Sammlungsgebiet Elektrische Energietechnik

Wesentlicher Bestandteil des Sammlungsgebiets Elektrische Energietechnik ist aufgrund der 1948 erfolgten Ansiedlung der AEG-Hochspannungsschaltgerätefabrik in Kassel das Schalten hoher Spannungen und Ströme in unseren Übertragungs- und Verteilnetzen elektrischer Energie. Was bedeutet Hochspannungstechnik, wie grenzt diese sich von der Mittel- und der Niederspannungstechnik ab? Was sind Übertragungsnetze und was sind Verteilnetze? Was sind Trenner, Lastschalter, Leistungsschalter? Welche Komponenten gehören noch zur Elektrischen Energietechnik, können im TMK besichtigt und von Fachleuten erläutert werden. Diese und zahlreiche weitere Punkte wollen wir hier in der kommenden Zeit beschreiben und Sie als Leser dieser Seite auf einen Besuch bei uns im Museum einstimmen.

Aufgegliedert haben wir derzeit das Sammlungsgebiet in die acht Teilgebiete Primärenergie-Umwandlung, Hoch-, Mittel- und Niederspannungstechnik sowie Messtechnik, Schutztechnik, Elektrische Maschinen und Demonstrationsgeräte. Um diese einleitende Seite nicht zu lang werden zu lassen, erläutern wir die Teilgebiete jeweils auf deren einleitenden Seiten. 

Rechts bzw. weiter unten finden Sie alle dem jeweiligen Teilgebiet zugeordneten Exponate. Je nach Endgerät (Desktop, Tablet, Smartphone) erreichen Sie durch Klick

• bei Desktopgeräten und horizontal aufgestellten Tablets die rechts aufgelisteten untergeordneten Teilgebiete der Elektrischen Energietechnik,
• bei Smartphones und vertikal aufgestellten Tablets am unteren Ende der ersten Seite ebenfalls diese Themen.

Fangen wir mit der Beantwortung dieser Fragen bei unseren Netzen an und gehen anschließend – nur beispielhaft – zu den Schaltertypen:

1. Übertragungsnetze: Diese werden für die großräumige Weiterleitung elektrischer Energie innerhalb Deutschlands und zur Kopplung mit unseren Nachbarländern zum Energieaustausch benötigt. In Deutschland betreiben die vier Übertragungsnetzbetreiber (ÜNB) Tennet TSO, 50Hertz Transmission, Amprion und TransnetBW dieses Netz auf den Spannungsebenen 380 und 220 kV. Übertragungsnetze werden meist als sogenannte Maschennetze betrieben, d.h. es ist durch eine Vielzahl von Knoten und Maschen gekennzeichnet. Im Regelfall gibt es also mehrere Einspeisepunkte wie Kraftwerke und Verbindungen zu den Nachbarländern, die die elektrische Energie aus Gründen der Versorgungssicherheit über mehrere Leitungen (meist Freileitungen, in geringerem Umfang auch Kabel bei 380 und 220 kV) den Verteilnetzbetreibern (Weiterleitung in die Kommunen und dort zu den Endverbrauchern) und sehr großen Industrieunternehmen zuleitet.
2. Verteilnetze: Diese sind den Übertragungsnetzen unterlagert und werden für die Versorgung der Endverbraucher auf den Netzebenen im Niederspannungs-, Mittelspannungs- und Hochspannungsbereich benötigt. Dies heißt jedoch nicht, dass die Energielieferung nur aus den großen Kraftwerken über das Übertragungsnetz in das Verteilnetz und somit zu den Verbrauchern kommt. Durch den stetig weiter zunehmenden Einsatz erneuerbarer Energien werden heute erhebliche Leistungen durch Photovoltaik-Anlagen auf privaten Dächern im Niederspannungsbereich 230/400 V, Solarparks im Mittelspannungsbereich 10 − 30 kV und Windkraftanlagen im Hochspannungsbereich 60 − 110 kV ins Verteilnetz eingespeist und führen bei entsprechenden Wetterbedingungen viel Sonne an Wochenenden im Sommer oder Starkwind im Herbst/Winter/Frühjahr) sogar zur Rückspeisung ins Übertragungsnetz.

In allen diesen Netzen existieren Schaltanlagen mit Transformatoren von einer höheren Spannungsebene zu einer niedrigeren (z. B. Übertragungsnetz 380 kV > Verteilnetz überregional 110 kV in Südniedersachsen/Nordhessen von Tennet TSO zur avacon, Verteilnetz überregional > Verteilnetz regional 20 kV in Südniedersachsen/Nordhessen von avacon zur EAM Netz, Verteilnetz 20 kV > Verteilnetz örtlich 0,4 kV in Baunatal bei EAM Netz, Verteilnetz 10 kV > Verteilnetz örtlich in Kassel bei STW-KS N + S und auch in Kombination der genannten Beispiele) oder umgekehrt (z. B. Erzeugung im Großkraftwerk 30 kV > Übertragungsnetz 380 kV oder Erzeugung im Laufwasserkraftwerk 6 kV > Verteilnetz 110 kV). Und um in diesen Schaltanlagen Erzeuger, Transformatoren, Leitungen und Verbraucher zu- und abschalten zu können, auf Störungen wie Kurzschlüsse oder Blitzeinschläge reagieren zu können und auch für Wartungsarbeiten erforderliche Schalthandlungen vornehmen zu können, werden wie in der häuslichen Verteilung der Wohnung oder des Hauses Schaltgeräte benötigt, die auf die jeweiligen Netzbedingungen und Situationen abgestimmt sind. Das wollen wir Ihnen anhand der geschichtlichen Entwicklung unserer Stromversorgung am Beispiel Kassels und Nordhessens im TMK gern vermitteln!

Was also sind – nach der kurzen Erläuterung der Netztypen – Trenner, Lastschalter, Leistungsschalter?

1. Trenner: Sie haben, auch Trennschalter genannt, die Aufgabe als Sicherheitsorgan eine nach VDE sichtbare Trennstrecke zwischen spannungsführenden und nicht spannungführenden Teilen einer Schaltanlage herzustellen. Diese Trennstrecke muss daher abhängig von der Spannungsebene festgelegte Mindestabstände aufweisen. Im eingeschalteten Zustand müssen sie dauernd den Betriebsstrom eines angeschlossenen Abgangs, Überlastströme und auch kurzeitig (1 - 3 sec) einen Kurzschlussstrom führen können. Trennschalter dürfen nur "annähernd stromlos geschaltet" werden. Dies bedeutet, dass sie ausschließlich bewusst von Bedienungspersonal geschaltet werden, nachdem ein anderer Schalter Last-, Überlast- oder Kurzschlussstrom abgeschaltet hat. Daher verfügen Trennschalter über keine für die Löschung eines Lichtbogens mit höheren Strömen geeigneten Kontakte.
2. Lasttrennschalter: Diese vereinen die Funktionen eines Lastschalters mit dem Herstellen einer Trennstrecke (Trennschalter) und werden damit zum Schalten von Lastströmen bis zur Höhe ihres Bemessungs-Betriebsstromes eingesetzt, früher Nennstrom genannt. Sie können also einerseits die angeschlossenen Kabelabgänge, Generatoren, Transformatoren, Motoren u. dergl. ein- und ausschalten, nicht aber Überströme wie einen Kurzschlussstrom abschalten. Entwickelt wurden sie wie die gesamte Hochspannungstechnik ab Ende des 19. Jahrhunderts zunächst rein empirisch. So wurde der einfache Hebelschalter, der sich in Niederspannungsanlagen gut bewährt hatte, beibehalten, obwohl die Betriebsspannungen immer mehr anwuchsen und bald die 1.000-V-Grenze überschritten. Nach VDE ist diese Spannungshöhe die Grenze vom Nieder- zum Hochspannungsbereich, in dem inoffiziell dann noch der Spannungsbereich bis 30 kV als Mittelspannung bezeichnet wird.
3. Leistungsschalter: Sie gehören zur "Königsklasse" der Schalter in der Elektrischen Energietechnik und – erläutert am Beispiel im Bild oben links – wurden die aus den Anfängen um 1900 stammenden, auch Kurzschlüsse abschaltenden Ölschalter etwa 30 Jahre später bis zu Spannungen von 220 kV weiterentwickelt und wurden noch nach dem 2. Weltkrieg verwendet. Öl ist nicht nur ein hervorragender Isolator, wie man bis heute bei Transformatoren sieht, sondern auch ein gutes Mittel zum Löschen des Lichtbogens beim Ausschaltvorgang, insbesondere von Kurzschlüssen mit ihren extrem hohen Strömen. Durch die Verdampfung von Öl wird dem Lichtbogen in wenigen Hundertstelsekunden so viel Energie entzogen, dass in einem der Kontakttrennung folgenden natürlichen Nulldurchgang des Wechselstromes die zugeführte Leistung für das Weiterbestehen des Lichtbogens schließlich nicht mehr ausreicht. Dieses Löschsystem liegt auch dem ältesten TMK-Ausstellungsstück der Elektrotechnik zugrunde, der noch keine Löschkammern hatte.

Damit Sie sich aber vor dem erneuten Besuch unseres Museums, sicherlich nicht Ihrem erstmaligen Besuch, auf unser Sammlungsgebiet Elektrische Energieversorgung einstimmen können, können Sie sich hier eine PDF-Datei herunterladen, die aus den Beiträgen in den Ausgaben 1-2018 und 2-2018 der leider nicht mehr herausgegebenen Zeitschrift "technik nordhessen" der technisch-wissenschaftlichen Vereine Nordhessens und Südniedersachsens, archiviert beim VDE Kassel, zu diesem Thema entstanden ist.

Damit soll diese Einleitung mit Beispielen aus unserem Sammlungsgebiet Elektrische Energietechnik erst einmal beendet sein. Besuchen Sie uns bitte auf den nachfolgenden Unterseiten, klicken Sie bitte jeweils auf "Weiterlesen" und besuchen Sie bitte – das ist uns sehr wichtig – unser Museum in Kassel. Sie sind stets herzlich willkommen!

Text: Wolfgang Dünkel, TMK

Teilbilder 1. Collage oben: Dr. Ullrich Huckfeldt, TMK (re.) und Wolfgang Dünkel (li. u. mi.), alle weiteren Wolfgang Dünkel und AEG-Mitteilungen

Bildmontagen: Wolfgang Dünkel

(last update 19.11.2022)