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Die 50 Hertz-Stromautobahnen So funktionieren Freileitungen Strom ist bei uns allgegenwärtig und selbstverständlich. Er fließt von dort, wo er erzeugt wird, dahin, wo er gebraucht wird. Was der Verbraucher zu Hause für seine elektronischen Geräte benötigt, ist eine Steckdose. Doch wie kommt der Strom dorthin? Wo wird Strom erzeugt und welche Stationen durchläuft er, bis er im Haushalt ankommt? Der Transport der Energie von den Erzeugungspunkten zum Schon heute wird im 50 Hertz-Netzgebiet im Norden und Endverbraucher erfolgt über Stromleitungen und Schaltan- Osten Deutschlands über 40 Prozent der deutschen Wind- lagen. Die »Stromautobahnen« unter den Leitungen sind die energie produziert, allerdings nur 20 Prozent des gesamten Höchstspannungsübertragungsnetze : Sie sind der Dreh- und Stroms in Deutschland verbraucht. Große Mengen des Stroms Angelpunkt für eine sichere Energieversorgung, für einen funk- müssen also in die Verbrauchszentren vor allem im Süden und tionierenden nationalen und europäischen Strommarkt und für Südwesten Deutschlands transportiert werden. Der steigende die Aufnahme erneuerbarer Energien. Übertragungsbedarf macht die Verstärkung und den Ausbau der Netze notwendig. Das deutsche »Gesetz für den Vorrang Erneuerbarer Energien« ( EEG ) fördert den Ausbau von Energieerzeugung aus erneuer- Doch was genau sind Übertragungsnetze, wie funktionieren baren Quellen in Deutschland. Bis zum Jahr 2020 soll der sie und welche Bedeutung haben sie für Mensch und Natur? Anteil erneuerbarer Energien an der Stromversorgung auf mindestens 35 Prozent erhöht werden. Die regenerativen Erzeuger – vor allem Windenergieanlagen – befinden sich insbesondere im nordost­deutschen Flachland. Mehr und mehr Windparks entstehen auch auf See. 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 3 Übertragungsnetz­betreiber im Dienste der Gesellschaft Unser Name ist Programm zuverlässigen Stromversorgung. Unser Netz ist eines der mo- Die Netzfrequenz steht als unser Markenname für Sicherheit dernsten Europas und hat eine Länge von fast 10.000 km. An und Vertrauen sowie für Innovation und Internationalität. Wir bei insgesamt acht Stand­orten kümmert sich unser Team darum, 50 Hertz sorgen für eine sichere und effiziente Stromübertragung. dass für mehr als 18 Millio­nen Menschen in den Bundesländern Berlin, Brandenburg, Hamburg, Mecklenburg-Vorpom- Als eigenständiger Übertragungsnetzbetreiber und Teil der mern, Sachsen, Sachsen-Anhalt und Thüringen Elektrizität internationalen Elia-Gruppe erfüllen wir den Anspruch, die stets verfügbar ist – 24 Stunden am Tag, 365 Tage im Jahr. Stromfrequenz von 50 Hertz, den Puls der europäischen Stromversorgung, gemeinsam mit unseren in- und auslän- Unsere »Stromautobahnen« bringen den Strom in die Ver- dischen Partnern konstant zu halten, die Entwicklung des brauchszentren, nehmen den gesamten erneuerbar erzeugten Strommarktes voranzutreiben, die erneuerbaren Energien Strom auf und überwinden nationale Grenzen für einen effek­ sicher ins Netz zu integrieren und unser Netz dafür bedarfs­ tiven europäischen Strommarkt. gerecht auszubauen. Wir liegen im Herzen des Kontinents und sind die Schnittstelle Seit 2010 sind der belgische Übertragungsnetzbetreiber Elia zu Nord-, Ost- und Zentraleuropa sowie weltweit die größte und der australische Infrastrukturfonds IFM Anteilseigner der Ex­port­region erneuerbar erzeugten Stroms. Unsere Tochterge­ 50 Hertz Transmission GmbH. sell­schaft 50Hertz Offshore GmbH ist verantwortlich für die Errichtung und den Betrieb von Leitungen, mit denen Wind­ Elia ( 60 % ) IFM ( 40 % ) 50Hertz energieanlagen in der Ostsee an das Stromnetz an Land angeschlossen werden. 50Hertz arbeitet beim Betrieb des Elektrizitätssystems transparent und diskriminierungsfrei, ganz im Geiste der von der Europäischen Union ( EU ) geforderten Unabhängigkeit und Unser Unternehmen Neutralität der Netze. Als natürliches Monopol unterliegen wir, Bei 50 Hertz arbeiten rund 800 engagierte und hoch qualifizierte wie auch Gas- oder Telekommunikationsnetze, der strengen Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter an einer stets sicheren und Regulierung durch die Bundesnetzagentur. 4 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Legende Schaltanlagen : ( zum Großteil mit Über­gängen zu den Verteilnetz­betreibern ) Das 50 HertzÜbertragungsnetz Das Netz von 50 Hertz erstreckt sich über eine Fläche von 109.360 Quadratkilometern und hat eine Länge von rund 220 kV 380 kV 380 kV in Planung / Bau 380 / 220 kV andere Unternehmen 9.980 Kilometern. Das entspricht etwa der Strecke von Leitungen: Berlin nach Rio de Janeiro. Die Übertragung von Strom Leitung 380 kV Leitung in Planung / Bau 380 kV der Trassenauswahl für neue Leitungen gelten bestimmte Leitung 220 kV Grundsätze. Dazu gehört der Schutz von Mensch, Tier und Betriebsspannung in kV erfolgt an Land fast ausschließlich über Freileitungen; 50 Hertz betreibt aber auch einige unterirdische Kabel. Bei Natur. Das bedeutet, dass Wohngebiete weitestmöglich umgangen und Natur- und Landschaftsräume sparsam in andere Unternehmen 110 380 / 220 kV Anspruch genommen werden. 50 Hertz bündelt Leitungen HGÜ / Gleichstromverbindung 400 kV in bereits vorhandenen Trassen ( zum Beispiel mit Eisen­ Netzanschluss Offshore 150 kV Netzanschluss Offshore in Planung / Bau 150 kV bahn, Autobahn, bestehenden Leitungen ), wann immer es möglich und sinnvoll ist, und passt sie durch geeignete Linienführung an das Landschaftsbild an. Netznutzer : Unsere Kunden sind regionale Verteilnetz­betreiber und an das Übertragungsnetz angeschlossene Kraftwerke, Pumpspeicherwerke, Windparks und Großindustrie. konventionelles Kraftwerk ( Braunkohle-, Steinkohleoder Gasturbinenkraftwerk ) in Bau Pumpspeicherwerk Windkraftwerk Onshore / Offshore in Planung / Bau Windkraftwerk Offshore, beantragt Dänemark Energinet.dk Dänemark SchleswigHolstein Rostock Hamburg Güstrow Schwerin Neubrandenburg MecklenburgVorpommern Niedersachsen Brandenburg PSE Operator Polen SachsenAnhalt Berlin 220 Frankfurt (Oder) Potsdam TenneT 110 380+220 Magdeburg Cottbus Halle Leipzig Sachsen 110 Dresden Erfurt Weimar Jena Eisenach Hessen Chemnitz Thüringen Bayern Gera Zwickau TenneT ČEPS Tschechien 6 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Was ist eigentlich Strom? Elektrischer Strom ist die Bezeichnung für den Fluss von kleinen, negativ geladenen elektrischen Elementarteilchen ( Elektronen ) in eine bestimmte Richtung. Helle Glühlampe, viele Elektronen bewegen sich Hier fließen viele Elektronen Unedles Metall ( z. B. Zink ) Ionenbrücke Edles Metall ( z. B. Kupfer ) Meistens geschieht dies in einem »Leiter« aus leitfähigem Mate­ rial. Blitze zeigen, dass ein Stromfluss aber auch ohne Leiter möglich ist. Am besten lässt sich der Stromfluss am Beispiel einer Batterie erklären. Flüssigkeit mit Elektronen­ überschuss Flüssigkeit mit Elektronen­ mangel Elektrochemische Prozesse in der Batterie bewirken eine Ladungstrennung : Die negativen Elektronen werden auf der Seite des Minuspols gesammelt, auf der anderen Seite, am Pluspol, Die Stromstärke I gibt an, wie viele freie Teilchen sich gleich­ befinden sich nur noch die positiv geladenen Ionen. Die gela- zeitig durch einen Leiter wie das Kabel bewegen, und wird in denen Teilchen ziehen sich wechselseitig an und stoßen sich Ampere ( A ) gemessen. ab. Dadurch entsteht ein Elektronenstrom vom negativen Pol zum positiven Pol. Das Prinzip, auf dem elektrischer Strom Je mehr Elektronen pro Sekunde durch den Leiter fließen, basiert, ist die Eigenschaft der Elektronen, immer nach einem desto größer ist die elektrische Stromstärke und desto heller neutralen Zustand zu streben. leuchtet eine an den Stromkreis angeschlossene Glühlampe. Stromstärke Formelzeichen : I Einheit : A ( Ampere ) Formel : I = U ( Spannung ) / R ( Widerstand ) 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 7 Strom braucht Spannung Die elektrische Spannung ist die Kraft bzw. der Druck, der die freien Elektronen zur Bewegung zwingt, und somit die Voraus­ setzung für elektrischen Strom. Sie wird in Volt ( V ) gemessen. Dieser Druck entsteht durch den Ladungsunterschied zwischen Plus- und Minuspol. Den besonderen Zustand, in dem durch elektrische Spannung mechanische Kräfte auf die Ladungs­ träger wirken, bezeichnet man als elektrisches Feld. Durch das Übertragungsnetz von 50 Hertz fließt Strom mit hohem »Druck«, nämlich mit einer Höchstspannung von 220 und 380 Kilovolt. Dadurch ist eine Übertragung großer Mengen an Energie über weite Strecken möglich. Bevor dieser Strom zu den Verbrauchern, also in unsere Steckdosen gelangt, muss er mehrmals in niedrigere Spannung umgewandelt werden. Wie sieht Strom aus? Strom ist unsichtbar, auch wenn er oft in Gelb und in Form eines Blitzes dargestellt wird. Ähnlich wie der Wind, der Bäume bewegt und Windräder antreibt, kann man Strom nicht sehen, sondern nur an seiner Wirkung erkennen. Ein Trenner im Umspannwerk wird geschaltet. Der auftretende Lichtbogen ist eine Folge der kapazitiven Blindströme (siehe auch Seite 23). Spannung Formelzeichen : U Einheit : V ( Volt ) Formel : U = I (Stromstärke) × R ( Widerstand ) 8 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Gleichstrom aus der Batterie, Wechselstrom aus der Steckdose Der elektrische Strom, den zum Beispiel Batterien erzeugen, Bei Wechselstrom tauschen Plus- und Minuspol periodisch nennt sich Gleichstrom, da er seine Richtung über die Zeit ihre Funktion. Somit bewegen sich die Ladungsträger mal in nicht ändert. Praktisch alle elektronischen Geräte im Haushalt die eine und dann wieder in die andere Richtung. Im deutschen wie Radio, Computer oder Wasserkocher benötigen für ihre und europäischen Stromnetz passiert das 100 Mal pro Sekun- Stromversorgung Gleichstrom. Da aus der Steckdose Wech- de. Der technische Vorteil von sehr hoher Wechselspannung selstrom kommt, besitzen diese Geräte einen einge­bauten besteht darin, dass bei der Übertragung weniger Energie ver- Transformator mit angeschlossenem Gleichrichter, der den loren geht. Außerdem ist die Umwandlung zwischen verschie- Strom umwandelt. denen Spannungen leichter – zum Beispiel von der Hochspannung in Übertragungsnetzen zum Niederspannungsnetz in den Haushalten. Wie schnell ist Strom? Elektronen in einem Leiter unter Spannung sind langsam. Ihre sogenannte Driftgeschwindigkeit ist abhängig vom Material, bei Kupferdraht legen sie zum Beispiel weniger als 0,5 Meter in der U (Spannung) U (Spannung) Stunde zurück. t (Zeit) t (Zeit) Der Schlüssel zum blitzschnellen Stromtransport liegt also nicht in der Bewegungsgeschwindigkeit der Elektro­nen, sondern im Übertragen des Anstoßimpulses. Dieser Impuls wird fast zeitgleich von Elektron zu Elektron mit einer Geschwindigkeit von ca. zwei Dritteln der Lichtgeschwindigkeit übertragen und ist damit sogar schneller als ein Blitz. Das gleiche Prinzip liegt zugrunde, wenn in ein Rohr voller Bälle an einem Ende ein Ball hineingesteckt wird und am anderen Ende dann sofort ein anderer Ball heraus kommt – egal wie lang die Röhre ist und obwohl sich die Bälle kaum bewegen. Kurvenform Gleichstrom Kurvenform einfacher Wechselstrom 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 9 In Stromnetzen fließt eine spezielle Form des Wechsel­ stroms : der Dreiphasenwechselstrom ( oder kurz als Drehstrom bezeichnet ). Er besteht aus drei einzelnen Wechselströmen gleicher Frequenz, welche zueinander eine feste Phasenverschiebung von 120° aufweisen. Der Vorteil gegenüber einem einzelnen einphasigen Wechselstromsystem ist zum Beispiel, dass er auf eine nahezu beliebige Spannungshöhe transformiert werden kann und sich der Materialaufwand bei gleich großer elektrischer Leistung halbiert. U (Spannung) 120° U1 120° U2 120° U3 t (Zeit) Kurvenform Dreiphasenwechselstrom ( Drehstrom ) Ein Aluminium-Stahl-Verbundseil. Das Leiterseil ist das wichtigste Bauelement einer Stromleitung, da in ihm die Energie übertragen wird. Frequenz Frequenz Formelzeichen : f Einheit : Hz ( Hertz ) Formel : f = 1 / T ( Periode ) Die Frequenz f ist eine physikalische Größe des WechselWie klingen 50 Hertz? stroms und wird in Hertz ( Hz ) gemessen. Sie gibt an, wie viel Auch Tonhöhen werden in Hertz gemessen. Man kann sich Schwingungen der Strom pro Sekunde macht. Das europäi- das gut anhand der Saiten einer Geige vorstellen. Streicht man sche Stromnetz ist ein Wechselstromnetz mit einer Frequenz mit dem Bogen darüber, fangen die Saiten an zu schwingen. von 50 Hz ( in Nordamerika : 60 Hz ). Das bedeutet, dass der Je schneller man den Bogen bewegt, desto öfter schwingen die Strom 100 Mal pro Sekunde seine Richtung verändert, also Saiten und desto höher ist der Ton, der entsteht. 50 Schwingungszyklen pro Sekunde vollzieht. Die zulässige Schwankung liegt zwischen 49,8 und 50,2 Hz. In diesem Unter einer Stromleitung mit 50 Hz kann man mit guten Ohren Bereich funktionieren große Anlagen und kleine Geräte ein- einen sehr tiefen Ton hören : das Kontra-G. Der Ton, der in der wandfrei. Nähe eines Umspannwerkes wahrzunehmen ist, hat aufgrund der Funktions­weise des Umspannwerkes eine Frequenz von 100 Hz. Unser Name ist also Programm. 50 Hertz ist als Übertragungs- Das entspricht dem um eine Oktave höheren G. netzbetreiber dafür verantwortlich, dass das Stromsystem stabil und eine sichere Versorgung rund um die Uhr gewährleistet Wie spät ist es in der Netzzeit? ist. In unserem »Transmission Control Centre«, unserer Netz- Die Netzzeit wird häufig als Grundlage für die Zeitanzeige in elek- leitwarte in Neuenhagen bei Berlin, trischen Geräten verwendet. In Europa basiert die Netzzeit auf der achten wir jeden Augenblick darauf, Standardnetzfrequenz von 50 Hz. Dabei entspricht eine Sekunde dass das Gleichgewicht zwischen genau 50 Schwingungen des Wechselstroms. Abweichungen in der Erzeugung und Verbrauch gehalten Netzzeit kommen durch Frequenzschwankungen zustande. Bei wird und Reserven bereitstehen, weniger als 50 Hz brauchen die 50 Schwingungen etwas länger. Bei um Abweichungen jederzeit aus- mehr als 50 Hz sind sie schneller. Die Netzsekunden dauern daher gleichen zu können. 50,0 Hz Verbraucher Erzeuger 49 50 ,1 ,9 je nach Frequenz etwas kürzer oder länger. Beträgt die Abweichung zwischen der Netzzeit und der Weltzeit der Atomuhren mehr als 20 Sekunden, so wird die Frequenz im Netz korrigiert. Die Frequenz von 50 Hz steht für das Gleichgewicht zwischen Stromerzeugung und Stromverbrauch und die Basis eines stabilen Stromsystems. 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 11 Widerstand und Leitfähigkeit Der elektrische Widerstand R ist eine wichtige Größe bei der Gestaltung von Stromleitungen. Hoher Widerstand Er gibt an, wie stark der Strom »abgebremst« wird, wenn er ein Material durchquert. Oder anders gesagt : Er beschreibt, wie viel Spannung nötig ist, um die Energie durch dieses Material zu transportieren. Der Widerstand ist abhängig von der Leitungslänge und dem Leitungsquerschnitt : Je kürzer die Leitung und je größer der Querschnitt, desto weniger werden die Elektronen gehemmt. Leitungen über große Entfernungen Geringer Widerstand brauchen also eine hohe Spannung, um große Strommengen transportieren zu können. Eine weitere Variable ist der spezifische elektrische Widerstand – eine Konstante, die je nach Material einen fest definierten Wert für dessen Widerstandsfähigkeit hat. Der Umkehrwert des elektrischen Widerstandes ist die elek­ trische Leitfähigkeit, die die Fähigkeit eines Stoffes angibt, elektrischen Strom zu leiten. Entsprechend gibt es auch die Materialkonstante »spezifische elektrische Leitfähigkeit«. Aus diesen Gründen werden für die Übertragungsnetze bestimmte, besonders geeignete Materialien als Leiter verwendet ( siehe Abschnitt »Die Elemente einer Freileitung«, ab Seite 14 ). Widerstand Formelzeichen : R Einheit : Ω ( Ohm ) Formel : R = U ( Spannung ) / I (Stromstärke) 12 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Der Weg der Elektrizität Die vier Ebenen des deutschen Stromnetzes Übertragungsnetz Höchstspannung Verteilnetz Hochspannung meist 220 oder 380 Kilovolt ( 50 Hertz ) meist 60 oder 110 Kilovolt Stromerzeugung Stromerzeugung Große Erneuerbare-EnergieAnlagen (z. B. Wind-Onshore und Wind-Offshore) Große Wasser- und Pumpspeicherkraftwerke Mittlere Erneuerbare-EnergieAnlagen (z. B. Wind-Onshore, Photovoltaik-Großanlagen) Große konventionelle Kraftwerke (Kohle, Gas) Grenzkuppelstellen zu den Nachbarstaaten Mittlere Wasser- und Pumpspeicherkraftwerke Mittlere konventionelle Kraftwerke (Kohle, Gas) Umspannwerk Umspannwerk Stromverbrauch Stromverbrauch Sehr stromintensive Industrie (Stahlwerke) Stromintensive Industrie Stadt Das deutsche Stromnetz besteht aus vier Spannungsebenen. mit Kuppelleitungen das deutsche Stromnetz mit denen der In der obersten Ebene bilden die überregionalen Übertragungs- Nachbarländer und ermöglichen so den länderübergreifenden netze, die sogenannten Stromautobahnen, das Rückgrat der Energieaustausch in Europa. Energieinfrastruktur. Sie transportieren große Strommengen von den großen regenerativen und konventionellen Erzeugern – auf Die zweite Ebene decken die Verteilnetze der regionalen der Höchstspannungsebene mit 220 oder 380 Kilovolt ( kV ) – Stromversorgungsunternehmen ab. Sie verteilen den Strom verlustarm über weite Distanzen in die Verteilungsnetze in den mit einer Spannung von 60 oder 110 Kilovolt ( Hochspannung ) Regionen. Darüber hinaus verbinden die Übertragungsnetze in Ballungszentren und versorgen den Großteil der Industrie. 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 13 Übertragungsnetzbetreiber : 50 Hertz sorgt für Betrieb, Instandhaltung, Planung und Ausbau des 220- und 380-Kilovolt-Übertragungsnetzes im Norden und Osten Deutschlands sowie für den Anschluss der Windparks in der Ostsee. Unser Netz bildet die Verbindung zwischen Energieerzeugern und Verbrauchern. Verteilnetzbetreiber : Ein Verteilnetzbetreiber ist ein Unternehmen, das Stromnetze im Nieder-, Mittelund Hochspannungsbereich zur Stromversorgung betreibt ( in Deutschland bis einschließlich 110 Kilovolt ). Verteilnetz Mittelspannung Verteilnetz Niederspannung 3 bis 30 Kilovolt meist 230 oder 400 Volt Stromerzeugung Kleinere Erneuerbare-EnergieAnlagen (z. B. Wind-Onshore, Photovoltaik-Freiflächenanlagen und -Dachanlagen, Biomasse) Stromerzeugung Kleine Wasser- und Pumpspeicherkraftwerke Kleine Erneuerbare-Energie-Anlagen (z. B. Wind-Onshore, PhotovoltaikHausdachanlagen) Kleine konventionelle Kraftwerke (Gas) Kleine dezentrale Kraftwerke (z. B. Blockheizkraftwerke) Umspannwerk Stromverbrauch Stromverbrauch Gewerbe Handelsunternehmen Industrieunternehmen Haushalte Kleinstadt Ebene drei sind die lokalen Netze ( Mittelspannung mit weniger Die unterste Spannungsebene ( Niederspannung mit weniger als 110 Kilovolt; meist 3, 6, 10, 15, 20, 30 Kilovolt ), die Industrie als 1 Kilovolt, meist 230 oder 400 Volt ) dient der Feinverteilung. und Gewerbe versorgen. Der Strom wird an regionale Trans- An das Niederspannungsnetz sind private Haushalte, kleinere formatorenstationen oder direkt an größere Einrichtungen wie Industriebetriebe, Gewerbe und Verwaltung angeschlossen. beispielsweise Krankenhäuser oder Fabriken verteilt. Die verschiedenen Spannungsebenen sind durch Umspannwerke miteinander verknüpft. Hier wird die Spannung erhöht oder vermindert. 14 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Stromübertragung an Land Elemente einer Freileitung Freileitungen bestehen aus Stahlgittermasten auf einem Fundament, einem oder mehreren Erdseilen sowie den stromführenden Leiterseilen, die über Isolatoren an den Mastquerträgern ( Traversen ) befestigt sind. Montage von Hochtemperatur­­seilen auf der 50Hertz-Trasse Redwitz-Remptendorf im Mai 2012 (rechte und nächste Doppelseite). Die Leiterseile Der Leiter ist das wichtigste Bauelement einer Stromleitung, da in ihm die Energie übertragen wird. Welches Material verwendet wird, hängt von dessen elektrischen Eigenschaften Masthöhe ca. 50 – 60 m Sie haben eine Lebensdauer von ungefähr 80 bis 100 Jahren. Erdseil Erdseilspitze Im Höchstspannungsnetz von 50 Hertz werden Freileitungen in der Regel mit jeweils zwei Stromsystemen gebaut. Um Strom­trassen zu bündeln, werden auch 4- oder 6-systemige Traverse Frei­lei­tungen errichtet, wobei die Systeme unterschiedliche Isolator Spannungs­ebenen aufweisen können. Für eine sichere und unterbrechungsfreie Stromversorgung darf die Belastung jedes Systems im Normalfall 70 Prozent nicht überschreiten. Im Falle eines Systemausfalls darf kein an­deres System über die Isolatorenkette 5m Querträger Sicherheitsabstand Leiterseil maximale Auslastung hinaus betrieben werden. Dieses soge­ nannte n-1-Prinzip ( sprich : »n minus eins«-Prinzip ) ist der Grundsatz, auf dem die System­sicherheit bei 50 Hertz beruht und der in unserem gesamten elektrischen System beachtet wird. Typische Abmessungen einer 380-Kilovolt-Freileitung (zwei Systeme) Durchhang Leiterseil 13 m Max. Ausschwingung Leiterseil Minimaler Bodenabstand 8,5 m ca. 72 m Trassenbreite Mastfundament ca. 50 – 170 m2 16 m 12 m 8m 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 15 Warum wird das Seil heiß? Beim Fluss von elektrischer Energie in einem Leiter entsteht Wärme. Je kleiner der Leiterquerschnitt ist, desto öfter stoßen die einzelnen Elektronen aneinander. Durch diese Reibung wird die sogenannte Stromwärme bzw. joulesche Wärme produziert. Wie heiß das Seil wird, hängt aber auch noch von anderen Faktoren wie der Außentemperatur, dem Wind und der Sonneneinstrahlung ab. ( zum Beispiel spezifischer elektrischer Widerstand ) und mecha­ kapazität um bis zu 50 Prozent – bei gleichem Leiterdurchmes- nischen Eigenschaften ( zum Beispiel Festigkeit ) ab. Zu Beginn ser. 2012 wurde eine wichtige Verbindung im 50 Hertz-Gebiet der elektrischen Energieübertragung im 19. Jahrhundert wurde von Thüringen nach Bayern auf einen Hochtemperaturleiter hauptsächlich Kupfer als Leitmaterial verwendet, später aber umgerüstet und ihre Kapazität damit deutlich erhöht. von Aluminium ersetzt, da es unter anderem weniger wiegt und kostengünstiger ist. Aluminium bildet durch den Kontakt mit dem Sauerstoff in der Luft außerdem eine dichte Oxid- Die Erdseile schicht, die das Metall vor weiterer Korrosion schützt, auch bei rauen Witterungsbedingungen. Um die mechanische Freileitungen mit einer Spannung von 50 Kilovolt und mehr Festigkeit der Leiter zu erhöhen, werden im Netzgebiet von werden mit Erdseilen ausgerüstet. In ihnen wird kein Strom 50 Hertz Aluminium-Stahl-Verbundseile verwendet. transportiert, dennoch sind es elektrisch leitfähige Seile. Ihr Hauptzweck ist der Schutz der Leiter gegen direkte Blitzein- Bei höheren Spannungen werden die einzelnen Leiterseile schläge. Ein Blitzeinschlag kann unter bestimmten Vorausset- durch Bündelleiter ersetzt, um die Übertragungsfähigkeit durch zungen zum Abschalten der Leitung führen. Erdseile werden Querschnittsvergrößerung zu erhöhen und die Geräuschbe­ daher an den oberen Enden der Masten befestigt. lastung gering zu halten. Diese bestehen aus zwei oder mehreren Einzelleitern und werden mithilfe von Abstandshaltern Über die Anzahl der Erdseile entscheidet hauptsächlich die parallel geführt. Anordnung der Leiterseile. Im Allgemeinen werden ein oder zwei Seile gezogen. In modernen Erdseilen ist häufig zusätz- Zur Verstärkung der Netze kommen zunehmend auch die lich ein leistungsfähiges Glasfaserkabel zur Datenübermittlung innovativen Hochtemperaturleiter zum Einsatz. Während nor- integriert. male Leiterseile eine maximale Betriebstemperatur von 80 °C erreichen dürfen, liegt die Grenze von Hochtemperaturseilen bei 210 °C. Das ermöglicht eine Steigerung der Übertragungs­ Die Masten Der Donaumast ist ein Mast für zwei Drehstromkreise, bei denen die Leiter jeweils im Dreieck angeordnet sind. Auf der Freileitungsmasten sind die Tragwerke für die Aufhängung der untersten Traverse befinden sich zwei und auf der obersten Leiter einer Freileitung. Sie haben in der Regel einen Abstand Traverse ein Leiterseilbündel pro Stromkreis. Donaumasten von 300 bis 500 Metern zueinander. Übernimmt der Freilei- sind in Deutschland die häufigste Bauart von Hochspannungs- tungsmast eine reine Tragfunktion, so spricht man von einem masten für zwei Stromkreise, da sie gute Eigenschaften im Tragmast. An Winkelpunkten werden Abspannmasten verwen- Hinblick auf Masthöhe, Baukosten und Trassenbreite vereinen. det, die die Zugkräfte der Leiterseile aufnehmen müssen. Dort hängen die Isolatoren nicht nach unten, sondern richten sich in Richtung der Leiterseile aus. Daneben gibt es noch Sondermasten für spezielle Aufgaben : Abzweigmasten für die Realisierung von Leitungsabzweigen und Endmasten für den Übergang auf ein Umspannwerk oder ein Erdkabel. Je nach der elektrischen Spannung der Freileitung, der Anordnung der Leiter und der natürlichen Umgebung, in der sie stehen, werden unterschiedliche Freileitungsmasten verwendet. Der am häufigsten im 50 Hertz-Netzgebiet vorhandene Mast ist der sogenannte Donaumast, gefolgt vom Einebenenmast und dem Tonnenmast. In einigen Ländern, wie zum Beispiel in der Schweiz oder Finnland, wurden teilweise bereits Masten mit neuem Design errichtet. Auch 50 Hertz beteiligt sich an der Erforschung neuer Mast­designs und untersucht deren Einsatztauglichkeit. Höhe : 40 – 70 m Form : Dreiecks­ anordnung der Leiter Wie viele Masten gibt es im 50 Hertz-Gebiet? Im Netzgebiet von 50 Hertz stehen rund 13.900 Masten, die aus Stahl gebaut sind. Beim Einebenenmast sind alle Leiterseile in einer Ebene an- Ein Tonnenmast ist eine Bauform von Masten für elektrische geordnet. Die Einebenenanordnung führt zu einer niedrigen Freileitungen mit drei Traversen. Die drei Leiter eines Strom- Bauhöhe der Masten, verbunden mit einer größeren Trassen- kreises sind untereinander angeordnet. Die Breiten der drei breite. Sie wird verwendet, wenn die Masten nicht zu hoch Ebenen führen zu einem tonnenförmigen Profil. Tonnenmasten sein sollen, zum Beispiel in Gebieten mit Vogelzug. benötigen eine geringe Trassenbreite, sind aber höher als vergleichbare Donaumasten. Höhe : 40 – 80 m Form : Leiteranordnung untereinander Besonderes : Werden bei Höhe : 20 – 55 m Walddurchquerungen Form : Leiteranordnung in einer Ebene benutzt, um die Trassen- Besonderes : Die höchsten Exemplare werden breite so gering wie oft zur Waldüberspannung verwendet. möglich zu halten. 18 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Auch Transformatoren sind mit einer Vielzahl von Isolatoren ausgestattet. Die Isolatoren Die Betriebssicherheit einer Leitung ist in hohem Maße eine Frage der Isolation der elektrischen Leiter. Durch ihre geringe Leitfähigkeit verhindern Isolatoren, dass der Stromfluss über Metallkappe die Befestigung der Leiter in die geerdeten Masten gelangt. Sie finden primär im Freien Anwendung und unterliegen dabei Kittung (Portland­ zement) verschiedenen Umwelteinflüssen ( zum Beispiel Niederschlag, Temperaturschwankungen, Schmutzablagerungen ). Wegen der elektrischen und auch mechanischen Ansprüche an einen Isolator haben sich heute weltweit drei alternative Werkstoffe durchgesetzt : Porzellan, Glas und bestimmte Kunststoffe. Trockenzone 50 Hertz verwendet in seinem Gebiet überwiegend Langstab­ isolatoren aus Porzellan, die sich besonders für eine Netzspannung ab 110 Kilovolt eignen. Bei Höchstspannungen werden sogar Ketten aus mehreren Isolatoren eingesetzt. Die Vorteile von Langstabi­solatoren liegen in ihrer hohen elektrischen und mechanischen Zuverlässigkeit sowie in den geringen Instandhaltungserfordernissen. Seit einigen Jahren steigt der Anteil von Verbundisola­toren mit einem Glasfaserkern für die mechanische Festigkeit und einer Silikonhülle für die Isolation. Dieser Isolator ist länger und wiegt weniger. Porzellan 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 19 Man erkennt die Spannungsebene einer Leitung meistens an der Anzahl der Isolatoren am Mast. 1 Isolator = 110 kV Warum sieht ein Isolator oft wie ein Baumkuchen aus ? Wettereinflüsse können die elektrische Isola­tionsfähigkeit erheblich herabsetzen. Durch Verschmutzung und Nässe kann sich auf der Oberfläche ein leitfähiger Film bilden, der 2 Isolatoren = 220 kV die Funktion des Isolators beein­trächtigt. Dann entsteht ein sogenannter Kriechstrom entlang der Oberfläche, der einen Übertragungsverlust bewirkt oder auch zu einem Kurzschluss führen kann. Um dem entgegenzuwirken, wird der Kriechweg durch eine Rippenform erhöht. Die dachförmig abgeschrägten Schirme bieten Schutz vor Regen und Schmutzablagerungen. 3 Isolatoren = 380 kV 20 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Was sind elektrische und magnetische Felder ? Wo Strom fließt, gibt es elektrische und magnetische Felder. Elektrische Felder werden von der anliegenden Spannung verursacht, magnetische Felder vom fließenden Strom. Die Stärke der Felder unter einer Freileitung sind abhängig von – der Höhe der Spannung und der Stromstärke – dem Abstand zur Trasse und der Leiterseile zum Boden – der Anordnung und dem Abstand der Leiterseile zueinander – weiteren Stromkreisen auf dem Mast Die Feldstärke verringert sich mit der Ent­fernung von den Leiterseilen. Am stärksten sind sie vor allem in der Mitte zwischen den Masten, wo die Leiterseile den geringsten Abstand zum Boden haben. Dieser Abstand darf auch bei hoher Belastung, zum Beispiel durch Umwelteinflüsse, nie kleiner als 8,5 Meter sein. Gelegentlich geraten Freileitungen aufgrund der normalen elektrischen und magnetischen Felder in den Verdacht, gesundheitsschädigend zu sein. Studien haben aber keinen Zusammenhang zwischen elektrischen und magnetischen Feldern und der Beeinträchtigung der Gesundheit festgestellt. Um einen negativen Einfluss auf die Gesundheit von Menschen auszuschließen, wurden durch die deutsche Gesetzgebung in der 26. Bundesimmissionsschutzverordnung genaue Grenz- 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 21 Am stärksten sind die Felder dort, wo die Leiter­ seile den geringsten Abstand zum Boden haben, also vorwiegend in der Mitte zwischen den Masten. werte festgeschrieben. Für Gebäude und Grundstücke, die nicht nur zum vorübergehenden Aufenthalt von Menschen Gibt es elektrische und magnetische Felder bestimmt sind, gelten folgende Grenzwerte für neue und nur in der Nähe von Freileitungen? bestehende Anlagen : Nein, denn im Alltag sind nicht Freileitungen, sondern elektrische Geräte und Elektroinstallationen im eigenen Haushalt die vorherr- – für die elektrische Feldstärke : 5 kV / m schenden Feldquellen. Die elektrische Feldstärke ist wegen der – für die magnetische Flussdichte : 100 μT ( Mikrotesla ) niedrigen Betriebsspannung von 230 Volt in Haushalten gering. Die mag­netische Flussdichte der Geräte kann aber weitaus höher sein. 50 Hertz hält die gesetzlich vorgeschriebenen Grenzwerte ein ; Bei einem Haartrockner, der ungefähr 3 Zentimeter vom Körper ent- in der Regel werden diese sogar deutlich unterschritten. Im in- fernt gehalten wird, kann die magnetische Flussdichte einen Wert ternationalen Vergleich sind die deutschen Grenzwerte beson- von bis zu 2000 μT erreichen. ders streng ; sie dürfen auch bei einer maximalen Auslastung nicht überschritten werden. 22 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Geräuschentwicklung an Freileitungen Bei der Übertragung elektrischer Energie über Freileitungen können unter bestimmten Witterungsbedingungen Geräusche entstehen. Ursachen von Geräuschen sind : – elektrische Entladungen, die eine Ionisation der Luft ( Zerteilung von Luftmolekülen ) bewirken, der sogenannte Korona-Effekt, sind bemerkbar als Knistern und Brummen – Windgeräusche und Vibrationen an den Leiterseilen und Stahlträgerkanten der Masten ab einer Windgeschwindigkeit von ca. 15 Meter pro Sekunde ( Windstärke 7 ) Die Windgeräusche klingen wie pfeifende Töne im Gestänge der Gittermasten. Die einzuhaltenden Richtwerte sind in der Technischen Anleitung zum Schutz gegen Lärm der Bun­ Wie laut sind 35 und 50 dB ( A )? desrepublik Deutschland erfasst und unterscheiden sich je Dezibel ( A ) ist eine Messgröße des Schalldruckpegels zur Bestim- nach Art des Gebietes. Für ein reines Wohngebiet liegt der mung von Geräuschpegeln. Der Zusatz ( A ) gibt an, dass die unter- Richt­wert zum Beispiel tagsüber bei 50 dB ( A ) und nachts schiedlichen Tonfrequenzen abhängig vom menschlichen Empfinden bei 35 dB ( A ). verschieden bewertet werden. Das heißt, die mittleren Frequenzen werden stärker berücksichtigt. Bei einem Menschen mit gesunden Die Lärmschutzrichtwerte sind für Übertragungsnetzbetreiber Ohren liegt die Hörschwelle bereits bei 0 dB ( A ). Werden Werte über bindend. Ihre Einhaltung müssen Gutachten bestätigen, die wir 120 dB ( A ) erreicht, ist die Geräuschbelastung unerträglich laut. Der von unabhängigen Stellen (zum Beispiel Ingenieursgesellschaf- Geräuschpegel von 35 dB ( A ) kann zum Beispiel mit einem Wecker- ten ) anfertigen lassen. Durch technische Maßnahmen können ticken verglichen werden. 50 dB ( A ) liegen im Bereich der normalen Geräuschentwicklungen minimiert werden. Zum Beispiel wer- Gesprächslautstärke oder eines leisen Radios. den Korona-Effekte durch die Form der Iso­latoren verringert. 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 23 Auch in den Umspannwerken werden die Übertragungsverluste ständig kontrolliert. Übertragungsverluste Was sind Blindleistungen? Blindstrom ist eine Energie, die mit der Frequenz der Wechselspannung in der Leitung hin- und hergeschoben wird. Sie ist zum Beispiel notwendig, um das elektrische Feld für den Stromfluss aufzubauen. Allerdings kann Blindleistung im Gegensatz zur Wirkleistung ( tatsäch- Bei der Übertragung von Energie in elektrischen Systemen liche Leistung ) vom Verbraucher nicht unmittelbar genutzt werden. entstehen Energieverluste. Damit ist die Differenz zwischen der erzeugten elektrischen Leistung im Kraftwerk und der genutzten elektrischen Leistung gemeint. Hauptsächlich werden sie durch den ohmschen Leitungswiderstand verursacht und treten dann in Form von Wärmeverlusten ( ohmsche Verluste ) In Deutschland gehen über alle Spannungsebenen hinweg auf. Auch Korona-Entladungen, die sich durch Knistern und rund 6 Prozent der bereitgestellten Elektroenergie im Strom- Leuchterscheinungen an Freileitungen bemerkbar machen, netz verloren. 50 Hertz hält die Übertragungsverluste an seinen führen zu Verlusten. Diese elektrischen Entladungen entstehen Freileitungen so gering wie möglich, indem es zum Beispiel be- durch die Ionisation eines elektrisch nichtleitenden Gases oder vorzugt Leitungen mit einer Höchstspannung von 380 Kilovolt einer Flüssigkeit, die einen elektrischen Leiter umgeben. Auch einsetzt. Denn je höher die Spannung, desto weniger Leistung bei der Transformation in eine andere Spannungsebene geht geht verloren. Leistung verloren. 24 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Ist im ländlichen Raum ein solches Erdkabel eine Alternative zum Leiterseil ? Andere Technologien Freileitungen oder Erdkabel Reparaturen länger, sind aufwändiger und kostspieliger. Freileitungen können rund 80 Jahre genutzt werden. Die Haltbarkeit von modernen Kunststoffkabeln wird nach heutigem Erkenntnisstand auf 40 Jahre geschätzt. Die Verlegung von Erdkabeln erhöht die Baukosten um das Vier- bis Zehnfache im Vergleich zur Freileitung. Bei einer Verlegung von Kabeln in Tunneln können sich die Kosten sogar um das 25-Fache erhöhen. Bei der Verlegung eines Erdkabels muss der Boden komplett ausgetauscht werden. Die Kabeltrassen müssen nicht nur von tief wurzelnden Pflanzen freigehalten werden, sie dürfen auch anderweitig nicht bebaut werden – und zwar dauerhaft. Da­ rüber hinaus strahlen Erdkabel Wärme ab. Das beeinflusst die Bodenfeuchtigkeit und kann zum Beispiel zu einer Drainage Tunnel der 380-Kilovolt-Diagonalverbindung in Berlin – oben verlaufen die Schienen der Wartungsbahn. oder Austrocknung von Mooren führen. Der Einfluss auf Flora und Fauna ist damit hoch und zugleich erschwert es eine landwirtschaftliche Nutzung. Hinzu kommt, dass bei der Verlegung von Erdkabeln Muffenbauwerke entlang der Kabelstrecke in Freileitungen und Erdkabel unterscheiden sich in erster Linie Abständen von 500 bis 700 Metern errichtet werden müssen. hinsichtlich ihrer Konstruktion, ihrer Auswirkungen auf die Umwelt, ihrer Versorgungssicherheit und ihrer Kosten bei der Unter Freileitungen sind hingegen eingeschränkte Bebauungen Errichtung der Kabelanlage. möglich, die Flächen können weiterhin landwirtschaftlich genutzt werden. Ob für eine neue Leitung in manchen Abschnit­ Freileitungen sind den Witterungsverhältnissen direkt ausge- ten, zum Beispiel in der Nähe von Wohngebieten, eine Erdver- setzt, was zu häufigen Ausfällen im Netz führen kann. Bei kabelung geeignet ist, muss in jedem einzelnen Fall intensiv Erdkabeln ist die Fehlerrate aufgrund ihrer Verlegung im Boden geprüft werden. geringer. Da sie aber schlechter zugänglich sind, dauern 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen · 25 Hochspannungsgleichstrom-Übertragung 50Hertz-Stromrichterstation der HGÜ-Verbindung »Kontek« in Bentwisch in der Nähe von Rostock Dass Energie mittels Gleichstrom ( Hochspannungsgleichstrom-Übertragung, kurz HGÜ ) übertragen werden kann, war bereits Ende des 19. Jahrhunderts bekannt. Thomas Edison, der Erfinder der Glühlampe, favorisierte zu Beginn der Elektri­ fizierung in den USA die Gleichstromübertragungstechnik. Doch Drehstrom hat den entscheidenden Vorteil, dass mithilfe von Transformatoren die Spannungsebene gewechselt und Strom daher in hohen Spannungsebenen über große Entfernungen transportiert werden kann. Aus diesem Grund setzte sich Drehstrom damals weltweit als allgemeiner Standard zur Stromübertragung durch. Einen neuen Aufschwung bekam die HGÜ-Technik durch die Möglichkeit, Drehstrom verlustarm in Gleichstrom umzuwandeln. Dazu sind an beiden Enden der Leitung sogenannte Seit mehr als zehn Jahren betreibt 50 Hertz gemeinsam mit dem Konverterstationen notwendig, die den Drehstrom aus dem dänischen Netzbetreiber Energinet.dk das »Kontek-Kabel«, eine Übertragungsnetz in Gleichstrom und dann wieder zurückver- 170 Kilometer lange HGÜ-Verbindung ( 400 Kilovolt, 600 Mega- wandeln. HGÜ-Leitungen können noch größere Mengen Strom watt ) durch die Ostsee von Deutschland nach Dänemark. über weite Strecken transportieren. Wegen des Zuwachses von erneuerbaren Energiequellen und der damit steigenden Im Netzentwicklungsplan Strom wurde der Bedarf an vier Entfernung zum Verbrauchsort ist das ein entscheidender großen HGÜ-Trassen in Deutschland festgestellt und von der Vorteil : Der Strom kann in großen Mengen gezielt dorthin ge- Bundesregierung im Bundesbedarfsplan festgeschrieben. Eine bracht werden, wo er verbraucht wird. Der einzige Nach­teil : dieser leistungsfähigen HGÜ-Trassen, die Gleichstrompassage Die Errichtungskosten sind aufgrund der benötigten Kon­ Süd-Ost, soll in einigen Jahren im Süden des 50 Hertz-Gebietes verterstationen höher als bei einer vergleichbaren Dreh­strom­ starten und in das südliche Bayern führen, um den Strom aus übertragung. dem Norden in die Verbrauchs­zentren im Süden zu bringen. 26 · 50Hertz Die 50 Hertz-Stromautobahnen Trassennutzung Schaffung neuer Lebensräume Teilweise verlaufen Freileitungen durch Waldgebiete und que- Im Jahr 2009 führte 50 Hertz in Zusammenarbeit mit Partnern ren diese in Schneisen. Unter ökologischen Gesichtspunk- vor Ort die EU-geförderte Studie »Ökologisches Schneisen­ ten lassen sich diese Schneisen als »Lebenslinien« betrachten. management« durch. Anlass war der geplante Bau der Süd- Wie im Bundesnaturschutzgesetz festgehalten, ist 50 Hertz west-Kuppelleitung zwischen Halle ( Saale ) und Schweinfurt. dazu verpflichtet, eventuelle Rodungen durch Neupflanzungen Die Ergebnisse zeigen, wie zukünftig Eingriffe in die Landschaft auszugleichen. Beim Bau von neuen Freileitungen wird Wert minimiert und somit wertvolle Kultur- und Naturgüter bestmög- darauf gelegt, Flora und Fauna so wenig wie möglich zu beein- lich bewahrt werden können. trächtigen. Strommasten bieten Vögeln zusätzliche Brutmöglichkeiten. Durch das Anbringen von Nisthilfen an Leitungsmasten – KäsWarum können Vögel auf den Leiterseilen sitzen? ten, Flechtkörbe oder stählerne Horstunterlagen – unterstützt Wenn sich Vögel auf einer Freileitung niederlassen, sitzen sie auf 50 Hertz die Bestände von Dohlen, Turmfalken, Baumfalken dem Erdseil, in dem keine Energie transportiert wird. Theoretisch und Fledermäusen sowie der bevorzugt »mastbrütenden« können sie auch auf dem Leiterseil sitzen – solange sie nur eines Fischadler. In bestimmten Gebieten werden die Erdseile für berühren. Das elektrische Feld der Leiterseile hält sie aber bei Vögel mit sogenannten Vogelschutzmarkern besser sichtbar Höchstspannungsleitungen davon ab. gemacht, damit die Vögel sie im Flug leichter wahrnehmen. In den Schneisen entstehen, meistens sogar aktiv unterstützt, neue Lebensräume. Hier können sich verschiedenste, oftmals schützenswerte Biotope und Lebensplätze für Insekten, Reptilien, Vögel und Säugetiere entwickeln. In diesen neu geschaffenen und entstandenen Lebensräumen lassen sich auch seltene Pflanzen finden, die auf eine extensive Bewirtschaftung und regelmäßige Freihaltung angewiesen sind – wie zum Beispiel viele der heimischen Orchideen. Die Umsetzung des ökologischen Schneisen­ managements : Die ökologisch gepflegte Pilotschneise bei Oberweißbach in Thüringen nach Beendigung der Arbeiten. Neue Lebensräume entstehen. www.50hertz.com Kontakt 50 Hertz Transmission GmbH Eichenstraße 3 A · 12435 Berlin T + 49 ( 0 ) 30 5150-0 F + 49 ( 0 ) 30 5150-4477 info@ 50 hertz.com Impressum Herausgeber : 50 Hertz Transmission GmbH Bildnachweis : Jan Pauls, Andreas Teich, Archiv 50 Hertz Konzept und Gestaltung : DreiDreizehn Werbeagentur GmbH, 313.de Druck : Kehrberg Druck Service
