Konzept zur Spannungserhöhung
Vom 6.5-kV- zum 16-kV-Mittelspannungsnetz
Mittags, wenn die Sonne am höchsten steht, kommt das Stromnetz von Laufenburg ins Schwitzen. Immer mehr Solaranlagen drücken Strom zurück in ein Netz, das dafür nie gebaut wurde. Meine Diplomarbeit zeigt, wie es auf 16 kV umgestellt werden kann, damit es auch in Zukunft mithält.
Warum sich etwas ändern muss
Das Mittelspannungsnetz der Stadt Laufenburg wird heute noch mit 6.5 kV betrieben. Für ein Verteilnetz dieser Grösse ist das eher ungewöhnlich. Seit immer mehr Photovoltaikanlagen dazukommen, fliesst der Strom nicht mehr nur vom Werk zu den Kunden, sondern immer öfter auch in die Gegenrichtung. An sonnigen Tagen steigt die Spannung in einzelnen Netzteilen deshalb spürbar an und die Grenzwerte der EN 50160 geraten unter Druck. Gleichzeitig sind die Leitungsströme hoch und damit auch die Verluste. Die Arbeit entstand im Auftrag der Stadt Laufenburg und in Zusammenarbeit mit der AEW Energie AG, die das Netz als technische Netzbetreiberin führt.
Vom Bestand zur Messkampagne
Am Anfang stand eine gründliche Bestandsaufnahme. Weil die AEW die Betriebsführung in Laufenburg erst seit Januar 2025 innehat, musste ich das Netz zuerst selbst kennenlernen. Ich habe die Unterlagen von 28 Trafostationen und 37 Kabelabschnitten gesichtet, Lastdaten ausgewertet und die Netztopologie neu aufgearbeitet. Danach folgte eine Messkampagne mit PQ-Boxen in fünf Runden zu je drei Tagen. So liess sich die Spannungsqualität in 24 der 28 Stationen direkt erfassen, die restlichen vier habe ich rechnerisch abgeschätzt.
Auf dieser Grundlage habe ich exemplarische Berechnungen zu Kurzschlussstrom (IEC 60909), Spannungsfall und Kabeldimensionierung (IEC 60502) durchgeführt. Der Nutzen der höheren Spannung zeigt sich dabei deutlich. Bei gleicher Leistung sinkt der Strom auf rund 40 Prozent und die Verluste gehen ungefähr auf einen Sechstel zurück.
Drei Wege zum Ziel
Ausgearbeitet wurden drei Varianten. Variante 1 sieht einen etappierten Umbau in den Jahren 2029 und 2030 vor. Variante 2 setzt auf Doppelspannungstransformatoren, die sich von 6.5 kV auf 16 kV umschalten lassen. Damit können die Trafos früh ersetzt werden, während das Kabelnetz vorübergehend noch mit der alten Spannung weiterläuft. Variante 3 kombiniert den Umbau mit regelbaren Ortsnetztransformatoren und einer Kabelregelung an Abgängen mit viel PV-Einspeisung.
Die Varianten habe ich mit einer Nutzwertanalyse und einer Wirtschaftlichkeitsbetrachtung verglichen. Rein von den Kosten her schneidet Variante 1 am besten ab. Empfohlen wird trotzdem Variante 2. Der etwas höhere Aufwand lohnt sich, weil Mischbetrieb, Provisorien und ein mobiler Kupplungstrafo wegfallen. Vor allem bleibt die Versorgung während der ganzen Umbauphase sicher und der Baubeginn kann früher erfolgen.
Ausblick
Mit der Arbeit hat die Stadt Laufenburg nun eine fundierte und nachvollziehbare Grundlage, um über den weiteren Weg zu entscheiden. Der nächste Schritt ist der Variantenentscheid. Danach geht es in die Ausführungsplanung, und dort wird es konkret.
Ein wichtiger Punkt ist das Schutzkonzept. Mit der höheren Spannung ändern sich die Kurzschlussströme und damit auch die Anforderungen an die Schutzeinrichtungen. Das muss sauber durchgerechnet und abgestimmt werden, bevor das Netz auf 16 kV geht. Ebenfalls offen ist die 16-kV-Tauglichkeit einiger älterer Kabelabschnitte, für die keine vollständige Dokumentation vorliegt. Hier braucht es zusätzliche Abklärungen und allenfalls Prüfungen vor Ort.
Auch die Kosten werden in der nächsten Phase genauer. Die Schätzungen aus der Diplomarbeit lassen sich mit konkreten Offerten präzisieren. Gleichzeitig lohnt es sich, die Bauetappen mit anderen Vorhaben in der Stadt abzustimmen, zum Beispiel mit Strassen- oder Werkleitungsarbeiten. So lassen sich Grabarbeiten bündeln, und die Bevölkerung wird weniger belastet.
Nach der Umstellung sollte eine neue Messkampagne zeigen, ob sich die berechnete Wirkung im Betrieb tatsächlich bestätigt. Wenn die Spannungsanhebungen durch PV zurückgehen und die Verluste sinken, ist das der beste Beweis, dass sich der Umbau gelohnt hat.
Langfristig schafft das 16-kV-Netz vor allem Reserve. Weitere PV-Anlagen, Wärmepumpen und Ladestationen für Elektroautos lassen sich damit deutlich besser aufnehmen.
Heute läuft das Netz sauber. Damit das auch in Zukunft so bleibt, braucht Laufenburg Anpassungen im Mittelspannungsnetz.
Leutrim Zogaj
Teamleiter und Berufsbildner mit Wurzeln im Netzbau. Ich führe ein Team, das dafür sorgt, dass Trafostationen, Leitungen und die öffentliche Beleuchtung im Verteilnetz zuverlässig laufen. Als Berufsbildner begleite ich zudem junge Netzelektrikerinnen
leutrim.zogaj@aew.ch
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Hier finden Sie die wichtigsten Ergebnisse meiner Diplomarbeit auf einer Seite zusammengefasst. Wenn Sie mehr wissen möchten, können Sie mich gerne kontaktieren. Auf Anfrage erzähle ich gerne mehr über das Projekt und das Vorgehen.
