Niederspannungsnetz

Weltkarte des Zugangs der Bevölkerung zum Niederspannungsnetz (Stand 2017) als Maß für die Elektrifizierung
  • 80,1 %–100 %
  • 60,1 %–80 %
  • 40,1 %–60 %
  • 20,1 %–40 %
  • 0–20 %
  • Niederspannungsnetze sind ein Teil des Stromnetzes zur Verteilung der elektrischen Energie an den größten Teil der elektrischen Endverbraucher (Niederspannungsgeräte) und werden von vielen regionalen Verteilnetzbetreibern geleitet. Um Leistungsverluste zu minimieren, sind Niederspannungsnetze in der räumlichen Ausdehnung auf einen Bereich von einigen 100 m bis zu einigen wenigen Kilometern beschränkt. Sie werden daher regional über Transformatorenstationen aus einem übergeordneten Mittelspannungsnetz gespeist.

    Niederspannungsnetze sind im Unterschied zu den anderen Spannungsebenen in weiten Bereichen Europas nicht als Drei-, sondern als Vierleitersysteme aufgebaut, um den Anschluss einphasiger Verbraucher zu ermöglichen. Sie werden üblicherweise mit einer Netzspannung von 230 V / 400 V (einphasig / dreiphasig) bis 1000 V betrieben. Die Bemessungsleistungen einzelner Ortsnetztransformatoren liegen bei 250, 400, 630 oder 1000 kVA. Außerhalb von Europa sind auch andere Formen und Betriebsspannungen üblich. Im nordamerikanischen Raum und teilweise im asiatischen Raum ist beispielsweise das Einphasen-Dreileiternetz und das darauf aufbauende Red-Leg Delta System verbreitet.

    Arten

    Dachständer mit Freileitungen, Teil des Niederspannungsnetzes

    Die Arten der in Europa gebräuchlichen Netzausführung für Dreiphasenwechselstrom sind von der International Electrotechnical Commission (IEC) festgelegt und unterteilen sich in:

    Topologie

    Hauptverteilung mit NH-Sicherungen

    Niederspannungsnetze sind ausgehend vom Bereich der Hauptverteilung üblicherweise in mehrere Kabelstränge unterteilt, welche einzelne Häuser oder Häusergruppen in der näheren Umgebung versorgen. Die Stränge werden meist sternförmig realisiert, wobei im Bereich des Hausanschlusses über einen so genannten Schleifenkasten die Abzweigungen zu den Unterverteilung erfolgen. Bei den in ländlichen Gegenden noch üblichen Freileitungen erfolgt die Ausspeisung über Dachständer. In Sonderfällen kann ein Niederspannungsnetz auch als Ring aufgebaut und von mehreren Stellen gespeist sein.

    Im Bereich der Unterverteilung erfolgt eine sternförmige Speisung der einzelnen Verbraucher und Steckdosen. In England und in manchen ehemaligen englischen Kolonien kommen auch ringförmige Verteilungen im Rahmen der Norm BS 1363 in Wohnungen vor. Die Ringtopologie hat den Vorteil, dass bei gleicher Leistung geringere Leiterquerschnitte verwendet werden können, allerdings ist der Installationsaufwand höher.

    Speisung

    Transformator im Inneren einer Transformatorenstation zur Speisung eines Niederspannungsnetzes aus dem übergeordneten Mittelspannungsnetz

    Niederspannungsnetze werden aus dem Mittelspannungsnetz durch lokale Transformatorenstationen gespeist. Manchmal wird ein etwas kostengünstigerer Trafo mit der Schaltgruppe Yy0 (Stern-Stern 0) verwendet, wobei die Sekundärseite der Wicklungen an einem Ende zum Sternpunkt zusammengeschaltet sind. Besser als die Sternschaltung ist die Schaltgruppe Yz5 (Stern-Zickzack 5), bei der durch die Verteilung des unsymmetrischen Außenleiterstromes auf je 2 Schenkelhälften eines Trafos die Unsymmetrie weitestgehend ausgeglichen wird. Geschieht dieser Ausgleich nicht, dann werden die einzelnen Außenleiterspannungen beim Verbraucher ungleich hohe Spannungswerte aufweisen und Schieflasten sind die Folge.

    Auf der Niederspannungsseite wird der Sternpunkt des Ortstransformators starr geerdet. Dabei ist ein Erdungswiderstand von gewöhnlich RE unter 2 Ω gefordert. Ist dieser Wert durch Alterung, Beschädigung, Bodentrockenheit oder anderen Umständen höher, kann es im Fehlerfall zu unzulässig hohen Berührungsspannungen oder Schrittspannungen kommen.

    Leiterbezeichnungen

    Die Bahn muss unter ihren Fahrleitungen alle metallischen Teile in den Potenzialausgleich einbeziehen, auch Geländer, Uhren und Verkleidungen. Im Rissbereich der Fahrleitung müssen die Leitungen sogar 25 kA/1 s thermische Kurzschlussströme aushalten. Der elektrische Spannungsabfall durch Fahrleitungskurzschlüsse würde sonst zu hohe Spannungen erzeugen.

    Farbgebung

    Zur Unterscheidung der Außenleiter und des Neutralleiters sind bei Kabelsystemen für Niederspannung je nach Region einheitliche Farben festgelegt. In der EU ist die Farbgebung durch die Norm IEC 60446 (EN 60446) festgelegt. In anderen Ländern werden auch davon abweichende Farbschemata verwendet. Einige übliche Farbgebungen in Dreiphasensystemen sind:

    Land L1 L2 L3 Neutralleiter
    N
    Erde/
    Schutzerde
    Europäische Union[* 1] Braun Schwarz Grau Blau Grün-Gelb
    Deutschland Braun
    Schwarz[* 2]
    Schwarz
    Braun[* 2]
    Blau[* 2]
    Grau
    Schwarz[* 2]
    Blau
    Hellblau[* 2]
    Grau[* 2]
    Grün-Gelb
    Rot[* 2]
    Schweiz Braun
    Schwarz[* 2]
    Schwarz
    Rot[* 2]
    Grau
    Weiß[* 2]
    Hellblau
    Blau
    Gelb[* 2]
    Grün-Gelb
    Rot-Gelb[* 2]
    Österreich Braun
    Schwarz[* 2]
    Schwarz
    Braun[* 2]
    Blau[* 2]
    Grau
    Schwarz[* 2]
    Blau
    Hellblau[* 2]
    Grau[* 2]
    Grün-Gelb
    Rot[* 2]
    Frankreich Braun Schwarz Schwarz Blau Grün-Gelb
    Vereinigtes Königreich Braun
    Rot[* 3]
    Schwarz
    Rot[* 3]
    Schwarz
    Rot[* 3]
    Blau
    Rot[* 3]
    Grün-Gelb
    Rot[* 3]
    Vereinigte Staaten[* 4] Schwarz
    Braun
    Rot
    Orange
    Violett
    Blau
    Color wire yellow.svg
    Color wire white.svg
    Color wire grey.svg
    Grün-Gelb
    Grün
    Blankes Kupfer
    Kanada[* 5] Rot Schwarz Blau Weiß Grün-Gelb
    Blankes Kupfer
    Australien und Neuseeland[* 6] Rot Weiß Dunkelblau Schwarz Gelb
    China[* 7] Weiß Grün Rot Hellblau Gelb

    Anmerkungen zur Farbtabelle:

    1. Bevorzugte Farben; Umfasst alle Länder, welche den CENELEC Standard IEC 60446 anwenden.
    2. a b c d e f g h i j k l m n o p q r s Nur bei Altinstallationen
    3. a b c d e Vor dem 31. März 2004, festgelegt im British Standard BS 7671
    4. Nicht einheitlich festgelegt. Farben sind teilweise im NEC festgelegt.
    5. Verpflichtend von der Canadian Standards Association festgelegt
    6. Festgelegt im Standard AS/NZS 3000:2007
    7. Festgelegt im Standard GB 50303-2002 Abschnitt 15.2.2

    Sonderformen

    Masttransformator von 960 V auf 400 V für die Versorgung abgelegener Häuser in ländlichen Gebieten

    Niederspannungsnetze mit Nennspannungen von 690 V werden unter anderem in Industrieanlagen oder Kraftwerken zur Versorgung von größeren Elektromotoren zum Antrieb von Pumpen, Förderbändern und dergleichen mit Leistungen von einigen 100 kW bis zu einigen Megawatt verwendet.

    Eine weitere spezielle Anwendung höherer Niederspannungen sind ausgedehnte Niederspannungsnetze in ländlichen Gebieten in Europa mit 960 V als Zwischenspannung, um den Spannungsabfall zwischen der Mittelspannungs-Transformatorenstation und dem 400-V-Endkundenanschluss zu verringern. Dazu wird in unmittelbarer Nähe des Endkunden (zum Beispiel ein abgelegenes Gehöft oder einzelne abgelegene Landhäuser) ein zusätzlicher Transformator von 960 V auf 400 V im Leistungsbereich einiger 10 kVA vorgesehen. Die Transformatorstation, die mit Mittelspannung betrieben wird, kann sich hingegen einige Kilometer entfernt befinden. Der Vorteil der Zwischenspannung besteht neben einer Reduktion der Spannungsschwankungen auf langen Niederspannungszuleitungen darin, dass keine von der Isolierung her aufwändige und teure Mittelspannungsleitung bis zu den entlegenen Gebäuden notwendig ist. Es können die bis 1 kV zugelassenen Niederspannungsleitungen und Elektroinstallationseinrichtungen verwendet werden.

    Weitere Anwendungen

    Niederspannungsnetze werden nicht nur zur elektrischen Energieversorgung verwendet, sondern auch zur Nachrichtenübertragung. Insbesondere erfolgen über Niederspannungsnetze die Übertragung von Steuersignalen der Rundsteuertechnik und in manchen Ländern auch höherfrequente Datensignale mittels Trägerfrequenzmodems (engl. powerline). Hierbei gab es auch Versuche bzw. Anwendungen mit Drahtfunk.

    Literatur

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    Basierend auf einem Artikel in: Wikipedia.de
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    Datum der letzten Änderung: Jena, den: 05.12. 2021