Vorher haben wir erfahren, dass Kraftwerke nicht immer dort gebaut werden können, wo die Elektrizität auch genutzt wird. Auch wenn Sie es nicht für möglich halten, das ist ein grosses Problem, das man lösen musste. Es sollte ein Transport sein, der ohne grosse Verluste erfolgt. Schliesslich wollen wir die mühsam gewonnene Energie nicht in einer Leitung verlieren. Verluste auf dem Transport bezahlt niemand.

Viele Fachleute zerbrachen sind den Kopf und dabei kamen zwei Lösungen vor. In den meisten Fällen wur-de mit dem Verlust gearbeitet und wichtig war das, weil oft auch grosse Gebiete mit Gleichstrom abge-deckt wurden.

Andere sahen den Vorteil beim Wechselstrom und höheren Spannungen. Eine Idee war sogar vorhanden, die dazu schlicht die Luft benutzen wollte und daher müssen wir bei der Teslaspule genauer Hinsehen.

Die Teslaspule ist nach ihrem Erfinder Nikola Tesla be-nannt. Tesla gilt als Erfinder des Transformators, der dem Wechselstrom den Durchbruch bringen sollte. Bei der Teslaspule wird die Spannung aus dem Kraftwerk in eine sehr hohe Spannung umgewandelt.

Die dabei am oberen Rand ausgesendeten Blitze konn-ten von anderen Teslaspulen aufgefangen werden. So war ein Transport mit geringen Verlusten möglich.

Wie gut die Teslaspule auch war, für diesen Zweck konnte sie schlicht nicht benutzt werden. Bei grös-seren Distanzen funktionierte sie schlicht nicht mehr. Heute ist die Spule als Ausstattung eines Elektronerd oft zu finden. Die nach allen Seiten abgeführten Blitze faszinieren. In den meisten Fällen ist die Sache harmlos. Zumindest so harmlos, wie der bekannte Schlag an der Türfalle. Jedoch spielt man mit Blitzen auch nicht.

Letztlich konnte sich die Lösung mit den Leitungen durchsetzen. Tesla als Genie wurde immer wieder als verrückt bezeichnet, jedoch war die Teslaspule der Weg zur Lösung. Für den Transport der Elektrizität kann sowohl Gleichstrom, als auch Wechselstrom genutzt werden. Die dabei umgesetzten Lösungen sind jedoch sehr unterschiedlich und wir kommen nicht darum herum die Sache genauer anzusehen. Beginnen wir mit Gleichstrom.

Eigentlich ist Gleichstrom für den Transport zu nutzen gar keine dumme Idee. Die ist sogar so gut, dass sie die Zukunft bedeutet, dazu müssen aber immer noch einige Probleme gelöst werden. Diese liegen beim Widerstand der Leitung. Wir haben bereits früher erfahren, dass jedes Bauteil ein Widerstand aufweist. Ohne diesen ist ein unendlicher Strom möglich. Richtig, wir sind wieder beim ohmschen Gesetz angekommen.

Der Widerstand in der Leitung ist ein Problem, denn dieser sorgt dafür, dass die Leitung erwärmt wird. Diese muss gekühlt werden. Doch nun komme ich und frage, warum denn?

Sollten Sie es immer noch nicht begriffen haben, wir kommen auch hier nicht um die Erkenntnisse eines Georg Simon Ohm herum. Dessen Gesetz gilt wirk-lich überall und wir müssen nun die Formel umstellen, denn der Widerstand wirkt sich auf die Spannung aus.

Die Folge des Widerstandes in einer Leitung nennt man korrekt Spann-ungsabfall. Lehrlinge in elektrotechnischen Berufen werden oft gebeten, die-sen aufzuwischen und anschliessend fachgerecht zu entsorgen.

Spätestens wenn der ganze Betrieb über den armen Stift lacht, Spann-ungsabfall ist ein sehr ernstes Problem. Wie bei jedem Abfall, sollte auch jener der Spannung so gut es geht, vermieden werden.

Mit dem Spannungsabfall bezeichnet man den Unterschied der Spannung am Anfang und am Ende der Leitung. Es ist ein Verlust, den man eigentlich nicht will.

Nun müssen wir uns fragen, wie man denn diesen Abfall vermindern kann, denn das sollte man auch hier machen. Die Lösung für das Problem liefert uns ein Physiker. Auch wenn Sie nun schreiend davon laufen, wird sind wieder bei diesem Georg Simon Ohm angelangt.

Wenn wir mit dem ohmschen Gesetz Rechnungen anstellen würden, dann wäre zu erkennen, dass ein hoher Strom unweigerlich einen Spannungsabfall zu Folge hat.  Je geringer die verwendete Spannung und desto höher der Strom, umso grösser der Spannungsabfall. Also Spannung hoch, Strom verringern und wir haben das Problem mit dem Abfall bereits gelöst. Jedoch kann die Spannung bei Gleichstrom nicht verändert werden.

Wer das behauptet hat die Seite bisher gut gelesen und unterliegt einem Irrtum. Nein so blöd war ich nun auch wieder nicht, aber die Technik besser. So kann auch bei Gleichstrom die Spannung verändert werden.

Man benötigt nur ein kurzes Stück mit Wechselstrom. Diesen kann man gleich-richten und nach der Leitung wieder einen Wechselstrom herstellen. Wie das geht, werden Sie bei den Lokomotiven erfahren.

So kann Gleichspannung verändert werden. Damit wird der Vorteil von Gleich-strom genutzt, denn fliesst dieser in einer Leitung, sinkt der Widerstand in dieser und damit kann ein höherer Strom fliessen.

Jedoch müssen wir uns eine Frage gefallen lassen, denn warum soll man den Aufwand betreiben, wenn man die elektrische Energie mit wenig Aufwand auch mit Wechselstrom nach den gleichen Regeln transportieren kann.

Weil der Verlust etwas geringer ist und man diese Schritte nur umsetzt, wenn es darum geht, wirklich extrem lange Leitungen zu bauen. Diese sind nicht so oft vorhanden, dass wir eine ohne Probleme ansehen können.

In China, genauer zwischen Changji und Xuancheng wird eine Leitung mit Gleichstrom und einer Spannung von +/- 1 100 000 Volt betrieben. Zwischen den beiden Leitungen sind also 2 200 000 Volt vorhanden.

Da Elektriker nicht gerne Nullen schreiben, sprich man von 2.2 MV, was schlicht für Megavolt steht. Geläufig sind jedoch meistens die Abkürzungen kV und somit Kilovolt.

Schuldig bin ich Ihnen noch die Leistung dieser Leitung und nun nehme ich zum Spass die Nullen, Sie können dann selber ausrechnen was das bedeutet. Der Wert beträgt 12 000 000 000 Watt. Das ist extrem hoch und kann sogar noch gesteigert werden.

Vielleicht haben Sie schon etwas von Supraleiter gelesen. Der Begriff umschreibt einen elektrischen Leiter, der nahezu keinen Widerstand besitzt. Dieser ist bei solchen Leitungen nahezu bei null und damit ist kaum Spannungsabfall vorhanden. Schlicht die Lösung für lange Leitungen. Jedoch können diese Leiter nicht so einfach erstellt werden, denn die Werkstoffe müssen sehr kalt sein, damit sie die Eigenschaft haben.

Supraleiter müssen daher gekühlt werden und das ist das Problem. Wir sprechen hier von Temperaturen im Bereich von -273.135 Grad Celsius bei Wolfram und -234.15 °C bei Legierungen. Das kann man kaum kühlen, daher forschte man nach besseren Lösungen und diese liegen nun bei einen umsetzbaren Wert von -70.15 Grad. Das kann man kühlen aber nicht bei offenen Leitungen und daher werden hier Kabel verbaut.

Diese gekühlten Kabel sind die Zukunft für den Transport von Elektrizität über lange Strecken. Mit Supraleiter und extrem hohem Gleichstrom sind diese von der Länge her nahezu unbeschränkt. Um den Verlust der Wärme zu mildern könnte man diese Kabel schlicht im Wasser einlegen. Dieses muss kalt sein und da bieten sich auch Meere an. In bestimmten lagen ist auch dort das Wasser mit lediglich 4 °C recht kühl.

Sicherlich diese Unterseekabel mit Supraleiter sind noch ein Blick in die nicht zu ferne Zukunft. Die hohen Kosten und der noch höhere Aufwand für den Betrieb machen diese Leitungen noch recht teuer. Lösungen sind jedoch bereits vorhanden und werden erprobt. Daher wird in dem meisten Fällen für die Übertragung der elektrischen Energie eine andere Lösung verwendet und diese arbeitet mit Wechselstrom.

Wenn wir uns nun dem Transport elektrischer Energie bei Wechsel- und Drehstrom zuwenden, kann gesagt werden, dass es dabei keine Unterschiede gibt. In der Regel werden für die Landesversorgung Anlagen mit Drehstrom verwendet.

Bahnanlagen arbeiten besonders in jenen Ländern, die mit einer abweichenden Frequenz versehen wurden, mit einfachem Wechselstrom. Es sind zwei getrennte Stromnetze vorhanden.

Ein Stromnetz ist eine Verteilung der elektrischen Energie auf die Verbraucher. Diese Leitungen sind wie ein Netz über das Land verteilt worden und daher kommt auch der Name Stromnetz.

Speziell bei den Stromnetzen ist, dass sie mehrere Bereiche besitzen. Diese unter-scheiden sich bei der Spannung und sie sind mit Schnittstellen verbunden. Alleine die Frequenz ist dabei wichtig, denn die kann nicht kombiniert werden.

In den meisten Fällen sind Stromnetze als Freileitungen aufgebaut worden. Bei diesen werden die benötigten Leitungen an Masten aufgehängt. Dabei hängt die Bauform dieser Masten direkt von den Spannungen ab.

Diese müssen weit genug von Bauwerken und Leuten entfernt sein. Wo solche Frei-leitungen nicht umgesetzt werden können, benutzt man spezielle im Boden liegen-de Kabel. An der Bezeichnung ändert sich damit jedoch nichts.

Jedes Stromnetz auf der Welt besitzt eine definierte Spannung, die als Netz-spannung bezeichnet wird. Diese Netzspannungen unterliegen einer Norm und sie unterscheidet sich zwischen der Art der Leitungen.

Diese verteilen sich in solche zur Übertragung, solche zur Regionalversorgung und beim Netz für die Bevölkerung die Ortsverbindungen. Wo diese Werte umgespannt werden, erfahren wir später.

Die Netzspannung ist eine Nennspannung. Diese gibt den in der Regel in den Leit-ungen anliegenden Wert an. Da aber jede Freileitung wegen den Widerständen einem Verlust unterworfen ist, kann sich wegen dem Spannungsabfall der Wert ändern.

In der nachfolgenden Tabelle wollen wir die Nennspannungen am Beispiel der Schweiz ansehen und da gibt es durchaus Unterschiede bei den Anlagen für den Bahnstrom.

Sie erkennen anhand der Tabelle schnell, dass in der Schweiz bei den Netzen für die Landesversorgung mehr Ebenen vorhanden sind, als das beim Bahnstrom der Fall ist. Das hängt in erster Linie mit der Belastung und dem Aufbau dieser Netze zusammen. Etwas näher ansehen wollen wir uns nun kurz die Ebenen. Ebene 2 ist im regionalen Bereich zu finden. einzelne Kantone, oder grössere Städte sind hier angeschlossen worden.

Die Ebene 3 ist die Ortverbindung. Mit dieser gelangt die elektrische Energie in die Orte, oder aber bereits in die Quartiere. Ab der Ebene vier werden dann die einzelnen Häuser angeschlossen.

Sie sehen, es wird lange mit hohen Spannungen gearbeitet und wir wollen uns nun die Schnittstellen zwischen diesen Stromnetzen ansehen. Diese sind im Aufbau sehr unter-schiedlich aufgebaut worden und so lohnt sich ein genauer Blick.

Das Unterwerk: Das Unterwerk ist der Punkt zwischen den erwähnten Ebenen. In diesen Anlagen werden die Spann-ungen verändert und auch Schaltungen vorgenommen. Diese Anlagen sind oft im Freien und können erkannt werden.

Sie sind eingezäunt, denn diese Schaltanlagen arbeiten mit zugänglichen Kontakten und da soll man sich bekanntlich nicht nähern, dann so hohe Spannung fackeln einen Mensch einfach ab.

Oft werden Unterwerke auch als Umspannwerk bezeichnet. In diesem Fall wird hervorgehoben, dass in einem solchen Werk die Spannungen an das neue Netz angepasst werden. Ein Umspannwerk kann aber mehr als seine Bezeichnung es vermuten lässt, denn hier werden Schaltungen vorgenommen, die eine sichere Versorgung ermöglichen, denn bei Freileitungen kann immer wieder eine ausfallen.

Stromausfälle sind nervig, dass weiss jeder, der schon einmal davon betroffen ist. Mit dem Begriff wird der Umstand beschrieben, wenn die Leitung geöffnet wurde und der Strom nicht mehr fliessen kann. Im Bereich der Lampe ist ein Stromausfall vorhanden, wenn Sie diese mit dem Schalter im Sockel löschen. Wenn wir etwas grösser denken, sitzen Sie im Dunkeln, es gibt nur noch kaltes Essen und die Geburtenrate steigt.

Um das zu verhindern, werden Speisepunkte ge-schaffen. Diese sind dazu vorgesehen, die einzelnen Bereiche mit Energie zu versorgen.

Der grosse Vorteil dabei ist, dass durch den hier vorhandenen Schalter nur dieser Speisepunkt von einem Stromausfall betroffen ist.

Andere Bereiche können normal betrieben werden. In einem Unterwerk können diese Speisepunkte teil-weise auch auf andere Leitungen geschaltet wer-den.

Die Trafostation: Die Trafostation ist ein kleines Umspannwerk, hier sind keine Umschaltungen mehr möglich. Es gibt bei modernen Trafostationen zwar Speisepunkte, aber auch nicht mehr.

Zu finden sind diese in Ortschaften und damit ver-lassen wir kurz den Bahnstrom, denn die Sache ist so spannend, dass wir schnell hinsehen müssen. Der Grund ist, dass viele Jahre die Trafostation zum Ortsbild gehörte.

Es waren hohe Gebäude, bei denen oben Leitungen angeschlossen waren. Diese Leitungen stammten oft von den regionalen Netzen und ein Transformator passte die Spannung an. Es gab sie in jedem Dorf. Bevor Sie nun durch ihre Ortschaft rennen und die Trafostation suchen, kann ich versichern, dass die meisten davon verschwunden sind, oder anders genutzt werden. Moderne Anlagen sind in den Boden verlegt worden und können nicht erkannt werden.

Zudem sind diese Anlagen so nahe in den Quartieren angesiedelt worden, dass bei einer grösseren Überbauung auch ein Raum für die Trafostation geschaffen werden muss. Damit sind wir bei Ihnen in der Wohnung angelangt und wir sollten uns dem Bahnstrom zuwenden. Wer sich noch an die Tabelle erinnert, weiss bereits, dass dieses Netz nur zwei Ebenen besitzt. Die Ebene 3 ist zugleich die Versorgung der Fahrleitung.

Die Tabelle zeigt einige Anlagen des Bahnstromes. Auch wenn hier die Spannungen grosse Abweichungen haben. Wir befinden uns bei allen in der Ebene 3. Wenn Sie aus auch nicht glauben, denn oft sind die Spannung überraschen gering ausgefallen und daher müssen wir genauer hinsehen und dazu sind die aufgeführten Frequenzen wichtig. Diese sind auch der Grund, warum ich vorher beim Landesnetz angefangen hatte.

Nur bei Bahnen, die mit einer Frequenz von 16.7 Hertz arbeiten, ist auch ein eigenes Bahnstromnetz vorhanden. Alle anderen mit Wechselstrom betriebenen Bahnen sind am Landesnetz ange-schlossen worden.

Dabei ist dazu meistens ein Unterwerk vorhanden. In diesem wer-den dann die Spannungen an die Fahrleitung angepasst. Das führt dazu, dass diese deutlich weniger Aufwand betrieben müssen und so wird heute neu mit 50 Hertz gearbeitet.

Die Hinweise, die ich bei dem Bahnen mit 50 Hertz gemacht habe, gelten auch für die Fahrleitungen mit Gleichstrom. Nur früher waren solche Anlagen mit einem eigenen Netz versehen worden. Moderne Fahrleitungen für Gleichstrom werden direkt am Landesnetz angeschlossen. So kann man die eigenen Leitungen sparen, denn die Spannungen sind hier oft klein. Die 3000 Volt in Italien ist schon ein sehr hoher Wert für Gleichstrom.

In einer Gleichrichterstation wird dann aus dem Drehstrom des Landesnetzes der für die Bahn benötigte Gleichstrom. Wir haben hier die vom Unterwerk her bekannten Funktionen, aber zusätzlich wird noch der Gleichstrom hergestellt. Wir sind nun auch bei diesen Bahnen im Bereich der Fahrleitungen und dabei bei den Verbrauchern angelangt. Nach vielen Worten, kommt jetzt das Dach der Eisenbahn.

Stopp!! Bevor wir loslegen, bei den Fahrleitungen gibt es verschiedene Bauformen. Eine davon ist so gelungen, dass sie in verschiedenen Ausführungen überall auf der Welt verbaut wird. Wenn Sie diese kennen lernen möchten, dann können Sie hier klicken und direkt dazu wechseln. Wenn Sie etwas mehr erfahren möchten, dann lohnt sich ein Blick auf die besonderen Bauformen der Fahrleitung. Zu jeder gibt es dann noch die passenden Stromabnehmer.