Hochspannungsleitung
Hochspannungsleitungen sind Stromleitungen und dienen zur Übertragung von elektrischer Energie über große Distanz. Dazu werden Spannungen über 10.000 V verwendet, um die Leitungsverluste trotz kleiner Leiterquerschnitte möglichst gering zu halten und damit die Übertragungskosten zu optimieren (siehe Hochspannungstechnik).
Aufbau
Eine Hochspannungsleitung (110 kV) besteht aus einem siebenadrigen Stahlkern mit einer Gesamtquerschnittsfläche von 60mm², der von einem Geflecht aus 30 Aluminiumadern mit einer Gesamtfläche von 257 mm² ummantelt ist. Bei einem Nennstrom von 560 A je Leitung ergibt sich bei 6 Leitern eine Leistung von 215 MW. Mit einer 400 kV-Leitung mit 1.300 A je Phase lassen sich über 900 MW übertragen.
Die Hochspannungsleitungen werden üblicherweise mit Drehstrom betrieben. Dies hat zwar Vorteile bei der Transformierbarkeit, bringt jedoch auch höhere Verluste durch den Skin-Effekt und induktive Effekte mit sich. Daher wendet man in Sonderfällen auch Verfahren zur Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) mit Spannungen zwischen 100 und 1000 kV an. Im Unterschied zu Drehstromsystemen gibt es bei HGÜ-Systemen keine Normspannungen.
Beispielrechung
Gegeben:
Leitungswiderstand R Übertragene Leistung Pnutz
d.h. die Verlustleistung nimmt bei gleicher Wirkleistung quadratisch mit der Spannung ab
Allerdings werden die Isolationsabstände mit zunehmender Spannung größer, so dass diese nicht beliebig klein gewählt werden kann.
Die Übertragungsverluste betragen ca. 6% je 100 km bei 110 kV Leitungen und lassen sich mit 800 kV Höchstspannungsleitungen auf ca. 0,5% je 100 km reduzieren.
Hochspannungen in Deutschland
Übliche Spannungen in Deutschland sind:
- Mittelspannung
- 10 kV / 20 kV
- 15 kV] / 30 kV (in Südsachsen und ehemalige DDR, meist im Rückbau)
- Hochspannung
- 110 kV (Überlandleitungen, Bahnstrom (mit 16 2/3 Hz))
- Höchstspannung
- 220 kV (Überlandleitungen)
- 400 kV
- 800 kV (wird in Deutschland nicht angewandt)
Die HGÜ Baltic-Cable arbeitet mit 450 kV, die HGÜ Kontek mit 400 kV.
In Deutschland sind knapp 1% der Gesamtfläche mit Hochspannungsleitungen überspannt.
Geräuschentwicklung
Vielen Meschen fällt bei Regen, Nebel, Schnee oder feuchtem Wetter ein tiefes Brummen oder Surren unter Hochspannungsleitungen auf. Dieses wird durch zwei Effekte hervorgerufen. Zum einen durch Wassertropfen, die sich auf den Leitungskabeln befinden und ein niederfrequentes Geräusch erzeugen. Ein zweites, höherfrequentes Geräusch entsteht durch Mikroentladungen in die Luft aufgrund der elektrischen Feldstärke um den Leiter. Diese höhere Frequenz ist abhängig von der Spannung, der Mast- und Armaturengeometrie.
Bilden sich Tropfen auf den Leitungen, werden diese durch die Frequenz des Stromes (50 Hz) zu Schwingungen angeregt.
Während die Leitung 50 mal in der Sekunde "schwingt", wird der Tropfen zu einer Schwingfrequenz von 100 Hz, also dem Doppelten angeregt. Er ändert dabei seine Gestalt während einer Schwingungsperiode 2 mal von der ursprünglichen Kugelform in eine längliche Form und wieder zurück. Dabei verursacht er die Aussendung einer Schallwelle infolge der Kollision mit den ihn umgebenden Luftmolekülen. Je mehr Wassertropfen auf der Leitung hängen, desto lauter wird das Brummen. Ebenso je größer diese sind. Die wahrgenommene Frequenz liegt also ziemlich genau bei 100 Hz, wird aber von zusätzlichen Faktoren beeinflußt. Bei Masten mit Drehstromnetz (3 Phasen auf einem Mast) wird die ausgesendete Frequenz der Wassertropfen nicht durch zeitversetzte Phasenabfolge der einzelnen Leiter beeinflusst, es bleibt bei 100 Hz. In Ländern mit 60 Hz Stromnetz liegt diese somit bei 120 Hz.
Man versucht nun mit geigneten Beschichtungen oder Oberflächenstrukturen, den Wasserablauf zu begünstigen bzw. die Tröpfchengröße klein zu halten.