Stromversorgung

01. Welche Besonderheiten gelten für die Stromversorgung?

Im Überblick:

• Strom ist kaum speicherbar und leitungsgebunden (Stromnetz).

• Auch kurzfristige Leistungsspitzen müssen i. d. R. abgedeckt werden.

• Störungen müssen i. d. R. kompensiert werden können (Ersatzstromaggregate).

• Es gibt Niederspannungs-, Mittelspannungs-, Hochspannungs- und Höchstspannungssysteme.

• Übertragungsmittel der Stromverteilung sind Leitungsnetze, Transformatoren, Kabel, Umspannungs- und Übergabestationen.

• Das Versorgungsnetz umfasst z. B. Strangspannung 230 V, Außenleiterspannung 400 V, Spannung für besondere Anlagen (500 V/690 V).

• Sicherheitsvorschriften sind zu beachten (z. B. DGUV Vorschriften, VDE, DIN).

02. Was ist elektrischer Strom?

Elektrischer Strom

• ist die Bezeichnung für eine gerichtete Bewegung von Ladungsträgern (Elektronen, Protonen, Ionen) in einem Stoff;

• entsteht, wenn sich frei bewegliche Ladungsträger in einem elektrischen Feld befinden.

03. Was versteht man unter dem Begriff „Stromerzeugung“?

Stromerzeugung ist die Bereitstellung von elektrischer Energie in Form von elektrischem Strom.

04. Wie wird elektrische Energie bereit gestellt?

Die großtechnische Bereitstellung von elektrischer Energie erfolgt in Kraftwerken, die Verteilung zu den Abnehmern über Stromnetze.

05. Wie erfolgt die Umwandlung in elektrische Energie?

1. Mechanische Bewegungs- oder Lageenergie wird mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.

   Beispiele: Wasser-, Wind-, Gezeiten-, Wellenkraftwerk.

2. Thermische Energie wird zunächst durch eine Wärmekraftmaschine in mechanische Energie und anschließend mittels eines Generators in elektrische Energie umgewandelt.

   Beispiele: Gas- und Dampfturbinen.

3. Spezielle Energieformen werden direkt in elektrische Energie umgewandelt.

   Beispiele: Solarzellen, Brennstoffzellen.

06. Wie erfolgt der Transport elektrischer Energie zum Abnehmer?

Das Elektroenergienetz ist ein Verbundnetz. Es ist grenzüberschreitend und transportiert große Elektroenergiemengen als Dreiphasenwechselspannung. Kraftwerke, Umspannwerke, Transformatoren und Abnehmeranlagen bilden dabei die Knotenpunkte:

• Kraftwerke mit Generatoren:

  In den Kraftwerken entsteht als Ergebnis verschiedener Wandlungsprozesse aus den Primärenergieträgern (z. B. Kohle, Wasser, Gas, Öl) Elektroenergie. Von den Generatoren wird die Elektroenergie mit Spannungen zwischen 6 kV und 24 kV abgegeben.

  Merke

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  In den Kraftwerksschaltstationen wird die Spannung bis 380.000 V herauf transformiert

  → Verringerung der Stromwärmeabgabe über die nachfolgenden Leitungen.

• Umspannwerke

  verbinden Netze verschiedener Spannungen und bestehen deshalb mindestens aus einem Transformator und zwei Schaltanlagen, die meistens an zentrale Schaltwarten zur Überwachung des Energieflusses angeschlossen sind. Ihre kleinste primäre Netzspannung beträgt 30 kV.

• Transformatorstationen

  sind elektrische Anlagen zur Energieumformung. Sie sind der letzte Knotenpunkt des Elektroenergiesystems vor der Abnehmeranlager. Auch die Transformatorstationen verbinden Netze verschiedener Spannungsebenen. Ihre kleinste primäre Netzspannung ist 6 kV. Das Übersetzungsverhältnis Ü wird von ihren Windungszahlen N1 und N2 bestimmt. Es gilt:

   

  $$Ü = \frac{N_{1}}{N_{2}} = \frac{U_{1}}{U_{2}} = \frac{I_{2}}{I_{1}}$$

• Abnehmeranlagen:

  Dies sind z. B. Industriebetriebe mit eigenen Industrietransformatorstationen. Sie werden von eigenem Personal betrieben (→ Fachpersonal nach VDE 0100). Spannungsebenen von 6 kV, 500 V und 690 V sind gebräuchlich.

07. Welche Aufgabe haben die Stromnetze?

Um die Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen ist es notwendig, Leitungen von den Kraftwerken zum Verbraucher zu verlegen. Über weite Distanzen wird in Deutschland die Energie mittels Dreiphasenwechselspannung mit einer Frequenz von 50 Hz und einer Spannung von bis zu 400 kV übertragen. Erst kurz vor dem Verbraucher wird die Spannung auf die bekannte Niederspannung von 230 V Einphasenwechselspannung bzw. 400 V Dreiphasenwechselspannung übertragen.

08. Wie werden die Stromnetze unterschieden?

Man unterscheidet die Stromnetze nach der anliegenden Spannung:

Höchstspannung > 150 kV

Hochspannung 60 kV – 150 kV

Mittelspannung 1 kV – 60 kV

Niederspannung < 1 kV

09. Warum werden die Stromnetze mit Hochspannung betrieben?

Die Stromnetze werden mit Hochspannung betrieben, weil …

• hohe Spannungen technisch leichter zu kontrollieren sind als hohe Ströme

• eine hohe Übertragungsleistung gesichert ist

• geringe Übertragungsverluste auftreten

• große Entfernungen überbrückt werden können

• geringere Investitionen getätigt werden müssen.

10. Welche Bestimmungen regeln vor allem den Umgang mit elektrischem Strom?

VDE 0100: Bestimmungen für das Errichten von Starkstromanlagen bis 1.000 V

VDE 0101: Errichten von Starkstromanlagen über 1.000 V

VDE 0105: Betrieb von Starkstromanlagen

VDE 0132: Merkblatt für die Bekämpfung von Bränden in elektronischen Anlagen und deren Nähe

VDE 0134: Anleitung zur ersten Hilfe bei Unfällen, VDE, Verband der Elektrotechnik, Elektronik, Informationstechnik e. V. 

11. Wer wird als Elektrofachkraft bezeichnet?

Im Sinne der DGUV Vorschrift 3 gilt als Elektrofachkraft, wer aufgrund seiner fachlichen Ausbildung, Kenntnisse und Erfahrungen sowie Kenntnis der einschlägigen Bestimmungen die ihm übertragenen Arbeiten beurteilen und mögliche Gefahren erkennen kann.

Die fachliche Qualifikation als Elektrofachkraft wird im Regelfall durch den Abschluss einer Ausbildung, z. B. als Elektroingenieur, Elektrotechniker, Elektromeister, Elektrogeselle, nachgewiesen. Sie kann auch durch eine mehrjährige Tätigkeit mit Ausbildung in Theorie und Praxis nach Überprüfung durch eine Elektrofachkraft nachgewiesen werden. Der Nachweis ist zu dokumentieren.

Der Unternehmer hat dafür zu sorgen, dass elektrische Anlagen und Betriebsmittel nur von einer Elektrofachkraft oder unter Leitung und Aufsicht einer Elektrofachkraft den elektrotechnischen Regeln entsprechend errichtet, geändert und in Stand gehalten werden. Der Unternehmer hat ferner dafür zu sorgen, dass die elektrischen Anlagen und Betriebsmittel den elektrotechnischen Regeln entsprechend betrieben werden.

12. Welche Führungs- und Fachaufgaben nimmt eine Elektrofachkraft wahr?

• Das Überwachen der ordnungsgemäßen Errichtung, Änderung und Instandhaltung elektrischer Anlagen und Betriebsmittel;

• das Anordnen, Durchführen und Kontrollieren der zur jeweiligen Arbeit erforderlichen Sicherheitsmaßnahmen einschließlich des Bereitstellens von Sicherheitseinrichtungen;

• das Unterrichten elektrotechnisch unterwiesener Personen;

• das Unterweisen von elektrotechnischen Laien über sicherheitsgerechtes Verhalten, erforderlichenfalls das Einweisen;

• das Überwachen, erforderlichenfalls das Beaufsichtigen, der Arbeiten und der Arbeitskräfte, z. B. bei nichtelektrotechnischen Arbeiten in der Nähe unter Spannung stehender Teile.

13. Was ist ein Notstromaggregat?

• Ein Notstromaggregat ist ein mithilfe eines Verbrennungsmotors (Zweitakt-, Viertakt- oder Dieselmotoren) betriebenes Elektrizitätswerk (Stromerzeuger), das nicht zur ständigen Stromversorgung (Versorgung mit elektrischer Energie) dient, sondern nur für zeitlich begrenzte Dauer eingerichtet wird.

• Es ist eine Anlage, die aus Gründen der Sicherheit von Personen, zum Weiterbetreiben von Maschinen, Notbeleuchtungen, Aufzügen und anderen kritischen Anlagen bei Stromausfall ihre Anwendung findet.

• Es gibt kleine Stromerzeuger mit einer Leistung von unter 1 kW bis zu großen mit mehreren 100 kW.

• Das Notstromaggregat ist von Stromnetzen unabhängig.

14. Wie sind die Anforderungen an Notstromaggregate?

Sie müssen

• die geforderte Leistung über eine festgelegte Zeit (Versorgungsdauer) liefern,

• müssen innerhalb kürzester Zeit in Betrieb gehen.

15. Wie ist der Aufbau eines Notstromaggregates?

• Antriebsaggregat (kraftbetriebener Motor)

• Übertragungseinheit (Welle)

• Stromerzeuger (Generator mit Rotor und Stator)

• vorgeschriebene Einspeiseeinrichtung mit Netzabfallrelais.

16. Nach welchen Kriterien werden Notstromaggregate unterschieden?

• Spannungsgleichheit zwischen Generator, Notstromaggregat und benötigter Spannung der Maschinen

• Schutzklassebezeichnungen (z. B. IP 23 spritzwassergeschützt)

• Synchron-Notstromaggregate

  sind für den Betrieb induktiver Maschinen vorgesehen (die zum Anlaufen einen höheren Strombedarf haben).

• Asynchron-Notstromaggregate

  reichen für den Betrieb von „normalen“ elektrischen Geräten, da diese keinen hohen Anlaufstrom benötigen um die gewünschte Leistung zu erbringen.

17. Was sind die Leistungskriterien für Notstromaggregate?

• Wirkleistung:

  • wird in W oder kW angegeben

  • ist die Leistung, die vom Notstromaggregat abgenommen werden kann.

• Scheinleistung:

  • wird in VA oder kVA angegeben

  • ist die Leistung, die vom Generator erzeugt wird.

• Blindleistung:

  • ist die Leistung, die für einen eventuell benötigten Anlaufstrom einer Maschine verwendet werden kann

  • errechnet sich aus der Differenz der Wirk- und der Scheinleistung.

18. Welche Sicherheitsmaßnahmen sind bezüglich der Kraftstoffzufuhr bei Notstromaggregaten zu beachten?

19. Welche Inspektions- und Wartungsarbeiten sind an einem kraftstoffbetriebenen Notstromaggregat durchzuführen?

• Sichtkontrolle, wöchentlich, z. B. Leckagen, Kühlwasser, Filter, Füllstände, Batterie

• monatliche Funktionskontrolle (Probebetrieb).

20. Welche Bestimmungen sind beim Betrieb von Notstromaggregaten zu beachten?