Immer im Fluss - Vakuum sichert Stabilität der Stromversorgung

Immer im Fluss - Vakuum sichert Stabilität der Stromversorgung

Vakuum-Schalter sind nur kleine Rädchen im komplexen System der Stromnetze. Doch sie tragen wesentlich dazu bei, dass elektrische Energie zuverlässig rund um die Uhr zur Verfügung steht.
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Vom Kraftwerk zum Verbraucher

Wenn wir die Kaffeemaschine einschalten oder das Smartphone aufladen, denken wir wahrscheinlich nicht an die hochkomplexe Infrastruktur, die uns mit Strom versorgt. In Deutschland verteilt zum Beispiel ein Netz von insgesamt 1,8 Millionen Kilometer Länge die Energie von den Kraftwerken zum Endverbraucher. In den Überlandleitungen fließt der Strom unter Höchstspannung von 220.000 oder 380.000 Volt.

Für die regionale Grobverteilung wird diese zunächst auf Hochspannung – meist 110.000 Volt – heruntertransformiert, in kleineren Umspannwerken dann auf Mittelspannung zwischen 50.000 und 1000 Volt gebracht, bis der Strom schließlich mit der Niederspannung von 230 Volt in die Stadt- und Ortsnetze gelangt. Industriebetriebe, Krankenhäuser, größere Schwimmbäder oder Rundfunktürme besitzen wegen ihres hohen Energiebedarfs oft eigene Umspannanlagen, die meist direkt aus dem Mittelspannungsnetz gespeist werden. Das Netzmanagement sorgt auch für ein Gleichgewicht zwischen Erzeugung und Verbrauch. Beim Umspannen und beim ständigen Ausgleich des Stromflusses werden unentwegt zahllose Schalter betätigt.

Drückt man im Dunkeln auf einen einfachen elektrischen Schalter, kann man darin manchmal ein kurzes Aufblitzen beobachten. Es entsteht, wenn sich die Kontakte annähern oder kurz nachdem sie getrennt wurden. Die Elektrizität ionisiert die Luft zwischen den Kontakten, der Strom fließt durch sie bis zu einem gewissen Abstand zwischen den Kontakten weiter. Der kleine Blitz ist ein winziger Lichtbogen. Was beim Lichtschalter zu Hause ein harmloses physikalisches Phänomen ist, würde bei Schaltern für Hoch- und Höchstspannung zerstörerische Kraft entwickeln. Der Lichtbogen würde dort Temperaturen über 5000 Grad Celsius erreichen – heiß genug, um die meisten Materialien in Bruchteilen von Sekunden in Brand zu setzen.

Vakuum verhindert Lichtbogen

Ein Kontaktabbrand würde aber sofort die Funktion des ganzen angeschlossenen Stromnetzes gefährden. Außerdem kann ein Brand auch auf weitere Schalter oder Bauteile der Hochspannungsanlage übergreifen. Daher werden Hochspannungsschalter schon bei der Herstellung evakuiert. Eine Vakuumschaltröhre umschließt die Schaltkontakte. Im Vakuum gibt es keine Luftgasmoleküle, die ionisieren und zum Träger des Lichtbogens werden könnten.

Ein kleiner Lichtbogen entsteht aber dennoch, weil der Starkstrom kleine Mengen des Metalls der Kontakte verdampft. Deren besondere Form – zylinderförmig mit schrägen Schlitzen – und ihr Material sorgen dafür, dass diese Lichtbögen nur geringe Hitze entwickeln. Im Vakuum bleiben sie zudem abgeschirmt und können keine schädliche Wirkung entfalten. Die Evakuierung der Schaltergehäuse ist also eine wichtige Voraussetzung für die Netzstabilität.


Störungen in einem Kraftwerk gehören zu den naheliegenden Ursachen für einen Stromausfall. Doch wenn ein Erzeuger ausfällt, liefern in der Regel andere Kraftwerke binnen kurzer Zeit entsprechend mehr Strom und sorgen für Ausgleich. Wenn ein Blitz in einen Mast im Mittelspannungsnetz einschlägt, kann es ebenfalls für wenige Sekunden zum Stromausfall kommen. Gibt es in größeren Netzbereichen für die Dauer von Minuten oder gar Stunden keinen Strom, sprechen Energieexperten von einem Blackout. Dabei kommt es zu einem kompletten Spannungsausfall. Daran können zum Beispiel umgestürzte Bäume schuldsein, die eine wichtige Leitung durchtrennen oder einen Kurzschluss auslösen. Ebenso können extreme Witterungsbedingungen im Winter ernste Folge haben: Wenn schmelzender Schnee oder plötzlicher Regen nach großer Kälte eine dicke Eisschicht um Stromleitungen bilden, kann ihr Gewicht sie abreißen und die Energieübertragung unterbrechen. Manchmal kippt daraufhin auch der betroffene Strommast um und löst im schlimmsten Fall einen Dominoeffekt aus, bei dem weitere Masten aus dem Gleichgewicht geraten. Schaut man sich jedoch die größten Blackouts der Geschichte an, wurden sie am häufigsten vom Netz selbst ausgelöst: durch übermäßige Schwankungen, durch Überlast oder durch technisch bedingten Ausfall wichtiger Teile des Netzes.

In Europa wird die Häufigkeit von Stromausfällen mit dem sogenannten SAIDI-Wert angegeben (System Average Interruption Duration Index). Er setzt die Dauer der Unterbrechungen mit der Zahl der Verbraucher ins Verhältnis und gibt den Gesamtausfall in Minuten pro Jahr an. 2013 hatte Luxemburg mit 10 Minuten den niedrigsten SAIDI-Wert, dicht gefolgt von Dänemark, Schweiz und Deutschland.


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