Abbildung 1: Digitale Ortsnetzstation mit integrierter Mess- und Überwachungslösung auf Mittel- und Niederspannungsebene
Der Ausbau erneuerbarer Energien, zunehmende und dynamische Lasten durch Elektromobilität sowie neue regulatorische Vorgaben, wie § 14a EnWG und die TAB Mittelspannung inklusive der relevanten VDE-AR-Normen, verändern die Anforderungen an Verteilnetze grundlegend. Ortsnetzstationen entwickeln sich dabei zunehmend von reinen Netzknoten zu zentralen Mess- und Informationspunkten im Stromnetz. Moderne Mess- und Überwachungssysteme ermöglichen es Netzbetreibern, Netzsituationen präzise zu analysieren, Fehler schneller zu lokalisieren und neue Funktionen wie die Steuerung von Verbrauchseinrichtungen effizient umzusetzen.
Besondere Bedeutung kommt dabei der Ausstattung der Ortsnetzstation mit geeigneten Systemen auf sowohl Mittel- als auch Niederspannungsseite zu.
Transparenz auf der Mittelspannungsseite
Eine durchgängige Transparenz auf der Mittelspannungsebene bildet dabei die Grundlage für eine effiziente Netzüberwachung und schnelle Fehlerlokalisierung. Auf der Mittelspannungsseite einer Ortsnetzstation stehen insbesondere die Themen Erdschluss- und Kurzschlussortung sowie die Analyse der Netzqualität im Fokus.
Abbildung 2: Einsatz von Kleinsignalsensorik (z. B. 3M-Sensoren) in Kombination mit „EOR-3DS“ zur präzisen Erdschluss- und Kurzschlussortung sowie zur Erfassung von Netzgrößen (MS)
Sogenannte FPIs (Fault Passage Indicators) wie das „EOR-1DS“ und „EOR-3DS“ ermöglichen eine zuverlässige Erkennung und Lokalisierung von Erdschluss- und Kurzschlussereignissen in Mittelspannungsnetzen. Die Geräte erfassen zum einen mit Hilfe hochgenauer Kleinsignalsensoren Ströme, Spannungen, Leistungen sowie Erdschluss- und Kurzschlussereignisse. Zum anderen werden weitere Informationen wie die Position des Lasttrennschalters und Abgangserders erfasst. All diese Informationen werden in Richtung der Netzleitstelle und optional auch IoT- basierten Datenbanken bereitgestellt. Fehler können dadurch schneller eingegrenzt und Schalthandlungen mittels Fernwirkbefehlen schnell und gezielt durchgeführt werden.
Parallel gewinnt auch die kontinuierliche Überwachung der Netzqualität an Bedeutung. Power Quality Messsysteme liefern detaillierte Informationen über Spannungsqualität, Oberschwingungen oder kurzzeitige Spannungsereignisse. Gerade im Zuge der Energiewende mit zunehmender Einspeisung aus Photovoltaik- und Windanlagen ist diese Transparenz entscheidend, um Netzprobleme frühzeitig zu erkennen und geeignete Maßnahmen einzuleiten.
Messung auf der Niederspannungsseite gemäß § 14a EnWG
Ergänzend zur Mittelspannung wird auch die Niederspannungsebene systematisch in die Mess- und Überwachungskonzepte integriert und rückt zunehmend in den Fokus der Netzbetreiber. Hinter- grund sind unter anderem die Anforderungen des § 14a EnWG, der eine netzdienliche Steuerung bestimmter Verbrauchseinrichtungen wie Ladeinfrastruktur für Elektrofahrzeuge, Wärmepumpen oder Batteriespeicher vorsieht.
Für Netzbetreiber entsteht dadurch die Notwendigkeit, die Lastflüsse in den einzelnen Abgängen einer Ortsnetzstation transparenter zu erfassen. Nur mit einer ausreichenden Datengrundlage lassen sich Netzsituationen bewerten und Maßnahmen zur Netzführung ableiten.
Abbildung 3: Auswertung von Power Quality Kenngrößen mit Grenzwertbewertung nach EN 50160 (u.a. Flicker, THD und Harmonische)
Eine geeignete Lösung stellt die Kombination aus einem zentralen Messgerät und dezentralen Sensorsystemen dar. Das Kopfgerät „PQI-LV“ erfasst und verarbeitet die Messdaten der Niederspannungsebene. Für die Messung der einzelnen Abgänge kommen kompakte Sensoren zum Einsatz. „V-Sense“ ermöglicht die Spannungsmessung auf der Niederspannungsseite der Ortsnetzstation, während „P-Sense“ Sensoren die Ströme sowie daraus abgeleitete Leistungs- und Lastflüsse in den einzelnen Abgängen erfassen.
Durch diese Kombination entsteht ein detailliertes Bild über die Auslastung der einzelnen Niederspannungsstränge. Netzbetreiber erhalten damit Transparenz über Lastverteilungen, Rückspeisungen aus Photovoltaikanlagen sowie über das Verhalten steuerbarer Verbrauchseinrichtungen.
Die Lösung eignet sich sowohl für neu errichtete digitale Ortsnetzstationen als auch für die Nachrüstung bestehender Stationen im Rahmen von Retrofit Projekten. Dadurch können Netzbetreiber ihre Netzinfrastruktur schrittweise digitalisieren und gleichzeitig regulatorische Anforderungen erfüllen.
IT Security und zentrale Datenauswertung
Mit der zunehmenden Digitalisierung der Netzinfrastruktur wächst auch die Bedeutung der IT Sicherheit. Mess- und Kommunikationssysteme müssen daher hohen Anforderungen an Informationssicherheit und Systemintegrität gerecht werden.
Für die Analyse und zentrale Bereitstellung der Messdaten kommt die webbasierte Plattform „WebPQ®“ zum Einsatz, die optional auch in bestehende Leitstellen- und SCADA-Systeme integriert werden kann. Neben der komfortablen Visualisierung und Auswertung der Messdaten wurden auch umfangreiche Sicherheitsmechanismen umgesetzt.
Wichtige IT Security Funktionen von „WebPQ®“ sind unter anderem:
- Security-by-Design Architektur für sichere Systemintegration
- Zentrale Benutzerverwaltung mit User Rights Management
- Role Based Access Control für rollenbasierte Zugriffsrechte
- Verschlüsselte Kommunikation über HTTPS
- Eigenes Zertifikatsmanagement
- Integration in vorhandene Unternehmensverzeichnisse über LDAP
- Vollständige Audit Logs für Zugriffe und Änderungen im System
- Offene, dokumentierte REST API für kontrollierte Systemintegration
Damit lassen sich Messdaten sicher in bestehende IT und Leitsystemstrukturen integrieren und verschiedenen Nutzergruppen gezielt bereitstellen.
Abbildung 4: Retrofit-Integration der Messlösung mit Kopfgerät „PQI-LV“ und den Systemkomponenten „V-/P-Sense“ zur Abgangsmessung in Bestandsanlage (NS) nach § 14a EnWG
Ortsnetzstationen als digitale Netzknoten
Die moderne Ortsnetzstation entwickelt sich zunehmend zu einem wichtigen digitalen Netzknoten. Durch die Kombination aus Erdschluss- und Kurzschlussortung, Power Quality Messung sowie Abgangsmessung auf der Niederspannungsseite entsteht eine durchgängige Transparenz über mehrere Netzebenen hinweg.
In Verbindung mit sicheren Kommunikationsstrukturen und webbasierten Auswertungsplattformen können Netzbetreiber ihre Netze effizienter überwachen, Störungen schneller analysieren und die Anforderungen der Energiewende besser bewältigen.
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