Ziel: Planung und Transparenz

Die Stadt Bonn installierte bei zwei ihrer Kläranlagen neue Mittelspannungsanlagen. Bei der Planung war die Abstimmung zwischen der Stadt, der Bonn Netz und dem Lieferanten Schneider Electric entscheidend.

Bei der Kläranlage in Bonn wurde eine neue Mittelspannungs- Schaltanlage installiert.
Bei der Kläranlage in Bonn wurde eine neue Mittelspannungs- Schaltanlage installiert.

Die Bundesstadt Bonn betreibt zur Behandlung des kommunalen Abwasseranfalles insgesamt vier Kläranlagen. Aufgrund des Alters einzelner Mittelspannungs-Schaltanlagen auf zwei der Kläranlagen hatte die Stadt im Jahr 2014 den Austausch vorgesehen. Bei den alten Anlagen, die teilweise aus den 1970er Jahren stammten, war es zunehmend zu Problemen gekommen. Zudem gab es vom ursprünglichen Anbieter keine Ersatzteile mehr. Des Weiteren ergab sich mit der Modernisierung die Chance, die Schaltanlagen zu vereinfachen, einige Anlagenkomponenten einzusparen und auch die Besitzstruktur zu erneuern: Heute ist die Stadt Bonn alleiniger Eigentümer der Schaltanlagen. Früher gab es eine historische gewachsene Mischung der Eigentumsverhältnisse bei den Mittelspannungsschaltanlagen, die erstmals von RWE installiert worden waren. Insgesamt also ein Projekt, bei dem Zuständigkeiten neu geregelt und demnach auch die Technologie der Mittelspannungsanlagen auf die neuen Besitz- und Verantwortungsverhältnisse angepasst werden konnten.

Für das Projekt begannen im Jahr 2014 bereits die Planungen, inzwischen sind beide Anlagen in Bad Godesberg und Beuel abgenommen und erfolgreich im Betrieb. „Die zeitlichen Abläufe wurden in der Umbauplanung und im Rahmenterminplan berücksichtigt und mit dem Betrieb sowie dem zuständigen Verteilnetzbetreiber Bonn-Netz abgestimmt“, freut sich der zuständige Projektleiter Hans-Joachim Jaschinski von Schneider Electric und spricht damit aus, was alle Parteien des Projektes unisono überzeugt hat. „Die Planung und Durchführung verlief außerordentlich positiv“, sagt auch Michael Fendel, Projektleiter bei der Stadt Bonn.

Dabei ist es keineswegs üblich, dass Projekte dieser Größenordnung und Komplexität so reibungslos ablaufen, denn in dem Projekt war viel Abstimmungsarbeit notwendig. Insgesamt galt es, ein tragfähiges technisches Konzept mit allen Beteiligten detailliert zu planen und umzusetzen. Die Bonn-Netz, die Anfang 2015 das Stromnetz in den Stadtteilen Beuel und Bad Godesberg von RWE (Westnetz) übernommen hatte, musste beispielsweise dafür sorgen, dass das Schaltungskonzept der Anlagen den Anforderungen des Mittelspannungsnetzes entsprach.

Die Schaltanlagen selbst stammen im Wesentlichen von der Firma Schneider Electric, die auch für die Installation und Inbetriebnahme federführend verantwortlich war. Das Unternehmen hatte die Aufgabe, die Anlagen bei durchlaufendem Betrieb zu erneuern. Als Planungsbüro war zudem die Firma ITS Scholz aus Essen involviert, die vor allem die operativen Planungen übernommen hat. Ein Maßnahmenplan, den Schneider Electric erstellt hat, sah die Integration aller Beteiligten und volle Planungstransparenz vor. „Jeder wusste zu jedem Zeitpunkt, was gemacht wurde“, sagt Projektleiter Jaschinski. Zum Einsatz kommt bei beiden Kläranlagen die Luftisolierte Leistungsschalteranlage Pi 100 von Schneider Electric, die seit rund acht Jahren auf dem Markt ist.

Die Schaltanlagenmaße mussten sich an den bestehenden Platzverhältnissen und den technischen Regelungen des AG orientieren. In Bad Godesberg wurde die Anlage zwar in einem neuen Gebäude untergebracht, doch dies hatte das gleiche Bauvolumen wie das alte. Sprich: Es ist bedeutend mehr Platz für Wartungsarbeiten vorhanden – auch dies ist ein wichtiger Aspekt für die Arbeitssicherheit. „Unsere Schaltanlagen bauen wir sehr schmal und nicht sehr tief, so dass sie geringen Platz benötigen“, sagt Jaschinski.

Die Leistungsschalterfelder wurden mit Verfahrwagen und Vakuumleistungsschaltern ausgerüstet. Sie sind untereinander austauschbar, so dass im Revisionsfall vorgehaltene Reserveschalter genutzt werden können. Die Schaltanlagen selbst wurden von Schneider Electric im Werk Regensburg aufgebaut. Dort wurden auch die Abnahme und die Schulungen der Bonner Mitarbeiter durchgeführt. Ein weiteres wichtiges Thema war auch die Druckentlastung innerhalb der Gebäude. Aufgrund baulicher Gegebenheiten der Kläranlage Bonn-Beuel und der Anlagenaufstellung auf Doppelboden war eine Druckentlastung im Falle eines Störlichtbogens in der Schaltanlage notwendig. Dies unterstützen auch die eingesetzten Vakuumschalter. Sie minimieren nicht nur Wartungs- und Abschaltzeiten, sondern verhindern auch die Lichtbogenlöschung und damit das Entstehen giftiger Gase. Am Übergabeleistungsschalter ist eine Primärstromprüfung implementiert, wofür spezielle Anschlusskabel für die Aufnahme der Prüftechnik eingesetzt wurden.

Für Wartungsarbeiten ist in Beuel ein Erdungskurzschließer an den Transformationsstationen installiert. Muss die Anlage für den Wartungsfall betreten werden, werden Mittel- und Niederspannung damit einfach per Kurzschluss getrennt. „Ein solcher ServiceFall kommt zwar selten vor, dennoch erhöht er die Sicherheit der Anlage“, berichtet Jaschinski.

Schutztechnik

Unter Rücksichtnahme auf die Arbeitssicherheit steht nun ausreichend Platz für Wartung und Service zur Verfügung.
Unter Rücksichtnahme auf die Arbeitssicherheit steht nun ausreichend Platz für Wartung und Service zur Verfügung.

Ein weiteres Thema für die Zusammenarbeit ist das neu umgesetzte Schutzkonzept. „Auch hier waren alle Beteiligten eng involviert. Durch die hervorragende Planung der ITS Scholz und die sehr gute Kooperation aller Beteiligten konnten wir dabei effektiv im Team zusammenarbeiten“, sagt Ralf Krahe, Projektleiter bei der Bonn Netz. Beim Schutzkonzept werden alle Bereiche von der Kläranlage bis hin zum Leistungstransformator berücksichtigt. Nun hat der Netzbetreiber erstmals eine Selektivität in der Kläranlage erreicht. Das bedeutet, dass bei einem Fehler nur die betroffenen Teile des Netzes abgetrennt werden. Alle „gesunden“ Teile werden unter Spannung gelassen, so dass das Ausfallrisiko in Zukunft nochmals reduziert werden kann.

Die Anlage verfolgt dabei das Prinzip der Zeitselektivität, bei dem die Reaktionszeiten der einzelnen Relais (Micom von Schneider Electric) je nach Position innerhalb der Schaltungstopologie bestimmt werden. Die Geschwindigkeit der elektromechanischen Relais ist dabei nicht statisch festgelegt und hängt flexibel von der Einstellung ab. Der Einstellbereich bewegt sich zwischen 100 bis 500 Millisekunden. Die Anlagen mussten dabei auf gewisse Restriktionen achten, die sich durch das bisherige Schutzkonzept ergaben, das noch von dem Vorbesitzer (Westnetz) umgesetzt worden war.

In Beuel wird dabei das Prinzip einer rückwärtigen Verriegelung genutzt, um die Selektivität zu verbessern. An dem betroffenen Übergabeschaltfeld der Kläranlage wird dann nur das Kabelfeld geschaltet, bei dem ein Fehler akut ist.

Unterschiedliche Netzanschlüsse

Übertragung der Zustandsdaten der automatischen Umschaltvorrichtung von Kries Energietechnik via Modbus/Profi bus zum Leitsystem.
Übertragung der Zustandsdaten der automatischen Umschaltvorrichtung von Kries Energietechnik via Modbus/Profi bus zum Leitsystem.

Weitere konzeptionelle Neuerungen betrafen das Anschlusskonzept an das Mittelspannungsnetz. Beispielsweise musste bei der Kläranlage Beuel, die eine Notstromeinrichtung besitzt, die Stichleitung durch eine Ringleitung ersetzt werden. Dadurch entsteht ein Anschluss im Rahmen einer offenen Ringschaltung, so dass die Anlage auch ohne Abschaltung gewartet werden kann. Der Vorteil liegt darin, dass die Kläranlage und die Mittelspannungsnetzteile unabhängig voneinander sind und demnach Wartungszyklen nicht aufeinander abgestimmt werden müssen.

Anders die Situation in Bad Godesberg. Hier wird die Anlage aus zwei Umspannwerken versorgt, dafür gibt es im Gegensatz zu der in BeuelAnlage keine Notstromversorgung. Daher wurde eine neue automatische Umschaltanlage installiert (durch Kries Energietechnik), die komplett neu konzipiert und auf den technisch neuesten Stand gebracht wurde. Diese sorgt dafür, dass bei einem Ausfall oder einer Wartung die Versorgung auf ein anderes Umspannwerk geschaltet werden kann.

Als Frequenzumrichter kommen Altivar 71 zum Einsatz, die ein anspruchsvolles Lastprofil einer Kläranlage unterstützen müssen. Die eingesetzten Schneckenpumpen beispielsweise haben aufgrund der hohen Reibung gerade beim Transport von Schlamm einen hohen Stromverbrauch.

Betriebssicherheit

Mit der neuen Mittelspannungsschaltanlage hat die Stadt Bonn nun neueste Technik im Einsatz, die neben den wirtschaftlichen Vorteilen vor allem die Betriebssicherheit erhöht und die Wartungsarbeiten vereinfacht. Da Kläranlage, Schaltanlage und MSNetz nun wesentlich autonomer sind, kann die Wartung unabhängiger voneinander realisiert werden. Und nicht zuletzt wurde die Versorgungssicherheit nochmals gesteigert, deren Wichtigkeit sich gerade vor dem Hintergrund der Hochwasserereignisse aus diesem Jahr deutlich gezeigt hat.

Kontakt: Schneider Electric GmbH, Hans-Joachim Jaschinski, 40880 Ratingen, Tel. +49 2102 404-0, hans-j.jaschinski@schneider-electric.com

Bilder: Schneider Electric