Dialogportal Direktzu Amprion

Wechselspannungserdkabel an Land

Der Einsatz von Wechselspannung stellt eine von zwei technischen Optionen dar, neue Stromverbindung als Erdkabel zu bauen. Allerdings entscheiden auch hier die physikalischen Gesetze - insbesondere die Kapazität - darüber, in welchem Umfang wir diese neue Technologie in unser Netz integrieren. Dabei haben die hohe Verfügbarkeit und Sicherheit des Übertragungsnetzes für uns stets oberste Priorität. Die wichtigsten Fakten über Wechselspannungskabel hier auf einen Blick:

Wechselspannung

  • Die Polarität der Spannung ändert sich mit 50 Schwingungen pro Sekunde (50 Hertz).
  • Leicht auf unterschiedliche Spannungsebenen
  • Eignet sich für die Übertragung im vermaschten Netz und für die Versorgung von Kunden/Verteilnetzen mit elektrischer Energie
Wechselspannungserdkabel

  • Benötigt im Betrieb kontinuierlich Blindleistung – ca. 10 bis 20 Mal mehr als eine Freileitung
  • Die Länge von Wechselspannungskabeln ist physikalisch auf wenige Kilometer begrenzt.
  • Gesetzlich vorgegebene Teilverkabelungsabschnitte auf vorgegebenen Pilotverbindungen

Kapazität von Wechselspannungskabeln

Auch bei Wechselspannungskabeln muss zunächst die Kapazität aufgeladen werden, bevor elektrische Leistung transportiert wird. Weil aber Plus und Minus alle 20 Millisekunden wechseln, fließt bei Wechselspannungskabeln kontinuierlich ein Lade- und Entladestrom – die sogenannte Blindleistung: Diese ist der entscheidende Unterschied zum Gleichspannungskabel.

Anschaulich erklären lässt sich das Thema Blindleistungsbedarf am Modell eines Wasserschlauches. Allerdings sind bei diesem Wasserschlauch die Wände nicht glatt, sondern enthalten Taschen. Pumpt man nun von einer Seite Wasser hinein, so füllen sich zunächst die Taschen.

Analog zur Wechselspannung schaltet man beim Schlauch alle 20 Millisekunden vom Pump- in den Saugbetrieb um – und umgekehrt. Damit kehrt sich auch die Fließrichtung des Wassers um und die Taschen werden wieder geleert. Durch diesen schnellen Wechsel wird nur eine gewisse Schlauchlänge mit Wasser gefüllt. Ist der Schlauch zu lang oder die Einfüllzeit zu kurz, kommt am anderen Ende kein Wasser an.

Ähnlich verhält es sich bei Wechselspannungskabeln: Zunächst muss die Kapazität des Kabels aufgeladen werden, bevor elektrische Wirkleistung transportiert wird. Durch den alle 20 Millisekunden erfolgenden Richtungswechsel kann bei einem langen Kabel die Kapazität nicht vollständig geladen werden. Deshalb kommt am anderen Ende keine Leistung mehr an. Aus diesem Grund ist die Länge eines Wechselspannungskabels technisch begrenzt.

Blindleistungskompensation

Teilweise beheben lässt sich das Problem der Blindleistung durch die sogenannte Blindleistungskompensation. Diese Aufgabe übernehmen Spulen, die großen Transformatoren ähneln und Blindleistung bereitstellen.

Diese Kompensation verursacht jedoch noch ein anderes physikalisches Phänomen. Schaltet man Spulen und Kabel elektrisch zusammen und verbindet diese mit einer Wechselspannungsquelle, so fließen kontinuierliche Ausgleichsströme zwischen diesen Elementen. Es kommt hierdurch zu Resonanzerscheinungen, die im Extremfall sogar die Netzstabilität gefährden können. Diese Resonanzen begrenzen ebenfalls den maximal möglichen Umfang der Verkabelung im Wechselspannungsnetz. Vergleichbar ist dies mit dem Effekt, der auftreten kann, wenn viele Fußgänger im Gleichschritt über eine Brücke gehen und diese durch die ausgelösten Resonanzen sogar zum Einsturz bringen können.


Es folgt eine Bildbeschreibung:
Die Informationsgrafik zeigt zwei stilisierte Freileitungsmasten am rechten und linken Rand. Sie sind jeweils durch eine Linie mit einer stilisierten Spule verbunden. 
Darüber steht: „Station A mit Spule“ bzw. „Station B mit Spule“
Unterhalb der beiden Spulen verläuft eine blaue Verbindungslinie.
Darunter steht: Max. 15-20 km Kabel
Auf dem stilisierten Kabel sind drei rautenförmige Elemente eingezeichnet. 
Darüber steht: „Muffe pro ~ 1 km
Ende der Bildbeschreibung.

Aus Kabelübergabestationen, Spulen und Muffen, die die etwa einen Kilometer langen Erdkabelabschnitte verbinden, kann ein komplexes technisches System entstehen.

Erfahrungen mit Wechselspannungskabeln

Die Erdverkabelung von Wechselspannungsverbindungen findet auf der Höchstspannungsebene bislang kaum Verwendung – insbesondere wenn hohe Leistungen übertragen werden sollen. Dies liegt einerseits am hohen Blindleistungsbedarf. Anderseits gilt es noch herauszufinden, wie Erdkabel sich in ein eng vermaschtes Übertragungsnetz einfügen. Eins zu eins werden sie Freileitungen nicht ersetzen können – unter anderem weil sich beide Technologien im Betrieb unterschiedlich verhalten. Deshalb werden wir den Betrieb von Wechselspannungskabeln sorgsam untersuchen und im Rahmen von Pilotprojekten erproben. Auf Basis dieser Erfahrungen lässt sich dann entscheiden, in welchem Umfang Erdkabel im deutschen Übertragungsnetz zum Einsatz kommen können.

Wechselspannung: wichtig für die Verbindung unterschiedlicher Netzebenen

Mit Transformatoren kann man Wechselspannung einfach und günstig in unterschiedliche Spannungsebenen umwandeln. In Umspannanlagen werden diese Transformatoren über sogenannte Sammelschienen und Schaltfelder untereinander sowie mit den Freileitungs- und Kabelanschlüssen verbunden. Die Sammelschienen sind vergleichbar mit Verteilersteckleisten, die Schaltfelder mit Schaltern.