Kompakt, SF₆-frei | Höhere Kosten |
| Schutzart | Funktion | Typischer Einsatz |
|---|---|---|
| Überstromschutz | I> / I>> | Kurzschluss, Überlast |
| Erdschlussschutz | Ie> / U0> | Erdschluss (1-polig) |
| Differentialschutz | ΔI | Transformatoren, Kabel |
| Distanzschutz | Z< | Leitungsschutz |
| Wiedereinschaltautomatik | AWE | Freileitung |
| Netz | Typischer Ik" | Bemerkung |
|---|---|---|
| 10 kV Industrie | 20-40 kA | Nach Trafo |
| 20 kV Verteilnetz | 16-25 kA | Am Übergabepunkt |
| 10 kV Stadtwerk | 25-40 kA | Stadtnetz |
Aufgabe
Kurzschlussstrom sekundärseitig berechnen für 630 kVA Trafo, uk = 6%.
Lösung
Sekundärer Kurzschlussstrom ca. 12-15 kA
Mittelspannung – Zusammenfassung:
| Aspekt | Typischer Wert |
|---|---|
| Spannungsebene D | 10 / 20 kV |
| Frequenz | 50 Hz |
| Sternpunkt D | Gelöscht (Petersen-Spule) |
| Max. Kurzschlussstrom | 20-40 kA |
| Schutzauslösezeit | 0,1-0,5 s |
Wichtig: Arbeiten an MS-Anlagen erfordern spezielle Qualifikation. Die fünf Sicherheitsregeln sind strikt einzuhalten.
Die Umstellung von 10 auf 20 kV ermöglicht höhere Übertragungsleistung bei gleichen Leitungsquerschnitten. Die Verluste werden halbiert. Neue Netze werden meist auf 20 kV ausgelegt.
Eine Löschspule am Sternpunkt, die den kapazitiven Erdschlussstrom kompensiert. Bei einem 1-poligen Erdschluss bleibt der Strom unter 60 A, das Netz kann weiterbetrieben werden.
Mindestens Elektrofachkraft mit Zusatzqualifikation für MS-Anlagen. Die Anlagenverantwortlichkeit erfordert besondere Unterweisung nach DIN VDE 0105-100.