Wirkungsweise von Längsregler / Netzregler / RONT

Spannungsregler 69 kVA, regelt die Eingangsspannung und Ausgangsspannung von Niederspannungsnetzen, und beugt einem Spannungabfall vor.

Übersicht Seite Längsregler / Netzregler

 

Problem: Spannungsschwankungen durch dezentrale Verbraucher oder Erzeugungsanlagen wie Photovoltaik oder Windenergie.

Infolge ständig wachsender Zunahme dezentral einspeisender Energieerzeuger wie Photovoltaikanlagen, Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke, Biogaskraftwerke, Kraft-Wärmekopplung, wird die Problematik der hierdurch produzierten Spannungserhöhungen in Leitungen innerhalb unserer Versorgungsnetze immer größer.

Auch ein aufgetretener Spannungsabfall in Leitungen oder Kabeln verursacht durch wachsenden Energieverbrauch, wird vom Netzregler automatisch, in jeder Phase einzeln, innerhalb von ca. 400 ms ausgeregelt.

Lösung: Kosteneinsparungen durch den Einsatz von Längsreglern bzw. Netzreglern. Teurer Netzausbau kann umgangen werden.

Begriffsdefinition: Netzregler und Längsregler sind ein und dasselbe Gerät bzw. Funktionsprinzip. Netzregler ist ein Längsregler von Walcher. Walcher baut Netzregler schon seit 1959.

 

Durch den Einsatz von Walcher Längsreglern können in vielen Fällen teure Investitionen für den Bau von Transformatorenstationen, verbunden mit dem zusätzlichen Bau neuer Mittelspannungsleitungen, vermieden oder doch auf Jahre hinaus verzögert werden.

Da Netzregler bzw. Längsregler leicht und preiswert zu montieren bzw. demontieren sind, lassen sie sich im Bedarfsfall auch schnell an einen anderen Standort versetzen, womit die Gefahr einer Fehlplanung durch nachträglichen, zunächst nicht eingeplanten Netzumbau gegen Null geht.

 

 

 

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Vergleich: Ausbau des Netzes durch eine Mittelspanungsleitung vs. Installation eines Längsreglers // Netzreglers

In einer langen Niederspannungsleitung NAYY 150 mm² mit 700m Länge wird ein zusätzlicher Verbraucher mit z.B. 120 kW angeschlossen oder eine PV Anlage entsprechender Leistung installiert.

Problem: Die bestehende Leitung kann die Leistung infolge zu hoher Impedanz (Spannungsabfall) nicht übertragen, Spannungsschwankungen außerhalb der Toleranzgrenzen von 3% treten auf.

 

Lösung: Bau einer neuen Mittelspannungsleitung mit zusätzlicher Transformatorenstation Setzen eines Längsreglers 150 kVA
Kosten: 100 %
ca. 20 - 30 %

Definition und Vergleich zwischen einem RONT und Längsregler - Netzregler

RONT und Längsregler - Netzregler stehen nicht im Wettbewerb. Sie ergänzen sich.

Der RONT (regelbarer Ortsnetztransformator) wird wie sein Name bereits sagt, in Transformatorenstationen eingebaut. Dort regelt er die durch dezentrale Einspeisungen bedingten Spannungsschwankungen.

Der Längsregler(Netzregler) wird am Ende der Versorgungsleitungen platziert. Sein Einsatzgebiet liegt in sogenannten Stich- oder Ausläuferleitungen. In der Stichleitung treten zusätzliche Spannungsschwankungen auf, die unabhängig vom RONT mit einem Längsregler 3 x einphasig nachgeregelt werden müssen. Da gerade im Niederspannungsnetz starke unsymmetrische Belastungen auftreten können, muss der Längsregler in der Lage sein, diese Unsymmetrien durch drei unabhängig arbeitende, einphasige Regelsysteme auszugleichen, um die Ausgangspannung innerhalb der erlaubten Toleranz von 3% zu halten.

 

Beispiel eines Ront Reglers und Längsreglers in einem Spannungnetz

Erläuterungen zu der Grafik

 

In der Grafik sind die vier Spannungsebenen dargestellt, die zur Übertragung der Energie aus Kraftwerken oder auch den großen Offshore Windkraftanlagen benötigt werden.
Im klassischen Anwendungsfall wird die Höchstspannungsleitung mit 380.000 V genutzt um viel Energie über große Distanzen übertragen zu können. Bestes Beispiel hierfür ist die derzeitige Diskussion zur Übertragung der durch Windkraft erzeugten Energie von der Nordsee nach Bayern. Wegen der hohen Spannung von 380.000 V müssen aus Sicherheitsgründen sehr große Masten gebaut werden, damit z.B. auch bei Nebel oder starkem Regen keine Kurzschlüsse durch Blitze bzw. Überspannungen zwischen den einzelnen Phasen auftreten können.

 

In der Grafik ist dies in der oberen Zeile durch die Großkraftwerke dargestellt, die prinzipiell alle in diese Spannungsebene 380.000 V einspeisen. Da die Generatoren, welche die Energie der Windkraft, Kohlekraft, Gas oder Wasserkraftanlagen in Strom umwandeln nicht für eine Spannung von 380.000 V gebaut werden können, muss die Spannung über Transformatoren an die Netze, in die sie einspeisen wollen, angepasst werden. Deshalb werden zu den Kraftwerken immer entsprechende Transformatorenstationen benötigt. In der Grafik als 2 rote überlappende Kreise dargestellt.

 

Um von einer Spannungsebene in eine niedrigere oder auch höhere Ebene zu gelangen, müssen immer Transformatoren zur Wandlung der Spannung eingesetzt werden. Auf der Mittelspannungsebene 20 kV (10 kV) wird die Energie bereits bis in den Industriebetrieb oder auch Wohnsiedlungen direkt transportiert oder auch verteilt. Die möglichen Entfernungen zur Übertragung der Energie liegen etwa zwischen 15 - 30 km, je nach Belastung der Leitungen. Werden die Belastungen zu groß, zum Beispiel weil zu viele Windkraftanlagen gleichzeitig einspeisen, wird die Spannung am Ende der Leitung unzulässig angehoben. Siehe blaue Dreiecke über der Leitung. Diese symbolisieren die gleichmäßige Spannungserhöhung über den Leitungsverlauf sowohl auf der Mittelspannung als auch auf der 400 V Niederspannungsleitung. Sind anstelle der Windkraftanlagen am Ende der Leitungen große Verbraucher angeschlossen, wird der Spannungsverlauf negativ (orangener Spannungsverlauf). Dies kann ebenfalls zur Beschädigung oder den Ausfall von angeschlossenen elektrischen Geräten oder Anlagen führen.

 

Mit einem RONT = Regelbarer Ortsnetztransformator können die aufgetretenen Spannungsänderungen der Mittelspannung dreiphasig in der Transformatorenstation auf die Nennspannung 3 * 400 V ausgeregelt werden. Der RONT regelt also die Spannungsschwankungen auf der Mittelspannung aus. Der RONT kann keine Spannungsschwankungen auf der 400 V Niederspannungsleitung ausregeln.

 

Auf der 400 V Leitung werden zum Ausgleich der Spannungsabweichungen bereits seit 1959 Netzregler = Längsregler von WALCHER erfolgreich eingesetzt. Diese Längsregler haben drei einphasige Regelsysteme eingebaut, um unabhängig voneinander die Phasenspannungen sowohl in den positiven als auch negativen Bereich wieder auf Nennspannung regeln zu können. In der Grafik wird deutlich, wie hinter dem RONT wiederum auf der langen Leitung Spannungsabweichungen durch Einspeisung (blauer Verlauf) oder durch normale Belastungen (orangener Verlauf) auftreten. Diese Spannungsabweichungen werden in der Regel in der Mitte oder am Ende der Leitungen durch einen Längsregler nachgeregelt


Übersicht RONT und Längsregler


RONT

Längsregler TYP WA-NRE

Verluste

Der RONT, auf Basis eines Ortsnetztransformators, ist ständig mit relativ hohen Leerlaufverlusten beaufschlagt.

Beim Netzregler werden kleine Stufentransformatoren nur dann zugeschaltet, wenn Spannungsabweichungen ausgeregelt werden müssen.Im Leerlauf sinken die Verluste auf ca. 15 W.

Einsatzgebiet

Der RONT wird grundsätzlich am Anfang der Leitung, d.h.  in der Transformatorenstation eingebaut. 

Der Längsregler-Netzregler wird in der Mitte oder am Ende einer Stichleitung eingesetzt.

Auswirkung

Der RONT beeinflusst nur die Ausgangsspannung in der Transformatorenstation. Auf weit entfernte Verbraucher wirkt sich dies in der Regel nur sehr gering aus.

Der Längsregler befindet sich direkt beim kritischen Verbraucher und regelt dessen Spannungsabweichungen an Ort und Stelle aus.

Regelverhalten

Beim RONT werden Wicklungen am Transformator umgeschaltet.

Die Regelhäufigkeit und Regelgeschwindigkeit ist gegenüber dem Längsregler begrenzt.

Die Regelgeschwindigkeit liegt typisch bei <400 ms.


Infolge der Halbleitertechnik ist der Längsregler (Netzregler) verschleißfrei und kann beliebig oft geschaltet werden.

Unsymmetrische Belastungen

Beim RONT werden die drei Phasenspannungen immer gleichzeitig geschaltet.

Eine Spannungssymmetrierung kann nicht erreicht werden.

Der Längsregler regelt infolge seiner 3 einphasigen Regelsysteme Sternpunktverschiebungen aus. Er symmetriert die drei Ausgangsspannungen.

Netzregler WA-NRH-F150, 150 kVANetzregler WA-NRM69

Wartung / Nutzungsdauer

 

Der Netzregler arbeitet über Jahre wartungsfrei, weil keine Verschleißteile zum Regeln der Spannung eingebaut sind. Ausnahme: Lüfter, welcher je nach Umweltverschmutzung alle paar Jahre auf seine Funktionalität überprüft werden sollte. Netzregler werden in Niederspannungsnetzen eingebaut, womit bei langen Leitungen teure Investitionen in eine Netzverstärkung oder auch die Installation einer Mittelspannungsleitung in der Regel vermieden werden kann. Bis zu einer Benutzungsstundenzahl von ca. 1200 h / Jahr stellt der Netzregler die wirtschafstliche Übertragung der Energie zum Endverbraucher dar.

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Wann kann der RONT nicht eingesetzt werden?

 
 
Der RONT wird generell direkt in die Transformatorenstation eingebaut. Er hat die Aufgabe Spannungsschwankungen, die bereits auf der Mittelspannung 10 kV oder 20 kV auftreten, so aus zu regeln, dass die vom RONT transformierte Niederspannung auf 400 V im zulässigen Spannungsbereich, trotz Spannungsschwankungen auf der Mittelspannung, bleibt.
Der RONT ist nicht geeignet, um die auf längeren Niederspannungsleitungen auftretenden zusätzlichen Spannungsabweichungen zu regeln.
Der Längsregler / Netzregler übernimmt dagegen das Ausregeln aufgetretener Spannungsschwankungen auf der Niederspannungsleitung. Der Standort des Netzreglers / Längsregler wird dementsprechend so gewählt, dass der Netzregler möglichst nahe beim Verbraucher / Stromeinspeiser platziert wird.

Glossar:

 

Niederspannungsebene

In der Energieversorgung werden zur Übertragung von Leistungen (Strom) über lange Strecken unterschiedliche Spannungsebenen benötigt. Je länger die Übertragungsstrecke, um so höher wird die Übertragungsspannung gewählt. So unterscheidet man zwischen der Höchstspannungsebene z.B 380 kV,der Hochspannungsebene 110 kV, der Mittelspannungsebene 10 - 20 kV und der Niederspannungsebene z.B 400/ 230 V.


Alle Spannungen unter 1000 V werden der Niederspannungsebene zugerechnet.

dezentrale Einspeisung

Bisher wurde die Stromerzeugung im Wesentlichen von relativ wenigen Großkraftwerken erzeugt, z.B. Atom-, Kohle-, Gas- und Wasserkraftwerken. Diese Kraftwerke sind in der Regel über die Hochspannung- bzw. Höchstspannungsebene miteinander verbunden.


Unter dezentraler Einspeisung werden alle kleineren Kraftwerke verstanden, die entweder direkt in die 400 V Ebene oder für die Mittelspannung 10-20 kV ihre Energie zur verfügung stellen. Hierzu zählen Windkraftanlagen, Wasserkraftwerke, PV Anlagen usw.

Verknüpfungspunkt

Unter dem Begriff Verknüpfungspunkt wird im Stromversorgungsnetz der Punkt verstanden, von dem eine Stichleitung zu einem Stromeinspeiser abgezweigt wird. Für diesen Verknüpfungspunkt können bestimmte Spannungstoleranzen vorgeschrieben werden.

Stufentransformatoren

Stufentransformator:
Das Regelprinzip des Netzreglers = Längsregler besteht darin, in den zu regelnden Phasen L1-L2-L3 durch in Reihe geschaltete 2-4-oder 6 Transformatoren (Stufen) die Ausgangsspannung stufenweise zu addieren oder subtrahieren.


Je nach Regelprinzip können die Stufentransformatoren als einphasige- oder auch als Drehstromtransformatoren ausgelegt werden.

Je niedriger die einzelnen Stufenspannungen gewählt werden, um so feinfühliger kann der Netzregler regeln.

 

 

 

 

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