Konverterhalle, Foto: TenneT

Nebenanlagen

Für die Strom­übertragung im Höchst­spannungs­bereich über zum Teil mehrere hunderte Kilometer sind zusätzlich verschieden­artige Neben­anlagen not­wendig.

Im Folgenden ist eine Auswahl der wichtigsten Neben­anlagen für die Über­tragung von Höchst­spannungs-Wechsel­strom und -Gleich­strom mit Hilfe von Frei­leitungen, Erd- und See­kabeln aufgelistet.

Umspannwerke

Ein Umspannwerk ist Teil des elektrischen Versorgungsnetzes und dient der Verbindung unterschiedlicher Spannungs­ebenen.

Die Größe der Umspannwerke variiert je nach Übertragungs­leistung, Anzahl der Leitungen, dem Vorhandensein von Sammel­schienen und den angeschlossenen Spannungs­ebenen. Ein durchschnittliches Umspann­werk mit einer Leistung von 500 MW hat einen Flächen­bedarf von etwa 100 m * 200 m; bei sehr großen Über­tragungs­leistungen reicht der Flächen­bedarf bis zu 400 m * 600 m.

Bei Wechselstrom-Freileitungen mit einer Länge von mehr als etwa 100 km sind Anlagen zur Blindleistungskompensation notwendig. Meistens sind diese Bestand­teil der Umspann­werke.

Transformatoren, die für ihre Kühlung notwendigen Lüfter, Schalt­vorgänge von Hoch­spannungs­schaltern und Kom­pen­sations­anlagen verursachen Geräusch­emissionen. Durch Störungen des bestimmungs­gemäßen Betriebes kann es im Aus­nahme­fall von Explosionen bei Umspann­werken und Kom­pen­sations­anlagen zu Schadstoff­emissionen durch die Frei­setzung von Luft­schad­stoffen kommen.

Konverter (Umrichteranlagen)

Wird Strom über längere Strecken übertragen, treten bei Gleichstrom geringere Verluste auf als bei der Über­tragung von Wechselstrom. Außerdem lässt sich der Strom­fluss besser steuern. Das hilft dabei, das übrige Strom­netz zu ent­lasten. Für die Übertragung muss Wechsel­strom zunächst in Gleich­strom um­gewandelt werden; dieser wird am Ende der Leitung wiederum in Wechsel­strom umgewandelt. Für diese Vorgänge werden Kon­verter benötigt.

Eine Konverteranlage besteht aus vier Funktions­blöcken:

  1. Über den Gleich­strom-Anschluss ist der Konverter mit der Gleich­strom­leitung verbunden. Dabei kann es sich sowohl um eine Freileitung als auch um ein Erd- oder Seekabel handeln.
  2. Kernstück der Station ist der Umrichter, der den Strom umwandelt und der in der Konverter­halle untergebracht ist. Er besteht aus Transistoren, Dioden, Konden­satoren und Spulen. Da diese Bau­teile empfindlich sind, werden sie in Hallen unter­gebracht. Weil sie unter Hoch­spannung stehen, müssen sie mehrere Meter Abstand zum Hallen­dach, zum Boden und zu den Wänden einhalten. Außerdem müssen sie im Betrieb gekühlt werden, weshalb sie mit einer Kühlungs­anlage verbunden sind. Die Konverterhalle dient auch zur Lärmminderung und zur Abschirmung der elektrischen, teilweise auch der magnetischen Felder (Faradaykäfig).
  3. Der vom Konverter erzeugte Wechsel­strom muss auf die Spannung des Über­tragungs­netzes beziehungs­weise auf die Wechsel­strom-Spannung des Konverters gebracht werden. Das erledigen die Trans­formatoren.
  4. Über einen Wechsel­strom-Anschluss sowie über die Trans­formatoren und die Schalt­anlagen ist der Konverter mit dem Wechsel­strom-Übertragungs­netz verbunden.

Einen geeigneten Standort für einen Konverter sucht der Über­tragungs­netz­betreiber, der auch die dazugehörige Strom­leitung plant. Er muss bereits in der Bundes­fach­planung nachweisen, dass es geeignete Flächen dafür innerhalb der vorgeschlagenen Trassen­korridore gibt.

Übergangsbauwerke

Für eine Verbindung zwischen einer Freileitung und einem Erdkabel sind Über­gangs­bauwerke notwendig. Diese Kabelübergangsanlagen sind üblicherweise als etwa 27 m hohe Stahlkonstruktionen ausgelegt, wobei für ein System eine umzäunte Fläche von mindestens 20 m * 70 m benötigt wird.

Für Höchstspannungs-Leitungen werden Abspannportale errichtet, in denen die Leiterseile auf Überspannungsableitern zu den Kabelendverschlüssen führen. Der Gesamtflächenbedarf für ein Übergangsbauwerk beträgt etwa 30 m * 70 m beziehungsweise 50 m * 50 m.

Kompensationsanlagen

Bei der Wechselstrom-Übertragung ist schon bei relativ kurzen Leitungs­längen (bei Erdkabeln beispiels­weise nach etwa 25 km bis 30 km) eine Kompensation der Blind­leistung notwendig.

Die dafür erforderlichen Drossel­spulen sind bei einer Leistung von 150 Mvar etwa 9 m lang, 6 m breit und 9 m hoch. Die gesamte Kompen­sations­anlage beansprucht eine Fläche von etwa 20 m * 50 m.

Muffenbauwerke

Aufgrund der derzeit transportier­baren Kabellängen sind bei Erdkabeln alle 600 m bis 900 m Verbindungsmuffen notwendig, die in Muffen­gruben oder Muffen­bau­werken montiert werden.

Bei Wechselstromkabeln werden sogenannte Cross-Bonding-Systeme installiert, um die gewünschte Übertragungs­leistung sicherzustellen und um Über­spannungen zu verhindern. Das Cross-Bonding-System kann in Muffen­bau­werken direkt neben die Muffen montiert werden, während sie bei Muffen­gruben oberirdisch montiert werden, zum Beispiel in einem Kabel­verteiler­schrank, in einem Cross-Bonding-Bauwerk (etwa 2 m breit, 3 m lang und 1,5 m hoch) oder ober­flächen­nah in einem Schacht.

Muffen­gruben werden nach der Montage wieder verfüllt, während Muffen­bau­werke dauerhaft erhalten bleiben und für Prüfung und Instand­haltung zugänglich sein müssen. Die Muffen­bau­werke haben eine Grund­fläche von etwa 3 m * 10 m. Bei gas­isolierten Leitungen (GIL) ist etwa alle 1,2 km die Anlage eines Zugangs­schachtes notwendig.

Kreuzungsbauwerke

Bei Höchstspannungsleitungen sind gegebenenfalls Bauwerke für die Querung von anderen Infrastrukturen, Gewässern oder besonders empfindlichen Gebieten (zum Beispiel Siedlungen, kleinflächige geschützte Wälder oder Moore) zu errichten.

Diese Kreuzungsbauwerke sind insbesondere bei Erdkabeln meist aufwendig und damit teuer. Kleinere Straßen müssen beispielsweise in herkömmlicher Tief­bauweise aufgerissen und nach Kabellegung wieder instandgesetzt werden. Die Querung von größeren Straßen (zum Beispiel Bundes­straßen oder Auto­bahnen) und Gewässern erfolgt meist in geschlossener Bauweise mit Hilfe von Horizontalbohrverfahren (HDD-Bohrung). Die Verlegung von Höchst­spannungs­kabeln in Tunneln stellt eine weitere Möglichkeit dar.

Auch bei Seekabeln werden relativ aufwändige Kreuzungs­bau­werke notwendig, sobald sich zwei Kabel kreuzen. Diese bestehen grundsätzlich aus zwei Elementen. Dies sind zum einen Schutzmatten zur physischen Trennung der sich kreuzenden Kabel und zum anderen eine Steinschüttung, die das oben liegende Kabel vor einer Beschädigung (zum Beispiel durch Anker) schützen soll. Das Kreuzungsbauwerk wird dabei auf einer Länge von mindestens 70 m mit Steinen überschüttet (sogenanntes Rock Placement). Bei einer nicht recht­winkligen Kreuzung kann es entsprechend zu längeren Über­schüttungen kommen. Die Breite einer Über­schüttung beträgt davon unabhängig mindestens 3 m zur Über­deckung der Matte.

Plattformen (Offshore)

Eine Plattform, also eine künstlich geschaffene Standfläche über dem Meeres­spiegel, ist in der Regel als Tiefgründung installiert. Die Plattform wird dabei unter Verwendung von Stahlpfählen gesichert, die im Abstand von etwa 23 m im Meeresboden verankert sind. Die Länge der Pfähle ist stark abhängig von den Bodenverhältnissen. Den in den Boden gerammten Gründungspfählen schließt sich über dem Meeresgrund eine fachwerkähnliche, versteifende, etwa 40 m hohe und 500 t schwere Rahmenstruktur aus Stahlrohren und Verstrebungen an (sogenannte Jacket-Konstruktion).

Um eine mögliche Erosion in Form einer Vertiefung am Grund durch die Fließ­dynamik von Wasser (Verkolkung) zu verhindern, werden zum einen die Gründungspfähle entsprechend tiefer in den Boden eingebracht und zum anderen Schutzmatten (Mudmats) oder Steinschüttungen um die jeweiligen Elemente ausgelegt.

Der von den Offshore-Windenergieanlagen erzeugte Strom muss gebündelt und für den Transport in Wechselstrom auf eine einheitliche Übertragungs­spannung von 220 kV umgespannt werden. Dies geschieht auf den
Umspann­plattformen.

Bei Seekabeln liegt die Grenze der Effizienz für Wechselstromübertragungen bei Entfernungen von etwa 80 km. Um eine Stromübertragung mittels Gleich­strom zu ermöglichen, werden analog zur Stromübertragung an Land Konverter­stationen benötigt. Für eine Übertragungsleistung von 900 MW ist dabei eine Konverterplattform auf See und eine Konverterstation an Land für die Umrichtung des Stroms notwendig.

Stand: 15.12.2016