Was ist eine Stromübertragungsleitung?

Warum sind Kraftwerke so weit entfernt?

Die Stromerzeugung ist eine Mammutaufgabe! Der Bau und Betrieb von Kraftwerken ist sehr kostspielig. Viele Anlagen benötigen zudem große Becken zur Kühlung, und seien wir ehrlich: Die meisten Menschen wollen keine riesige Industrieanlage direkt nebenan! Daher werden Kraftwerke meist in ländlichen Gebieten errichtet, wo das Land günstiger und der Platz größer ist.

Das bedeutet, dass Unmengen an Strom über weite Strecken vom Erzeugungsort zum Verbrauchsort transportiert werden müssen. Stromleitungen sind die naheliegende Lösung, aber einfach nur Kabel zu verlegen, reicht nicht aus, wenn wir effizient sein wollen.

Das große Problem: Energieverschwendung!

Selbst gute Drähte, wie solche aus Kupfer oder Aluminium, bieten dem Stromfluss einen gewissen Widerstand. Das kann man zu Hause beobachten:

• Steckt man einen Haartrockner direkt in eine Steckdose, funktioniert er einwandfrei.
• Schließt man es an ein sehr langes, dünnes Verlängerungskabel an, funktioniert es möglicherweise nicht so gut, oder das Kabel kann sich sogar erwärmen!

Diese Wärme bedeutet, dass aufgrund des Widerstands der Leitung Energie in Form von Wärme verloren geht. Energieversorger werden nur für den Strom bezahlt, der Ihren Zähler erreicht, nicht für die Energie, die auf dem Weg verloren geht. Daher wollen sie Energieverschwendung unbedingt vermeiden!

Die superintelligente Lösung: Hochspannung!

Hier ist der Clou: Die in Wärme umgewandelte Leistung hängt stark davon ab, wie viel Strom fließt (wir nennen das „Stromstärke“) und wie hoch der Widerstand des Drahtes ist. Tatsächlich reduziert sich die in Wärme umgewandelte Leistung um das Vierfache , wenn man die Stromstärke halbiert! Das ist ein enormer Unterschied!

Wie können wir also den Stromfluss reduzieren und trotzdem die gleiche Leistung übertragen? Wir erhöhen die Spannung ! Stellen Sie sich die Spannung als den „Druck“ des elektrischen Stroms vor. Je höher der Druck, desto weniger Stromstärke wird benötigt, um die gleiche Arbeit zu verrichten.

In Kraftwerken erhöhen spezielle Geräte, sogenannte Transformatoren , die Spannung enorm – manchmal auf Hunderttausende von Volt! Dadurch wird der Strom in den Leitungen reduziert, was die Energieverschwendung drastisch verringert und sicherstellt, dass möglichst viel Strom unsere Haushalte erreicht.

Das lässt sich sogar demonstrieren! Versucht man, einen Haartrockner mit hauchdünnen Drähten zu betreiben, schmelzen diese aufgrund des zu hohen Stromflusses und der damit verbundenen Hitzeentwicklung. Verwendet man jedoch einen Transformator, um die Spannung vor den dünnen Drähten zu erhöhen, und einen weiteren Transformator, um sie danach wieder zu reduzieren, funktioniert der Haartrockner einwandfrei! Die dünnen Drähte können die Leistung vertragen, da der Strom deutlich geringer ist.

Sicherheit gewährleisten: Hochspannung bändigen

Aber Moment mal, da ist ein Haken! Hochspannung ist extrem gefährlich. Das bedeutet, dass Elektrizität sich unbedingt ausbreiten will und sogar durch Materialien hindurchspringen kann, von denen wir normalerweise annehmen, dass sie keinen Strom leiten, wie zum Beispiel Luft!

Ingenieure müssen bei der Planung dieser Leitungen äußerst sorgfältig vorgehen:

• Hohe Türme: Die Übertragungstürme sind sehr hoch, damit niemand am Boden versehentlich zu nahe an die Leitungen gelangen und einen Kurzschluss verursachen kann.
• Luftspalte: Die meisten Fernleitungen verfügen nicht über eine dicke Isolierung. Stattdessen nutzen sie die Luft selbst als Isolierung, indem sie die Komponenten einfach weit voneinander entfernt anordnen.
• Isolatoren: Die Leiter sind über lange Reihen von Keramikscheiben mit den Masten verbunden. Diese Scheiben wirken wie extrem starke Barrieren, die die stromführenden Leitungen vom geerdeten Metallmast fernhalten. Werden sie nass, muss der Strom einen viel längeren, gewundenen Weg zurücklegen, um abzufließen, was den Abfluss erschwert. (Wissenswert: Man kann die Spannung einer Stromleitung grob abschätzen, indem man die Keramikscheiben an den Isolatoren zählt! Multiplizieren Sie einfach die Anzahl der Scheiben mit 15. Bei 9 Scheiben handelt es sich also wahrscheinlich um eine 138-Kilovolt-Leitung!)
• Schutzdrähte: Oft sieht man kleinere Drähte, die ganz oben an den Türmen entlanglaufen. Diese führen keinen Strom; sie dienen dem Schutz der Hauptstromleitungen vor Blitzeinschlägen!

Mehr als nur Kabel: Die Herausforderungen im Design

Es geht nicht nur darum, den Strom dorthin zu bringen; es geht auch darum, sicherzustellen, dass die Leitungen dort bleiben und keine Probleme verursachen!

• Festigkeit vs. Widerstandsfähigkeit: Ingenieure müssen Materialien auswählen, die fest genug sind, um sich über Kilometer dehnen zu lassen, aber gleichzeitig Strom sehr gut leiten.
• Hitze und Durchhängen: Bei hohem Stromfluss können die Leitungen sehr heiß werden und stärker durchhängen. Dies kann problematisch sein, wenn sie zu nah an Bäumen verlaufen!
• Wind: Wind kann die Drähte zum Wackeln und Schütteln bringen, was sie mit der Zeit beschädigen kann. Manchmal sieht man kleine Gewichte, sogenannte „Stockbridge-Dämpfer“, an den Leitungen – diese verhindern das Wackeln!
• Magnetfelder: Hochspannungsleitungen erzeugen unsichtbare Magnetfelder, die unter Umständen Strom in nahegelegenen Metallgegenständen wie Zäunen fließen lassen oder sogar elektronische Geräte stören können. Ingenieure konstruieren die Masten so, dass diese Felder in Bereichen, in denen sich Menschen aufhalten, gering gehalten werden.
• Geräusche: Manchmal können diese Leitungen sogar ein summendes Geräusch erzeugen, daher müssen die Ingenieure auch dies berücksichtigen!

Die Zukunft der Macht

Die Art und Weise, wie wir Strom erzeugen, verändert sich ständig. Immer mehr Menschen installieren Solaranlagen auf ihren Dächern, produzieren einen Teil ihres eigenen Stroms und speisen sogar Überschüsse ins Netz ein! Dadurch muss weniger Strom über die langen Übertragungsleitungen transportiert werden.

Andererseits wird Strom heutzutage über riesige Entfernungen gehandelt, daher sind diese „elektrischen Superautobahnen“ nach wie vor von enormer Bedeutung.

Wenn Sie also das nächste Mal diese riesigen Strommasten sehen, die sich über die Landschaft erstrecken, denken Sie daran, dass es sich nicht nur um einfache Drähte handelt. Sie sind ein faszinierendes Beispiel für clevere Ingenieurskunst, die sicherstellt, dass wir alle mit dem benötigten Strom versorgt werden!