Grundlagen von Freileitungen: Masten, Netze und Isolatoren

Grundlagen von Freileitungen

Masten sind Konstruktionen, die dazu dienen, die Leiterseile und andere Komponenten einer Freileitung zu tragen und voneinander zu isolieren. Sie unterliegen Druck- und Biegebelastungen durch das Gewicht der Materialien sowie durch Windlasten. Obwohl offizielle Anforderungen besagen, dass Masten aus jedem Material bestehen können, sofern die Sicherheitsbedingungen erfüllt sind, werden in der Praxis hauptsächlich Holz, Beton und Stahl verwendet. Bei Leitungen kommen standardisierte Gittermasten zum Einsatz, deren Typen nach Belastbarkeit (kg) und Höhe (m) klassifiziert sind. Zur Berechnung der Höhe und der Belastbarkeit müssen folgende Daten berücksichtigt werden: Leiterseilspannung, Anzahl der Leiter, Erdungsseile, Schaltungsanordnung sowie die spezifischen Zonenanforderungen.

Klassifizierung von Strommasten

Abhängig von ihrer Funktion werden Masten wie folgt klassifiziert:

• Tragmasten (Ausrichtung): Ihre Funktion besteht darin, das Gewicht der Leiterseile und Schutzleiter zu tragen. Die Installation erfolgt in gerader Ausrichtung.
• Abspannmasten: Sie müssen neben der Hauptlast der Leiter auch die Zugkräfte aufnehmen, die durch Richtungsänderungen (Winkel) entstehen. Sie sind so ausgelegt, dass sie die mechanischen Belastungen bei einem Leiterbruch abfangen können.
• Endmasten: Sie sind dafür verantwortlich, die Längskräfte der Leiter aufzunehmen.
• Spezialmasten: Diese dienen besonderen Zwecken, wie beispielsweise der Kreuzung mit anderen Hochspannungsleitungen, Flüssen oder Eisenbahnlinien.

Netzstrukturen

• Strahlennetz: Gekennzeichnet durch die Speisung der Empfänger an einem Ende. Vorteile sind Einfachheit und leichte Ausstattung mit selektivem Schutz. Ein Nachteil ist die fehlende Redundanz.
• Ringnetz: Gekennzeichnet durch zwei Einspeisepunkte. Vorteile sind Betriebssicherheit und Wartungsfreundlichkeit, bei höherer Komplexität der Schutztechnik.
• Maschennetz: Ergebnis ineinandergreifender Ringe. Vorteile sind hohe Betriebssicherheit, Flexibilität und einfache Wartung, bei gleichzeitig höherer Komplexität und steigender Kurzschlussleistung.

Isolatoren und Befestigungstechnik

Isolatoren dienen als mechanische Stütze für die Leiterseile und halten diese vom Boden isoliert. Häufig verwendete Materialien sind Porzellan, Glas und Kunststoffe.

Klassifizierung der Isolatoren

• Stützisolatoren: Fest mit der Hardware verbunden, die Position ist nach der Montage fixiert.
• Hängeisolatoren (Ketten): Bestehen aus einer variablen Anzahl von Elementen, abhängig von der Betriebsspannung. Dies ist der Standard bei Mittel- und Hochspannungsleitungen.
• Spezialisolatoren: Für besondere Umgebungen wie maritime oder korrosive Bereiche.

Die Isolationsstrecke variiert je nach Spannung: Bei 110 kV werden 8-9 Scheiben, bei 220 kV 14-15 Scheiben und bei 380 kV 20-22 Scheiben installiert.

Materialien für Stützkonstruktionen

Holzmasten

Diese Norm gilt für Holzmasten für Freileitungen bis 36 kV. Die Masten sollten praktisch gerade sein. Die Länge wird durch das Kürzel PM und die Typennummer angegeben (z. B. PM 10 III für einen 10-m-Mast Typ III).

Betonmasten

Die Bezeichnung erfolgt durch Buchstaben oder Zahlen (z. B. HV Beton 400/11 UNESA), wobei 400 die Belastbarkeit und 11 die Länge in Metern angibt.

Metallmasten

Die Berechnung der Belastung erfolgt nach geltenden Vorschriften (z. B. ERSE) unter Berücksichtigung von Winddruck, Eislast, Zugkraftungleichgewichten und Leiterbruchszenarien.