Übertragungsleitungen

Eine Stromleitung erfüllt die wichtige Funktion, elektrische Energie von Erzeugungs-Unterstationen zu verschiedenen Verteilungseinheiten zu übertragen. Sie leitet effektiv Spannungs- und Stromwellen von einem Ende zum anderen. Strukturell besteht eine Stromleitung aus einem Leiter, der entlang seiner gesamten Länge ein konstantes Querschnittsprofil aufweist. Die Luft fungiert als isolierendes oder dielektrisches Medium zwischen den Leitern und spielt eine entscheidende Rolle, um elektrische Leckage zu verhindern und die sichere und effiziente Übertragung von Elektrizität sicherzustellen.

Aus Sicherheitsgründen wird ein beträchtlicher Abstand zwischen der Stromleitung und dem Boden gehalten. Elektrische Turmwerke werden verwendet, um die Leiter der Stromleitung zu stützen. Diese Türme werden aus Stahl gebaut, um den Leitern hohe Stärke und Stabilität zu verleihen und eine zuverlässige Energieübertragung zu gewährleisten. Bei der Übertragung von Hochspannung über weite Strecken wird oft Hochspannungs-Gleichstrom (Hochspannungs-Gleichstrom, HVDC) in Stromleitungen eingesetzt, aufgrund seiner einzigartigen Vorteile bei der Minimierung von Verlusten und der Verbesserung der Übertragungseffizienz.

Parameter der Stromleitung

Die Leistungsfähigkeit einer Stromleitung hängt von ihren inhärenten Parametern ab. Eine Stromleitung hat hauptsächlich vier Schlüsselparameter: Widerstand, Induktivität, Kapazität und Schuntleitwert. Diese Parameter sind gleichmäßig entlang der gesamten Länge der Leitung verteilt, weshalb sie auch als verteilte Parameter der Stromleitung bezeichnet werden. Jeder dieser Parameter spielt eine entscheidende Rolle bei der Bestimmung, wie elektrische Signale und Energie übertragen werden, und beeinflusst Aspekte wie Energieverluste, Spannungsabfall und Signalintegrität.

Die Induktivität und der Widerstand bilden zusammen den Serienimpedanz, während die Kapazität und der Leitwert gemeinsam den Schuntadmittanz bilden. Im Folgenden werden einige der kritischen Parameter einer Stromleitung detailliert erklärt:

Leitunginduktivität

Wenn Strom durch eine Stromleitung fließt, induziert er einen magnetischen Fluss. Wenn der Strom innerhalb der Stromleitung schwankt, ändert sich auch der magnetische Fluss entsprechend. Diese Änderung des magnetischen Flusses führt zur Induktion einer elektromotorischen Kraft (emf) im Schaltkreis. Die Größe der induzierten emf ist direkt proportional zur Änderungsrate des magnetischen Flusses. Die in der Stromleitung erzeugte emf wirkt dem Stromfluss durch den Leiter entgegen, und diese Eigenschaft wird als Leitunginduktivität bezeichnet.

Leitungskapazität

In Stromleitungen dient die Luft als dielektrisches Medium. Dieses dielektrische Medium bildet effektiv einen Kondensator zwischen den Leitern, der die Fähigkeit hat, elektrische Energie zu speichern und somit die Leitungskapazität zu erhöhen. Die Kapazität eines Leiters wird definiert als das Verhältnis der vorhandenen Ladung zur Spannungsdifferenz an ihm.

Bei kurzen Stromleitungen kann der Effekt der Kapazität oft als vernachlässigbar angesehen werden. Bei langstreckiger Übertragung wird sie jedoch zu einem der wichtigsten Parameter. Sie beeinflusst erheblich verschiedene Aspekte des elektrischen Systems, einschließlich dessen Effizienz, Spannungsregelung, Leistungsfaktor und allgemeiner Stabilität.

Schuntleitwert

Luft fungiert als dielektrisches Medium zwischen den Leitern in einer Stromleitung. Wenn eine Wechselspannung auf die Leiter angelegt wird, fließt aufgrund von Unvollkommenheiten im Dielektrikum ein bestimmter Strom durch das dielektrische Medium. Dieser Strom wird als Leckstrom bezeichnet. Die Größe des Leckstroms wird von atmosphärischen Bedingungen und Umweltfaktoren wie Feuchtigkeit und Oberflächenablagerungen beeinflusst. Der Schuntleitwert wird definiert als der Fluss dieses Leckstroms zwischen den Leitern. Er ist gleichmäßig entlang der gesamten Länge der Leitung verteilt, wird durch das Symbol "Y" dargestellt und in Siemens gemessen.

Leistungsfähigkeit von Stromleitungen

Der Begriff der Leistungsfähigkeit von Stromleitungen umfasst die Berechnung verschiedener Parameter, darunter die Spannung am Einspeiseende, der Strom am Einspeiseende, der Leistungsfaktor am Einspeiseende, Energieverluste in den Leitungen, Übertragungseffizienz, Spannungsregelung sowie die Grenzen des Energiestroms sowohl unter stationären als auch transienten Bedingungen. Diese Leistungsrechnungen spielen eine entscheidende Rolle in der Planung elektrischer Systeme. Einige dieser Schlüsselparameter werden im Folgenden näher erläutert:

Spannungsregelung

Die Spannungsregelung wird definiert als der Unterschied in der Größe der Spannung zwischen dem Einspeise- und dem Empfangsende einer Stromleitung.

Wichtige Punkte

Admittanz ist ein wichtiger elektrischer Parameter, der die Fähigkeit eines elektrischen Schaltkreises, insbesondere die Effizienz einer Stromleitung, quantifiziert, den ungestörten Fluss von Wechselstrom (AC) zu ermöglichen. Ihre SI-Einheit ist Siemens, und sie wird üblicherweise durch das Symbol "Y" dargestellt. Im Wesentlichen bedeutet ein höherer Admittanzwert, dass der Schaltkreis oder die Stromleitung weniger Widerstand gegen den Fluss von AC bietet und den Strom freier passieren lässt.

Im Gegensatz dazu ist Impedanz der Kehrwert der Admittanz. Sie misst den Gesamtwiderstand, den eine Stromleitung dem Fluss von AC entgegensetzt. Wenn AC eine Stromleitung durchläuft, berücksichtigt die Impedanz die kombinierten Effekte von Widerstand, induktiver Reaktanz und kapazitiver Reaktanz, die zusammen einen Hindernis für den Stromfluss schaffen. Impedanz wird in Ohm gemessen und durch das Symbol "Z" dargestellt. Ein höherer Impedanzwert bedeutet, dass es für den AC schwieriger ist, durch die Leitung zu fließen, was zu reduzierten Stromwerten und möglichen Energieverlusten führt.