Feldtest für Versorgungssicherheit Ununterbrochener Kirmes-Spaß

Ein Volksfest ist nicht nur für seine Veranstalter ein Kraftakt: Der Cannstatter Wasen benötigt in knapp zweieinhalb Wochen 1 760 000 kWh elektrische Energie, um rund vier Millionen Besucher glücklich zu machen. Keine einfache Aufgabe für den Netzbetreiber Stuttgart Netze Betrieb. Welchen Aufwand das Kooperationsunternehmen der Netze BW und der Stadtwerke Stuttgart betreibt, damit der Strom zuverlässig fließt, umreißt Ralf Schwollius, einer der Teamleiter für Betrieb und Instandhaltung: „Der Wasen wird von zwei Umspannwerken versorgt, um einen Ausfall nahezu kompensieren zu können.“ Zudem sind alle Stationen auf dem Gelände intelligent ausgebaut: Eine zentrale Netzleitstelle der Netze BW überwacht und steuert sie aus der Ferne und kann Schäden und Ausfälle direkt beheben. Dennoch ist Schwollius vor und während des Festes täglich auf dem Gelände. Zehn Trafostationen und rund 100 Kabelverteilerschränke mit bis zu zehn Anschlüssen halten ihn auf Trab. Erst am ersten Festwochenende zeigt sich, ob die Leistung der Realität entspricht: Beim ersten großen Besucheransturm treten trotz Planung Engpässe auf, Lastschwerpunkte ändern sich jährlich und das Wetter erschwert eine Voraussage.

Mehr Power für Bier und Spaß

Kritische Verbraucher sind die großen Fahrgeschäfte: Sie benötigen viel Energie und belasten das Netz mit Blindleistung, Oberschwingungen und Rückspeisung. Darüber hinaus steigt der Energiebedarf der großen, standorttreuen Festzelte mit einer Anschlussleistung von je etwa 600 kW, die durchgehend nahezu voll besetzt sind. Zudem haben gasbetriebene Heizungen und Kochstellen auf dem gesamten Festgelände aus Brandschutzgründen das Feld für ihre elektrischen Pendants geräumt. Und moderne Beleuchtungstechnik hat zwar die Beleuchtungsgrundlast gesenkt, diese wird aber durch die neuen Möglichkeiten der LED-Technik überkompensiert. Lange sicherten hohe Leistungsreserven die Energieversorgung, stoßen aber in Zeiten steigender Kosten und immer anspruchsvollerer Verbraucher an ihre Grenzen. Die Belastung durch Leistungselektronik nimmt zu und eine direkte Einflussnahme auf die Betreiber ist schwierig, deshalb muss Ralf Schwollius' Team die Anschlüsse entsprechend dimensionieren. Unterstützung benötigen auch die Bierzeltversorger, die die Energieversorgung ab dem Übergabepunkt übernehmen und auch die Versorgung der einzelnen Stationen innerhalb des Zeltes sichern. Doch das dafür nötige Wissen über den Lastverlauf fehlt. Statt unnötig dimensionierte Reserven zu schaffen, sollten vorhandene Kapazitäten mittels einer genauen Echtzeit-Analyse der Energieflüsse genutzt werden. Um auch Blindströme und harmonische Störungen zu erfassen, entwickelte der Messtechnik-Hersteller Janitza Electronics ein System, das 2015 erstmals auf dem Wasen zum Einsatz kam – als Feldtest für eine flächendeckende Lösung, denn Lastflussmessung und Spannungsqualitäts­analyse in der Verteil­ebene gewinnen für alle Netzbetreiber und Energieversorger an Bedeutung. Da das Gelände nicht permanent genutzt wird, sollten die Instrumente mobil bleiben. Die Lösung: mobile Messboxen. Kilian Eckert, Business Development Energieversorgung bei Janitza, beschreibt das System: „Wir erfassen auf der einen Seite die Einspeisung vom Trafo zur Sammelschiene, auf der anderen die Niederspannungsabgänge.“ Letztere werden vierpolig gemessen, denn nur durch die Messung am PEN-Leiter lassen sich Blindströme und Rückspeisungen erfassen. Ralf Schwollius ergänzt: „Der PEN-Leiter hat häufig einen geringeren Querschnitt, trägt aber immer mehr Strom. Wir müssen für die Belastungen Erfahrungswerte sammeln und Tendenzen erkennen.“

Alle Messungen erfolgen über Klappwandler, die sich im laufenden Betrieb ohne eine Unterbrechung des Leiters sicher montieren und wieder entfernen lassen. Herzstück jedes Messkoffers ist ein Klasse-A-Messgerät UMG 512, das die Spannungsqualität im Netz erfasst und alle Daten dokumentiert. Unter dem Hauptgerät sind zwei Messgeräte vom Typ UMG 20CM mit je 20 Stromeingängen eingebaut. In Summe können beide Geräte zehn NS-Abgänge vierpolig erfassen. Die Messboxen erkennen Lastprofile in vermaschten Niederspannungsnetzen und Netzen und machen Rückspeisungen und Störungen wie Oberschwingungen sichtbar. Auf dem Wasen hat Janitza die Boxen mit Mobilfunk­modems ausgestattet, damit der Netzbetreiber jederzeit Zugriff auf die Daten hat. Die gleichen Systeme können auch auf die Schnittstellen und Steuerleitungen vorhandener Betriebsmittel angepasst werden, um Redundanzen zu vermeiden und Investitionen gering zu halten. Die Messdaten erhöhen somit die Versorgungssicherheit, erleichtern die Planung, verbessern die Störungsanalyse und eröffnen neue Geschäftsfelder im Bereich Dienstleistungen für den Netzbetreiber.

Messbox statt Wahrsager

In Stuttgart kann das System seine Stärken vor allem am Eröffnungswochenende ausspielen – dem ersten großen Stresstest für die Versorgung. Die Voraussetzungen sind gut: Die Stationen sind miteinander über die Niederspannungsleitungen stark vermascht, durch Netzumschaltmaßnahmen steht zusätzliche Leistung zur Verfügung. Da bisher eine umfassende Lastprofilerfassung fehlte, mussten die Verantwortlichen aber größere Reserven einplanen. Mit den mobil kommunizierenden Messboxen lassen sich nun Daten in Echtzeit abgreifen und Störungen oder Netz­unterbrechungen lokalisieren. So können die Techniker gezielt eingreifen und eine schnelle Wiederversorgung ermöglichen. Ralf Schwollius betont: „Wir können sogar im Vorgriff feststellen, ob Engpässe drohen und Vorsorge einleiten, bevor es zu Ausfällen kommt. Außerdem können wir ein Problem besser analysieren und belegen, ob die Ursache bei uns oder beim Kunden zu suchen ist.“ Kilian Eckert ergänzt: „Unsere Messgeräte bieten eine parametrierbare Grenzwertüberwachung. Der Kunde kann festlegen, wann eine Warnmeldung erfolgt und so Ausfälle vermeiden.“ Die Messdaten eröffnen dem Stuttgarter Netzbetreiber ein neues Geschäftsfeld: Detaillierte Lastprofile sind für Großabnehmer ein Mehrwert, deshalb haben die Bierzeltbetreiber das Unternehmen bereits mit der Datenerfassung beauftragt. Da die Zelte und großen Fahrgeschäfte ohnehin einen eigenen Kabelverteiler und einen eigenen Abgang in der Umspannstation benötigen, kann die Stuttgart Netze ihnen diesen Service bieten.

Kunden, die den Aufwand für eigene Messungen scheuen, erhalten neben den Daten auch eine qualifizierte Interpretation. Zudem helfen die Messdaten den Beteiligten dabei, kritische Situationen zu analysieren und Strategien für eine sichere Versorgung zu entwickeln. Zum anderen lohnt die Investition, da die Bundesnetzagentur für die Netzbetreiber ein Ranking eingeführt hat, um Ausfallzeiten zu bewerten und Strafen für Stillstände zu erheben.

Vom Wasen ins Stromnetz

Mittelfristig wollen Stuttgart Netze und die Netze BW die Messtechnik flächendeckend einsetzen. In Anbetracht der wachsenden Zahl dezentraler Erzeuger bietet sie sowohl für die Stabilität des Mittel- und Niederspannungsnetzes als auch für die Wiederversorgung einen Mehrwert. Die Lasten auf der Verteil­ebene lassen sich mit Ferrariszählern und Schleppzeigerinstrumenten nicht mehr hinreichend erfassen. Nur genaue Lastprofile können ermitteln, wo die Kapazitäten ausreichen oder wo Ausbaumaßnahmen erforderlich sind. Klare Zahlen sind also nicht nur wegen der Kosten unentbehrlich, sondern begründen auch Baumaßnahmen in der Öffentlichkeit. Außerdem entfallen mit Daten Monteur-Anfahrten, die nur der Diagnose dienen. Die Akzeptanz von Unterbrechungen der Energieversorgung schwindet in der Bevölkerung, besonders bei Großveranstaltungen, bei denen die Konsumenten hohe Eintrittspreise bezahlt haben. Gerade in der Stadt komme es bereits bei kleinen Störungen schnell zu Regressforderungen. Mit einer genauen Lastanalyse ließe sich hier präzise ermitteln, wann eine Unterbrechung auftrat und welche Bereiche genau betroffen waren. Das nächste Ziel ist ein Ausbau der Messtechnik.