Wenn Schutztechnik zum Datenknoten wird Niederspannungsnetze im Wandel der Energiewende

Die Energiewende verändert elektrische Netze grundlegend. Zentrale Einspeiser werden durch dezentrale Quellen ergänzt, gleichzeitig wächst die Zahl dynamischer Verbraucher. Besonders betroffen ist die Niederspannungsebene, die lange als stabil und wenig komplex galt.

Durch die steigende Zahl an Einspeisern und Lasten verschiebt sich die Anforderung an die Netzführung. Es geht nicht mehr nur darum, Energie zu verteilen, sondern darum, Energieflüsse lokal zu verstehen, zu überwachen und aktiv zu steuern. Klassische Schutztechnik stößt dabei an Grenzen. Sie liefert in der Regel keine Informationen über den Zustand des Netzes.

Transparenz im Niederspannungsnetz wird zum Engpass

In der Praxis zeigt sich, dass Energieversorger aktuell vor allem das Ziel verfolgen, die eigene Niederspannungsinfrastruktur sichtbar zu machen. Ortsnetzstationen, Kabelverteilerschränke und Gebäudeverteilungen sollen nicht länger Black Boxes sein, sondern kontinuierlich Daten liefern. Nur so lassen sich Lastflüsse nachvollziehen, Engpässe erkennen und Eingriffe im Netzbetrieb sinnvoll planen.

Dabei ist weniger die Technologie der begrenzende Faktor als vielmehr die Umsetzung. Viele Betreiber verfügen bereits über geeignete Lösungen, stoßen jedoch bei der flächendeckenden Modernisierung ihrer Infrastruktur an Kapazitätsgrenzen. Der Umbau bestehender Stationen, die Integration neuer Messtechnik und die Inbetriebnahme digitaler Systeme erfordern Personal und Zeit. Entsprechend verläuft die Transformation langsamer, als es die technische Entwicklung eigentlich ermöglichen würde.

Intelligente NH-Technik als Bindeglied zwischen Schutz und Monitoring

Vor diesem Hintergrund gewinnen Lösungen an Bedeutung, die sich möglichst einfach in bestehende Systeme integrieren lassen und gleichzeitig zusätzliche Funktionalität bereitstellen. Ein Beispiel dafür sind intelligente NH-Sicherungslasttrennschalter, die neben ihrer klassischen Schutzfunktion auch Mess- und Kommunikationsaufgaben übernehmen.

Mit der ProGrid-Serie verfolgt Mersen genau diesen Ansatz. Die modular aufgebauten Sicherungslasttrennschalter sind für den Einsatz in Trafostationen, Umspannwerken, Kabelverteilerschränken und Gebäudeverteilungen konzipiert. In der Basisvariante erfüllen sie die bekannten Aufgaben des Überstrom- und Kurzschlussschutzes. In erweiterten Ausführungen erfassen sie zusätzlich Energieflüsse und weitere Betriebsparameter direkt an den Abgängen der Niederspannungsverteilung.

Die Integration von Sensorik und Kommunikation erfolgt dabei modular. Während einfache Varianten nachträglich mit einem Smart-Modul ausgestattet werden können, verfügen weiterentwickelte Versionen bereits werkseitig über entsprechende Messfunktionen. In der Ausbaustufe „SmartStation“ lassen sich die Geräte mit zusätzlichen Sensoren kombinieren, etwa zur Erfassung von Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder Rauchentwicklung. Auf diese Weise entsteht ein umfassendes Monitoring-System für Mittel- und Niederspannungsstationen.

Technisch entscheidend ist dabei die Einbindung in bestehende Kommunikationsstrukturen. Die ProGrid-Module unterstützen auf Modulebene ausschließlich das Modbus-RTU-Protokoll. Die Anbindung an übergeordnete Systeme erfolgt über Gateways, die Protokolle wie TCP/IP oder MQTT bereitstellen und so die Integration in Leitsysteme oder Cloud-Plattformen ermöglichen. Gleichzeitig wird die Installation durch vorkonfektionierte Sensorik und reduzierte Verdrahtung vereinfacht, was insbesondere bei der Nachrüstung bestehender Anlagen von Bedeutung ist.

Nachrüstung als Schlüssel zur schnellen Umsetzung

Wichtig für Netzbetreiber ist die Fähigkeit Monitoring in bestehende Infrastruktur zu integrieren. Der Großteil der Netze wird nicht auf der grünen Wiese neu aufgebaut, sondern Schritt für Schritt modernisiert. Entsprechend hoch ist die Nachfrage nach Komponenten, die sich ohne grundlegende Umbauten installieren lassen.

Hier setzen kompakte Varianten intelligenter Sicherungslasttrennschalter an, die einen Eins-zu-eins-Austausch bestehender Geräte ermöglichen. Durch identische Baugrößen und standardisierte Schnittstellen lassen sich vorhandene Schaltanlagen mit vergleichsweise geringem Aufwand aufrüsten.

Neben der funktionalen Erweiterung spielt auch die mechanische Auslegung eine Rolle. Neue Schaltmechanismen verbessern die Sicherheit bei Installation und Wartung, etwa durch berührungsgeschützte Ausführungen mit durchgehendem IP20-Schutz. Gleichzeitig ermöglichen sie einen schnellen Zugang zu den Sicherungseinsätzen und damit effizientere Serviceprozesse.

Gleichstromnetze als nächster Entwicklungsschritt

Während die Digitalisierung bestehender Netze aktuell im Fokus steht, zeichnet sich parallel eine strukturelle Veränderung der Energieverteilung ab. Gleichstromnetze werden zunehmend als Alternative oder Ergänzung zu klassischen AC-Strukturen diskutiert. Gerade in industriellen Anwendungen und in Rechenzentren.

Treiber dieser Entwicklung sind unter anderem Photovoltaikanlagen und Batteriespeicher, die ohnehin mit Gleichstrom arbeiten. Durch den Verzicht auf mehrfache Wandlungsstufen lassen sich Verluste reduzieren und Systeme effizienter betreiben. Erste Projekte zeigen, dass sich solche Konzepte technisch umsetzen lassen.

Neben der funktionalen Erweiterung spielt auch die mechanische Auslegung eine Rolle. Neue Schaltmechanismen verbessern die Sicherheit bei Installation und Wartung, etwa durch berührungsgeschützte Ausführungen mit durchgehendem IP20-Schutz. Gleichzeitig ermöglichen sie einen schnellen Zugang zu den Sicherungseinsätzen und damit effizientere Serviceprozesse. Das gesamte Gerät wurde sowohl mit dem Deutschen Innovationspreis als auch mit dem Deutschen Designpreis ausgezeichnet.

Steigende PV-Spannungen verschärfen die Anforderungen an den Schutz

Wie stark sich die Anforderungen an die Schutztechnik bereits heute verändern, zeigt sich im Bereich der Photovoltaik. Während Solarparks vor einigen Jahren noch mit Systemspannungen im Bereich von 600 V_DC betrieben wurden, sind heute 1.500 V_DC üblich. Die Entwicklung geht inzwischen in Richtung 2.000 V_DC, und erste Diskussionen in der Branche befassen sich bereits mit Systemspannungen von bis zu 3.000 V_DC.

Der Hintergrund ist klar. Höhere Spannungen ermöglichen bei gleicher Leistung geringere Ströme, was Leitungsverluste reduziert und die Effizienz steigert. Gleichzeitig sinkt der Materialeinsatz.

Mersen reagiert darauf mit neuen PV-Sicherungen der Serie HP20Pxx, die für Systemspannungen bis 2.000 V_DC ausgelegt sind. Sie sind für den Einsatz in großen Solarparks konzipiert und schützen zentrale Komponenten wie Generatoranschlusskästen, Wechselrichter und Laderegler. Charakteristisch ist ihre Fähigkeit, auch bei vergleichsweise niedrigen Fehlerströmen zuverlässig auszulösen – ein entscheidender Punkt in DC-Systemen, in denen sich Lichtbögen anders verhalten als in Wechselstromnetzen.

Hinzu kommt der Trend zur Kompaktbauweise. Trotz hoher Spannungsfestigkeit sind die Sicherungen vergleichsweise klein dimensioniert, was die Integration in bestehende Systemarchitekturen erleichtert und zusätzliche Freiheitsgrade bei der Auslegung von PV-Anlagen schafft.

Schutztechnik ermöglicht die Netztransformation

Die Beispiele aus Niederspannungsnetzen und Photovoltaikanlagen zeigen, dass sich die Rolle der Schutztechnik grundlegend verändert. Sie ist nicht länger nur für die sichere Abschaltung im Fehlerfall zuständig, sondern wird zu einem aktiven Bestandteil der Netzführung. Durch die Kombination aus Schutzfunktion, Messtechnik und Kommunikation entstehen dezentrale Datenknoten, die den Zustand des Netzes in Echtzeit erfassen.

Ohne transparente Energieflüsse lassen sich weder Engpässe erkennen noch gezielte Eingriffe durchführen. Gleichzeitig müssen Schutzkonzepte an neue Rahmenbedingungen angepasst werden. Die Transformation der Stromnetze verläuft dabei in zwei Geschwindigkeiten. Kurzfristig steht die Digitalisierung und Überwachung bestehender Infrastruktur im Vordergrund. Langfristig zeichnen sich strukturelle Veränderungen durch Gleichstromnetze und neue Systemarchitekturen ab. In beiden Fällen kommt der Schutztechnik eine Schlüsselrolle zu. (mr)

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