Seminar 07 - Schaltanlagen - HAAG Elektronische Messgeräte GmbH

EUROPA 

bei 

Nacht 

„Strom ist nicht alles, aber ohne Strom ist nichts“ 

Fachbibliothek von HAAG 

Die Firma HAAG Elektronische Messgeräte GmbH ist Hersteller hochpräziser 

Messgeräte zur Erfassung und Analyse aller qualitätsbeschreibenden 

Eigenschaften der Elektroenergie. 

Zu den aktuell erarbeiteten Kompetenzfeldern gehören derzeit:: 

► Messgeräte für Niederspannungssammelschienen mit n-Stromeingängen: 

Lastflussanalyse mit Leistungsspitzen, Symmetrieüberwachung, Blindleis- 

tungsbedarf, Störbelastung einzelner Phasen, Allgemeine Netzanalyse 

► Messwandler für gesicherte Messungen unter der Kategorie CAT IV / 1000 V. 

HAAG veröffentlicht regelmäßig eigene Fachbeiträge und stellt Seminarunterlagen 

namhafter Fachspezialisten ins Netz: 

www.haag-messgeraete.de → Bibliothek 

Grundlagen der elektrischen Energieversorgung 

HAAG stellt anschaulich gestaltete Seminarunterlagen über die Grundlagen 

der elektrischen Energieversorgung zum Download bereit. 

Die Seminare werden regelmäßig von Dipl.-Ing. Walter Castor, Stadtwerke 

Erlangen AG, veranstaltet und unterliegen seinem Copyright. 

Die Vervielfältigung und der Druck dieser Unterlagen ist nur mit ausdrücklicher 

Genehmigung des Autors zulässig. 

Dem Leser wird umfassendes Wissen über Grundlagen, Basistechnologien, 

Fachausdrücke und Wirkungsprinzipien aus dem Fachgebiet der Energieversorgung 

vermittelt. 

Die Seminare richten sich hauptsächlich an Einsteiger in das Fachgebiet, aber 

auch Profis finden viele neue Informationen. Diese Unterlagen eignen sich 

hervorragend zur Auffrischung des Grundlagenwissens. 

Viele interessante Beispiele beleben den Blick in die Praxis. 

► Seminar 01 - Grundlagen (ca. 3,4 MB) 

► Seminar 02 - Netze (ca. 2,9 MB) 

► Seminar 03 - Isolierstoffe (ca.0,28 MB) 

► Seminar 04 - Kabel und Freileitungen (ca. 5,0 MB) 

► Seminar 05 - Schaltgeräte (ca. 1,4 MB) 

► Seminar 06 - Trafo und Wandler (ca. 3,8 MB) 

► Seminar 07 - Schaltanlagen (ca. 7,0 MB) 

► Seminar 08 - Fehler in Netzen (ca. 1,9 MB) 

► Seminar 09 - Netzschutz und Leittechnik (ca. 1,2 MB) 

► Seminar 10 - Arbeitssicherheit (ca. 2,1 MB) 

► Seminar 11 - Entstörungen (ca. 0,8 MB) 

► Seminar 12 - Schaltungen (ca. 0,35 MB) 

► Seminar 13 - Kundenanlagen (ca. 1,0 MB) 

► Seminar 14 - Dokumentation (ca. 0,5 MB) 

► Seminar 15 - Netzberechnung ca. 0,3 MB)

1 

2 

Schaltanlagen 

(switchgear) 

Die für Energieverteilung in elektrischen Netzen erforderlichen Betriebsmittel 

bezeichnet man in ihrer Gesamtheit als Schaltanlagen. 

Werden Transformatoren eingesetzt, spricht man von Umspannanlagen 

Dies können sowohl Umspannwerke (Umspannung von Höchst- auf 

Hochspannung bzw. Hoch- auf Mittelspannung) sein als auch 

Transformatorenstationen (Ortsnetz- oder Kundenstationen, Umspannung von 

Mittel- auf Niederspannung). 

Die Primärtechnik besteht aus: 

•Sammelschienen 

•Schaltgeräten 

•Transformatoren 

•Kabel und Leitungen 

Die Sekundärtechnik besteht aus: 

•Steuerung - fern 

- lokal 

-vor Ort Einzel- oder 

Kombigeräte 

•Netzschutz 

•Messung und Zählung 

•Rundsteuerung 

•Eigenbedarf 

Aufbau von Sammelschienen: Einfachsammelschiene 

(single busbar) 

Single-Line-Darstellung 

Bezeichnung L1, L2, L3 

gelb grün violett 

• Einfacher Aufbau 

• Geringe Sicherheit 

© W. W. Castor, 2012 

Bezeichnung von vorn nach hinten 

bzw. von links nach rechts 

© W. Castor, 2012

3 

4 

Aufbau von Sammelschienen: Doppelsammelschiene 

(double busbar) 

Höhere Betriebssicherheit 

Flexiblere Betriebsweise 

Sammelschienen mit Querkupplung 

(bus coupler) 

Duresca-Schiene 

Aufgaben der Kupplung: 

• Verbindung der Sammelschienen 

untereinander 

• kurzschlußfeste Verbindung parallel 

zum Trennschalter 

Betriebsaufgaben: 

• Sammelschienenwechsel ohne Unterbrechung des Betriebes 

• Auftrennen des Netzes 

Kurzschlußstrombegrenzung 

mehrere Netzteile (z. B. Industrienetz, Haushaltsnetz) 

• Einsatz als Reserveschalter für jeden beliebigen LS 

(Voraussetzung: eine SS ist betrieblich frei) 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

5 

6 

Längskupplung: betriebsmäßig offen 

(switchable busbar) 

Sammelschienen mit Längstrennung 

Verbesserung der Versorgungssicherheit 

von Einfachsammelschienenanlagen 

durch Auftrennen in getrennte Gruppen 

(ggf. mit mehreren Einspeisungen) 

(sectionalized busbar) 

Längstrennung: betriebsmäßig geschlossen 

(disconnectable busbar) 

Trafodurchführung 

SS-Durchführung in einer 

luftisolierten Schaltanlage 

Durchführungen und Stützer I 

(bushing and post insulator) 

© W. W. Castor, 2012 

Abstützung bzw. Durchführung von spannungsführenden 

Sammelschinen und Leiter gegen Schaltzellen und Wände 

Dimensionierung entsprechend der Nennspannung und des 

zu erwartenden Kurzschlußstromes 

Beanspruchung:� elektrisch (Potential, Fremdschicht) 

� mechanisch (Gewicht der Schienen) 

� thermisch (Stromwärme im Kurzschluß) 

� dynamisch (Kurzschlußströme) 

� chemisch (Erdboden) 

Kabeldurchführung 

(Mauerwerk) 

Sammelschienenstüzer 

© W. Castor, 2012

7 

8 

(switchgear) 

Rücken-an Rücken-Aufstellung 

• kurze Verbindung zwischen den feststehenden 

Teilen 

• viel Platz im Kabelanschlussraum 

• umständlicher Sammelschienenwechsel 

• großer Platzbedarf 

Fluchtweg max. 40 m (über 52 kV) 

max. 20 m (bis 52 kV) 

Aufstellungen von Schaltanlagen 

Gegenüber-Anordnung 

• klare räumliche Trennung 

• überschaubar 

• Kabel-/Schienenverbindung nötig 

• Verriegelung des Erdungsschalters 

aufwendig 

Erforderliche Gang- und Fluchtwegbreiten 

Bediengang min. 800 mm 

Montagegang min. 500 mm 

(gekapselte Anlagen) 

Fluchtwegbreite 

min. 500 mm 

© W. W. Castor, 2012 

Für Bediengänge bis 10 m genügt ein Ausgang. 

Überschreitet der Fluchtweg 10 m, ist an beiden Enden ein Ausgang erforderlich. 

Raummindesthöhe: 2000 mm 

Türen für Notausgänge: min. 2000 mm hoch und 750 mm breit 

© W. Castor, 2012

9 

10 

Kühlluft 

110-kV-Kabel 

(transformer substation) 

110/10 kV-Trafo 

sehr viele Arbeitserder nötig, 

da große Teilkapazitäten infolge kleiner 

Isolationsabstände 

UW Gesamtaufbau 

10-kV-Trafokabel 

110-kV-Schaltanlage 

Übersichtsplan des UW 


10-kV-Ortsnetzkabel 

© W. W. Castor, 2012 

E 01 E 02 E 04 E 05 

© W. Castor, 2012

11 

12 

Einpolige Kapselung bei 

Anlagen ≥ 110 kV 

Dreipolige Kapselung bei 

Anlagen ≤ 110 kV 

UW 110-kV-Schaltanlagen I 


einpolige Kapselung 

Doppelsammelschienenanlage 

UW 110-kV-Schaltanlagen II 


Dreipolige Kapselung 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

13 

14 

Schnitt durch eine 3-polig isolierte Schaltanlage 

Überwachung der Gasdichte in jedem Teilraum 

jeder Phase 

Druck: 40 – 80 kPa (4 – 8 bar) 

Gasraumüberwachung 

© W. W. Castor, 2012 

Geschlossenes Drucksystem 

(closed-pressure-System) 

regelmäßige Kontrolle der Gasräume 

für Inspektions-, Wartungs- und 

Prüfzwecke Gas nachfüllbar 

Leckrate < 0,5% p.a. 

© W. Castor, 2012

15 

16 

Antrieb 

UW 110-kV-Schaltanlagen Stützerbauformen 

Kompensatoren zur Aufnahme der 

Längsdehnung 

Trichterstützer mit längerem Kriechweg (ab 110 kV) 

zur lichtbogenfesten Gasraumschottung 

UW 110-kV-Schaltanlagen 

Gasdichtesensor 

Rohrstützer in einer Ausleitung 

TE-Messung vor Ort bei der IBN 

(partial discharge) 

Endoskopische Aufnahme mit Überschlag 

während der Hochspannungsprüfung 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

17 

18 

UW Größenvergleich zwischen zwei 110-kV-Schaltfeldern 

(switchbay) 

Konventionelles, luftisoliertes Kabelfeld 110 kV 

Baujahr um 1965 

3200 

3550 

110-kV-Kabelfeld einer SF 6-Anlage 

Luftisolierte Doppelsammelschienenanlage 10 kV 

(air-insulated duplicate bus switchgear) 

Schaltanlage mit herausziehbaren 

Schaltern (Betrieb- und Trennstellung) 

Fahrwagen zur Wartung außerhalb des Schaltfeldes 

Auch Festeinbau möglich, dann aber immer 

Sammelschienen-und Kabeltrenner erforderlich 

6-Raum-Schottung 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

19 

20 

LS in Test-Stellung 

Herausfahren des LS auf 

den Fahrwagen 

Details einer Fahrwagenschaltanlage 

SF 6 – isolierte 20-kV-Schaltanlage 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

21 

22 

SF 6 – isolierte 20-kV-Schaltanlage (Bau) 

Erdungsanlagen I 

(earthing system) 

Erdungsleiter: Leitung des Stromes ins Erdreich 

Potentialausgleichsleiter: Verbindung der Körper elektrischer Betriebsmittel 

Bemessung: Korrossion und mech. Beanspruchung 

therm. Beanspruchung 

Berührungs- und Schrittspannung 

Zulässige Berührungsspannungen: 

Fehlerdauer > 3 sec: max. 75 V 

© W. W. Castor, 2012 

Grundsätze: 

1. Alle nicht zum Betriebsstromkreis gehörende Metallteile von Betriebsmitteln 

müssen geerdet werden. 

2. Metallteile, die bei Fehlern mit unter Spannung stehenden Teilen in Kontakt kommen 

können, müssen geerdet werden. 

3. Übrige Metallteile sollen geerdet werden, sofern dies angemessen ist. 

Schutzerdung: Erdung eines nicht zum Betriebsstromkreis gehörigen leitenden Teils 

(Schutz gegen zu hohe Berührungsspannung) 

(protective grounding) 

Betriebserdung: Erdung eines Punktes im Betriebsstromkreis, die für den Betrieb 

erforderlich ist (system grounding) 

© W. Castor, 2012

23 

24 

m 

30 20 10 

100 

80 

60 

40 

20 

0 0 

100 

80 

40 

20 

0 

10 20 30 

60 

2 

5 

Erdungsanlagen II 

m 

Potentialverlauf 

Spannungstrichter 

30 20 10 0 0 10 20 30 

20 

40 

60 

80 

100 

V 

230 V 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

25 

26 

100 kA 

I 

Äquipotentiallinien 

0 

2 

5 

10 

100 

20 

40 

60 

80 

0,8 m 

60 % 

Potentialsteuerung I 

(voltage grading) 

0,8 m 

5 % 

Schrittspannung 

(step voltage) 

Näherungsweise Berechnung der Schrittspannung 

Potenzialverlauf an der Oberfläche 

Φ (r) 

s =Δr = 0,8 m 

3 m 

100 kA×100 Ωm 

0,8 m 

U S ≈ 

× 2 

2×π (3 m) 

US ≈141,5 

kV 

s = Δr = 0,8 m 

50 m 

100 kA×100 Ωm 

0,8 m 

U S ≈ 

× 2 

2×π (50m) 

US ≈ 509 V 

U S 

U S 

r 

I×ρ Δr 

U S ≈ × 2 

2×π r 

100 kA×100 Ωm 

0,1 m 

U S ≈ 

× 2 

2×π (50m) 

US ≈ 

64 V 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

27 

I 

Näherungsweise Berechnung der Berührungsspannung 

Potenzialverlauf an der Oberfläche 

Φ (r) 

100 A×100 Ωm ⎛ 1 1 ⎞ 

U B ≈ × - 

2×π 

⎜ 

2 m 2,8 m 

⎟ 

⎝ ⎠ 

UB ≈ 227,4 V 

100 

28 

I E = 100 A 

s = 0,8 m 

60 

80 

r E = 2 m 

0,8 m 

20 % 

Berührungsspannung U S 

r 

Potentialsteuerung II 

m 

mit Erde verbundener 

Potentialsteuererder 

(Ringerder) 

I×ρ ⎛ 1 1⎞ 

U B ≈ × ⎜ − ⎟ 

2×π rEr U S 

⎝ 1 ⎠ 

r 1 = r E + s = 2,8 m 

Abstand Tiefe 

zum Gebäude 

1. Ring 1 m 0,5 m 

2. Ring 4 m 1,0 m 

3. Ring 7 m 1,5 m 

4. Ring 10 m 2,0 m 

U S 

20 10 0 0 10 20 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

29 

30 

Verhalten im Erdschlußfall 

1. Gefahrenbereich durch Heben/Senken, Herausschwenken oder 

Herausfahren verlassen 

2. Abschalten des Stromes veranlassen 

3. Führerstand erst nach Abschalten des Stromes verlassen 

4. Außenstehende vor dem Nähertreten und dem Berühren 

des Gerätes warnen 

Schutzabstand: 10 m 

3 m 

nur unter Aufsicht 

von EFK, bis 110 kV 

Erdschluß 

10 … 20 kV 

Nur bei unmittelbarer Gefahr (z. B. Brand) den Führerstand verlassen und sich 

hüpfend entfernen ! Schrittspannung beachten ! 

Verhalten im Erdschlußfall 

1. Gefahrenbereich durch Heben/Senken, Herausschwenken oder 

Herausfahren verlassen 

2. Abschalten des Stromes veranlassen 

3. Führerstand erst nach Abschalten des Stromes verlassen 

4. Außenstehende vor dem Nähertreten und dem Berühren 

des Gerätes warnen 

Schutzabstand: 10 m 

3 m 

nur unter Aufsicht 

von EFK 

Nur bei unmittelbarer Gefahr (z. B. Brand) den Führerstand verlassen und sich 

hüpfend entfernen ! Schrittspannung beachten ! 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

31 

32 

E 

Früher: 

Max. Ausbreitungswiderstand: 

2 Ω 

R A/e 

M 

Spannungstrichter 

des Erdere E 

Erdungsanlagen III 

20 m 

S IV 

S III 

S1 S2 S0 S3 S4 

S I 

S II 

Wendepunkt 

S 0 

neutrale Zone 

40 m 

Spannungstrichter des 

Hilfserders HE 

20 m 

Messen des Spannungs- und Widerstandstrichters 

Potentialtrichter Hochspannungsmast 

HE 

R A/h 

X 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

33 

34 

Ausführung einer Erdungsanlage 

Cadweld-Schweißverbindung 

(battery) 

Anforderungen: - Spannungskonstanz 

- hohe Stoßbelastbarkeit 

- lange Lebensdauer 

Erdungsanlage eines UW 

Bleiakkumulatoren 

mit pos. Großoberflächenplatten 

© W. W. Castor, 2012 

Geeignete Bauarten: - GroE (pos. Großflächenplatte, neg. Gitterplatte, pos. Masseträger 

aus reinem Pb, verlorene Masse wird aus Bleikern neu 

regeneriert, Lebensdauer 15 – 12 a, hoher Anschaffungspreis, 

hohes Gewicht, große Stellfläche, ungeeignet für zyklischen 

Einsatz 

^ 

- OGi (pos. und neg. Gitterplatten, vergleichbar mit GroE, jedoch 

geringere Lebensdauer (8 – 12 a), pos. Masseträger aus Pb/Sb- 

Legierung, verlorene Masse wird nicht nachgebildet, somit 

Kapazitätsverlust über die Gebrauchsdauer, kompakte Bauform) 

erf. 

Batteriekapazität: 

Batterieanlage I 

-OPzS (pos. Panzerplatten, neg. Gitterplatten, Pb/Sb-Legierung 

als pos Masseträger hohe Energiedichte , gut geeignet 

für zykl. Beanspruchungen weniger geeignet für 

Hochstrombelastung, Lebensdauer 10 – 15 a, geringe Stellfläche) 

Verbrauch in Watt 

Ah = 

× Zeit in Stunden 

Nennspannung 

in Volt 

U N 

Anzahl der Zellen: n = 

2, 

23V 

/ Zelle 

(Bereitschaftsparallelbetrieb) 

Überwachung: Über-, Unterspannung, Symmetrieüberwachung, Erdschlußüberwachung 

Wartung: regelm. Sichtkontrolle (wöchentlich), Messen der Zellenspannung und der 

Säuredichte, Kapazitätsprüfung mit Last (jährlich) 

© W. Castor, 2012

35 

36 

Rundsteuersender 

~ 

Ankopplung 

Serienankopplung 

f < 200 Hz 

Übliche Gleichspannungen: 

- Betätigungsspannung: 220 V= 

- Steuerspannung: 60 V= 

Prüfung der Batt.-Anlage 

Batterieanlage II 

Ladegerät mit 

doppelten Einschüben 

zur Erhaltungsladung 

(floating battery) 

Ankopplung Rundsteueranlage 

Leistungstransformator 

Einspeisetransformator 

(ripple control system) 

Hochspannungsseite 

Überwachungseinheit 

Ankoppelkondensator 

Ankoppeldrossel 

Isoliertransformator 

Rundsteuersender 

Wahl der Sendefrequenz abhängig von Netzdaten 

Shunt ~ 

~ 

© W. W. Castor, 2012 

Parallelankopplung 

f> 200 Hz 

Unabhängig vom Einspeisetrafo 

© W. Castor, 2012

37 

38 

Telegrammuster in der Zentrale 

(Kommandogerät) 

Sender: Überlagerung der Netzspannung mit 

kodierter Tonfrequenz (1... 8% der Nennspannung) 

Mittelspannungsanlage 

Sender Rundsteueranlage 

Parallel - Ankopplung 

Sender 

Aufbau und Energiefluss in einer Trafostation 

Zähler 

DIN 42500 

630 kVA 

Niederspannungsund 

Zählerraum 

© W. W. Castor, 2012 

KVS 

© W. Castor, Castor, 2012

39 

40 

Bauarten von Schaltanlagen in Ortsnetzstationen 

Luftisolierte Schaltanlagen 

(AIS Air Insulated Switchgear) 

• Isolation durch Luft, 

• Schaltlichtbogenbeherrschung durch Luft oder Vakuum 

SF 6-isolierte Schaltanlagen 

(GIS Gas Insulated Switchgear) 

• Hermetisch abgeschlossenes Drucksystem 

(Sealed-Pressure-System) 

• Isolation durch SF 6, 

• Schaltlichtbogenbeherrschung durch SF 6 oder Vakuum 

• Kein Nachfüllen von SF 6 während der gesamten Nutzungsdauer 

Überdruck 2 – 5 kPa (0,2 – 0,5 bar) 

Menge: ca. 2 kg SF 6 in einer dreifeldrigen Anlage 

Luftisolierte Schaltanlage in ON 

• typgeprüfte Schaltanlage (VDE 0670) 

• metallgekapselt 

• fabrikfertige Anlieferung (feldweise) 

• Ein-Raum-Schottung 

• Montage auf Fundamentrahmen 

• Kontaktstellen der Sammelschienen reinigen, 

fetten und feldweise unverspannt einbauen 

• spez. Druckplatten und verstärkte Federringe 

verwenden, Anziehdrehmomente beachten 

Abmessungsbeispiel 10 kV: 

Feldteilung: 600 mm 

Feldtiefe: 730 mm (LS-Feld: 900 mm) 

Feldhöhe: 1900 mm 

Gewicht: 170 kg 

(LS-Feld: 250 kg 

Mess-Feld: 270 kg) 

© W. W. Castor, 2012 


41 

Details Siemens 8 DJ 20 (1) 

42 

4 

3 

5 

Gasisolierte Schaltanlage in ON 

6 

2 

Vorzugsweiser Einsatz in 

• Kompaktstationen 

• Industrienetzen 

• Windkraftanlagen 

nahezu wartungsfrei 

in der Regel gasdicht geschweißter 

Edelstahltank (Vorsicht beim Anbringen 

von Bohrungen !) 

nur in Ausnahmefällen anreihbar 

1 

Abmessungsbeispiel: 

3-feldrige Anlage bis 24 kV 

Breite: 980 mm 

Tiefe: 665 mm 

Höhe: 1400 mm 

Gewicht: 298 kg 

© W. W. Castor, 2012 


Details Siemens 8 DJ 20 

HH-Sicherung 

43 

44 

1 

2 


Kabelanschlußraum 

4 

© W. W. Castor, 2012 



Gasraumüberwachung 

45 

46 

4 


Kurzschlußanzeiger 

Messdose 

magnet. 

Kopplung 

© W. W. Castor, 2012 



kap. Spannungsanzeige 

47 

48 

5 

6 


Bedienung 

Spannung 

liegt an 

Wiederholprfg. 

bestanden 

Messsignal 

nicht 

in Ordnung 

5 

6 

spannungsfrei 

3 

3 

2 

1 

4 

4 

© W. W. Castor, 2012 



Bedienung 

49 

50 

6 

6 


Bedienung 

5 

5 

6 

6 

3 

3 

2 

2 

1 

1 

4 

4 

© W. W. Castor, 2012 


51 

100 

90 

80 

70 

60 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

52 

Gasdichtigkeit 

max. Leckrate: 

10 

sek 

-6 mbar I 

100 

12 

p (bar) 

0,3 

29 

AIS: jeweils 100 % 

Gasdichtigkeit der SF 6-Anlage 

minimaler Betriebsdruck 

800 

100 

1492 

10 

Nennfülldruck 

1643 

GIS: umbautes Raumvolumen 

GIS: versiegelte Fläche 

17 

1740 

1789 

1871 

1955 

2000 

Einstein 

Reichsgründung 

Franz. Revolution 

Friedrich der Große 

Newton 

Kolumbus entdeckt Amerika 

Krönung von Karl dem Großen 

100 

Schaltanlagenraum 

Völkerwanderung 

Raumbedarf in Abhängigkeit von Bauart und Nennspannung 

12 kV 24 kV 36 kV 

10 

14 

Anno 

Quelle: Siemens 

© W. W. Castor, 2012 


53 

54 

100 m 3 

50 m 3 

Entwicklung von Gebäudegrößen (Lastschaltanlagen) 

1950 1970 1980 1990 

1950 1970 1980 1990 

Turmstation Garagenstation Kunststoffstation Kompaktstation 

Gebäudevolumen (m 3 ) 82 50 14 12 

Volumen pro Schaltfeld (m 3 ) 3 2 1 1 

Anzahl Schaltfelder 4 5 5 5 

2800 


Übersichtsplan einer Ortsnetz-/ kundenstation I 

4 Kabeldurchführungen, 

Hauff HD 150 

Trafoschutzgitter 

(ring main unit) 

4100 

Stationszubehör 

A 


Zählerraum 

A 

Erdungstrennstelle 

Zähler 

DIN 42500 

630 kVA 

Erddurchführungsbolzen 

Tür mit durchstecksicherer 

Belüftungsöffnung 

© W. W. Castor, 2012 

durchstecksicheres 

Lüftungsgitter 


55 

56 

Übersichtsplan einer Ortsnetz- / kundenstation II 

Querschnitt A - A 

Übersichtsplan einer Ortsnetzstation mit luftisolierter Schaltanlage 

Standardschaltung 

einer Ortsnetzstation: 

Kabel – Kabel - Trafo 

2350 

© W. W. Castor, 2012 


57 

58 









© W. W. Castor, 2012 


59 

60 

Übersichtsplan einer Ortsnetzstation mit SF 6-isolierter Schaltanlage 

Kurzschlußanzeiger 

Kabelendverschluss 

Eigentumsgrenze 

Drei-Stellungs- 

Schalter 

Kap. Spanungsanzeiger 

Übersichtsplan einer einfachen Kundenstation 

© W. W. Castor, 2012 

Betriebsführungsgrenze 

Meßeinrichtung 


61 

62 

Eigentumsgrenze 

Turmstation 

Übersichtsplan einer größeren Kundenstation 

Betriebsführungsgrenze 

Kunde schaltet AUS 

VNB schaltet EIN 

Bauarten von Ortsnetzstationen I 

© W. W. Castor, 2012 

Maststation mit 

eingehaustem 

Trafo 


63 

64 

Niederspannungsanlage 

Bauarten von Ortsnetzstationen II 

Bauarten von Ortsnetzstationen III 

Trafo mit abgeschranktem 

Anschlußbereich 

Zubehörtafel 

Begehbare Station mit 

luftisolierter Schaltanlage 

Abmessungen: 

2,80 m x 3, 50 m 

© W. W. Castor, 2012 

Mittelspannungsschaltanlage 

luftisoliert 


65 

66 

Wartung (maintenance): 

Schaltgeräte: - Kontakte reinigen, mit vom Hersteller zugelassenem Fett dünn 

bestreichen 

- Antriebe entfetten und neu fetten, Funktionskontrolle, Spielfreiheit der 

- Antriebe kontrollieren 

- HH-Sicherungen überprüfen (Einbaurichtung, Größe, Auslösung mit 

Prüfeinsatz) 

- EV überprüfen 

- Schalterstellungsmeldungen prüfen 

Trafo: - Reinigen, 

- Ölstand kontrollieren 

NSpg.: - Reinigen (AuS !), 

- Beschriftung kontrollieren 

Wartung von Ortsnetzstationen 

Gebäude: - Belüftungsöffnungen säubern, 

- Dachkontrolle, 

- Innenreinigung, 

- Außenanlagen Schloßkontrolle, 

- Beschilderung 

- Erdungsmessung, 

ereignisorientierte 

IH 

CM 

Corrective Maintenance 

Instandhaltungs- und Wartungsstrategien 

Aktivität erforderlich ? 

zustandsabhängige 

IH 

CBM 

Condition Based 

Maintenance 

n j 

Kriterium: 

Diagnose 

zeitabhängige 

IH 

TBM 

Time Based 

Maintenance 

Voraussetzung: 

Station freigeschaltet, 

geerdet und zur Arbeit 

freigegeben 

Kriterium: 

Wichtigkeit 

n j n j 

vorausschauende 

IH 

© W. W. Castor, 2012 

RBM 

Reliability Based 

Maintenance 


67 

68 

Zeitabhängige Instandhaltung 

• Wartung in festen Zeitzyklen 

• Austausch nach einer festgelegten 

Betriebsdauer 

• hohe Verfügbarkeit 

• keine Nutzung bis zur maximalen 

Nutzungsdauer 

Kostenintensivste Instandhaltung 

Ereignisorientierte Instandhaltung 

• Instandsetzung bzw. Austausch nach 

einem Fehler 

• Verfügbarkeit der Anlage hängt von der 

Zuverlässigkeit des Gerätes ab 

• kein Einfluß auf die Fehlerzeit 

Kostengünstigste Instandhaltung 

© W. W. Castor, 2012 


69 

70 

Zustandsorientierte Instandhaltung 

• Wartung bzw. Austausch in Abhängigkeit 

des techn. Zustandes 

Alle identischen Betriebsmittel werden 

gleich behandelt 

Vorausschauende, zuverlässigkeitsorientierte Instandhaltung 

• Wartung bzw. Austausch in Abhängigkeit 

des techn. Zustandes 

• Wichtigkeit des Betriebsmittels für das Netz 

Kabelverteilerschrank 

def. Diazed-Element in einer 

Niederspannungsverteilung 

Optimale Instandhaltungsstrategie 

Thermographie 

Rohrbruch an einer 

Fernwärmeleitung 

Schlechte Verbindungsstelle in einem 

Mittelspannungsendverschluss 

- Hohe Investitionskosten 

- Schulungsbedarf 

+ Frühzeitiges Erkennen von 

Schwachstellen 

+ Kostenersparnis durch gezielte 

Ertüchtigungsmaßnahmen 

© W. W. Castor, 2012 


71 

72 

TE - Messung an einer Kabelstrecke 

typ., max. TE-Werte: Massekabel 10.000 pC 

VPE-Kabel 7.000 pC 

Wartungsarbeiten unter Spannung 

+ Arbeiten ohne Freischalten möglich 

kein Schaltrisiko, kein Notstromaggregat erforderlich 

+ kostengünstig bei EV-Nachfüllen 

- nur speziell ausgebildetes 

Personal einsetzbar 

- hoher apparativer Aufwand 

spez. Geräte, z. T. witterungsabhängig 

- verbleibendes Restrisiko 

© W. W. Castor, 2012 


73 

74 

A 

ΔΘ = 12...15K 

h 

PV 

= 

5, 

8× 

h 

Zu- und Abluft 

(freier Querschnitt) 

P V = P 0 + k x P K 

Mit k = 1,06 für Öltrafos und k = 1,2 für Gießharztrafos 

Zu- und Abluft 

Stochersicheres Belüftungsgitter 

besser: 

Vergrößerung der Fläche 

Gitter um 10% 

Jalousie um 50% 

Abluft ~ 1,1 x Zuluft 

© W. W. Castor, 2012 


75 

76 

min.800 mm 

R ages ≤ 2 Ω 

min.800 mm 

R ages ≤ 2 Ω 


Tiefenerder 

Erdungssammelleitung min. 200 mm 2 Fe, 

Erdungsleitung min. 100 mm 2 Fe oder 35 mm 2 Cu 

EV 


Tiefenerder 

Erdungsanlage in einer Trafostation 

Erdungssammelbzw. 

trennstelle 

Zähler 

Anschlußschrauben mind. M10 

DIN 42500 

630 kVA 


Zählerraum 

Erdungssammelleitung min. 200 mm 2 Fe, 

Erdungsleitung min. 100 mm 2 Fe oder 35 mm 2 Cu 

EV 

Erdungsanlage in einer Trafostation 

Erdungssammelbzw. 

trennstelle 

Zähler 

Anschlußschrauben mind. M10 

DIN 42500 

630 kVA 


Zählerraum 


Steuererder 

Bandstahl, verzinkt 

30 x 35, hochkant 


Steuererder 

© W. W. Castor, 2012 

Bandstahl, verzinkt 

30 x 35, hochkant 


77 

78 

Funkenhörner nur im Freileitungsnetz 

sinnvoll. 

Im Kabelnetz stellen sie eine 

Fehlerquelle dar. 

Demontieren ! 

U N = 12 kV / 400 V 

U N = 24 kV / 400 V 

Hinweise bei Instandhaltungsarbeiten 

Absicherung der Transformatoren 

kVA I 1 I 2 I Nmin I Nmax 

250 14,4 360 32 40 

315 18,2 455 40 63 

400 23 576 40 63 

500 28,9 720 50 100 

630 36,4 910 63 100 

800 46 1160 80 160 

1000 58 1440 100 160 

kVA I 1 I 2 I Nmin I Nmax 

250 7,2 360 16 25 

315 9,1 455 25 40 

400 11,5 576 25 40 

500 14,4 720 32 40 

630 18,2 910 32 63 

800 23,1 1160 40 63 

1000 29 1440 40 100 

Quelle: Driescher 

Falsche Erdung ! 

Vermischung von Schutz- und 

Betriebserde. 

Gefahr beim Trafotausch ! 

L = 292 mm +33 mm 

L = 442 mm +33 mm 

© W. W. Castor, 2012 

In Kompaktstationen bei 

Trafoleistungen > 800 kVA 

nur Sicherungen mit Stichmaß 

442 mm einsetzen und 

Sicherungsnennstrom 

Reduzieren (100 A -> 80A) ! 

Verlustwärme beachten ! 

HH-Auslösung 

P2 

P1 


79 

80 

HH-Sicherungen mit 

Temperaturbegrenzer 

verwenden ! 

Abmessungen: 2 m x 2,5 m 

Kompaktstationen 

Aufgrund erhöhter Wärmebelastung kann 

die Nennleistung des Transformators ggf. 

nicht voll ausgenutzt werden 

Baustationen 

1,47 

Baustation aus Edelstahl 

mit austauschbarem Rahmen 

2,22 

© W. W. Castor, 2012 

SF 6-isolierte Schaltanlage, 

mittelspannungsseitige Messung, 

luftisoliert 


Vor Beginn: 

Freischalten 

ggf. Ersatzstromversorgung aufbauen 

(Notstromaggregat) 

81 

82 

Demontage des Trafos 

Stationsumbau 

Stationsumbau 

Demontage der Altanlage 

© W. W. Castor, 2012 


83 

84 

Stationsumbau 

Einbringen und Montieren der 

neuen Komponenten 

Risiko eines Störlichtbogens 

Ziel: am Ende des Arbeitstages mind. 

ein Kabelschaltfeld, das Trafoschaltfeld, 

den Trafo und die Niederspannungsverteilung 

in Betrieb nehmen 

Störlichtbögen in elektrischen Anlagen sind seltene Ereignisse. 

�1 Lichtbogenfehler pro 10.000 Schaltfelder und Jahr 

Abschätzung: 

z. Zt. gibt es in Deutschland ca. 400.000 Netzstationen 

(mit einer Wachstumsrate von rd. 8.000 Stationen pro Jahr). 

Im Schnitt sind in einer Schaltanlage drei Schaltfelder eingebaut 

⇒1.200.000 Schaltfelder 

⇒120 Lichtbogenfehler pro Jahr 

Wenn ein Störlichtbogen auftritt, wird 

� das Bedienpersonal der Anlage 

� die Anlage selbst 

� das Anlagengebäude 

gefährdet. 

(arcing fault) 

© W. W. Castor, 2012 


85 

86 

Vergleich Lichtbogen - Flamme 

Einwirkzeit: kürzer, aber energetisch höher als die einer Flamme 

Flamme mind. 1 sec und deutlich länger 

Lichtbogen 0,01 ... 1 sec 

Gesamtenergie: Flamme ca. 30 cal/m 2 

Lichtbogen: ca. 100 cal/m 2 

Kerntemperaturen: Flamme 800 ... 1100 °C, Metallbrand bis 1500 °C 

Lichtbogen 10.000 °C 

Energieaufteilung: Flamme Strahlung : Konvektion 50 : 50 

Lichtbogen Strahlung : Konvektion 90 : 10 

P el 

Leistungsbilanz eines Störlichtbogens 

P therm 

P fp 

Wärmeleitung, Schmelzen 

Strahlung 

Verdampfen 

Aufheizung und 

Druckanstieg 

P exo 

© W. W. Castor, 2012 


87 

88 

Auswirkungen 

des 

Störlichtbogens 

Folgen 

für die 

Anlage 

Folgen 

für den 

Menschen 

2 

1 

Auswirkungen eines Störlichtbogens 

Überdruck Erwärmung 

Mech. Beansprung 

der 

Wände und 

Türen 

Verletzung 

(Druckwelle, 

fortfliegende 

Teile) 

Kompressionsphase 

mit max. Überdruck 

p – p 0 

bar 

0,5 

0,1 

Die freiwerdende Energie des Störlichtbogens bewirkt 

Therm. 

Beansprung 

Schmelzen und 

Zersetzen 

Verbrennungen 

(Auswurf 

heißer Gase) 

Optische, 

akkustische 

Erscheinungen 

keine 

Verblitzte 

Augen, 

Schock 

1 2 3 

4 

Expansionsphase 

mit abklingendem Druck 

Ablauf eines Störlichtbogens 

(Personenschutz) 

Toxische 

Auswirkungen 

Staub auf 

Wänden und 

Türen 

Ökologische 

Auswirkungen 

Entsorgung 

Vergiftung mittelbar 

4 

Thermophase 

mit Ausstoß von Metall 

und Isolierstoffdämpfen 

© W. W. Castor, 2012 

10 20 30 100 1000 ms 

3 

Emmissionsphase 

mit Ausstoß der Gase 

t 


89 

90 

bar 

3,0 

2,5 

2,0 

1,5 

1,0 

0,5 

20 40 

Baumwolle, 150 x 150 mm 

150g/m 2 (A) bzw. 40 g/m 2 (B) 

Druckanstieg in Luft und SF 6 

SF 6 -Anlage 

luftisolierte Anlage 

60 80 100 120 140 200 240 ms 

Berstscheibe 

(bursting disc) als 

Soll-Bruchstelle 

Versuchsaufbau für eine Störlichtbogenprüfung 

© W. W. Castor, 2012 

Kriterium 1: Ordnungsgemäß gesicherte Türen, 

Abdeckungen usw. dürfen sich nicht öffnen 

Verformungen bleiben zulässig 

Kriterium 2: keine Brüche in der Kapselung, 

Teile der metallgekapselten Schaltanlage 

> 60 gr. dürfen nicht wegfliegen 

Kriterium 3: Durch Lichtbogeneinwirkung dürfen keine 

Löcher in die Kapselung gebrannt werden 

(bis 2 m Höhe) 

Kriterium 4: Indikatoren aus Baumwolle 

dürfen sich nicht entzünden 

Kriterium 5: Alle Erdverbindungen müssen noch 

wirksam sein 

Zugänglichkeitsgrad A: Elektrofachleute (Bedienerschutz) 

Zugänglichkeitsgrad B: uneingeschränkter Zugang (Passantenschutz) 

PEHLA-Richtlinie Nr. 2, in Verbindung mit DIN VDE 670, Teil 601 neu: DIN EN (IEC) 62271 / VDE 0671 


91 

92 

Änderung gegenüber der bestehenden Norm VDE 670 Teil 601 

Bisher: 

� Eine Zündung pro Feld (Auswahl des 

Ortes so, dass die größten Beanspruchungen 

hervorgerufen werden 

� zu erfüllende Kriterien sind zu 

vereinbaren 

� Abstände zu Wände und Decken der 

Raumnachbildung sind zu vereinbaren 

� Indikatoren dort anbringen, wo mit dem 

Austritt heißer Gase zu rechnen ist 

Neu: 

VDE 0671 Teil 200 

� Zündung in jedem Schottraum 

mind. 2 Schaltfelder 

� Alle Kriterien sind anzuwenden 

� Verzugsdeckenhöhe und max. Abstand 

zu den Wänden sind vorzugeben 

� Indikatoren sind flächendeckend im 

Schachbrettmuster anzubringen 

� Angabe „IAC“ auf dem Typenschild, 

falls Prüfung bestanden 

VDE 0671 Teil 202 gilt zukünftig für Stationen als Ersatz für VDE 0670 Teil 611 

Aufbau und Inhalt der neuen IEC 62271 

© W. W. Castor, 2012 

für metallgekaselte Anlagen IEC 62271-200 bzw. VDE 0671 Teil 200 

für fabrikfertige MS/NSpg-Stationen IEC 62271-202 bzw. VDE 0671 Teil 202 

- Harmonisierung mit ANSI (IEEE) 

- stärkere Berücksichtigung der gasisolierten Technik 

- Einführung der Betriebsverfügbarkeit (Service Continuity Class) 

- Klassizifierung nach Funktionalität anstelle nach Konstruktion 

- Prüfprozedur der Störlichtbogenprüfung ist Teil der Norm 

- Empfehlungen für Grenzwerte bei Teilentladungsmessungen 

(akzeptabler Grenzwert: 10 pC bei 1,1 x U r) 


93 

94 

Metallgekapselte Schaltanlage 

Schotträume 

nicht zugänglich zugänglich 

Isoliermedium 

Klassifikation nach IEC 62271-200 

LSC 

Verlust der 

Betriebsverfügbarkeit 

Störlichbogenqualifikation 

Schottungsklasse 

PM oder PI 

Schottungsklassen, Schottraumarten und Zugänglichkeit 

© W. W. Castor, 2012 

Die Schottung dient dem Personenschutz bei Arbeiten im Schaltfeld. Sie bestimmt stark 

die Abmessungen des Feldes Innere Fehler bleiben auf den Entstehungsraum begrenzt 

Beim Arbeiten in/an geöffneten Schotträumen wird nach der Art der 

Trennwand unterschieden: Klasse PM (partition of metal) 

Klasse PI (partition of insulating material 

Schottraum Zugangskontrolle und -möglichkeit 

verriegelungsgesteuert 

zugänglich 

verfahrensabhängig 

zugänglich 

werkzeugabhängig 

zugänglich 

nicht zugänglich 

• für normalen Betrieb 

und Instandhaltung 

(z.B. Sicherungswechsel) 

• nicht für normalen Betrieb 

und Instandhaltung 

(z. B. Kabelprüfung) 

• wenn HS-Teile geerdet 

• über Schloß und 

Arbeitsanweisung 

• mit Werkzeug und 

Arbeitsanweisung 

• für Betreiber nicht möglich / nicht beabsichtigt 

• Öffnen kann Schottraum zerstören 

(z. B. gasisolierte Schaltanlage) 


95 

96 

Kategorie LSC der 


(Loss of Service Continuity) 

LSC 1 

LSC 2 

1) LSC 2B PM: 

LSC 2A 

LSC 2B 

Kategorie der Betriebsverfügbarkeit 

Service Continuity Category 

Wenn ein zugänglicher Schottraum 

(z. B. Schalter) in einem Schaltfeld 

geöffnet ist … 

• müssen andere Schalter 

ausgeschaltet sein, zumindest 

ein weiteres oder SS-Abschnitt 

• bleiben alle anderen Schaltfelder 

unter Spannung 

• bleiben alle anderen Schaltfelder 

und auch der Kabelanschlußraum 

des offenen Schaltfeldes unter 

Spannung 

Konstruktive 

Ausführung 

Keine 

Feldtrennwände 

Feldtrennwände + 

Trennstrecke mit 

Schottung zur SS 

Feldtrennwände + 

Trennstrecken mit 

Schottung zur SS 

und zum Kabel 

gasisolierte Schaltanlagen besitzen in der Regel keinen Verlust der 

service continuity ! 

Schottungen von Schaltanlagen 

• jedes Sammelschienensystem, das Hauptschaltgerät und der Kabelanschlussraum 

sind in getrennten Räumen, die Zwischenwände sind 

metallisch und geerdet 

2) LSC 2A PM: 

• jedes Sammelschienensystem, das 

Hauptschaltgerät einschl. Kabelanschlussraum 

sind in getrennten Räumen, die Zwischenwände 

sind metallisch und geerdet 

3) PM LSC 1 

• Keine Feldtrennwände 

© W. W. Castor, 2012 


97 

98 



Beispiel: GIS Metallschottung 

Zugänglichkeit der Schotträume 

• SS: werkzeugabhängig 

• LS: nicht zugänglich 

• Kabel: werkzeugabhängig 


• Kategorie LSC 2B 

Schottung (Zwischenwände) 

• Klasse PM (metallisch) 

Störlichtbogenqualifikation 

• Kategorie IAC A … 

Beispiel: AIS Teilschottung 

Zugänglichkeit der Schotträume 

• SS: werkzeugabhängig 

• Trenner 

und ES: nicht zugänglich 

• LS: verriegelungsabhängig 

• Kabel: verriegelungsabhängig 


• Kategorie LSC 2A 

Schottung (Zwischenwände) 

• Klasse PM (metallisch) 

Störlichtbogenqualifikation 

• Kategorie IAC A … 

© W. W. Castor, 2012 


99 

100 

Schottungen der Sammelschiene 

Der Störlichtbogen läuft mit ca. 100 m/s von der Einspeisung zum Sammelschienenende. 

Die Sammelschiene bleibt in der Regel bis auf Rußspuren intakt. 

a. ohne Schottung 

� Das Endfeld wird beschädigt; ggf. Verlängerung der SS mit „Opfermaterial“ 

� leichte Zugänglichkeit für Reparaturen 

b. Feld zu Feld-Schottung (Querschottung) 

� Schottung hält den Lichtbogen auf, der Fehler bleibt auf das Feld beschränkt 

� bei Feldern in der Mitte schwierige Reparatur 

Schaltgeräte 

Schaltgeräte der Hauptstrombahn und Erdungsschalter sind zu Nachweis 

ihres Ein- und Ausschaltvermögens in der Schaltanlage unter 

Einbaubedingungen zu prüfen. 

Klassen der Gebrauchsdauer und des Schaltverhaltens: 

E Bemessungsklasse: elektrische Lebensdauer 

M Bemessungsklasse: mechanische Lebensdauer 

C Bemessungsklasse: kapazitive Schaltfälle 

S Verwendungsklasse Netzart Kabel- oder 

Freileitungsnetz 

Modulkupplung 

nur 

Leistungsschalter 

© W. W. Castor, 2012 


101 

102 

E1 

E2 

E1 

E2 

Bemessungsklassen Lastrennschalter 

(EN 60265-1) 

Verwendung in Teilnetzen, in denen nur selten geschaltet wird. 

Bauteile der Löscheinrichtung und der Hauptstrombahn sind so gebaut, 

dass sie während der Lebensdauer keine oder andere Teile nur 

minimale Wartung benötigen 

(minimale Wartung = Schmierung, Nachfüllen von Gas, Reinigung 

der Oberflächen) 

E3 Schalten höherer Lastströme und häufiges Zuschalten auf Kurzschlüsse 

M1 Mechanische Standfestigkeit von 1000 Schaltspielen 

M2 Mechanische Standfestigkeit von 5000 Schaltspielen für häufiges Schalten 

Bemessungsklassen Leistungsschalter 

(EN 62271-100) 

Normale elektr. Lebensdauer (nicht in Kategorie E2) 

© W. W. Castor, 2012 

Erweiterte elektr. Lebensdauer: während der erwartenden Lebensdauer 

keine Wartung der Komponenten der Schaltkammer in der Hauptstrombahn 

und nur minimale Wartung seiner anderen Teile 

(minimale Wartung = Fettung, Nachfüllen von Gas, 

Reinigung der äußeren Oberflächen) 

C1 Geringe Rückzündungs-Wahrscheinlichkeit bezügl. Schaltens kap. Ströme 

C2 Sehr geringe Rückzündungs-Wahrscheinlichkeit bezügl. Schaltens kap. Ströme 

M1 Normale mechanische Lebensdauer von 2000 Schaltspielen 

M2 Mechanische Standfestigkeit von 10.000 Schaltspielen für häufiges Schalten 

geringfügige Wartung 

S1 Verwendung in Kabelnetzen 

S2 Verwendung in Freileitungsnetz oder Kabelnetz mit direktem Anschluss 

an eine Freileitung 


103 

104 

Beispiel: 

Störlichtbogenqualifikation nach IAC 

internal arc classified 

Mit Erfolg geprüfte Anlagen sind gekennzeichnet durch „IAC“ 

Es folgen die Buchstabenkombinationen: 

⇒ A: Zugänglichkeit nur für Bedienpersonal (Türen geöffnet) 

⇒ B: öffentliche Zugänglichkeit (Türen geschlossen) 

⇒ F: Zugänglich an der Vorderseite 

⇒ L: Zugänglich an der Längsseite 

⇒ R: Zugänglich an der Rückseite 

IAC BF-AR 16 kA 1s 

• Prüfung mit 16 kA für 1 Sekunde 

• Vorderseite öffentlich zugänglich 

• Rückseite nur für Bedienende zugänglich 

• Seitenflächen dürfen nicht zugänglich sein 

Beispiel einer Typprüfbestätigung 

© W. W. Castor, 2012 


105 

106 

Nachrüstpflicht ? 

Neubau: formal nach alter Norm möglich, da Hochspg.-Betriebsmittel nicht zum geregelten 

Bereich gehören. 

Jedoch: in der Rechtsauslegung wird die Anwendung zurückgezogener Normen als 

Rückschritt bewertet ! 

Betrieb: BGV A3: elektrische Anlagen sind entspr. den elektr.-techn. Regeln zu 

betreiben; Mängel sind unverzüglich zu beheben §3 (1) und (2) 

Durchführungsanweisung zu §3: Im allgem. liegt ein Mangel nicht vor, wenn beim Erscheinen 

neuer elektr.-techn. Regeln an neue Anlagen oder Betriebsmittel neue Anforderungen gestellt 

werden. 

Schaltanlagen nach VDE 0670-6 können weiter betrieben werden. 

Nachrüstung: BGV A3: Eine Anpassung ist nicht erforderlich, wenn in neuen Regeln weitergehende 

Anforderungen erhoben werden. Schaltanlagen nach VDE 067-6 erfüllten bereits die Anforderungen 

der Berufsgenossenschaft. 

Keine Nachrüstung erforderlich. 

Kleine Erweiterungen: vergleichbarer Personenschutz ist bei alten Anlagen nur unter bestimmten 

Voraussetzungen gegeben, z. B. VDE 0670-6 (Anhang AA), Prüfaufbau entspricht der 

Aufstellung, alle Schotträume geprüft und mind. alle 6 Kriterien erfüllt 

Größerer Umbau: Austausch nach neuer Norm techn. und wirtschaftlich zumutbar, um 

Personenschutz auf neuesten Stand zu bringen ? 

Abwägung nach Rangfolge der Rechtsgüter: Personenschutz vor Wirtschaftlichkeit 

Verantwortung verbleibt beim Betreiber oder Eigentümer der Anlage ! 

Quelle: Husemann 

Störlichtbogenprüfung: 1. Kompressionsphase 

PEHLA-Prüfung, 24-kV-Anlage: 12 kA, 1 sec 

© W. W. Castor, 2012 


107 

108 



2. Expansionsphase 

3. Emmissionsphase 

© W. W. Castor, 2012 


109 

110 



4. Thermophase 

Nach der Prüfung 

Kriterien 1 - 6 erfüllt 

© W. W. Castor, 2012 


111 

112 

10 mbar 

10 mbar 

10 mbar 

10 mbar 

V 1 × p1 

V2 

× p 

= 

T T 

1 

V1 

× ( p1 

+ pB 

p2 

= 

V 

2 

2 

2 

) 

Druckverlauf im Raum (Passantenschutz) 

κ −1 

p1 = p0 

+ ∗Q 

V 

Druckspitze der ersten Welle: 

p = 139 mbar 

= 0,139 hPa 

= 13,90 kN/m 2 

Festigkeit von Wänden 

Kalksandstein, 24er 30 mbar 

Leichtbeton, 24er 15 mbar 

Fertigbeton 50 mbar 

Fertigbeton (zellenbauweise) 160 mbar 

Ortbeton B25 70 mbar 

Poroton 36 mbar 

1 

B 

geschlossener Versuchsraum 

100 150 200 250 300 

ms 

Entqualmungslüfter ( 0,2 m 2 ) 

100 150 200 250 300 

ms 

Entlastungsklappe (1m 2 ) angelehnt 

oder mit 250 N zugehalten 

100 150 200 250 300 

ms 

Tür bzw. Entlastungsklappe offen 

100 150 200 250 300 

ms 

Druckabschätzung I 

Trafo: 630 kVA 

DIN 42500 

630 kVA 

2,80m 

Raumhöhe: 2,38 m 

© W. W. Castor, 2012 

IK = 16 kA 

Schaltanlage: Husemann GF 1 

3,30m 


113 

114 

V 1 × p1 

V2 

× p 

= 

T T 

1 

V1 

× ( p1 

+ pB 

p2 

= 

V 

2 

2 

2 

) 

κ −1 

p1 = p0 

+ ∗Q 

V 


p = 159 mbar 

= 0,159 hPa 

= 15,90 kN/m 2 








V 1 × p1 

V2 

× p 

= 

T T 

1 

V1 

× ( p1 

+ pB 

p2 

= 

V 

2 

2 

2 

) 

1 

κ −1 

p = p + ∗ Q 

1 0 

V 


p = 63 mbar 

= 0,63 hPa 

= 6,30 kN/m 2 








1 

B 

Druckabschätzung II 

Druckabschätzung III 

B 

Druckberechnung 

finiteElemente 

I K = 16 kA 


Schaltanlage: Husemann GF1 


DIN 42500 

630 kVA 

IK = 16 kA 

Schaltanlage: Siemens 8DJ20 

2,80m 


Zum Vergleich GF1: 

p = 139 mbar 

= 0,139 hPa 

= 13,90 kN/m 2 

DIN 42500 

630 kVA 


2,80m 

Ölschwelle 10 cm 

3,30m 

© W. W. Castor, 2012 

6,50m 


115 

116 

Temperaturminderung ⇒ Druckverringerung 

durch große Oberflächen 

2650 

Konstruktive Lösungen 

passiv 

Ergebnisse einer PEHLA-Prüfung mit Absorber – Prüfaufbau - 

3000 

Konstruktive Lösungen I 

p1 

Einspeisung 

p4 

p5 

5500 

Streckmetall 

© W. W. Castor, 2012 

Einspeisung dreiphasig 

Lichtbogenzündung zweiphasig 

im Kabelanschlußraum mit 

Kupferdraht 0,5 mm Durchmesser 


117 

118 

Kurzschlußstrom 

Phase L1 (14,1 kA) 

26,4 MW; 7,33 MWs 

Druckverlauf p1 im 

Kabelanschlußraum 

max: 65,2 mbar 

nach: 14 ms 


Container hinten 

max: 3,5 mbar 

nach: 250 ms 


Container rechts 

max: 3,5 mbar 

nach: 250 ms 

P 

P 

IL1 (kA) 

p1 (bar) 

p4 (bar) 

p5 (bar) 

Ergebnisse einer PEHLA-Prüfung mit Absorber 

30,0 

20,0 

10,0 

0,0 

-10,0 

-20,0 

0,060 

0,050 

0,040 

0,030 

0,020 

0,010 

0,000 

0,0030 

0,0020 

0,0010 

0,0000 

0,0050 

0,0040 

0,0030 

0,0020 

0,0010 

0,0000 

Konstruktive Lösungen II 

0 100 

200 300 

Zeit (ms) 

Konstruktive Lösungen 

aktiv 

Störlichtbogenbegrenzer 

(Fa. Driescher), aktive Erdung 

Ergebnis nach Abschätzung: 

65,83 mbar nach 14 ms 

P 

400 500 

© W. W. Castor, 2012 


119 

120 

Feld: Beschreibung von Zuständen oder Wirkungen im Raum 

H 

Magnetisches Feld 

(magnetic field) 

Ursache: Strom (bewegte Ladung) 

Einheit: A/m bzw. T 

(Feldstärke) (Flußdichte) 

80 A/m = 100 μT 

Magnetisches 

Feld 

30 A/m 

Elektromagnetische Felder 

I 

Natürliche Felder 

Elektrisches Feld 

Schönwetter 

100 - 500 V/m 

+ 

Elektrisches Feld 

(electric field) 

Ursache: Spannung 

Einheit: V/m 

Ionosphäre 

_ 

© W. W. Castor, 2012 

Gewitter 

3000 - 20000 kV/m 


121 

122 

3 TH z 

3 G Hz 

3 M H z 

3 kH z 

3 Hz 

0 

Frequenz 

Hz 

10 21 

10 18 

10 15 

10 14 

10 12 

10 9 

10 6 

10 3 

10 1 

1 nm 

0,1 m m 

10 cm 

100 m 

100 km 

∝ 

W ellenlänge 

m 

Frequenzspektrum 

Ionisierende 

Strahlung 

Nicht 

Ionisierende 

Strahlung 

O ptische 

Strahlung 

Hochfrequente 

Felder 

N iederfrequente 

Felder 

statische Felder 

G am m astrahlung 

Röntgenstrahlung 

U V -S tra h lu n g 

sichtbares Licht 

In fra ro t-S tra h lu n g 

Radar 

M ik r o w e lle n 

M obilfunk 

Ultrakurzwellen K u rz w e lle n 

M it te lw e lle n 

Langwellen Netzfrequenz 

50 Hz 

Erdfeld 

EMF-Berechnung einer Trafostation: Modellbildung 

© W. W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

123 

124 

EMF-Berechnung einer Trafostation: Berechnungshöhe 0,45 m 


© W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

125 

126 


50 µT 

EMF-Berechnung einer Trafostation: 3D-Darstellung 

100 µT 

© W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

127 

128 

0 -5 µT 

6 -10 µT 

DIN 42500 

630 kVA 

200 

A B C D E F G H I J K L M N 

1000 kVA 630 kVA 400 kVA 

200 


100 µT 

DIN 42500 

630 kVA 

315 kVA 250 kVA 

11 -30 µT 

31 -50 µT 

EMF Variation der Belastung 

209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

Ebenenhöhe: 1m 

200 


51 -80 µT 

81 -100 µT 

DIN 42500 

630 kVA 

200 


209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

200 


101 -120 µT 

121 -150 µT 

NAKBA 3 x 240 mm 2 NA2XS(F)2Y 3 x 1 x 240 mm 2 

Dreieckverlegung 

B-Feld 

D IN 42500 

630 kV A 

EMF Kabel 

L1 

L2 

I = 350 A 

L3 

209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

DIN 42500 

630 kV A 

DIN 42500 

630 kVA 

200 


160 kVA 

151 -200 µT 

209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

209 

208 


206 

205 

204 

203 

202 

201 

© W. Castor, 2012 

NA2XS(F)2Y 3 x 1 x 240 mm 2 

Verlegung nebeneinander 

L1 L2 L3 

© W. Castor, 2012

129 

130 

50 

40 

30 

20 

10 

0 

B-Feld 

100 µT 

EMF Abhängigkeit von der Art der Kabellegung 

Phasen verdrillt 

Einspeisung 866 A (630 kVA, 420 V) 

Phasen parallel 

Phasen nebeneinander 

0,5 1 1,5 2 

EMF Freileitungen 

I = 535 A 

U = 110 kV 

E-Feld 

5 kV/m 

Quelle: VA Tech Elin, Weiz 

© W. Castor, 2012 

Elektrische Feldverteilung Magnetische Feldverteilung 

© W. Castor, 2012

131 

132 

Typische Feldstärken 

Elektrische Feldstärken Magnetische Feldstärken 

Boiler 260 V/m 

Radio 180 V/m 1 μT 

Fernseher 0,04 – 2 μT 

Bügeleisen 120 V/m 0,12 – 3 μT 

Toaster 80 V/m 

Kühlschrank 120 V/m 0,01 – 0,25 μT 

Staubsauger 50 V/m 2 – 20 μT 

Waschmaschine 0,15 – 3 μT 

Elektroherd 8 V/m 0,15 – 0,5 μT 

Haarfön 80 V/m 0,01 – 7 μT 

Rasierapparat 0,08 – 9 μT 

Glühlampe 5 V/m 0,5 – 1,5 μT 

Bohrmaschine 2 – 3,5 μT 

Grenzwerte nach 26. BImSchV: 

5 kV/m und 100 μT 

Kabelverteilerschränke 

(cable distribution cabinet) 

Schaltstationen 

im 

Niederspannungsnetz 

© W. Castor, 2012 

© W. Castor, 2012

133 

134 

Vorsicht 

bei 

Wiederinbetriebnahmen 

von 

Kundenanlagen ! 

Ausgangsklemmen 

Eingangsklemmen 

Hausanschlüsse I 

(service entrance) 

Der Verantwortungsbereich 

endet in der Regel 

am Hausanschluss ! 

Hausanschlüsse II 

PE N 

L1 L2 L3 PEN 

© W. Castor, 2012 

Potenzial- 

Ausgleichs-Schiene 

(MET) 

© W. Castor, 2012

135 

136 

Hausanschlüsse 

Vorsicht bei Arbeiten im 

Anschluss- / Zählerbereich ! 

Hohe Kurzschlußleistung im Netz ! 

Bauverteiler, Sonderanschlüsse 

distribution board for construction sites) 

Verteiler mit Wandlermessung 

(z. B. Schaustelleranschluß) 

Baustromverteiler 

Auf einwandfreie 

Erdung achten ! 

© W. Castor, 2012 

Versenkbarer Verteiler 

für wiederkehrende Anschlüsse 

© W. Castor, 2012

Seminar 07 - Schaltanlagen - HAAG Elektronische Messgeräte GmbH

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