Netzverteilung Mit NESSY kein Schwanken in der Spannung mehr

Autor / Redakteur: Martin Ortgies / Karin Pfeiffer

Bis 2020 wird laut RWTH Aachen jedes vierte ländliche Netz Probleme mit Spannungsbandverletzungen haben und so IT-Systeme, Industriesteuerungen und Maschinen gefährden. NESSY kann die Netzspannung innerhalb des Toleranzbandes von ± 10 % halten.

Durch den Einsatz von NESSY für existierende Ortsnetztransformatoren wird die Netzspannung dauerhaft innerhalb des Toleranzbands von ±10 % gehalten.
Durch den Einsatz von NESSY für existierende Ortsnetztransformatoren wird die Netzspannung dauerhaft innerhalb des Toleranzbands von ±10 % gehalten.
(Bilder: Ruhstrat)

Maximal ± 10 % darf das Spannungsband in Niederspannungsnetzen gegenüber der Nennspannung abweichen (EN 50160). Gleichzeitig dürfen dezentrale Energieerzeuger (EE) während des Einspeisevorgangs die Spannung lediglich um 3 % anheben laut BDEW. Das Befolgen beider Normen schafft Probleme bei der Einhaltung des Spannungsbandes im Verteilnetz. Mit steigenden EE-Anteilen nehmen die Spannungsschwankungen deutlich zu. Die RWTH Aachen kam 2012 zu dem Ergebnis, dass bis 2020 rund ein Viertel der ländlichen Netze Probleme mit Spannungsbandverletzungen haben werden. Das wiederum kann zum Ausfall von IT-Systemen, Industriesteuerungen oder Maschinen und Schäden an ihnen führen. „So reagieren elektronische Steuerungen in höchstem Maße sensibel auf Spannungsschwankungen, auch wenn sich diese nur innerhalb eines Bruchteils von Sekunden abspielen“, heißt es im Forum Netztechnik / Netzbetrieb im VDE. Dies hat auch rechtliche Auswirkungen: Laut Bundesgerichtshof haften Netzbetreiber nach dem Produkthaftungsgesetz für Überspannungsschäden (BGH, 25.02.2014 - VI ZR 144/13). Der Umfang der Spannungsschwankungen in Niederspannungsnetzen ist wegen fehlender Messeinrichtungen allerdings oft gar nicht bekannt.

Der EE-Zubau führt zu einem grundlegenden Umbau der Verteilnetze. Die Verteilnetzstudie des Bundeswirtschaftsministeriums (BMWi) hat nochmals bestätigt, dass durch den Einsatz intelligenter Technologien wie regelbare Ortsnetztransformatoren (rONT) und Niederspannungsregelsysteme / Spannungslängsregler der Netzausbau in der Niederspannung nahezu vollständig vermieden werden kann. Bei diesen Systemen wird die Spannung lokal gemessen, verarbeitet und selbstständig eine Regelung durchgeführt.

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Ortsnetztransformatoren: Mit NESSY regelbar

Das Netzspannungsstabilisierungssystem (NESSY) oder der regelbare Ortsnetztransformator (rONT) sind gleichermaßen wirksam, haben aber unterschiedliche Stärken und Einsatzbereiche. NESSY ist eine Entwicklung von Ruhstrat, einem Spezialisten für Spannungsoptimierungssysteme und Transformatoren für den Nieder- und Mittelspannungsbereich. Das Unternehmen aus Bovenden entwickelt moderne Anlagen zum Schutz vor Spannungseinbrüchen und zur Spannungsstabilisierung.

NESSY basiert auf einer mikrocontrollerbasierten Steuerung und ist eine Weiterentwicklung der etablierten Strangregler-/Spannungslängsregler-Technik. Mit NESSY können auch existierende Ortsnetztransformatoren nachgerüstet werden. Diese ONT werden damit „regelbar“ gemacht. Hier hat NESSY Ruhstrat zufolge einen Kostenvorteil, weil die vorhandenen Transformatoren nicht ersetzt werden müssen. NESSY ist sowohl für Öl- als auch für Gießharztransformatoren einsetzbar. Das ist vor allem für Industrienetze oder Einkaufszentren mit eigener Mittelspannungseinspeisung relevant. Diese setzen häufig Gießharztransformatoren ein, die durch rONT nicht ausgetauscht werden können.

Strangregler geeignet für die ländlichen Netze

NESSY ist auch als Strangregler oder Spannungslängsregler verwendbar und regelt Asymmetrien aus. „Der Einsatz eines Spannungslängsreglers ist vor allem dort vorteilhaft, wo sich die installierte Leistung von EE-Anlagen sehr ungleichmäßig auf die Abgänge eines Niederspannungsnetzes verteilt. Eine Regelung der Sammelschienenspannung und damit gleichmäßige Spannungsreglung aller Abgänge durch einen regelbaren Ortsnetztransformator würde dafür eventuell nicht ausreichend sein“, heißt es in der Verteilnetzstudie. Vor allem in ländlichen und vorstädtischen Netzen mit großen Einspeisern ist die gezielte Regelung des betroffenen Strangs daher effektiver und kostengünstiger.

Der Einsatz von NESSY für existierende Ortsnetztransformatoren hält die Netzspannung dauerhaft innerhalb des Toleranzbands von ±10 %. Die Werte für Spannung und Strom werden auf der Verbraucherseite gemessen und durch eine SPS erfasst. Mithilfe einer Steuerung werden wartungsfreie Halbleiterbauelemente (Triacs) als Stellglieder angesteuert. Die Steuerung ist reaktionsschnell und erreicht eine Regelgeschwindigkeit von 150 ms pro Stufe. Der Wirkungsgrad ist > 99 %.

Je nach Spannungsabweichung werden ein bis sechs Transformatoren zugeschaltet (Spannungserhöhung bei Unterspannung) oder gegengeschaltet (Spannungsabsenkung bei Überspannung). Der Regelbereich liegt zum Beispiel bei ±10 % in ± 4 x 2,5 %-Stufen. Die Spannungsstufen sind wählbar. Die Regelung bezieht Spannungswerte von der Sammelschiene, nach der die Stufen ermittelt werden.

NESSY ist in unterschiedlichen Leistungsvarianten von 50 kVA bis 200 kVA verfügbar. Das Stabilisierungssystem erfordert keinen Netz­umbau, ist einfach installierbar und sofort verfügbar.

In vielen Ortsnetzen ist die komplette Erneuerung des Ortsnetztrafos unwirtschaftlich. Oft sind kleine dezentrale Spannungsregler sinnvoller, um beispielsweise nur einzelne Netzstränge zu stabilisieren. Während Ortsnetztrafos immer alle drei Phasen regeln, kann es in einem Industrienetz mit einer sehr unterschiedlichen Lastenverteilung sinnvoller sein, gezielt einzelne Phasen zu regeln. Eine solche Spannungsoptimierung ist wirtschaftlicher und erhöht als eine Art elektrotechnische Firewall die Betriebssicherheit und die Anlagenverfügbarkeit. Eine geregelte Spannung stabilisiert außerdem sensible Antriebe und Prozesse.

Bei einer Einstellung des Toleranzbandes von beispielsweise ± 5 % erweitert sich der Regelbereich mit ± 10 % auf ± 15 % der Nennspannung UN. Das frei einstellbare Toleranzband und eine verringerte Versorgungsspannung ermöglicht es einem Industrieunternehmen, Energie- und Kostenoptimierungen zu erreichen.

* *Martin Ortgies ist freier Fachjournalist

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