Strom entsteht im Kraftwerk und muss manchmal hunderte Kilometer zurücklegen, bevor er aus der Steckdose kommt. Das funktioniert nur dank eines physikalischen Tricks: Hochspannung.
Das Problem
Verluste auf langen Strecken: Jedes Kabel hat einen elektrischen Widerstand. Fliesst Strom durch einen Widerstand, entsteht Wärme – und Wärme ist Energie, die verloren geht. Je mehr Strom durch ein Kabel fliesst, desto mehr Wärme entsteht. Das ist das Grundproblem beim Stromtransport über weite Distanzen.
Die Lösung
Spannung erhöhen, Stromstärke senken: Elektrische Leistung ergibt sich aus Spannung multipliziert mit Stromstärke. Dieselbe Leistung lässt sich also entweder mit hoher Stromstärke und tiefer Spannung oder mit tiefer Stromstärke und hoher Spannung übertragen. Der Unterschied liegt in den Verlusten: Da die Wärmeentwicklung von der Stromstärke abhängt, sind bei hoher Spannung und tiefer Stromstärke die Verluste deutlich geringer. Wie Spannung, Stromstärke und Leistung zusammenhängen, haben wir in einem früheren Beitrag dieser Serie gezeigt.
Ein konkretes Beispiel: Um 1000 Megawatt Leistung bei 230 Volt zu übertragen, bräuchte man rund 4,3 Millionen Ampere. Ein Kabel, das so viel Strom führen kann, müsste mehrere Meter dick sein. Bei 380'000 Volt dagegen reichen rund 2600 Ampere. Das ist mit vertretbarem Aufwand realisierbar. (Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass es sich bei dieser Rechnung um eine Vereinfachung handelt, da nur mit 1 Phase gerechnet wird. Im Stromnetz wird mit 3 Phasen gearbeitet, wodurch rechnerisch andere Werte entstehen. Das Grundprinzip ist aber dasselbe.)
Das Wechseln zwischen verschiedenen Spannungsebenen ermöglicht der Transformator. Er besteht im Kern aus zwei Spulen, die um einen gemeinsamen Eisenkern gewickelt sind. Das sich verändernde Magnetfeld der einen Spule induziert in der anderen eine Spannung. Je nach Windungsverhältnis der Spulen lässt sich die Spannung damit herauf- oder heruntersetzen.
Transformatoren gehören zu den effizientesten Maschinen überhaupt: Moderne Grosstransformatoren erreichen Wirkungsgrade von über 99 Prozent. Das ist bemerkenswert, weil die meisten anderen Energieumwandlungsmaschinen, wie Motoren, Turbinen, Verbrennungsmotoren, deutlich mehr Energie als Wärme verlieren.
Strom verlässt das Kraftwerk bereits mit erhöhter Spannung, in der Schweiz typischerweise zwischen 50'000 und 380'000 Volt. Er fliesst ins Übertragungsnetz von Swissgrid, das die gesamte Schweiz abdeckt und mit den Netzen der Nachbarländer verbunden ist. Dieses europäische Verbundnetz ermöglicht den grenzüberschreitenden Stromhandel und erhöht die Versorgungssicherheit.
Im Umspannwerk wird die Spannung auf die nächste Ebene heruntertransformiert, für das regionale Verteilnetz auf typischerweise 10'000 bis 50'000 Volt (im Netzgebiet der EBL auf 13'600 V). Von dort geht es weiter zum lokalen Netz, und schliesslich wird die Spannung nochmals auf die Haushaltsspannung von 230 Volt reduziert.
Die Netzebenen 1, 3 und 5 operieren mit den folgenden Spannungen:
Netzebene 1: Höchstspannungsnetz (220'000 - 380'000 V)
Netzebene 3: Hochspannungsnetz (36'000 - 150'000 V) (die EBL operiert auf Netzebene 3 mit 50'000 V)
Netzebene 5: Mittelspannungsnetz (1000 - 36'000 V) (die EBL operiert auf Netzebene 5 mit 13'600 V)
In wenigen Tagen: Wie funktioniert das Hochspannungsnetz in der Praxis – und welche Rolle spielt Swissgrid?
Dieser Artikel ist Teil unserer Serie «Energie einfach erklärt».