Stromnetz: So kommt der Strom nach Hause | Polarstern
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Das Stromnetz: So kommt der Strom zu dir nach Hause

Das Stromnetz ist ein komplexes, ausgeklügeltes System. Unser Gregor erklärt es leicht und verständlich. Teil 1: die Grundlagen.

Inhalt

Gut vernetzt zu sein, ist wichtig. Das gilt eigentlich für alle Lebensbereiche, und noch mal besonders für Strom. Das Stromnetz ist der Überbegriff für verschiedenste elektrische Leitungssysteme, die den Strom vom Kraftwerk zum Verbraucher leiten. Ein Leitungssystem, das jeder kennt, sind Überlandleitungen bzw. Freileitungen. Mit ihren Strommasten prägen sie unser Landschaftsbild und mahnen uns, beim Drachensteigen aufzupassen. Auch Stromkabel sind Teil des Leitungssystems. Sie transportieren Strom zu unserer Steckdose im Wohnzimmer.

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Wie du dir das Stromnetz vorstellen kannst

Das Stromnetz kann man sich bildlich wirklich wie ein Netz vorstellen. In ihm treffen sich Stromleitungen an vielen Stellen und bilden „Verteilungsknoten“. Wie die Knoten in einem Fischernetz, aber mit dem Unterschied, dass die Maschen im Stromnetz nicht symmetrisch aufgebaut sind, sondern in jenen Gegenden dichter „gestrickt“ sind, in denen viele Menschen leben oder viele Industriebetriebe angesiedelt sind.

Abbildung: Der Weg des Stroms vom Kraftwerk übers Netz in die Steckdose

Infografik: so kommt der Strom in die Steckdose - das Stromnetz

  • 1. Kraftwerk mit Transformator: Von hier wird der Strom zum Verbraucher geleitet
  • 2. Stromleitungen mit Knotenpunkten: das Stromnetz besteht aus Überlandleitungen und Strommasten oder Erdkabel. Die Stromkabel transportieren den Strom ins Haus. Dort, wo sich Stromleitungen treffen, entstehen Verteilungsknoten und das ganze Gebilde sieht aus wie ein Netz.
  • 3. Engmaschiges Stromnetz: In eng besiedelten oder industriellen Gebieten ist das Netz engmaschiger
  • 4. Das Inselnetz Zuhause: Auch zu Hause gibt es Stromnetze, etwa bei einer Lichterkette. Die sind entweder an das öffentliche Stromnetz gekoppelt oder werden als „Inselnetz“ von einer Batterie betrieben

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Du bestimmst: Welcher Strom soll ins Netz?

 

Du hast schon mal ein Stromnetz gebaut

Ein Stromnetz kann sich jeder zu Hause selbst aufbauen oder hat es sogar schon mal getan. Der Beleuchtungsaufbau in der Weihnachtskrippe ist zum Beispiel ein kleines Stromnetz. In ihm wird die elektrische Energie, die für die Glühlämpchen der Krippe benötigt wird, von einer Stromquelle oder Batterie über mehrere Kabel zu den Glühlämpchen geleitet.

Stromquelle, Stromnetz und Schalter im Kleinen

Einzelne Leitungsabzweige (und damit auch die Lämpchen) können über Schalter ab- und wieder zugeschaltet werden. Ist die Stromquelle der Krippe an die Steckdose im Wohnzimmer angeschlossen, spricht man von einem „netzgekoppelten Leitungsnetz“, weil die Steckdose eine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz herstellt. Wird eine Batterie als Stromquelle genutzt, braucht man die Steckdose nicht. Man spricht dann von einem „Inselnetz“, weil keine Verbindung zum öffentlichen Stromnetz besteht.

Bild: Stromleitungen über Land transportieren den eingespeisten Mix: Kohle- und Atomstrom, Ökostrom, Strom aus anderen Quellen

Stromleitungen über Land: hier fließen Ökostrom und Graustrom

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Warum das Stromnetz viele Spannungsebenen braucht

Die Netzspannung spielt buchstäblich eine tragende Rolle. Es gibt mehrere fest definierte „Spannungsebenen“. Die Höchstspannungsebene in Deutschland hat eine Netzspannung von 380.000 V oder 220.000 V und dient der Energieübertragung über sehr weite Strecken (V = Volt). Daneben gibt es die Hochspannungsebene mit 110.000 V – 125.000 V bzw. 125 kV (Einheit „Kilovolt“).

Bestens vernetzt: Transportnetze, Mittelspannungsnetze und Niederspannungsnetze

Man nennt Netze dieser Spannungsebenen auch Transportnetze, weil der Strom nur durchgeleitet wird. Verbraucht wird er dann beispielsweise von der Industrie in Netzen der Mittelspannung zwischen 1.000 V und 72.500 V und von uns Privatkunden in den Niederspannungsnetzen. Letztere sind Netze mit geringerer Spannung und dienen der Versorgung von „Endverbrauchern“. Der Endverbraucher bildet das Ende eines Teilnetzes oder eines „Netzastes“, da dort die übertragene elektrische Energie endlich verbraucht wird. 

Wie viel Strom verbrauchst du zu Hause?

 

Was passiert bei einem Kurzschluss?

Wir zu Hause nutzen eine Spannungsebene von 230 V bzw. 400 V. Die reicht uns aus, um relativ sicher kleine elektrische Geräte damit zu betreiben. Wenn wir hier mal einen Kurzschluss verursachen, hat das eigentlich keine Rückwirkungen auf das Netz und wir fallen in der Regel auch nicht gleich von der Stange. Die höheren Spannungsebenen erfordern dagegen speziellere Sicherheitsmaßnahmen und eine andere elektrische Schutztechnik. Das überlassen wir dann den Profis, den Netzbetreibern, denn hier sind Kurzschlüsse weitaus folgenschwerer und können unter Umständen sogar zum Ausfall von Teilsystemen im Stromnetz führen.

 

Was muss das Stromnetz eigentlich übertragen?

Das Stromnetz überträgt elektrische Energie, die beim Stromverbraucher z.B. in einem Motor in mechanische Arbeit umgewandelt wird. Je nach Größe des Motors hat dieser mehr oder weniger Leistung. Müssen hohe Leistungen übertragen werden, fließt viel Strom, auch Stromstärke genannt.

Hohe Stromstärken - breite Kabel

Und mit hohen Stromstärken klar zu kommen, muss man die Leitungsquerschnitte bzw. den Kabeldurchmesser recht groß wählen, denn der Strom braucht ordentlich „Platz", um ungehindert fließen zu können. Bei wenig Platz gibt’s viele Kollisionen zwischen den Elektronen und den Atomen des Leiters, das erzeugt Wärme und lässt die Leitung heiß werden oder sogar „durchbrennen“.

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Die Rolle der Spannung in den Netzen

Jetzt kommen wir wieder auf die Rolle der Spannung zu sprechen: Die zu übertragende elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Um Verluste und damit Kosten bei der Stromübertragung zu sparen, will man möglichst geringe Stromstärken erzielen und muss deswegen mit möglichst hohen Spannungen arbeiten, um trotzdem viel Leistung übertragen zu können.

Höchstspannung

Hier kommen die Höchstspannungen mit 220 kV oder 380 kV zum Einsatz, mit denen Leistungen von ca. 600 – 3.000 „MVA“ mit noch vertretbarem technischen und finanziellen Aufwand übertragen werden können. Das „MVA“ ist wie das „MW“ auch eine Einheit der Leistung.

Grafik: Spannung und das Transportnetz - Verteilnetz

Hoch- Mittel- und Niederspannung

Bei der Hochspannung mit 110 kV sind es „nur noch“ ca. 100 – 300 MVA, bei der Mittelspannung mit bis zu 50 kV noch etwa 40 MVA Leistung. Bei der Niederspannung ist dann schon mit 5 MVA Schluss mit dem technisch und finanziell vertretbaren Aufwand.

Grafik: Spannung und das Stromnetz - Verteilnetz

 

Wie weit kann Strom transportiert werden?

Die elektrische Energie kann wirtschaftlich sinnvoll so viele Kilometer transportiert werden, wie ihre Nennspannung in kV beträgt. Strom kann also mit einer Nennspannung von 380 kV ohne Zwischenstation ca. 380 km weit transportiert werden.

 

Was ist der "Erdfehler"?

Die Rolle der Luft zur Isolierung

In Deutschland wird der erzeugte Strom oft über Freileitungen oder auch Überlandleitungen geleitet. Denn diese Leitungen können frei verlegt werden und erfordern keine Isolierung. Als Isolierung reicht hier ein entsprechend der Netzspannung gewählter Abstand zwischen den einzelnen Leitern aus. Die Luft, die wir atmen, ist ein ausreichend guter Isolator und das auch, wenn es regnet oder schneit. Nur wenn der Ast eines Baumes sehr nahe an eine Freileitung kommt, springt der elektrische Strom in der leuchtenden Form eines Lichtbogens auf den Baum über und fließt über den Baum in die Erde und in Richtung des Kraftwerks zurück.

Fehlerstrom führt zum Erdfehler

Das nennt man dann einen „Erdfehler“. Dafür kann die Erde nichts – wenn überhaupt –  der Baum, obwohl ja eigentlich der Mensch die Leitung zu nahe an den Baum aufgestellt hat. Die Bezeichnung Erdfehler resultiert aus dem Weg, den der Fehlerstrom dann zurück zum Kraftwerk sucht. Dieser durch den Baum verursachte Erdfehler erzeugt keinen Stromausfall, höchstens ein kleines Flackern in der Wohnungsbeleuchtung bei uns zu Hause. Der Ast verbrennt oder verpufft aufgrund der hohen Temperaturen und Ströme im Lichtbogen sehr schnell. Danach sind der Ast und Erdfehler weg, und der Strom düst wieder wie zuvor in der richtigen Bahn über die Freileitung. 

 

Isolierte Leitungen: Kabel

Es gibt ja nun nicht nur die Freileitungen, sondern auch isolierte Leitungen, allgemein bekannt als „Kabel“. Diese werden unterirdisch verlegt. Erdkabel haben den Vorteil, dass ein Vorfall wie mit dem Baum nicht möglich ist. Hier muss sich schon ein Bagger unbeabsichtigt am Kabel vergreifen, damit ein Erdfehler entsteht. Dieser Fehler „heilt“ sich dann aber auch nicht selbst, denn das unterirdische Kabel muss eine eigene Isolierung zwischen elektrischem Leiter und Erde haben, damit der Strom nicht ausbüchst. Im Falle einer Beschädigung dieser Isolierung, muss die Kabeltrasse abgeschaltet und repariert werden. 

Wisst ihr eigentlich wie viel Kabel und Leitungen für das Deutsche Stromnetz verlegt wurden? Die Antwort gibt es im zweiten Teil zum Stromnetz. Bis nächste Woche!

Grüße vom Herrn Dachs

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Gregor Dachs ist unser Mann für Elektrotechnik, der Komplexes immer so schön einfach erklären kann. Gibt es etwas rund ums Thema Energie, das du wissen willst oder nicht verstehst? Schreib an info@polarstern-energie.de.

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