3 Grundlagen der Hochspannungstechnik (S. 55)

3.1. Hohe Spannungen in Energieversorgungsnetzen

Für die Übertragung elektrischer Energie werden hohe Wechselspannungen bis über 1 MV verwendet. Der Anstieg des Energiebedarfs und damit auch der (übertragenen Leistungen hat zu einer progressiven Erhöhung der Übertragungsspannungen geführt, da die wirtschaftlich optimale Übertragungsleistung einer Leitung proportional zu U^ ist (Absclin. 11.3), eine Verdoppelung der Spannung erlaubt demzufolge, die vierfache Leistung wirtschaftlich zu übertragen (theoretisch, für Grenzen s. Abschn. 3.7.3 und 9.5.4).

Neben der Wirtschaftlichkeit spielt auch der Spannungsabfall eine Rolle. Um den Spannungsabfall bei der Übertragung einer gegebenen ohmisch-induktiven Leistung klein zu halten, muss U^ proportional zur Distanz erhöht werden (Abschn. 9.5.1). Mit hohen Spannungen lassen sich ohne Zusatzaufwand für die Kompensation grossere Entfernungen überbrücken,.

Für die Energieübertragung werden auch hohe Gleichspannungen (Hochspannungs- Gleichstrom-Energieübertragung, HGU) verwendet. Die HGU hat wirtschaftliche und technische Vorteile (billigere Leitungen bei gleichen Übertragungsbedingungen, keine Kompensation nötig, Kupplung asynchroner Netze möglich, gute Regelungseigenschaften, praktisch keine Grenzen bezüglich der Übertragungsdistanz). Ein wesentlicher Nachteil sind die teuren Umformungsstationen. Die HGU wird deshalb in erster Linie für Seekabelverbindungen, die Kurzkupplung von Netzen und die Übertragung der Energie über sehr große Entfernungen eingesetzt Das westeuropäische UCTE-Verbundnetz, welches Kontinentaleuropa umfasst, ist beispielsweise über HGU mit Skandinavien, England und Korsika-Sardinien verbunden. Hohe Gleichspannungen werden femer für viele Spezialgerate sowie in Prüf- und Forschungslabors zur Material- und Geräteprüfung verwendet.

Hohe Gleichspannungen treten auch in der Natur bei Gewittern auf. Durch heftige Aufwinde findet in der Gewitterwolke eine Trennung positiver und negativer Ladungen statt. Der Potentialunterschied zwischen den Gewitterwolken sowie zwischen Gewitterwolke und Erde kann die Größenordnung 100 MV erreichen. Lokal kann die Feldstarke Werte annehmen, welche die Festigkeit der Luft überschreiten und zu Blitzentladungen führen. Diese können gefährliche Spannungen in den elektrischen Energieversorgungsanlagen direkt erzeugen oder induzieren.

3.1.1 Normspannungen, Prüf- und Bemessungsspannungen

In Abb. 1.1a und 1.1b (Kap. 1) sind die für die verschiedenen Aufgaben im Energieversorgungsnetz Üblichen Spannungsbereiche eingetragen. Nach der eidgenossischen Starkstromverordnung unterscheidet man:

- Niederspannung <, 1 kV
- Hochspannung >, 1 kV

Folgende Unterteilung ist für die "Hochspannung" üblich:

- Mittelspannung <, 45 kV
- Hochspannung 45-150 kV
- Hochspannung >, 220 kV

Tabelle 3.1 gibt die normierten Spannungen und Isolationspegel bis zur Nennspannung von 220 kV an. Die Werte sind im Rahmen der sog. Isolationskoordination festgelegt worden. Diese umfasst alle Maßnahmen zur Verhütung von Schaden an Betriebsmitteln durch Überspannungen unter Berücksichtigung wirtschaftlicher und sicherheitstechnischer Aspekte (Naheres s. Abschn. 14.6).