Umspannwerke: Wo Strom transformiert wird

Ein Umspannwerk (auch: Umspannanlage, Umspanner oder Umspannstation) ist eine Anlage zur Transformation von Strom. Neben der Verteilung von Strom in die angeschlossenen Stromnetze ist es die Hauptaufgabe von Umspannwerken, Strom umzuspannen, also ihn entsprechend hoch- oder herunterzutransformieren.

Das bedeutet, dass Strom zum Beispiel von einer Hochspannungsleitung im Umspannwerk ankommt und auf eine niedrigere Spannung umgespannt werden muss. Die Transformatoren im Umspannwerk transformieren den Strom herunter, sodass er über eine niedrigere Spannungsleitung weiterfließen kann.

Im deutschen und europäischen Verbundnetz gibt es verschiedene Spannungsebenen. Höhere Spannung wird bei längeren Entfernungen verwendet, da die Transportverluste geringer ausfallen und somit dünnere Kabel eingesetzt werden können (Beispiel: Überlandleitungen über Freimasten bei 380 kV). Je niedriger die Spannung ist, desto dickere Kabelquerschnitte müssen gewählt werden, um den Verlusten zu begegnen.

Unsere Haushaltsgeräte vertragen aber in der Regel nur 230 Volt bzw. 400 Volt. Die Wege der niedrigen Spannungsebene werden also bewusst kurz gehalten, um Material zu sparen. Da sich die transportierte Energiemenge durch die Spannungstransformation nicht ändert, wirkt sich die Transformation natürlich auch auf den Wert der Stromstärke aus.

Hier finden Sie mehr Informationen zum Wechselspiel der Stromeinheiten.

Umspannwerke erfüllen grundsätzlich dieselbe Aufgabe, denn sie wandeln elektrische Energie von einer Spannungsebene in eine andere um. Sie unterscheiden sich jedoch vor allem durch ihre Größe, ihre Leistung und ihre Position im Stromnetz.

Ein Umspannwerk ist eine große Anlage, die viel Platz braucht, und meist das Hochspannungsnetz mit dem Mittelspannungsnetz verbindet. So kann es beispielsweise eine Spannung von 110.000 Volt auf 20.000 Volt reduzieren. Dafür braucht das Umspannwerk mehrere Transformatoren, umfangreiche Schaltanlagen sowie Schutz- und Leittechnik.

Im Gegensatz dazu sind Transformationsstationen (auch: Trafostation, Trafo, Kompaktstation oder Ortsnetzstation) meist in kleinen kompakten Metall- oder Betonstationen untergebracht. Sie sind in Straßenzügen anzutreffen, die sie mit Niederspannung (230 / 400 Volt) versorgen. Sie tragen immer den Namen des Netzbetreibers, in Bremen also zum Beispiel wesernetz.

Übrigens: Oft werden die Außenflächen von den kleinen Trafostationen durch dekorative Malereien oder Graffitis künstlerisch aufgewertet.

Transformator

Der Transformator ist das zentrale Element eines Umspannwerks. Er transformiert die Stromspannung auf das gewünschte Level für die entsprechende Spannungsebene. Je nach Größe der Anlage braucht es mehrere Transformatoren. Trafos bestehen hauptsächlich aus einem Eisenkern, zwei gegenüberliegenden Kupfwerwicklungen und einer großen Menge Öl. Das Verhältnis der beiden Kupferwicklungszahlen zueinander entspricht dabei dem Spannungsverhältnis von Eingang zu Ausgang.

Leistungsschalter

Der Leistungsschalter ist eine wichtige Schnittstelle, denn er schaltet den Stromfluss an bzw. aus, genau wie ein Lichtschalter. Das funktioniert auch bei einem Kurzschluss oder einem Fehlerstrom. Dann unterbricht der Leistungsschalter automatisch den entsprechenden Stromkreis und verhindert eine Gefahrensituation.

Trennschalter

Trennschalter können Stromkreise unterbrechen und sichtbare Trennstellen herstellen. Dadurch wird transparent, ob bestimmte Pole offen sind, was besonders im Fall von Wartungen oder Reparaturen die Sicherheit erhöht. 

Übrigens: Die Leistungsschalter funktionieren ähnlich wie Sicherungen im Stromkasten.

Schaltfeld

Ein Schaltfeld verbindet Leistungsschalter, Messwandler und Trennschalter miteinander. Es steuert, überwacht und schützt den Stromfluss und verbindet zum Beispiel Leitungen mit Sammelschienen.

Sammelschiene

Sammelschienen sind große Leiter aus Metall, die als Rohrsystem aufgebaut sind und wichtige Knotenpunkte im Umspannwerk darstellen. Über sie wird der Strom von Transformatoren oder ankommenden Leitungen aufgenommen und auf mehrere abgehende Leitungen verteilt.

Mess-/Spannungswandler

Mess- bzw. Spannungswandler wandeln hohe Spannungen in kleine, messbare Größen um. So können Messgeräte, Zähler und Schutzrelais die Spannungen sicher messen und verarbeiten.

Wie oben erläutert, braucht es Umspannwerke, um hohe Spannungen herunterzutransformieren und Strom sicher zu verteilen. Doch besonders in den letzten Jahrzehnten ist die Wichtigkeit der Umspannanlagen nochmal gewachsen.

Denn während der Strom früher hauptsächlich von einer höheren in eine niedrigere Spannungsebene floss, müssen Netze und moderne Umspannanlagen zunehmend Stromflüsse in beide Richtungen bewältigen. Der Grund dafür ist unter anderem das erhöhte Erzeugungs- und Einspeisungsvolumen von Strom durch dezentrale Erzeugungsanlagen wie Photovoltaikanlagen und Balkonkraftwerke.

Denn wenn mehr Strom erzeugt als vor Ort verbraucht wird, muss die elektrische Energie über das Umspannwerk in eine höhere Spannungsebene transformiert werden. So kann er leichter übers Stromnetz an entsprechende Speicherorte weitergeleitet werden.

Aber dafür müssen neben dem Transformator auch die anderen Komponenten der Anlage auf wechselnde Stromflussrichtungen ausgelegt sein. Deshalb sind Umspannwerke sowie ein stetiger Netzausbau heute besonders wichtig.