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Hochspannungsleitung
Stärke und Verteilung des elektomagnetischen Feldes einer Hochspannungsleitung hängt von vielen Faktoren ab. Wesentlich sind
- die momentane Spannung
- die momentane Stromstärke
- Form der Masten
- Zahl und Anordnung der Leiterseile
- Durchhang der Leiterseile
Wir gehen nun von einer einfachen Anordnung aus. Ein einzelner Draht einer Hochspannung-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) sei hoch über dem Boden gespannt. Zehn Meter von der Drahtmitte entfernt misst man im Mittel eine elektrische Feldstärke von 4.5 kV/m und eine magnetische Feldstärke von 10 μT.
- Wie viel Ladung speichert der Draht auf einer Länge von 1000 km (so lang sind etwa die grössten HGÜ)?
- Wie stark ist der durch die Leitung fliessende Strom?
- Ein elektrischer Strom kann auch durch Bewegung von Ladung erzeugt werden, d.h. ein in Längsrichtung bewegter Draht erzeugt von der Erde aus gesehen einen elektrischer Strom. Also könnte man den geladenen Draht der Hochspannungsleitung auf isolierende Rollen legen und durch die Landschaft ziehen. Wie schnell müsste man diesen Draht bewegen, um einen derart starken Strom zu erzeugen?
- Die elektrische Feldstärke darf an der Drahtoberfläche nicht zu stark sein, damit die Übertragungsverluste infolge Ionisation der Luft (Koronaverluste) nicht zu hoch werden. Welchen minimalen Durchmesser muss unser HGÜ-Draht aufweisen, damit das elektrische Feld an dessen Oberfläche (Randfeldstärke) nicht stärker als 1200 kV/m wird?
Die Hochspannungsleitungen bilden das eigentliche Skelett der elektrischen Energieversorgung. Über diese technischen Anlagen, die so hässlich wie notwendig sind, denkt kaum jemand gross nach. Dabei fallen einem rasch ein paar Fragen ein:
- Wieso hört man oft dieses lästige Knistern, wenn man direkt unter der Leitung steht (werden da Elektronen unter der hohen Last zerquetscht)?
- Wieso transformiert man die Spannung so hoch hinauf, obwohl man dann diese riesigen Masten braucht, um die Drähte an mehreren Metern langen Isolatoren aufzuhängen?
- Wieso überträgt man die Energie bei grossen Distanzen mittels Gleichspannung (HGÜ), obwohl beidseits der HGÜ je ein Wechselspannungsnetz betrieben wird? Wieso nimmt man dabei die Kosten und die Verluste der Gleich- und Wechselrichter in Kauf?
- Wieso verlegt man diese Leitungen nicht einfach in den Boden?
- Wieso hängen manchmal zwei, drei oder gar vier Leiterseile, die durch Verbindungsstücke in einem bestimmten Abstand gehalten werden, am gleichen Isolator?