Freileitung

Eine Freileitung ist eine elektrische Leitung, bei der als Leiter nicht-isolierte Leiterseile verwendet werden. Freileitungen müssen aus Sicherheitsgründen (Gefahr von elektrischen Schlägen) eine Mindesthöhe von vier Metern (für Spannungen unter 1000 Volt, für höhere Spannungen muss der Bodenabstand einer Freileitung größer sein) über dem Boden besitzen. Sie werden an Isolatoren auf Freileitungsmasten aufgehängt. Für Freileitungen mit Spannungen unter 50 kV kommen Holz-, Beton-, Stahlrohr- und Stahlfachwerkmaste zum Einsatz. Für Spannungen über 50 kV werden zumindest in Europa meist Stahlfachwerkmaste verwendet. Allerdings werden für Leitungen der 110-kV-Spannungsebene zunehmend Stahlrohrmaste eingesetzt. Es ist in Deutschland und Österreich prinzipiell zulässig, Freileitungen zu bauen, die unter einer Talbrücke hindurchführen. Man findet eine derartige Unterquerung bei der Körschtalbrücke nahe Esslingen am Neckar.

Energieübertragung

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Freileitungen sind nicht mit Luftkabeln zu verwechseln. Bei Luftkabeln wird ein isoliertes Kabel auf Masten verlegt. Luftkabel können, da sie isoliert sind, ohne Isolatoren am Mast befestigt werden. Bei beiden Arten kann Schnee anfrieren und im Zusammenspiel mit Wind im Extremfall zum Abriss der Leitung oder Einbrechen von Masten führen.

Für Spannungen über 50 kV ist aber auch heute und in absehbarer Zeit die Freileitung im Regelfall die wirtschaftlichste Form der Stromleitung, denn Freileitungen können im Winter, wenn der Stromverbrauch sehr hoch ist, wegen der Kühlung durch die umgebende Luft sehr hoch belastet werden.

Leiterseil

Leiterseile von Freileitungen bestehen aus Kupfer, Aldrey und Verbundseilen aus Stahl und Aluminium. Letztere haben wegen ihrer geringeren Dichte bei gleichem Gewicht einen größeren Querschnitt und dadurch einen höheren Leitwert als Kupferseile und werden deshalb bei Hochspannungsleitungen bevorzugt eingesetzt. Für Spannungen über 110 kV werden häufig, um Koronaerscheinungen zu vermeiden, so genannte Bündelleiter eingesetzt. Bündelleiter bestehen aus mehreren mittels Abstandhaltern verbundenen Leiterseilen. Für 230-kV-Leitungen werden meist Zweierbündel, für 400-kV-Leitungen meist Dreier- oder Viererbündelleiter verwendet.

Zum Enteisen von Freileitungen im Winter können sogenannte Abtauschaltungen eingesetzt werden.

Ein typisches Leiterseil einer Hochspannungsleitung (110 kV) besteht aus einem siebenadrigen Stahlkern mit einer Gesamtquerschnittsfläche von 60 mm², der von einem Geflecht aus 30 Aluminiumadern mit einer Gesamtfläche von 257 mm² ummantelt ist. Bei einem Nennstrom von 560 A je Leitung ergibt sich bei 6 Leitern eine Leistung von 215 MW. Mit einer 400-kV-Leitung mit 1.300 A je Außenleiter lassen sich über 900 MW übertragen.

Erdseil

Freileitungen mit Betriebsspannungen über 50 kV (in manchen Fällen auch darunter) werden in der Regel mit einem Erdseil ausgerüstet. Ein Erdseil ist ein an der Mastspitze befestigtes elektrisch leitfähiges Seil, welches die Leitung vor Blitzeinschlägen schützen soll. In den Erdseilen ist oft noch ein Lichtwellenleiter eingebettet, welcher zur Datenübertragung genutzt werden kann. Die Energieversorger stellen diese Übertragungskapazitäten auch Telekommunikationsanbietern zur Verfügung.

Für höhere Ansprüche an den Blitzschutz werden Hochspannungsleitungen manchmal mit zwei Erdseilen ausgestattet. Diese befinden sich entweder an den äußersten Enden der obersten Traverse, an zwei v-förmigen Mastspitzen oder an einer separaten Erdseiltraverse.

Isolatoren

Als Isolatoren kommen für Spannungen bis ca. 50 kV hängende oder stehende Isolatoren zum Einsatz. Erstere können höhere Kräfte aushalten, letztere bieten eine zusätzliche Sicherheit, da im Fall eines Isolatorbruchs das Leiterseil auf den Mast fällt. Eine zusätzliche Bruchsicherheit kann durch Verwendung von zwei (oder mehr) parallelen Isolatoren erzielt werden. Für Spannungen über 50 kV werden nur hängende Langstabisolatoren verwendet. Als Isolatormaterial werden meist Glas oder Keramik verwendet. Für Spannungen über 200 kV werden häufig Kettenisolatoren, bestehend aus zwei bis vier Langstabisolatoren verwendet. Neuerdings werden insbesondere für Isolatoren für Spannungen über 100 kV auch Isolatoren aus hochfesten Kunststoff verwendet.

Mast

Siehe Freileitungsmast

Geräuschentwicklung

Vielen Menschen fällt bei Regen, Nebel, Schnee oder feuchtem Wetter ein tiefes Brummen oder Surren unter Hochspannungsleitungen auf. Dieses Geräusch wird durch zwei Effekte hervorgerufen. Zum einen durch Wassertropfen, die sich auf den Leitungskabeln befinden und ein niederfrequentes Geräusch erzeugen. Bilden sich Tropfen auf den Leitungen, werden diese durch die Frequenz des Stromes (50 Hz) zu Schwingungen angeregt. Ein zweites, höherfrequentes Geräusch entsteht durch Mikroentladungen in die Luft aufgrund der elektrischen Feldstärke um den Leiter. Diese höhere Frequenz ist abhängig von der Spannung, der Mast- und Armaturengeometrie.

Während die Wechselspannung der Leitung eine Frequenz von 50 Hz aufweist, wird der Tropfen mit jeder Halbwelle zu einer Frequenz von 100 Hz, also dem Doppelten angeregt. Er ändert dabei seine Gestalt während einer Schwingungsperiode 2 mal von der ursprünglichen Kugelform in eine längliche Form und wieder zurück. Dabei verursacht er die Aussendung einer Schallwelle infolge der Kollision mit den ihn umgebenden Luftmolekülen. Je mehr Wassertropfen an der Leitung hängen, desto lauter wird das Brummen. Die Lautstärke des Brummens ist zudem von der Größe der Wassertropfen abhängig, wobei größere Tropfen ein lauteres Geräusch erzeugen. Die wahrgenommene Frequenz liegt also ziemlich genau bei 100 Hz, wird aber von zusätzlichen Faktoren beeinflusst. Bei Masten mit Drehstromnetz, dies umfasst mindestens drei Aussenleiter auf einem Mast, wird die ausgesendete Frequenz der Wassertropfen nicht durch zeitversetzte Phasenabfolge der einzelnen Leiter beeinflusst, es bleibt also bei 100 Hz. In Ländern mit 60 Hz Stromnetz liegt die hörbare Frequenz bei 120 Hz.

Man versucht nun mit geeigneten Beschichtungen oder Oberflächenstrukturen, den Wasserablauf zu begünstigen beziehungsweise die Tröpfchengröße klein zu halten.

Fernmeldetechnik

Bild:Telegrafenmast.jpg|Freileitung mit mehreren Querträgern Image:Freileitung-233-3342 IMG.JPG|Übergang von Erdkabel zu Freileitung Image:Freileitung-233-3326 IMG.JPG|Querträger einer Freileitung

Eine Freileitung ist in der Fernmeldetechnik eine über Telefonmaste geführte Leitung, deren Drähte nicht isoliert sind. Um sie an den Masten zu befestigen, werden Isolatoren aus Glas, Keramik oder Plastik verwendet. Kurzschlüsse zwischen den Drähten werden dadurch vermieden, dass ein Mindestabstand zwischen ihnen eingehalten wird. Das Telefonnetz in Deutschland ist unter hohen Kosten auf Erdkabel (und gelegentlich auch Luftkabel) umgerüstet worden, da Freileitungen oft durch Witterungseinflüsse gestört werden: Stürme werfen Masten um, die Drähte können vereisen und wegen ihres Gewichtes reißen, etc. Freileitungen zum Zweck der Nachrichtenübermittlung sind in Deutschland und dem westlichen Kontinentaleuropa inzwischen fast vollständig verschwunden. Man findet sie nur noch gelegentlich für Leitungen des bahninternen Telefonnetzes (BASA) entlang nichtelektrifizierter Nebenbahnen.

Unterentwickelte Länder, aber auch reiche Länder wie beispielsweise Großbritannien, die USA und Japan haben große Teile ihrer Teilnehmeranschlussleitungen noch als Freileitungen ausgeführt. Bei den beiden letztgenannten Ländern hat dies vor allem Kostengründe, denn nach den dort häufig auftretenden Naturkatastrophen wie Erdbeben oder Stürmen ist eine Instandsetzung von Erdkabeln wesentlich aufwendiger und teurer als das Verspannen neuer Freileitungsdrähte. Wegen der Antennenwirkung von Freileitungen können diese auch Amateurfunk und CB-Funk einfangen. Während der normale Telefonverkehr davon eigentlich nicht beeinträchtigt wird, kann aber eine DSL-Übertragung davon gestört werden, wenn Funk und DSL dieselben Freqenzbereiche verwenden.

Weitere Anwendungen

Eine besondere Form der Freileitung sind die Oberleitungen und Stromschienen elektrischer Bahnen, denn diese müssen für die Entnahme von elektrischer Energie durch den Stromabnehmer von Schienenfahrzeugen ausgestattet sein. Auch zur Speisung von Sendeantennen, insbesondere von Antennen sehr leistungsfähiger Sender für Lang-, Mittel- und Kurzwelle werden gelegentlich Freileitungen verwendet. Hierfür wird oft eine Reusenleitung verwendet. Bei einer Reusenleitung sind die Leiterseile für die Speisung des Erdnetzes der Sendeantenne auf der Außenseite eines Ringes angebracht, während im Innern des Ringes, an Isolatoren befestigt, die unter Hochspannung stehende Speiseleitung der Antenne verläuft.

Nutzung des Gebietes unter einer Freileitung

Das Gebiet unter einer Freileitung kann für die meisten Zwecke genutzt werden, bei denen nicht die Gefahr besteht, daß Objekte die mit dem Erdboden verbunden sind in die Nähe der Leiterseile geraten können oder bei denen die Gefahr besteht, daß durch die Nutzungsweise die Leiterseile, Isolatoren oder Mastkonstruktionen Schaden nehmen können. Allerdings kann es unter Freileitungen zu Beeinträchtigungen des Funkempfangs - insbesondere beim Empfang von Signalen mit Frequenzen unter 10 MHz bei Einsatz von Stabantennen kommen. Wenn es nicht möglich ist, die Empfangsantenne zu verlegen, dann sollte man in diesem Fall magnetische Antennen (Rahmen- oder Ferritantennen) verwenden. Bei der baulichen Nutzung des Areals unter Freileitungen ist daran zu denken, daß im Winter Eisansatz an den Masten und Leiterseilen stattfinden kann und dass herabfallende Eisbrocken unter Umständen Gebäudeschäden verursachen können.

Die in Deutschland für den ständigen Aufenthalt von Menschen (Wohnnutzung) geltenden Grenzwerte für das elektrische bzw. magnetische Feld werden je nach Bauweise und Höhe der Leiterseile teils eingehalten, teils überschritten. Gemäß mehreren epidemologischen Studien besteht allerdings der Verdacht, dass regelmäßig einwirkende Magnetfelder auch deutlich unterhalb des geltenden Grenzwerts von 100 Mikrotesla gemäß 26. BImSchVO das Risiko von Krebserkrankungen erhöhen, insbesondere von Leukämie. Eine magnetfeldarme Bauweise kann durch eine Leitergeometrie mit möglichst guter gegenseitiger Kompensation der Magnetfelder verschiedener Leiterseile erreicht werden. Möglicherweise führt auch die Aufladung von Staubteilchen im Leitungsbereich infolge von Coronaeffekten zu gesundheitlichen Risiken. Geringere Corona kann durch einen größeren Leiterdurchmesser und vor allem die Aufteilung eines Leiterseils in Bündelleiter erreicht werden; vorgeschlagen wurde auch die Umhüllung der Leiter mit einem leitenden Kunststoffmaterial.

Sicherheitsratschläge

Im Umfeld von Freileitungen (und auch von Funktürmen, insbesondere von selbststrahlenden Sendemasten) ist es verboten und gefährlich, Drachen oder Fesselballone aufsteigen zu lassen, da durch die Leine, insbesondere im feuchten Zustand, gefährliche Ströme fließen können. Auch ist insbesondere bei tiefhängenden Freileitungen Vorsicht im Umgang mit langen Stangen oder Leitern geboten, insbesondere wenn diese aus elektrisch leitfähigen Material sind. Unter Freileitungen soll man keine Kraftfahrzeuge betanken oder Behälter mit brennbarer Flüssigkeit umfüllen.

Geschichte

Die erste Freileitung der Welt baute der Physiker Stephen Gray am 14. Juli 1729, um zu zeigen, dass man Elektrizität übertragen kann. Er verwendete als Leiter feuchte Hanfschnüre, die an Bohnenstangen befestigt waren. Allerdings gab es erste praktische Anwendungen von Freileitungen im Rahmen der Telegrafie. 1882 wurde die erste Freileitungsübertragung mit Hochspannung zwischen München und Miesbach durchgeführt, wobei Gleichstrom mit einer Spannung von 2 kV verwendet wurde. 1891 erfolgte der Bau der ersten Drehstromfreileitung anlässlich der internationalen Elektrizitätsausstellung in Frankfurt/Main zwischen Lauffen und Frankfurt am Main. 1912 ging die erste 110-kV-Freileitung und 1923 die erste 220-kV-Freileitung in Betrieb. In den 1920er Jahren baute die RWE AG das erste Freileitungsnetz für diese Spannung, welches zum Teil schon für 380 kV ausgelegt war (Nord-Süd-Leitung) und zu dem auch die 1926 gebaute Rheinkreuzung bei Voerde mit zwei 138 Meter hohen Masten gehörte. 1957 ging in Deutschland die erste 380-kV-Freileitung in Betrieb (zwischen dem Umspannwerk Hoheneck und Rommerskirchen). Im gleichen Jahr ging in Italien die Freileitungsquerung der Straße von Messina in Betrieb, deren Maste als Vorbild für die Tragmaste der Elbekreuzung 1 dienten und bis zum Bau der Elbekreuzung 2 in der zweiten Hälfte der 1970er Jahre die höchsten Freileitungsmaste der Welt waren. Ab 1967 wurden in Russland, den USA und Kanada Freileitungen für Spannungen von 765 kV gebaut. 1982 wurde in Russland zwischen Elektrostahl und dem Kraftwerk Ekibastusz eine Drehstromleitung mit 1200 kV gebaut. 1987 erfolgte in China der Bau der bisher höchsten Freileitungsmaste der Perlfluss-Freileitungskreuzung.

Siehe auch: Freileitungsmast, Tragmast, Abspannmast, Erdschluss.

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