Blöcke der Freiluftschaltanlagen (FSA) von kompletten Block-Transformatorstationen (KTPB) für Spannungen 10(6), 35, 110, 150, 220 kV

Die komplette Block-Transformatorstation (KTPB) dient zur Aufnahme, Umwandlung, Verteilung und zum Transit elektrischer Energie von dreiphasigem Wechselstrom mit der Netzfrequenz 50 Hz auf die Spannungspegel 10(6), 35, 110, 150 und 220 kV. Die KTPB versorgt Industrie- und Kommunalverbraucher, landwirtschaftliche Regionen sowie Infrastrukturobjekte und wird auf der 35–220-kV-Seite von Netzumspannwerken und – bei entsprechenden Randbedingungen – auch an Kraftwerksstandorten eingesetzt. Grundlage des Mittelspannungs-Teils der KTPB ist eine Freiluftschaltanlage (FSA), die aus standardisierten werksseitig vorgefertigten Anschlussblöcken aufgebaut wird. Das ermöglicht eine hohe Fabrikfertigungstiefe, verkürzt Bau- und Montagezeiten und sorgt für eine planbare Qualität des fertigen Objekts.

Die FSA-Blöcke für 10(6), 35, 110, 150 und 220 kV sind für die Aufnahme und Verteilung elektrischer Energie gemäß geforderter Schaltbilder ausgelegt, einschließlich Last- und Revisionsschaltungen, Messung und Energiezählung sowie Begrenzung von Blitz- und Schaltüberspannungen. Der Umfang der FSA kann eine variable Anzahl von Blöcken sowohl in Standardausführung als auch objektspezifisch konstruierten Einheiten umfassen – passend zur Einlinienschaltung, zum Klima, zu Wind- und Eislastzonen, zu Erdbebenanforderungen und zu den örtlichen Layout-Restriktionen.

Bestimmung und Einsatzbereich

Die FSA-Blöcke der KTPB werden zum Aufbau des Mittelspannungs-Teils von Umspannwerken in allen gängigen Konfigurationen verwendet: Stich-, Transit-, Abzweig- und Knotenlösungen, mit einer oder zwei Betriebssammelschienen, mit Umgehungs-/Bypass-Sammelschiene, mit Brückenkonfigurationen und Abschnittsverbindern. Das modulare Konzept ermöglicht sowohl standardisierte Schaltbilder als auch kundenspezifische Lösungen – von kompakten 10(6)-kV-Verteilstationen bis zu Mittelspannungs-Knoten 220 kV mit erweiterter Funktionalität.

Das Einsatzspektrum umfasst: die Stromversorgung von Bergbau- und Öl-/Gas-Industrie, der Metallurgie und Chemie, von Verkehrsanlagen (Eisenbahn-Unterwerke, Knotenpunkte von U-Bahnen), Logistikparks und Distributionszentren, Wohn- und Büroquartieren, landwirtschaftlichen Komplexen sowie Erzeugungsstandorten (Wasserkraft, Wärmekraft, GuD-/BHKW) als FSA-Station.

Eine typische KTPB-Konfiguration für 35–220 kV setzt sich aus folgenden Funktionsblöcken zusammen: Leitungsaufnahmeblöcke für Freileitungen (portale oder portalfreie Anschlüsse); Leistungsschalter-Blöcke (Einspeisungen, Abgänge, Abschnitts- und Sammelschienenkupplungen); Trennschalter-Blöcke (Leitungs-, Sammenschienen-, Erdungstrennschalter); Blöcke mit Strom- und Spannungswandlern; Blöcke mit Überspannungsableitern; Blöcke für Kabelanschlüsse (Kabelendverschlüsse) für KL 35–220 kV; Block für den Eigenbedarfstransformator (Außenaufstellung); Blöcke der Stützisolatoren und Stützisolatoren mit Ableitern; Hilfsblöcke für Hochfrequenz-/Fernwirktechnik und Trägerfrequenzfilter; Kabelbauwerke und Klemmenkästen der Sekundärkreise.

Betriebsbedingungen

Die FSA-Blöcke sind für den Einsatz in verschiedenen makroklimatischen Ausführungen und Aufstellkategorien gemäß EN/IEC 60721-3-3 und EN/IEC 60721-3-4 (in Verbindung mit den Anforderungen an Wind- und Eislasten nach Eurocode) ausgelegt. Typische Einsatzgrenzen:

Umgebungstemperatur: -45 °C bis +40 °C (entspricht Innen-/wettergeschützten Aufstellorten nach EN/IEC 60721-3-3); bis -60 °C in erweiterten Kälteausführungen (Außenaufstellung nach EN/IEC 60721-3-4).
Höhe über NN: bis 1000 m (Basisausführung).
Bemessungs-Winddruck: bis 650–800 N/m² in 10–15 m Höhe (gemäß DIN EN 1991-1-4/NA, abhängig von der Lieferregion und der angewandten Normenlage).
Bemessungs-Eisstärke: 20–34 mm (gemäß regionalen Vorgaben, z. B. EN 50341-Reihe/IEC 60826 oder nationale Anhänge).
Atmosphärentyp/Umwelt: nach EN/IEC-Klassifikation; Verschmutzungsgrad der Außenisolierung gemäß IEC 60815 (leicht bis sehr stark) bzw. projektspezifischen Kategorien.
Erdbebensicherheit: Nachweis gemäß Eurocode 8 (EN 1998); Auslegung bis 9 MSK-64 bei Aufstellungshöhen der Betriebsmittel bis 10 m über Gelände (bei verfügbarer Ausführung und projektspezifischen Maßnahmen).

Die Konstruktionen der FSA-Blöcke sind für erhöhte Wind- und Eislasten sowie tiefe Temperaturen geeignet. Dabei werden die geforderte elektrodynamische und thermische Kurzzeitfestigkeit der stromführenden Teile, die Stabilität der Tragkonstruktionen sowie die normierten Abstände zum Boden, zu Einfriedungen und zu benachbarten aktiven Teilen eingehalten. Bei Bedarf kommen Schallschutzlösungen (für urbanes Umfeld) und Layoutvarianten mit reduziertem visuellem und flächenmäßigem Impact zur Anwendung.

Layout und konstruktive Lösungen

Die FSA 10(6)–220 kV wird aus standardisierten, transportfähigen Werksblöcken aufgebaut – Metallrahmen mit vormontierten Leistungsschaltern, Trenn- und Erdungsschaltern, Strom- und Spannungswandlern, Überspannungsableitern, Stromschienen/Leitern, Antrieben und Klemmenkästen der Sekundärtechnik. Jeder Block bildet ein funktionsfertiges Aggregat, das den Montageaufwand vor Ort minimiert: Aufstellen auf Lagerhölzern/Pfahlfundamenten/Rostplatten, Anschluss der starren/flexiblen Stromschienen und Anschließen der Sekundärkreise.

Abhängig von Spannungsebene und Einlinienschaltbild werden folgende Grundtypen eingesetzt:

Leitungsblock (Aufnahme Freileitung): Anschluss der Freileitung an die FSA. Portal- und portalfreie Aufnahme (für 35–220 kV) mit Tragketten, Abspannpunkten für Ableitungen und Einhaltung der normierten elektrischen Abstände. Beim portalfreien Anschluss werden die Ableitungen direkt an die Leiter des ersten Spannfeldes der FL angeschlossen und an Stützisolatoren des Aufnahmeblocks befestigt – das vereinfacht den Knoten, reduziert Stahlbau und Kosten.
Leistungsschalter-Block: Last- und Fehler-Schaltfunktionen (Einspeisung, Abgang, Abschnitts-, Sammelschienen- und Bypass-Kupplung), selektives Abschalten bei Kurzschluss, Integration von Stromwandlern (integriert oder separat) und der Schutz-/Leittechnik.
Trennschalter-Block: dreipoliger Leitungs-/Sammelschienen-/Erdungs-Trennschalter bildet eine sichtbare Trennstrecke, ermöglicht lastfreie Schaltungen und die Erdung abgeschalteter Anlagenteile über Erdungsmesser. Bedienung manuell oder motorisch mit Fernsteueroption aus Schaltschränken an Masten.
Block der Spannungswandler (SW): Mess-, Zähl- und Schutzkreise nach Spannung; ein- oder dreipolige Ausführung (trocken/öl/ SF₆/kapazitiv/antiresonant – je nach Spannung und Aufgabe). Montage leitungs-/sammelschienen- oder feldbezogen.
Block der Stromwandler (StW): Versorgung der Stromkreise für Schutz/Automatisierung und Zählung, wenn integrierte Wandler in Schaltern oder anderen Blöcken nicht verfügbar/ausreichend sind; Einsatz in Leitungs-, Trafo- und Brückenkreisen.
Block Überspannungsableiter (ÜSA): Begrenzung von Blitz- und Schaltüberspannungen; Montage an Leitung/Sammelschiene oder als kombinierte Blöcke (z. B. Stützisolator + ÜSA).
Block Kabelendverschlüsse (KL-Einspeisung): Anschluss von Kabelleitungen 35–220 kV; optional mit Trennschalter, Wandler für Nullsystemstrom, ÜSA und Sekundärklemmenkasten.
Block Eigenbedarfstransformator (Außenaufstellung): Versorgung der Eigenbedarfsnetze des Umspannwerks (typisch bis 100 kVA in Basiskonfiguration) mit Sicherungen und Schaltgeräten.
Blöcke Stützisolatoren / Stützisolatoren mit ÜSA: Tragen der Schienen und mechanische Befestigung der aktiven Teile; Auswahl des Isolatortyps (Porzellan/Polymer/Stab/Hänge) gemäß Kundenanforderung und Klima.

Starre Stromschienen werden in der Regel als Aluminium-Rohrschienen ein- oder zweilagig ausgeführt; zur Temperaturkompensation dienen Gleit- und Gelenklager. Flexible Verbindungen (Alu- bzw. Stahl-Alu-Seil) werden für kurze Brücken, Ableitungen und Anschlüsse an Trafo-/Autotrafo-Durchführungen und Betriebsmittel verwendet. Werksseitig werden die Sekundärkreise in Klemmenkästen herausgeführt; zwischen den Blöcken erfolgen die Verbindungen über Kabeltrassen in Kanälen oder Hängekonstruktionen in ergonomischen und sicheren Höhen.

Schaltschränke für die Fernbedienung motorischer Trennschalterantriebe werden auf separaten Masten installiert (i. d. R. bis zu 2 Schränke pro Mast). Die Ausführungsunterlagen enthalten Aufstellorte, Einbauteile/Fundamente sowie die Steuer- und Signalkabel. Diese Lösung erhöht die Wartungsfreundlichkeit, ermöglicht gute Sicht auf das zu bedienende Gerät und erfüllt die Anforderungen der Elektrosicherheit.

Grundblöcke der FSA nach Funktion

Funktion	Blocktyp	Kurzbeschreibung	Hinweise zur Ausstattung
Leistungsaufnahme/-abgabe	Leitungsblock (Freileitungsaufnahme)	Anschluss von FL 35–220 kV an die FSA	Portal- oder portalfreie Aufnahme; Tragketten; ÜSA nach Nachweis
Schalten unter Last	Leistungsschalter-Block (Einspeisung/Abgang/Abschnitt/Sammelschienenkupplung)	Schalten von Anschlüssen und Sammelschienen-Sektionsbildung	Wahl Vakuum-/SF₆-Leistungsschalter je Spannungsebene und Strömen
Betriebliches Trennen	Trennschalter-Block (Leitung/Sammelschiene/Erdung)	Sichtbare Trennstrecke; Erdung abgeschalteter Bereiche	Hand-/Motorantrieb; Hilfskontakte; Fernbedien-Schrank
Spannungsmessung	Block Spannungswandler	Mess-, Zähl- und Schutzkreise nach Spannung	Trocken/Öl/SF₆/kapazitiv (aufgabe- & spannungsabhängig)
Strommessung	Block Stromwandler	Zähl- und Schutzkreise bei fehlenden/integr. Wandlern	Leitungs-, Trafo- und Zusatz-Stromwandler
Überspannungsbegrenzung	Block ÜSA / Stützisolatoren mit ÜSA	Schutz gegen Blitz- und Schaltüberspannungen	Auslösezähler der ÜSA auf Wunsch
Anschluss Kabelleitungen	Block Kabelendverschlüsse	Anschluss KL 35–220 kV an die FSA	Optional Trennschalter, Nullsystem-Stromwandler, ÜSA
Eigenbedarf	Block Eigenbedarfstransformator (Außen)	Versorgung der Eigenbedarfsnetze	Trennschalter, Sicherungen, Trafo bis 100 kVA (typ.)

Sicherheit

Personalschutz und Anlagenzuverlässigkeit sind in der Architektur der FSA-Blöcke verankert. Es wird eine sichtbare Trennstrecke in der Hauptkette mit Erdungsmöglichkeit beidseitig vorgesehen; Bedienelemente von Trennschaltern und Leistungsschaltern befinden sich in sicheren, gut zugänglichen Bereichen. Konstruktive Abstände zum Boden, zu Einfriedungen und zu benachbarten aktiven Teilen werden gemäß DIN EN 61936-1 (VDE 0101-1) und relevanten EN/IEC-Normen festgelegt. Moderne Schaltgeräte mit hoher elektro-dynamischer und thermischer Festigkeit, hochwertige Polymer- und Porzellan-Isolatoren sowie bewährte Sekundärkabel-Routings minimieren das Risiko eines unbeabsichtigten Kontakts mit aktiven Teilen.

Bei motorischen Trennschalterantrieben sind ausgelagerte Fernbedien-Schaltschränke auf separaten Masten mit fernmeldefähiger Stellungsanzeige der Messer und Erdungsschalter sowie elektrischen Hilfskontakten für Schutz-/Leittechnik vorgesehen. Das ermöglicht sicheres Bedienen in Abstand zu aktiven Teilen und eine gute Sichtkontrolle des Gerätezustands.

Ausführungen und Optionen

Klimatische Ausführungen gemäß EN/IEC 60721-3-3 (wettergeschützt) und EN/IEC 60721-3-4 (Außenaufstellung); erweiterte Kälteausführungen für nordische Regionen.
Varianten der Freileitungsaufnahme: portal- und portalfrei (für 35–220 kV), inkl. verschiedener Masttypen (Stahl, Spannbeton, Holz) mit projektierten Anlaufwinkeln und Zugkräften.
Schaltgerätwahl: Vakuum-Leistungsschalter (35–110 kV), SF₆-Säulen- und Tank-Leistungsschalter (110–220 kV); Antriebe hand-/motorisch.
Spannungswandler-Typen: Leitungs-/ein-/dreipolig, antiresonant, kapazitiv, Kaskade, SF₆; Stromwandler-Typen: Öl, trocken, Guss, Durchführungs-/Fenster- und Stütz-Wandler.
Stromschienensysteme: ein/zweilagige starre Schienen, flexible Brücken, Elemente zur Temperaturkompensation.
Kabeltrassen: erdverlegte Betonkanäle, Hängekonstruktionen; Klemmenkästen an Blöcken und Gruppenschränke an Masten.
Fernbedien-Schaltschränke, Schutz-/Leittechnik-Paneele, Hochfrequenz-/Trägerfrequenztechnik und Filter.
Schallschutzwände und Spezialbeschichtungen für den städtischen Einsatz.

Typische Konfigurationen (Beispiele)

Nachfolgend verbreitete Hauptschaltbilder, realisiert mit standardisierten FSA-Blöcken. Die konkrete Ausstattung wird im Projekt und anhand von Anfragebögen festgelegt – unter Berücksichtigung der Ströme, Überspannungsniveaus, Umgebungsbedingungen und der Anforderungen an die Versorgungssicherheit.

Schaltbild	Kurzbeschreibung	Typischer Blocksatz
35 kV: eine Betriebssammelschiene, durch Schalter sektioniert	Kompakte FSA-35-kV-Konfiguration für Verteilknoten	Leitungsblöcke (FL/KL-Aufnahme), Leistungsschalter-Blöcke (Einspeisung/Abgang), Abschnittsschalter-Block, Blöcke mit SW/StW, ÜSA-Blöcke, Trassen und Schaltschränke
110 kV: Brücke mit Leistungsschaltern in den Leitungen	Transitknoten mit Revisions-Brücke	Zwei „Leitung-Leistungsschalter“-Blöcke, Brücken- und SW/StW-Blöcke, ÜSA-Block, FL-Aufnahme (Portal/portalfrei)
110 kV: eine Betriebs- und eine Umgehungs-Sammelschiene	Erhöhte Verfügbarkeit und Wartung ohne Spannungsfreischaltung der Abgänge	Einspeise-/Abgangs-Leistungsschalter, Abschnitts-/Sammelschienen-Kupplungen, SW/StW-Blöcke, Sammelschienen-Trennschalter
150/220 kV: Viereck (Ring)	Hohe Betriebssicherheit, vielfältige Schalt- und Revisionsmöglichkeiten	„Leitung-Leistungsschalter“-Blöcke, StW/SW-Blöcke, ÜSA-Blöcke, Stützisolatoren, Kabelbauwerke
220 kV: zwei Betriebs- und eine Umgehungs-Sammelschiene	Maximale Zuverlässigkeit und Betriebsflexibilität	Einspeisungen, Abgänge, Abschnitts- und Sammelschienen-Kupplungen, Sammelschienen-Trennschalter, SW/StW, ÜSA, FL-Aufnahme

Normenkonformität

Die FSA-Blöcke und die eingesetzten Betriebsmittel entsprechen den Anforderungen der geltenden Normen, darunter u. a.:

EN/IEC 60721-3-3 (wettergeschützte Aufstellung) und EN/IEC 60721-3-4 (Außenaufstellung); klimatische Stoßbeanspruchungen nach EN/IEC-Reihe bzw. projektspezifischem Nachweis.
Verschmutzungsgrad/Umweltbedingungen der Außenisolierung gemäß IEC 60815 (leicht–sehr stark) bzw. projektspezifischer Klassifikation.
IEC 62271-Reihe für Schaltgeräte (>1 kV), inkl. IEC 62271-100 (Leistungsschalter), IEC 62271-102 (Trenn- und Erdungsschalter); IEC 61869-Reihe für Messwandler; IEC 60099-4 für Überspannungsableiter.
DIN EN 61936-1 (VDE 0101-1) für Starkstromanlagen >1 kV AC (u. a. Mindestabstände, Erdungs- und Sicherheitsanforderungen).
Wind- und Eislasten nach DIN EN 1991-1-4/-1-3 (Eurocode 1) und – sofern einschlägig – EN 50341/IEC 60826 (regionale Anhänge für Freileitungen).
Erdbebennachweis gemäß Eurocode 8 (EN 1998) bis 9 MSK-64 (bei entsprechender Ausführung).
Werks-Technische Bedingungen (TÜ) für KTPB/FSA und zugehörige Komponenten.

Zusammenarbeit mit Auftragnehmern, Herstellern und Investoren

Wir sind offen für Kooperationen bei der Fertigung von FSA-Blöcken und Komponenten: Stahlkonstruktionen, Schaltschränke, Kabeltrassen, Sekundärkabelbündel, Stromschienen-Elemente sowie Lieferung von Schaltgeräten, Strom-/Spannungswandlern, Überspannungsableitern u. a. Der Kooperationsrahmen kann die lizenzierte Übergabe der Ausführungsunterlagen, Autorensupervision in der Fertigung, Montage-Supervision und Inbetriebnahme-Begleitung sowie eine gemeinsame Lokalisierung der Produktion nach regionalen Anforderungen umfassen. Investoren und Fertigungsstandorten bieten wir einen fertigen Dokumentationssatz, technologische Unterstützung und Schulungen zur Aufnahme der Serienfertigung.

Bereitgestellte Unterlagen

Für Herstellung und Lieferung der FSA-Blöcke der KTPB für 10(6), 35, 110, 150, 220 kV wird ein vollständiges Dokumentenpaket bereitgestellt:

Vorläufige technische Unterlagen für Ausschreibungen (Beschreibungen, Spezifikationen, Anfragebögen, Blätter zur technischen Lösungseinigung).
Ausführungsunterlagen: Übersichtszeichnungen, Montagepläne der Blöcke und Baugruppen, Stücklisten für Kaufteile und Materialien, Schaltpläne der Haupt- und Hilfskreise, Kabeljournale.
Digitale 3D-Modelle und Projektdaten: AutoCAD-Formate (DWG/DXF), SolidWorks (SLDPRT/SLDASM), Parasolid (X_T/X_B), STEP/IGES sowie ein PDF-Paket für Genehmigungsstellen.
Anleitungen für Transport, Lagerung, Montage, Inbetriebnahme und Betrieb; typische Prüfprogramme und -methoden.
Lieferverzeichnisse und Anfragebögen zu Ausführungsvarianten (Klima, Seismik, Verschmutzungsgrad, Portal/portalfreie Aufnahme, Gerätetypen).

Ihre Vorteile

Verkürzte Planungs- und Bauzeiten durch hohen Werksvorfertigungsgrad.
Kein Bedarf an großem Spezial-Ingenieurstab: Der komplette Ausführungs-Satz erlaubt die Fertigung mit einem Team mittlerer Qualifikation bei konsultativer Unterstützung unserer Spezialisten.
Serienanläufe ohne Prototypen: Fertigungsgerechte Konstruktionen und bewährte Komponentenpalette senken Risiken und Kosten der Implementierung.
Begleitung in allen Phasen: Vorplanung, Geräteauswahl, Fertigung, Montage-Supervision, Inbetriebnahme, Garantie- und After-Sales-Support.

Für weitere Informationen zu den FSA-Blöcken der KTPB 10, 35, 110, 150, 220 kV kontaktieren Sie uns: inbox@proekt-energo.com

…und wie bekannt, verzehnfacht sich ein in der Konstruktion begangener Fehler in der Fertigung und verhundertfacht sich im Betrieb. Vertrauen Sie die Entwicklung und Anpassung der Lösungen einem Team an, das Serienfertigung und Inbetriebnahme von Umspannwerken aller Spannungsebenen aus der Praxis kennt.