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Freileitung und Erdkabel

Freileitung und Erdkabel
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Für die Übertragung von elektrischer Energie gibt es grundsätzlich zwei Technologien: Freileitungen und Erdkabel. Welche dieser beiden Optionen eingesetzt werden kann, hängt zunächst von den rechtlichen Rahmenbedingungen ab. Die Freileitungstechnik ist der gesetzliche Standard. Ist per Gesetz zusätzlich die Option einer Teilerdverkabelung gegeben, werden beide Möglichkeiten im Einzelfall genau analysiert und abgewogen. Dies geschieht ebenfalls auf Basis gesetzlicher Auslösekriterien.

Schaubild Der Weg zur Technologie

Der gesetzliche Weg zur Technologie

Welche Technologie ist besser für Mensch und Umwelt?

Erdkabel beeinträchtigen das Landschaftsbild zwar weniger, dafür werden aber andere Schutzgüter stärker belastet als durch eine Freileitung, zum Beispiel Vegetation sowie ggf. Grundwasser und Boden. Die Umweltauswirkungen sind je nach Ausführung der Leitung verschieden und hängen in ihrem jeweiligen Umfang wesentlich von der konkreten Natur­raumausstattung vor Ort ab. Unter Umweltgesichtspunkten können daher weder Erdkabel noch Freileitung als grundsätzlich vorzugswürdig qualifiziert werden. Die Auswirkungen auf die Umwelt können jeweils durch geeignete Maßnahmen gemindert bzw. kompensiert werden.

Für Freileitungen spricht allerdings generell, dass sie über eine hohe Übertragungsleistung verfügen und vergleichsweise schnell und kostengünstig errichtet werden können – gerade in Zeiten steigender Strompreise von großer Bedeutung. Eine Erdverkabelung ist, je nach Übertragungskapazität und in Abhängigkeit von der Topografie sowie der Bodenbeschaffen­heit, vier- bis sogar siebenmal teurer als ein Freileitungsbau. Diese zusätzlichen Kosten würden die Kunden durch ihre Stromrechnung bezahlen müssen. Freileitungen halten zudem etwa 80 Jahre, während bei Erdkabeln erste Komponenten bereits nach 40 Jahren ausgetauscht werden müssen.

Eine Erdverkabelung ist wegen der vielen offenen technischen Fragen und der höheren Kosten derzeit in Deutschland zunächst nur in wenigen Pilotprojekten vorgesehen. Das Projekt Pirach – Pleinting ist ein solches Pilotprojekt für eine Teilerdverkabelung laut Bundesbedarfsplangesetz.

Freileitungen und Erdkabel im Zusammenspiel

Sofern Freileitungen und Erdkabelabschnitte bei einem Leitungsbauvorhaben zusammen­kommen, werden sogenannte Kabelübergangsanlagen benötigt. Diese technischen Anlagen sorgen dafür, dass der Strom von der einen auf die andere Leitungstechnologie übertragen werden kann.

Betriebsgebäude
Portal
Rohrverbindung
Überspannungsschutz
Eigenbedarfsversorgung
Kabelendverschluss
Kompensationsspule
Strom- und Spannungswandler
Leistungsschalter
Trennschalter

Betriebsgebäude

Im Betriebsgebäude laufen die Informationen aus allen Steuer- und Messeinrichtungen der Kabelübergangsanlage zusammen. Alle Steuerund Messewerte werden an die zentrale Schaltleitung übermittelt. Bei Bedarf können die elektrischen Geräte auch vor Ort überwacht und gesteuert werden. In den Schaltleitungen fließen die Informationen aus allen Umspannwerken, Leitungen und Kabelübergangsanlagen zusammen.

Portal

Als Portal wird ein Metallgerüst bezeichnet, das rund 27 Meter hoch ist und das Ende einer Freileitung und den Eingang zur Kabelübergangsanlage darstellt. Die gebündelten Freileitungsseile werden am Portal einzeln angehängt und weiter auf die Rohrverbindung geführt. Auf dem Portal werden drei etwa 10 Meter hohe Blitzschutzstangen montiert.

Rohrverbindung

Eine Rohrkonstruktion aus Aluminium stellt die elektrische Verbindung zwischen Freileitungsseil, Kabelendverschluss und ggf. Kompensationsspule her. Optional werden diese mit Trenn- und Leistungsschalter ergänzt, um Schalthandlungen in der Kabelübergangsanlage zu ermöglichen. Dies kann erforderlich sein, um das Netz sicher zu betreiben.

Überspannungsschutz

Überspannungsableiter erfüllen eine wichtige Schutzfunktion. Bei Gewitter werden atmosphärische Überspannungen infolge eines Blitzeinschlags mit Ableitern begrenzt. Dies sichert die Langlebigkeit der Kabelanlage und bewahrt Betriebsmittel und Verbindungselemente vor Schäden infolge zu hoher elektrischer Spannung. Darüber hinaus leiten Blitzschutzmasten in der Nähe der Kabeldurchführungen die Blitzeinschläge direkt zur Erde ab.

Eigenbedarfsversorgung

Der Betrieb der Prozess-, Leit- und Schutztechnik sowie diverser Nebenanlagen innerhalb der Kabelübergangsanlagen erfolgt über eine autarke Energieversorgung. Diese wird mittels sogenannter Power Voltage Transformer* aus dem Höchstspannungsnetz bereitgestellt. Dadurch kann grundsätzlich auf einen Anschluss an das örtliche Niederspannungsnetz verzichtet werden.

Kabelendverschluss

Mit dem Kabelendverschluss wird das unterirdisch verlegte Kabel mit der Rohrkonstruktion verbunden. Dabei wird das Kabel an einem Stahlgerüst aus dem Erdboden geführt und die Verbindung zur Rohrschiene über einen Isolator hergestellt. Der Isolator sorgt für den notwendigen Abstand, um elektrische Überschläge zu vermeiden. Gleichzeitig werden hier die im Kabel mitgeführten Lichtwellenleiter separiert.

Kompensationsspule

Abhängig von der Länge des Kabelabschnitts und der Beschaffenheit des angrenzenden Stromnetzes muss ggf. eine Kompensation der kapazitiven Blindleistung erfolgen. Dies ist erforderlich, um die Übertragungsverluste zu minimieren und das Netz sicher betreiben zu können. Hierzu werden an den Blindleistungsbedarf angepasste induktive Drosseln mit der Kabelanlage verschaltet. In diesem Fall braucht die Anlage mehr Platz (dargestellt sind luftisolierte Kompensationsspulen).

Strom- und Spannungswandler

Strom- und Spannungswandler sind Instrumente, die den Stromfluss und die Spannung messen. Sie sind in die Anlage integriert und geben die erfassten Werte über die Prozess- und Leittechnik an die Schutzeinrichtung, Zähler und Schaltleitung weiter.

Leistungsschalter

Mit dem Leistungsschalter werden die einzelnen elektrischen Verbindungen im Betrieb ein- und ausgeschaltet. Dabei werden nicht nur die Betriebsströme, sondern auch die im Fehlerfall sehr hohen Kurzschlussströme, sicher unterbrochen. Der Schalter trennt bzw. stellt elektrische Verbindungen im Millisekundenbereich her, indem die Kontakte mit sehr hoher Geschwindigkeit bewegt werden.

Trennschalter

Trennschalter sind mechanische Schaltgeräte, die eine deutlich sichtbare, räumliche Trennstrecke zwischen den elektrischen Komponenten herstellen. Diese Trennstrecke stellt sicher, dass kein elektrischer Überschlag stattfinden kann und Anlagenbereiche somit sicher voneinander getrennt sind. Die Trennung erfolgt nach dem Unterbrechen der elektrischen Verbindung mithilfe des Leistungsschalters, also im stromlosen Zustand. Benötigt werden Trennschalter in erster Linie, um das sichere Arbeiten an den elektrischen Anlagen zu gewährleisten.

Einfache Kabelübergangsanlagen sind mitunter vergleichsweise klein – in etwa ein halbes Fußballfeld groß. Bei mehreren oder langen Kabelstrecken müssen elektrotechnisch not­wendige Komponenten wie Kompensationsspulen installiert werden. Diese brauchen viel Platz und können Flächen bis zu einem Hektar beanspruchen. Dabei hat auch der Abstand zwischen den Bauteilen seinen Sinn: Die Luft dient zur Isolation und damit dem Schutz vor elektrischen Überschlägen.

Kabelabschnitte im Drehstromnetz

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