Netztechnologien

Freileitungen und Erdkabel

Ob eine Hochspannungsleitung als Freileitung gebaut oder in Form eines Kabels in den Boden verlegt werden soll, wird auf Grundlage verschiedenster Kriterien entschieden. Deshalb prüft Swissgrid bei jedem Netzprojekt Varianten mit Kabel und Freileitung.

Auf Höchstspannungsebene (220 kV und 380 kV) wird der Strom bislang weitgehend über Freileitungen transportiert. Die Luft dient dabei als optimaler Isolator. Die durch den Stromfluss entstehende Wärme kann gut an die Umwelt abgegeben werden. Im Winter lässt sich wegen den tieferen Temperaturen deutlich mehr Strom als im Sommer transportieren.

Bis zu einer Spannung von 150 kV werden, sofern möglich, Erdkabel eingesetzt. In diesen niedrigeren Spannungsebenen sind die Erdkabel breit erprobt. Verlässliche Erfahrungswerte auf der Höchstspannungsebene mit Distanzen über einem Kilometer Länge liegen hingegen noch zu wenig vor.

Freileitung
1/5: Eine Freileitung besteht aus der Gesamtheit aller Phasen- und Erdleiter auf einem Tragwerk und wird oberirdisch geführt. Zur Energieübertragung auf der Höchstspannungsebene wie z.B. 220 und 380 Kilovolt setzt man weltweit überwiegend Freileitungen ein. Als Isolation dient die den Leiter umgebende Luft.
Rohrblock
2/5: Betonrohrblöcke werden in offener Bauweise in ca. 1 - 2 m Tiefe verlegt. Die Breite des Kabelgrabens beträgt ca. 5 m. Für den Bau ist eine minimale Breite von ca. 25 m notwendig
Tunnelbau
3/5: Um Erdkabel grabenlos zu verlegen, werden im Stollenbau oder Pressvortrieb Tunnel von ca. 3 - 4 m Durchmesser gebaut. Die Kabel werden auf speziellen Kabelträgern geführt.
Gesteuerte Bohrung
4/5: Ein richtungsgesteuerter Bohrkopf untergräbt oberflächliche Hindernisse. Damit diese nicht einstürzen, wird stabilisierende Flüssigkeit hinter den Bohrkopf gepumpt und Leerrohre für die Kabel werden eingezogen. Diese Bauweise eignet sich für kurze Distanzen wie die Unterquerung von Gewässern oder Strassen.
5/5: Übergang Freileitung Kabelstrecke: Kommen unterschiedliche Technologien innerhalb einer Leitung zur Anwendung, gilt es zusätzliche Faktoren zu berücksichtigen. Dazu gehört, dass die Trasseeführung anspruchsvoller wird. Denn für die Verbindung der Erdkabel mit der Freileitung ist jeweils ein Übergangsbauwerk in der Grösse eines Eishockeyfeldes notwendig. Bei der Platzierung von Übergangsbauwerken sowie bei der Trasseeführung des Kabelgrabens stellen z.B. die Querung von bestehenden (Verkehrs­) Infrastrukturen beachtliche Herausforderungen für Projektierung und Umsetzung dar.

Schaltanlagen und Transformatoren

Unterwerke gehören zu den wichtigsten Elementen im Höchstspannungsnetz, denn sie sind die Knotenpunkte des Stromnetzes. Unterwerke bestehen aus Transformatoren und Schaltanlagen. Das Höchstspannungsnetz von Swissgrid umfasst 125 Unterwerke, in denen 147 Schaltanlagen und 21 Transformatoren untergebracht sind. Jedes Unterwerk hat also eine Schaltanlage, aber nicht alle Unterwerke haben einen Transformator.

Wichtige Elemente im Übertragungsnetz

Die Schaltanlagen in den Unterwerken verbinden die Höchstspannungsleitungen miteinander. Durch Schalthandlungen können die Operateurinnen und Operateure in den Swissgrid Netzleitstellen in Aarau und Prilly die Leitungen trennen oder verbinden. So werden die Energieflüsse gesteuert, Überlastungen verhindert und Leitungen können für Revisionsarbeiten ausgeschaltet werden. Die Unterwerke verfügen auch über installierte Schutzsysteme. Diese schalten im Fehlerfall (z.B. Blitzeinschlag in eine Leitung) die betroffenen Netzteile gezielt ab.

Grafische Darstellung eines Unterwerks mit Transformatoren
Grafische Darstellung eines Unterwerks mit Transformatoren: Die Unterwerke werden von den Netzleitstellen in Aarau und Prilly aus gesteuert. Bei Bedarf können die Anlagenverantwortlichen aber die Kontrolle über die Unterwerke übernehmen und die Abschaltung vor Ort durchführen.

1 Transformator

Der Transformator ist das Herzstück des Netzes. Transformatoren erhöhen oder reduzieren die Spannung von elektrischer Energie bzw. den Strom. Denn je höher die Spannung ist, desto geringer sind die Verluste entlang der Stromleitungen. Das Höchstspannungsnetz hat eine hohe Spannung, um Energie möglichst verlustarm über grosse Entfernungen zu transportieren. Die 21 Swissgrid Transformatoren verbinden das 380-kV- mit dem 220-kV-Netz. Bis die von den Kraftwerken produzierte Energie für die Endverbraucherinnen und Endverbraucher nutzbar ist, wird die Spannung auf 400 oder 230 Volt reduziert.

Transformator

2 Sammelschiene

Eine Sammelschiene dient der Verbindung der in einem Unterwerk zusammentreffenden Höchstspannungsleitungen. Über die sogenannten Schaltfelder kann die Energie der verschiedenen Höchstspannungsleitungen über die Sammelschienen verteilt werden, wodurch der Leistungsfluss im Netz gesteuert wird.

Sammelschiene

3 Trennschalter

Der Trennschalter trennt den Freileitungsstromkreis und die Schaltanlage sichtbar voneinander. Durch das Trennen ist das Netzelement ohne Spannung, die tatsächliche Abschaltung übernimmt aber der Leistungsschalter.

Trennschalter

4 Leistungsschalter

Die Leistungsschalter ermöglichen das Zu- oder Abschalten von Elementen des elektrischen Netzes. Das heisst, sie können Leitungen oder Kraftwerke vom Netz trennen und damit spannungsfrei machen oder mit dem Netz verbinden. Leistungsschalter und Trennschalter werden von den Netzleitstellen aus gesteuert.

Leistungsschalter

5 Messwandler

Messwandler gehören zu den Kontrollinstrumenten der Schaltanlage. Sie messen die Spannung sowie die Stromstärke. Die Messwerte werden an die örtlich installierten Schutz- und Leittechnikeinrichtungen sowie an die Netzleitstellen von Swissgrid in Aarau und Prilly übermittelt. Die dortigen Fachleute von Swissgrid erkennen, unter anderem anhand dieser Werte, die aktuelle Netzsituation. Bei Bedarf können die notwendigen Massnahmen eingeleitet werden.

Messwandler

6 Abspanngerüst

Das Abspanngerüst ist ein in Gitterkonstruktion ausgeführtes Portal, an dem die Seile der Freileitungen befestigt und abgespannt und so stabilisiert werden. Diese Konstruktion trägt das Eigengewicht der Seile und nimmt die Kräfte auf, die durch Wind und Eis auf die Seile wirken.

Abspanngerüst

7 Überspannungsableiter

Der Überspannungsableiter schützt die wesentlichen Bauteile der Schaltanlage vor zu hohen elektrischen Spannungen, die beispielsweise bei einem Blitzschlag auftreten können. So bewahrt er Anlagenteile wie etwa die Transformatoren vor Schäden, ohne die Versorgung zu unterbrechen.

Überspannungsableiter

8 Erdungsschalter

Ein Erdungsschalter erdet einen abgeschalteten und damit spannungsfreien Anlagenteil. Er verhindert, dass es durch Aufladung der ausgeschalteten Teile zu Gefährdungen kommt. In Kombination mit den Leitungstrennschaltern lässt sich dadurch eine sichere Arbeitsumgebung in der Schaltanlage schaffen.

Erdungsschalter

9 Betriebsgebäude / Notfallgenerator

Im Betriebsgebäude befindet sich die Schutz-, Leit- und Nachrichtentechnik. Hier laufen die Messwerte der gesamten Schaltanlage zusammen, sodass alle Elemente sehr schnell gesteuert und kontrolliert werden können. Ausserdem beherbergt das Betriebsgebäude eine eigene Stromversorgung inklusive Batterieanlagen. Sie tragen dazu bei, den störungsfreien Betrieb der Schaltanlage jederzeit zu gewährleisten.

Betriebsgebäude / Notfallgenerator

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