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2025-09-27T05:58:30Z

Bedeutende/besondere Leitungen: Theoriefindung

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[[Datei:Hochspannungsmast in DDR Bauweise.jpg|mini|220-kV-Masten in DDR-Bauweise mit 2 Stromkreisen auf einer Traverse: Leitung Eula – Bad Lauchstädt – Wolkramshausen, Ort der Aufnahme: Thyratalbrücke der A38 bei Bösenrode]]

'''Hochspannungsleitungen''' sind [[Elektrische Leitung|Stromleitungen]] zur Übertragung von elektrischer [[Elektrische Energie|Energie]] über große Distanzen. Da bei gleichbleibender elektrischer [[Elektrische Leistung|Leistung]] die [[Übertragungsverlust]]e umso geringer sind, je höher die zur Übertragung verwendete [[elektrische Spannung]] und je kleiner der damit übertragene [[Elektrischer Strom|elektrische Strom]] ist, werden sie mit Spannungen über 10 [[Kilovolt|kV]] bis etwa 110 [[Kilovolt|kV]] betrieben.<ref>Hermann-Friedrich Wagner: ''[https://www.weltderphysik.de/thema/hinter-den-dingen/hochspannung/ Warum erfolgt Stromübertragung bei hohen Spannungen?]'' auf: ''weltderphysik.de''</ref>

Die höheren Spannungsebenen 220 kV und 380 kV gehören zu den [[Höchstspannungsleitung]]en.<ref>Wolfgang Schuft: ''Taschenbuch der Energietechnik''. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2007.</ref><ref>{{Webarchiv|url=https://www.bdew.de/internet.nsf/id/A2A0475F2FAE8F44C12578300047C92F/$file/TransmissionCode2007.pdf |wayback=20130127051958 |text=''TransmissionCode 2007. Netz- und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber'' }} pdf, 916 kB.</ref> Außerhalb der elektrischen Netze werden Spannungen ab 300 [[Volt (Einheit)|kV]] (300.000 Volt) als Höchstspannung bezeichnet, wobei dafür kein einheitlicher Grenzwert festgelegt ist.<ref>{{Literatur | Autor = Andreas Küchler | Titel = Hochspannungstechnik | Verlag = Springer | Jahr = 2005 | Auflage = 2. | Kommentar = Seite 23 | ISBN = 3-540-21411-9 }}</ref>

== Freileitungen ==
[[Datei:Hochspannungsleitung.JPG|mini|Hochspannungsleitungen in Deutschland (fotografiert an der A8 bei Kirchheim u. Teck). Links: 110-kV-Leitung mit vier Systemgruppen und einem [[Erdseil]]. Die beiden oberen Systeme verwenden [[Bündelleiter]] mit zwei Seilen, die beiden Systeme an der untersten Traverse Einfachseile. Rechts: Leitung mit zwei Systemgruppen, 380 kV, drei Leiter je Phase im Bündel und zwei Erdungsseile]]


Hochspannungsleitungen werden in vielen Ländern vorwiegend als [[Freileitung]] gebaut, da [[Erdkabel]] teurer (mindestens Faktor 6) und verlustreicher sind. Freileitungen sind jedoch störanfälliger und in urbanen Gebieten oft unerwünscht oder störend.

Hochspannungsleitungen werden üblicherweise mit [[Dreiphasenwechselstrom]] betrieben, was gegenüber einer Übertragung mit [[Gleichspannung]] den Vorteil einer einfachen Spannungsänderung mit [[Transformator]]en bietet. Andererseits bringt die Wechselspannungsübertragung – vor allem bei großen Entfernungen – auch höhere [[Übertragungsverlust]]e durch [[Koronaentladung]] und Maßnahmen zur Blindstromkompensation ([[Elektrische Kapazität|kapazitiver]] und [[Induktivität|induktiver]] [[Leitungsbelag]]) mit sich.

Die stromführenden [[Leiterseil]]e werden an Masten mit [[Isolator (Elektrotechnik)|Isolatoren]] befestigt. Die Leiterseile bestehen in der Regel aus Aluminiumdrähten, die eine hohe [[elektrische Leitfähigkeit]] aufweisen, sowie einer Stahlseele, die eine hohe mechanische [[Zugfestigkeit]] gewährleistet. Die Seile sind blank und werden zwischen den Masten nur durch die umgebende Luft isoliert. Der Leitungswiderstand wird durch den Querschnitt der Leitungen und die elektrische Leitfähigkeit des verwendeten Materials bestimmt.

Pro Leiterseil kann maximal eine [[Stromstärke]] von etwa 2 [[Kiloampere]] transportiert werden. Der Verbesserung des [[Wirkungsgrad|Übertragungswirkungsgrads]] mit höheren Spannungen durch einen relativ dazu geringeren [[Komplexe Wechselstromrechnung#Ohmsches Gesetz im komplexen Bereich|ohmschen Verlust]] stehen andere Verluste wie die durch [[Koronaentladung]] entgegen.

Im Vergleich zu Erdkabeln stellen hochspannungsführende Freileitungen eine Gefahr dar, da bereits bei der Annäherung an sie [[Störlichtbogen|Lichtbögen]] entstehen und Personen oder andere Lebewesen lebensgefährlich verletzt oder [[Brand|Brände]] verursacht werden können. Auch ist durch Bäume und Vögel die Zuverlässigkeit von Freileitungen verringert. Daher müssen die empfohlenen [[Freileitung#Abstände zu Hochspannungsfreileitungen|Sicherheitsabstände]] beachtet werden, die mit zunehmender Spannung steigen.<ref>{{Literatur |Autor=Hans Kemper |Titel=Gefahren d. Einsatzst. – Elektrizität (Fachwissen Feuerwehr) |Verlag=ecomed-Storck GmbH |Datum=2015 |ISBN=978-3-609-69792-5 |Online=https://books.google.com/books?id=8gT2CwAAQBAJ |Abruf=2016-05-30}}</ref> Maßnahmen zur Verringerung von Kurzschlüssen durch ansitzende Greifvögel und Kollisionen mit großen Vögeln sind u. a. Sitzstangen, Isolierabdeckungen und nächtliche Beleuchtung.

Ein weiterer Unzuverlässigkeitsfaktor ist Schnee- und Eisansatz an Leiter- und Erdseilen, der zu Kurzschlüssen (wegen zunehmender Masse durchhängender Seile) oder dem Bruch von Masten (Massenzunahme und erhöhte Windlast der Seile) führen kann. Hiergegen werden passive (Beschichtung, Verdrehschutz der Leiterseile) und aktive (Abtauen durch Stromwärme, mechanisches Entfernen) Verfahren eingesetzt.<ref>https://www.mcgill.ca/iwais2022/papers International Workshop on Atmospheric Icing of Structures (IWAIS) 2022, Tabelle der Vortragstitel, [[McGill University]] / [[Montreal]], abgerufen am 29. Nov. 2022.</ref>

Seit 2013 gilt in Deutschland ein Überspannungsverbot von Gebäuden und Gebäudeteilen, die zum dauerhaften Aufenthalt von Menschen bestimmt sind.<ref>{{Internetquelle |url=https://www.bfs.de/DE/themen/emf/netzausbau/schutz/abstand/abstand_node.html |titel=Hochspannungsleitungen: Abstand zu Wohngebäuden |sprache=de-DE |archiv-url=http://web.archive.org/web/20250225143156/https://www.bfs.de/DE/themen/emf/netzausbau/schutz/abstand/abstand_node.html |archiv-datum=2025-02-25 |abruf=2025-06-10}}</ref> Zudem gilt ein Minimierungsgebot für elektrische und magnetische Felder an Orten des dauerhaften Aufenthalts.

== Übertragungsverluste ==
{{Hauptartikel|Übertragungsverlust}}

Bei der Energieübertragung in Hochspannungsleitungen tritt [[Verlustleistung]] primär durch den ohmschen Leitungswiderstand (Stromwärme) und in geringem Ausmaß durch [[Koronaentladung]]en auf. Bei Betrieb einer [[Drehstrom-Hochspannungs-Übertragung|Drehstrom-Hochspannungsleitung]] muss meist deren [[Blindleistung]] kompensiert werden ([[Blindleistungskompensation]]). Der Blindleistungsbedarf der Leitung ergibt sich aus Kapazitäts- und Induktivitätsbelag, der unter anderem von der Form der [[Freileitungsmast]]en, von der Leiteranordnung am Mast und vom Leiterquerschnitt abhängt. Je nach Spannungsebene und Betriebsstrom können bei Freileitungen auch die Induktivitätsbeläge maßgebend sein. Um den kapazitiven Blindleistungsbedarf in allen Leitern gleich zu halten, werden die Leiterseile an [[Verdrillmast]]en in regelmäßigen Abständen hinsichtlich Erdabstand getauscht und damit das Dreiphasensystem symmetriert.

Zur Blindstromkompensation der Leitung befinden sich bei den [[Leistungstransformator]]en an Tertiärwicklungen spezielle [[Statischer Blindleistungskompensator|statische Blindleistungskompensatoren]], wobei der Blindstrom am Anfang der Leitung zusätzliche ohmsche Verluste im Leiter verursacht und somit den Gesamtstromanteil der Leitung reduziert. Eine Blindleistungskompensation der Leitung liegt dann vor, wenn die [[natürliche Leistung]] übertragen wird, das bedeutet, dass die [[Impedanz|Lastimpedanz]] dem [[Wellenwiderstand]] der Leitung entspricht. Je höher die Spannungsebene, bei ungefähr gleicher Betriebskapazität, desto höher ist der Blindleistungsbedarf einer Hochspannungsleitung, weshalb bei Wechselspannungsbetrieb die obere Betriebsspannung nicht nur durch die Verluste wie die Koronaentladungen limitiert ist.

Bei der technisch aufwändigeren [[Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung]] (HGÜ) gibt es durch die Gleichspannung keine Blindleistung. Die HGÜ wird dort eingesetzt, wo konstruktionsbedingt hohe Betriebskapazitäten entlang der Leitung auftreten, wie bei Erdkabeln und insbesondere bei [[Seekabel]]n. Ein weiteres Einsatzgebiet ist die Übertragung von elektrischer Energie mit [[Höchstspannung]] über weite Strecken mit Freileitungen sowie die Kopplung von Netzen unterschiedlicher Frequenz zum Stromhandel.

=== Ohmsche Verluste ===
[[Datei:Leitungsverluste.svg|mini|Beispiel für Leistungsverluste auf einer Leitung]]

Gegeben: [[Elektrischer Widerstand|Leitungswiderstand]] <math>R</math>

Übertragene [[Wirkleistung]] <math>P</math> und [[Scheinleistung]] <math>S</math>

* <math> I = \frac{S}{U} = \frac{P}{U \cdot \cos\varphi}</math> (wobei <math>\varphi</math> die [[Phasenverschiebung]] ist)

* <math> P_\text{verlust} = I^2 \cdot R = \left(\frac{P}{U \cdot \cos\varphi}\right)^{\!2}\! \cdot R</math>

d. h., die [[Verlustleistung]] nimmt bei gleicher [[Wirkleistung]] quadratisch mit der Spannung ab. Allerdings wird der Aufwand für die [[Isolator (Elektrotechnik)|Isolation]] mit zunehmender Spannung größer. Die Übertragungsverluste betragen etwa 6 % je 100 km bei einer 110-kV-Leitung und lassen sich mit 800-kV-Höchstspannungsleitungen auf etwa 0,5 % je 100 km reduzieren.

== Hochspannungsleitungen in Deutschland ==
Die folgenden Angaben beziehen sich auf den Effektivwert der verketteten Spannung zwischen den Leitern. Von der Nennspannung zu unterscheiden ist die sogenannte höchste Betriebsspannung, welche dauerhaft anliegen darf. Übliche Nennspannungen (bei 50 Hz) in Deutschland sind:

* Mittelspannung
** 10 kV / 20 kV / 30 kV / 35 kV
** 15 kV (Gebiet der ehemaligen [[DDR]], meist im Rückbau)
** 15 kV [[Oberleitung|Bahnoberleitung]] (mit der Frequenz 16,7 Hz)

[[Datei:Bahnstromleitung Viererbuendel2.jpg|mini|Abspannmast der [[Bahnstromleitung]] Neckarwestheim/Bahnstromschaltwerk – Zentraleinspeisestelle Stuttgart-Zazenhausen (Leitung mit Viererbündeln)]]

[[Datei:2015-Nordsüd-Mehrebenentrasse-Leingarten.jpg|mini|Verschiedene Leitungen]]
* Hochspannung
** 60 kV (nur noch selten in Deutschland, aber noch in manchen Kabelnetzen)
** 65 kV (STEAG, Saarland)
** 110 kV (Überlandleitungen, [[Bahnstrom]])
** 220 kV
** 380 kV

=== Bedeutende/besondere Leitungen ===
* [[Bahnstromleitung Neckarwestheim–Zazenhausen]], 1977, einzige Bahnstromleitung mit Viererbündeln
* [[110-kV-Leitung Lauchhammer–Riesa]], 1912, in Europa erste mit 110 kV in Betrieb gegangene Hochspannungsleitung.
* 110-kV-Leitung [[Wolkramshausen]] – [[Umspannwerk Neuhof]], erbaut 1985, stillgelegt 1990: war eine der wenigen innerdeutschen Stromleitungen, welche die Zonengrenze passierten, angeblich die erste zweikreisige 110-kV-Leitung des [[Innerdeutscher Stromverbund|innerdeutschen Stromverbundes]], wurde aber nach der Wiedervereinigung stillgelegt.

== Landesspezifische Besonderheiten ==
[[Datei:154 kV Bosphorous crossing foto6.jpg|mini|Hochspannungsfreileitung durch das Stadtgebiet von [[Istanbul]]]]

In Deutschland, Österreich und der Schweiz ist der Eisenbahnbetrieb überwiegend auf den Betrieb mit Einphasenwechselstrom von 15 kV und {{Bruch|16|2|3}} Hz zugeschnitten (wobei die Frequenz inzwischen auf den Dezimalbruchwert von 16,7 Hz festgelegt wurde<ref>{{Literatur |Autor=C. Linder |Titel=Umstellung der Sollfrequenz im zentralen Bahnstromnetz von {{Bruch|16|2|3}}Hz auf 16,70 Hz |Sammelwerk=Elektrische Bahnen |Band=Heft 12 |Verlag=Oldenbourg-Industrieverlag |Ort=München |Datum=2002 |ISSN=0013-5437 |Online=[https://eb-info.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=570:eb-122002&catid=30&Itemid=35 Online] }} {{Webarchiv|url=http://eb-info.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=570:eb-122002&catid=30&Itemid=35 |wayback=20131103085659 |text=Online }}.</ref>). Zur flächendeckenden Versorgung mit diesem Stromsystem gibt es daher in diesen Ländern noch separate [[Bahnstromleitung]]en neben den üblichen Drehstromfernleitungen.
Elektrische Bahnen, die das verbreitete Einphasenwechselstromsystem mit 25 kV / 50 Hz benutzen, könnten theoretisch aus dem 50-Hz-Dreiphasensystem versorgt werden, jedoch unterbleibt dies meist, weil hierbei stark unsymmetrische Lastverteilungen in den Fernleitungen des Dreiphasensystems auftreten können.

In Mitteleuropa werden Hochspannungsleitungen in dichtbebauten städtischen Gebieten fast ausschließlich mit Erdkabeln realisiert, auch wenn dies kostenintensiver als Freileitungen ist. In der Türkei, wie beispielsweise bei der [[Bosporus]]querung in Istanbul, werden Hochspannungsleitungen auch durch Stadtgebiete als Freileitung geführt.

In Deutschland, sowohl in der [[Deutsche Demokratische Republik|DDR]] als auch in der [[Bundesrepublik Deutschland]], wurden so gut wie keine [[Deltamast]]e errichtet. Der Grund liegt darin, dass Deltamasten nur Platz für ein Dreiphasensystem bieten, während die [[Tonnenmast]]en und auch [[Donaumast]]en zwei unabhängige Dreiphasensysteme aufnehmen können. Diese können unabhängig voneinander betrieben werden, was im Falle von Störungen oder Wartungsarbeiten wichtig ist. Bei Deltamasten müssen für zwei unabhängige Dreiphasensysteme zwei getrennte Trassen mit entsprechend mehr Flächenbedarf vorgesehen werden, was insbesondere in dichter besiedelten ländlichen Regionen ein Problem darstellt. In der DDR wurden fast alle Leitungen der 110- und 220-kV-Ebene auf Masten mit [[Einebenenanordnung]] mit zwei Erdseilen verlegt. In Großbritannien hingegen sind fast alle Hochspannungsleitungen auf Masten mit [[Dreiebenenanordnung]] verlegt.

In den USA werden auch Leitungen mit Spannungen über 100 kV (bis 345 kV) manchmal auch auf [[Holzmast|Holz-]] oder Kunststoffmasten mit einer [[Isoliertraverse]] verlegt. Das [[Stromnetz]] wird dort in mehreren, nicht miteinander synchronisierten Teilnetzen betrieben. In vielen dünn besiedelten Ländern mit geringer Landwirtschaft werden Leitungen teilweise auf seilverankerten [[Portalmast]]en verlegt.

In der Provinz [[Québec]] in [[Kanada]] besteht ein ausgedehntes Dreiphasenwechselstromnetz, das mit einer Nennspannung von 735 kV und 315 kV von [[Hydro-Québec]] betrieben wird.

Die 91,7 km lange Freileitung über den Eagle River im [[Tongass National Forest]] in Südostalaska verbindet über 243 Masten das [[Kraftwerk Lake Tyee]] mit dem [[Kraftwerk Swan Lake Dam]]. Die Leitung wurde ohne Straßenbau mit Hubschraubern errichtet. Die zwölfeckigen Masten wurden per Presssitz auf konische Aufnahmen gesetzt, die über Felsbohrungen verankert wurden. Das längste Spannfeld der Leitung (2,1 km) erfordert für das Leiterseil eine Zugkraft von 66,7 [[Newton (Einheit)|kN]].<ref>[https://www.youtube.com/watch?v=5ygUlCERrug Powerline Alaska] youtube.com, Wilson Construction Co, 26. April 2016, abgerufen am 13. Oktober 2017. Video 42:46 (englisch).</ref>

== Spannungsangaben bei Hochspannungsleitungen ==
Die Spannungsangaben im Hoch- und Höchstspannungsnetz beziehen sich immer auf die Nennwerte der Netzspannung. Diese sind in den [[Netz- und Systemregeln der deutschen Übertragungsnetzbetreiber]]<ref>{{Webarchiv | url=http://www.vde.com/de/fnn/dokumente/documents/transmissioncode2007.pdf | wayback=20160908073211 | text=Verband der Netzbetreiber: TransmissionCode 2007.}} pdf, 618 kB.</ref> je nach [[Stromnetz#Spannungsebenen|Spannungsebene]] mit 110, 220 und 380 kV festgelegt. In der europäischen Leitlinie für den Übertragungsnetzbetrieb<ref>{{EU-Verordnung|2017|1485|titel=der Kommission vom 2. August 2017 zur Festlegung einer Leitlinie für den Übertragungsnetzbetrieb}}.</ref> ist für den Normalbetrieb des Netzes im 110-kV-Netz und im 220-kV-Netz ein Spannungsband von 0,90 [[Per-Unit-System|pu]] – 1,118 pu und im 380-kV-Netz ein Spannungsband von 0,90 pu – 1,05 pu festgelegt. Damit sind im Normalbetrieb folgende Spannungen zulässig:
* 110-kV-Netz: 99 kV – 123 kV
* 220-kV-Netz: 198 kV – 246 kV
* 380-kV-Netz: 342 kV – 399 kV

== Siehe auch ==
* [[Liste grenzüberschreitender Hochspannungsleitungen]]
* [[Liste von frühen elektrischen Energieübertragungen]]

== Literatur ==
* {{Literatur |Autor=Rene Flosdorff, Günther Hilgarth |Titel=Elektrische Energieverteilung |Auflage=8. |Verlag=Teubner |Datum=2003 |ISBN=3-519-26424-2}}
* {{Literatur |Autor=Adolf J. Schwab |Titel=Elektroenergiesysteme |Auflage=2., aktualisierte |Verlag=Springer |Datum=2009 |ISBN=978-3-540-92226-1 |Kapitel=Kapitel B.1 – Begriffe und Größen in Drehstromsystemen |Seiten=911–913}}

== Weblinks ==
{{Wiktionary}}
{{Commonscat|High-voltage power lines|Hochspannungsleitungen|audio=0|video=1}}
* Lage und Verlauf von Hochspannungsleitungen auf der [https://www.openinframap.org/ Open Infrastructure Map]
* [[Helmholtz-Gemeinschaft Deutscher Forschungszentren|helmholtz.de]]: [https://www.helmholtz.de/energie/warum-brummen-hochspannungsleitungen/ „Warum brummen Hochspannungsleitungen“]

== Einzelnachweise ==
<references />

[[Kategorie:Elektrische Energieverteilung]]
[[Kategorie:Hochspannungsleitung| ]]
[[Kategorie:Anlagentyp (Industrie)]]

Hochspannungsleitung - Versionsgeschichte

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