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Tutorial: Transformator

Energieverluste beim Stromtransport

Die Überlandleitungen erwärmen sich geringfügig, wenn Strom hindurchfließt. Diese Wärme geht an elektrischer Energie verloren.
Hochspannungsmast vor blauem Himmel, dahinter scheint die Sonne hindurch

Überlandleitungen gewährleisten den Stromtransport im europäischen Verbundnetz.

Ein halbes Windkraftwerk Verlust pro Haushalt – das wäre nicht vertretbar

Der Transport elektrischer Energie im Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsbereich reduziert die Transportverluste. Dies hat seine Ursache im elektrischen Widerstand des Leitermaterials der Überlandleitungen.
 
Für die Überwindung des Leiterwiderstands – insbesondere bei großen Entfernungen – muss eine elektrische Leistung erbracht werden, eine Verlustleistung, die in Form geringfügiger Wärmeentwicklung von den Stromleitungen an die Umwelt abgegeben wird.
 
Die Verlustleistung eines Leiters kann man sehr einfach ausrechnen: Kupfer hat bei 20°C einen spezifischen Widerstand von ρ („roh“) = 0,0178 Ω in einem Leiter von einem Meter Länge und einem Quadratmilimeter Leiterquerschnitt.
 
Ein Kupferleiter von 500 Kilometern Länge hat entsprechend schon einen Widerstand von 8,9 kΩ (1 Kiloohm = 1000 Ohm). Als Beispiel wird ein Stromtransport angenommen von 10 Ampère, das entspricht etwa dem Verbrauch eines einzigen Haushalts zu einem verbrauchsintensiven Zeitpunkt.
 
Die Verlustleistung eines Leiters ist das Quadrat des Stroms mutlipliziert mit dem Widerstand. Im Beispiel also 10 A * 10 A * 8,9 kΩ = 890 kW. Das entspricht bereits knapp der Hälfte der Energieausbeute einer Windenergieanlage.
 
Transformiert man die Spannung aber um den Faktor 10 herauf, verringert sich der Strom um den Faktor 10 auf 1 A und die Verlustleistung somit auf 8,9 kW.
 
Hochspannungsnetze mit Spannungen von 60 bis 110 Kilovolt (1 Kilovolt = 1000 Volt) finden Anwendung bei der Versorgung von Großindustrien und Großstädten. Höchstspannungsnetze mit 220 bis 380 Kilovolt sind für internationale Energietransporte mit sehr langen Transportstrecken geeignet.
 
Die Erhöhung der Spannung einer Windkraftanlage erledigt der anlageneigene Transformator. Dieser befindet sich je nach Anlagentyp entweder in der Maschinengondel, im Turmfuß oder in einem Schalthäuschen neben der Anlage.
 
Es hat grundsätzlich jede Anlage einen eigenen Trafo, denn bei 2 MW Leistung und 600 Volt Spannung ergibt sich ein Strom von über 3300 Ampère. Bei dieser Größenordnung wären die Transportverluste auch auf den ersten 1000 Metern zum zentralen Trafo eines Windparks bereits von Gewicht.

 

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