400-/110-/20-kV-Umspannwerk Sandershausen

200-MVA-Transformator, fotografiert von der Seite mit dem 110-kV-Kabelabgang. Rechts vom Firmenschild der Sternpunkt-Erdtrenner der 400 kV-OS-Wicklung.

| VDE Kassel (wd)
21.09.2017 654 0

Exkursion zum neuen 400-/110-/20-kV-Umspannwerk Sandershausen der Städtischen Werke Netz + Service GmbH

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VDE-Bezirksverein Kassel e.V.
400-/110-/20-kV-Umspannwerk Sandershausen

400-kV-Schaltfeld mit Spannungswandlern (links im Bild), Leistungschaltern, Trenner/Erdern und Spannungswandlern (rechts) des neuen Umspannwerkes Sandershausen

| VDE Kassel (wd)

Am 23. August 2017 besichtigten 32 Teilnehmer, weit überwiegend Mitglieder des VDE Kassel, darüber hinaus einige Familienmitglieder und Gäste, das neue 400-kV-Umspannwerk Sandershausen der Städtische Werke Netz + Service GmbH (N + S), östlich der Bundesautobahn A7 wenig unterhalb der hessisch-niedersächsischen Landesgrenze gelegen. Dieses ersetzt das seit langer Zeit bestehende 220-/60-kV-Umspannwerk Sandershausen, oberhalb des Ortsrandes westlich der A7 gelegen.

Das neue Umspannwerk ist über die Leitung 2 an einem Tragmast der Freileitung Würgassen - Bergshausen an das 400-kV-Übertragungsnetz der TenneT TSO GmbH angeschlossen und versorgt, parallel zum 400-/110-kV-Umspannwerk Bergshausen, mit der neuen Verteilnetzspannung 110 kV über zwei Leitungen zu den 110-/10-kV-Umspannwerken UW Nord und UW Lossewerk die Stadt Kassel.

Die hier erwähnten 400-kV- und 220-kV-Schaltanlagen der TenneT TSO in Bergshausen und Sandershausen haben wir in 2016 am 13. April, ergänzend zur einführenden Exkursion zur Schaltleitung Lehrte am 17. Februar (ausführlicher Bericht hierzu unter diesem Link) besichtigt. Parallele Aussagen hierzu sind daher aus Sicht des Verfassers nicht erforderlich.

1. Elektrische Energieversorgung der Stadt Kassel

Seit vielen Jahrzehnten erfolgt die Versorgung der Stadt Kassel mit ihren Einwohnern und fast allen Betrieben über einen innerstädtischen 60-kV-Ring mit zehn 60-/10-kV-Umspannwerken und den daran angeschlossenen 10-/0,4-kV-Ortsnetzstationen bzw. 10-/0,4-kV-Kundenstationen. Auf den Betriebsgeländen von Unternehmen mit hohem Energieverbrauch wurden 60-kV-Umspannwerke mit unterschiedlichen Mittelspannungen errichtet.

Neben der Eigenerzeugung i. W. aus dem Kraftwerk Kassel in der Dennhäuser Straße (KWK), nach dem 2. Weltkrieg errichtet Mitte der 50-er Jahre des vergangenen Jahrhunderts als viertes Werk, und dem Müllheizkraftwerk in den Lossewiesen, ursprünglich errichtet in 1911 als drittes Werk der Städtischen Werke nach dem Laufwasser-Kraftwerk Neue Mühle an der Fulda (1891) und dem Dampfmaschinen-Kraftwerk Königstor am Rande der Innenstadt (1898), wurde die Versorgung des Stadtgebiets durch das 400-/60-kV-Umspannwerk Bergshausen und das 220-/60-kV-Umspannwerk Sandershausen sichergestellt, heute beide TenneT TSO GmbH und früher PreußenElektra, später E.ON Netz.

Die bestehenden 60-kV-Schaltanlagen und -Kabel der N + S hatten das Ende ihrer Gebrauchsdauer erreicht, Ersatzteile speziell für die Schaltanlagen waren kaum noch erhältlich. Zudem ist seitens der TenneT TSO der Abbau der 220-kV-Leitung zum alten UW Sandershausen vorgesehen und damit auch der Abbau der dortigen Schaltanlagen.  Das UW Bergshausen der N + S auf dem Gelände der 400-kV-Schaltanlage der TenneT TSO in Fuldabrück-Bergshausen wurde bereits in 2012 von 60 auf 110 kV umgestellt und speist über ein 110-kV-Kabel zum KWK in der Dennhäuser Straße ins Netz der N + S ein.

Die weiterhin bestehende Freileitung vom KWK zum UW Bergshausen mit der kurzen Kabelverbindung an den Gazeley-Hallen am AB-Dreieck Kassel-Süd der A7/A44 speist die im 1955 errichteten Block 2 erzeugte Energie der E.ON ins Übertragungsnetz der TenneT TSO ein, darf also nicht mit der 110-kV-Kabelverbindung der N + S zum KWK verwechselt werden.

2. Spannungsebene 400 kV im neuen Umspannwerk Sandershausen

Und so kam es zur Planung eines neuen Umspannwerkes Sandershausen östlich der Autobahn A7 gelegen. Ein Tragmast der seit Jahrzehnten bestehenden 400-kV-Doppelleitung Würgassen - Bergshausen steht auf dem umzäunten Gelände des neuen 400-/110-kV-Umspannwerkes kurz unterhalb der hessisch-niedersächsischen Landesgrenze und ist mit der Leitung 2 über eine Abspannung an die Rohr-Sammelschienen angeschlossen. Hierzu musste der Tragmast aufgrund der zusätzlichen einseitigen mechanischen Belastung verstärkt werden. Die Rohr-Sammelschienen sind nach einer 90°-Umlenkung an die Spannungswandler für Messung, Verrechnung und Schutz angeschlossen.

Die Rohr-Sammelschienen sind, wie die obigen Bilder zeigen, über Zweifach-Leiterseile an die drei Spannungswandler angeschlossen, ebenso diese an die Sammelschienentrenner mit  Erdern sowohl auf der Sammelschienenseite wie auch auf der Leistungsschalterseite. Über die SF6-Leistungsschalter und Stromwandler und erneut kurze Rohrsammelschienen wird der 200-MVA-Transformator eingespeist. Er wurde in Nijmegen von SMIT aus der deutsch-niederländischen SGB-SMIT Gruppe hergestellt.

Die Trenner und Erder sowohl auf der Seite der Rohrsammelschienen wie auch zu den Leistungsschaltern werden von der TenneT TSO gesteuert, die N + S erhält Stellungsmeldungen. Die Leistungsschalter werden von der Leitzentrale der N + S gesteuert, die TenneT TSO erhält die Stellungsmeldungen. Ebenso werden die Erder an den Stromwandlern von der N + S gesteuert.

Der mit einer Schallschutzhaube versehene selbstgekühlte Transformator hat eine Übersetzung von 400 kV auf 115 kV in Schaltgruppe YNyn0 und besitzt einen Stufenschalter der Maschinenfabrik Reinhausen mit 19 Stellungen. Eine dritte Wicklung 31,5 kV in Schaltgruppe YNd5 dient als Ausgleichswicklung und wird genutzt für den Eigenbedarf des Umspannwerkes. Der oberspannungsseitige Trafo-Sternpunkt ist herausgeführt und über einen Erdungstrenner mit der Betriebserdungsanlage des Umspannwerkes verbunden. Eine logistische Meisterleistung war sicherlich der Transport des Trafos, der mit der Bahn mit einer Kesselbrücke bis nach Kaufungen-Papierfabrik angeliefert wurde. Dort wurde er auf einer weitere Kesselbrücke umgeladen und über die A7 und eine Behelfsausfahrt zur Baustelle verbracht.

3. Spannungsebene 110 kV im neuen Umspannwerk Sandershausen

Die Trafo-Unterspannung 31,5 kV wird über Kabel zu einer nicht besichtigten SF6-Schaltanlage von Siemens aus Frankfurt geführt und versorgt über einen ebenfalls nicht besichtigten 250-kVA-Innenraum-Gießharztrafo das Umspannwerk mit Niederspannung.

Die Trafo-Unterspannung 115 kV wird über Kabel zu der 110-kV-SF6-Innenraum-Schaltanlage von Siemens geführt (alle Bilder hierzu oben und weiter unten).

  • Die beiden Sammelschienen sind übereinander angeordnet im 1. Bild oben dargestellt und mit SS1 und SS2 gekennzeichnet.
  • Die beiden Trafoabgänge sind im 2. Bild oben mit ihren Gasräumen und Bauteilen schematisch dargestellt. In den beiden Kabelabgängen sind zusätzlich Trenner enthalten. Leistungsschalter und Stromwandler sind in der Mitte im orange eingefärbten Gasraum GC.00 angeordnet. Ein einschaltfester isolierter Abgangserder ist rechts davon im hellgrün eingefärbten Gasraum GC.03 enthalten, der Spannungswandler mit Trennlasche im orange eingefärbten Gasraum GC.04 darüber.
  • Im 3. und 4. Bild ist am Beispiel des Kabelabgangs der 110-kV-Steckanschluss Connex von Pfisterer und darüber teilweise der angeflanschte Behälter für den Abgangserder dargestellt.
  • Im 1. Bild oben ist beispielhaft das Behältnis für die Spannungswandler eines Feldes zu sehen. Dieses ist ebenso in allen anderen Abgangsfeldern und dem Einspeisefeld enthalten.
  • Das 2. Bild enthält die schematischen Darstellungen der Felder Sammelschienen-Spannungsmessung und -Erdung links und Sammelschienen-Querkupplung rechts.
  • Die Behältnisse der Sammelschienen-Spannungsmessung und -Erdung sind im 3. Bild dargestellt. 
  • Das 4. Bild stellt die Schutz- und Steuerschränke für die 110-kV-Schaltanlage dar.

4. Spannungsebene 20 kV im neuen Umspannwerk Sandershausen

Die Gemeinden Kaufungen und Niestetal werden ab 2017 durch die Städtische Werke Netz + Service GmbH versorgt. Im Gegensatz zum Stadtgebiet Kassels mit seinem 10-kV-MS-Netz existierte hier aus alten EAM-, später E.ON-Mitte-Zeiten ein Mittelspannungsnetz mit 20 kV. Bei der Errichtung des neuen UW Sandershausen wurden daher auch zwei 110-/20-kV-Transformatoren und eine 20-kV-Schaltanlage aufgestellt. In letztere speisen auch die oberhalb gelegenen beiden 3-MW-Windkraftanlagen der Städtischen Werke AG am Sandershäuser Berg ein, die bisher an das 20-kV-Netz der EnergieNetz Mitte GmbH angeschlossen waren.

Aus zwei Feldern der 110-kV-Schaltanlage sind über Kabel die beiden 20-MVA-Transformatoren 110/20 KV eingespeist. Hergestellt wurden sie von SGB in Regensburg, ebenfalls zur SGB-SMIT Gruppe gehörend. Es handelt sich um Dreiwicklungs-Trafos mit der Schaltgruppe YNyn0(d). Die 10-kV-Ausgleichswicklung ist im Dreieck geschaltet und geerdet. Die selbstgekühlten Trafos verfügen wie der 400-/110-kV Trafo von SMIT ebenfalls über einen Stufenschalter mit 19 Stufen und können so im Zusammenwirken mit dem 400-/110-kV-Trafo im Zuge der variablen Lastflüsse hinsichtlich Größe und Richtung auf die sich verändernden Spannungen sowohl im Übertragungsnetz wie auch im Verteilnetz reagieren.  

Das 20 kV-Netz wird gelöscht betrieben, verfügt also über eine Resonanzsternpunkterdung (RESPE), auch als Erdschlusskompensation bezeichnet, welche vor genau 100 Jahren für Waldemar Petersen, damals kurz vor der Übernahme des Lehrstuhls von Professor Erasmus Kittler an der TH Darmstadt stehend, patentiert wurde.

Die beiden Transformatoren speisen auf eine luftisolierte 20-kV-Doppelsammelschienen-Schaltanlage von Schneider Electric ein, welche in allen Schaltfeldern mit Vakuum-Leistungsschaltern bestückt ist. Gebaut wurde diese Anlage in Regensburg.

Wir danken den Herren Dipl.-Ing. Stefan Bothe und Dipl.-Ing. Martin Hämmerling, beide Städtische Werke Netz + Service GmbH in Kassel und beide auch unsere engagierten Mitglieder, für ihre detailreichen Erläuterungen zu den besichtigten Anlagen.

Wolfgang Dünkel
Öffentlichkeitsarbeit

(last update 21.09.2017)