Spannungsebenen einfach erklärt: So funktioniert unser Stromnetz
Das deutsche Stromnetz umfasst gut 2,2 Millionen Kilometer und ist somit fast fünfmal länger als die mittlere Entfernung zwischen Erde und Mond! Vom Kraftwerk bis in deine Steckdose fließt der Strom durch vier unterschiedliche Spannungsebenen. Wir zeigen dir, was es damit auf sich hat und wie diese Ebenen funktionieren.
Das Wesentliche in Kürze
Vier Spannungsebenen: Das deutsche Stromnetz ist in Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung unterteilt.
Effizienter Transport: Beim Transport über weite Strecken werden hohe Spannungen genutzt, weil sie die Verluste beim Stromtransport minimieren.
Spannungsumwandlung: Zwischen den einzelnen Spannungsebenen wird der Strom durch Transformatoren umgewandelt, um ihn sicher und effizient nutzen zu können.
Verschiedene Verbraucher: Während Industrieanlagen an höhere Spannungsebenen angeschlossen sind, beziehen Haushalte ihren Strom aus dem Niederspannungsnetz.
Was sind Spannungsebenen?
In Deutschland ist das Stromnetz in vier verschiedene Spannungsebenen unterteilt: Höchstspannung, Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung. Das ist notwendig, weil der Strom je nach Transportweg und Anwendung unterschiedliche Spannungen benötigt. Die Grenze zwischen Hoch- und Niederspannung liegt bei 1.000 Volt Wechselstrom bzw. 1.500 Volt Gleichstrom. Alles darüber zählt zum Hochspannungsbereich, alles darunter zum Niederspannungsbereich.
Auch bei der Art der erforderlichen Netze gibt es eine Unterscheidung: Übertragungsnetze leiten Höchstspannung und Verteilnetze leiten Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung.
Gut zu wissen: Was genau ist eigentlich elektrische Spannung?
Elektrische Spannung ist vereinfacht gesagt der „Druck“, mit dem Elektronen durch einen Leiter fließen. Je höher die Spannung, desto mehr Druck ist auf der Leitung.
Dabei gilt:
Spannung (Volt, kurz V): „Druck“ auf die Elektronen
Stromstärke (Ampere, kurz A): Menge der fließenden Elektronen
Widerstand (Ohm, kurz Ω): Gegenkraft im Leiter
Diese drei Größen hängen zusammen: Je höher die Spannung, desto mehr Strom fließt bei gleichem Widerstand durch die Leitung.
Netzebenen vs. Spannungsebenen: Was ist der Unterschied?
Die zwei Begriffe ähneln sich zwar, doch sie bezeichnen unterschiedliche Blickwinkel auf das Stromnetz:
Spannungsebenen beschreiben die technische Struktur des Stromnetzes: Mit welcher elektrischen Spannung wird der Strom transportiert?
Netzebenen beschreiben die organisatorische Struktur des Stromnetzes: Wer ist für welchen Teil des Netzes verantwortlich?
Aber warum brauchen wir mehrere Spannungsebenen? Wäre es nicht viel einfacher, eine Leitung vom Kraftwerk direkt zu dir nach Hause zu legen?
Warum braucht unser Stromnetz verschiedene Spannungsebenen?
Strom muss oft über sehr weite Strecken transportiert werden, zum Beispiel von einem Windpark in der Nordsee bis in die Industriegebiete im Süden Deutschlands. Je länger die Strecke, desto mehr Strom geht unterwegs durch den elektrischen Widerstand der Leitungen verloren.
Hier kommt die Spannung ins Spiel: Je höher die Spannung, desto geringer sind die Verluste beim Stromtransport. Deswegen wird der Strom in Höchstspannungsleitungen mit bis zu 380.000 Volt transportiert – zum Vergleich: Aus deiner Steckdose kommen 230 Volt, also eine circa 1650-mal geringere Spannung. So geht während des Transportes in den Höchstspannungsleitungen nur wenig Energie verloren.
Für die Verwendung in Haushalten und Betrieben wäre eine so hohe Spannung aber viel zu gefährlich. Deswegen wird der Strom in Umspannwerken stufenweise auf niedrigere Spannungen heruntertransformiert, bis er schließlich in deiner Steckdose ankommt.
Ohne die Unterteilung in Spannungsebenen wäre unser heutiges Stromnetz nicht denkbar. Sie sind ein Grundpfeiler für eine zuverlässige und effiziente Stromversorgung.
Die vier Spannungsebenen in Deutschland auf einen Blick
Um die Spannungsebenen und das Stromnetz besser zu verstehen, hilft ein Vergleich mit dem Straßennetz: Wie der Verkehr verschiedene Straßentypen für unterschiedliche Strecken und Geschwindigkeiten braucht, benötigt auch der Strom angepasste Spannungsebenen für seinen Weg.
Zu unterscheiden ist zwischen der Kapazität des Netzes und den Anwendungen – so kann das Niederspannungsnetz etwa bis zu 1.000 Volt transportieren (Kapazität), du brauchst in deinem Haushalt aber nur 230 Volt davon (Anwendung).
Das Höchstspannungsnetz transportiert Strom mit einer Spannung von über 150.000 Volt. Angebunden sind zum Beispiel Großkraftwerke, aber auch überregionale Transportnetze und der Stromhandel, die entweder mit 220.000 oder 380.000 Volt operieren. Wie auf der Autobahn geht es hier um schnelle, effiziente Verbindungen über weite Strecken. Mit rund 37.000 Kilometern Länge durchzieht diese Spannungsebene ganz Deutschland und verbindet uns über Grenzkuppelstellen mit unseren europäischen Nachbarn.
Mit einer Kapazität von über 30.000 Volt und einer Gesamtlänge von etwa 95.000 Kilometern bildet das Hochspannungsnetz die nächste Spannungsebene. Vergleichbar mit Bundesstraßen verbindet es verschiedene Regionen miteinander und versorgt große industrielle Verbraucher und Städte. Kleinere Kraftwerke sind oft direkt an das Hochspannungsnetz angebunden. Die Arbeitsgröße beträgt oftmals 110.000 Volt.
Die Mittelspannung arbeitet mit über 1.000 bis 30.000 Volt und ist für die regionale Stromverteilung zuständig. An dieses Netz sind mittlere Industriebetriebe, Ortschaften sowie kleinere Kraftwerke wie Windparks oder Solaranlagen angeschlossen. Mit einer Länge von etwa 530.000 Kilometern durchzieht es das Land wie die Hauptstraßen eine Großstadt. Die Anwendungsbereiche für das Mittelspannungsnetz werden häufig in Kilovolt statt Volt ausgedrückt: 10, 20 und 30 Kilovolt (10 Kilovolt = 10.000 Volt).
Das Niederspannungsnetz mit einer Kapazität von bis zu 1.000 Volt bringt den Strom direkt zu dir nach Hause, wo du ihn mit 230 bzw. 400 Volt anwendest. Mit seiner Gesamtlänge von knapp 1,3 Millionen Kilometern ist es das längste aller Netze. Im Straßennetz-Vergleich wäre das Niederspannungsnetz die Summe aller Einfahrten, die zu den einzelnen Häusern führen. Neben Haushalten sind hier auch kleine Gewerbebetriebe angeschlossen. Eigenheime mit privaten Photovoltaikanlagen können Strom direkt ins Niederspannungsnetz einspeisen.
Die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ)
Bei Strecken über 600 Kilometern ermöglicht HGÜ-Technik den Stromtransport mit 30–50 Prozent geringeren Verlusten als in vergleichbaren Wechselstromleitungen. Diese Innovation wird besonders wichtig für den Transport von Windstrom von Nord nach Süd. Derzeit sind in Deutschland erst wenige hundert Kilometer an Verbindungen für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) in Betrieb, doch laut Netzentwicklungsplan der Übertragungsnetzbetreiber sind viele weitere geplant. Ziel ist, das Übertragungsnetz zu einem Klimaneutralitätsnetz auszubauen.
Erneuerbare Energien bringen Herausforderungen für unser Stromnetz und die Spannungsebenen mit sich
Die steigende Produktion erneuerbarer Energien stellt das deutsche Stromnetz vor neue Herausforderungen. Ein großer Teil des erneuerbaren Stroms wird im windreichen Norden und Osten sowie auf See erzeugt. Viele Verbrauchszentren und große Industrien befinden sich allerdings im Süden und Westen. Um den im Norden erzeugten Windstrom zu den Verbrauchern im Süden zu transportieren, müssen die Stromtrassen über weite Strecken ausgebaut und optimiert werden.
Zwar hat der Netzausbau in den letzten Jahren bereits an Fahrt gewonnen, aber dennoch bleiben Herausforderungen: Die wetterabhängige Einspeisung aus Wind- und Solarkraftwerken führt zu stärkeren Schwankungen im Netz als früher. Um die Netzstabilität zu gewährleisten, müssen Stromerzeugung und -verbrauch ständig überprüft und koordiniert werden.
Dabei sollen künftig Smart Grids helfen – intelligente Stromnetze, die durch Kommunikation und Steuerung zwischen Erzeugern, Verbrauchern und Netzbetreibern das Stromnetz in Echtzeit überwachen und regeln. Sie können flexibel auf Schwankungen reagieren und die Spannungsebenen in Deutschland stabil halten.
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