Elektrische Energieübertragung
Die elektrische Energieübertragung bezeichnet die Großbewegung elektrischer Energie von einem Erzeugungsort, wie einem Kraftwerk, zu einer elektrischen Umspannstation. Kraftwerke erzeugen normalerweise Strom bei hoher Spannung, beispielsweise 25.000V. Über das nationale Stromnetz wird Elektrizität dann bei Spannungen von 400.000V, 275.000V oder 132.000V übertragen. Umspannwerke an Kraftwerken erhöhen die Spannung auf die notwendigen hohen Werte, um Elektrizität durch die Hochspannungsleitungen des nationalen Netzes zu übertragen. Da hohe Spannungen im Haushalt jedoch zu gefährlich wären, werden lokal Umspanner eingesetzt, um die Spannung auf sichere Niveaus zu reduzieren.
In Amerika verwendet man eine niedrige Spannung von 110 bis 120 Volt (AC), während in Europa, Asien und Afrika ebenfalls niedrige Spannungen, aber zwischen 220 und 240 Volt (AC) genutzt werden. Es ist wichtig zu beachten, dass weltweit unterschiedliche Spannungen und Netzfrequenzen verwendet werden. Hohe und extra-hohe Spannungen sind mit der Versorgungsübertragung vom Kraftwerk verbunden.
Warum hohe Spannungen?
Der Grund für die Übertragung von Strom auf hohen und extra-hohen Spannungsebenen liegt in der Effizienzsteigerung. Der mit der Hochspannungsübertragung einhergehende niedrigere Strom ermöglicht die Verwendung dünnerer, leichterer Kabel. Dies reduziert die Kosten für den Bau von Masten und elektrischen Leitungen. In den Vereinigten Staaten werden bis zu 500.000 Volt auf dem Hochspannungsnetz übertragen.
Die gebräuchlichste Form des Stromtransports ist das Dreiphasensystem. Drei parallele Leiter arbeiten zusammen, um Energie mit möglichst geringen Verlusten zu übertragen. Bei der Verwendung von Gleichstrom (DC) für den Transport wird nur ein Leiter benötigt, und die Verluste in diesem Leiter sind geringer als bei Wechselstrom (AC). Übertragungsleitungen nutzen meist Hochspannungs-Wechselstrom, aber eine wichtige Klasse von Übertragungsleitungen verwendet Hochspannungs-Gleichstrom (HVDC).
Vorteile von HVDC
Die HVDC-Technologie bietet im Vergleich zu Wechselstromübertragungssystemen mehrere Vorteile. Sie ermöglicht beispielsweise eine effizientere Großstromübertragung über lange Distanzen. Mit der Integration von HVDC-Übertragungssystemen in das elektrische Stromnetz verbessern sich Zuverlässigkeit, Stabilität und nicht zuletzt die Übertragungskapazität des Systems. Allerdings ist der Kostenfaktor eine wichtige Variable in dieser Gleichung.
Die Spannungsebene wird mit Transformatoren verändert, wobei die Spannung für die Übertragung erhöht und dann für die lokale Verteilung sowie für die Nutzung durch Verbraucher reduziert wird.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Hochspannung?
Im Kontext der Gebäudeverkabelung und der allgemeinen Nutzung elektrischer Geräte definiert die Internationale Elektrotechnische Kommission Hochspannung als mehr als 1.000 Volt (V) Wechselstrom (AC) und über 1.500 V Gleichstrom (DC).
Was ist Niederspannung?
Niederspannung ist eine elektrische Spannung, die im Verbrauchersegment als Hauptspannung für kommerzielle Elektrogeräte und Beleuchtung in Häusern und in der Industrie bezeichnet wird. Elektrische Spannungen, die die festgelegten Grenzwerte nicht überschreiten, werden als Niederspannung bezeichnet. Laut ANSI C84.1-2020 liegt Niederspannung zwischen 240 und 600 V. Laut IEC beträgt die Niederspannung 50 – 1.000 Volt Wechselstrom und 120 – 1.500 V Gleichstrom.
Typische Spannungen für Geräte im Haushalt
1,5V (DC) – Eine gängige Leerlaufspannung für nicht wiederaufladbare Alkalibatterien (z. B. AAA-, AA- und C-Zellen).
3,8V (DC) – Fast alle Smartphone-Akkus arbeiten mit 3,8 Volt. Damit Strom vom Ladegerät zur Batterie fließen kann, muss eine Spannungsdifferenz bestehen. Daher liefern Ladegeräte oder USB-Anschlüsse für fast alle Smartphones eine Spannung von 5V.
12V (DC) – Eine übliche Spannung für Autobatterien beträgt 12 Volt (DC).
110 – 120V (AC) – Die gängigste elektrische Steckdose in jedem Haushalt. Der amerikanische Kontinent verwendet eine Spannung von 110 bis 120 Volt (AC), während Europa, Asien und Afrika 220 bis 240 Volt (AC) verwenden.
