Strom zum Anfassen

Menschen, die einen Glauben ablegen und einen neuen annehmen, heißen Konvertiten. Sie wechseln also den Zustand ihrer geistig-spirituellen Ausrichtung. Am einfachsten ist es, in den Buddhismus zu wechseln. Es reicht, sich zu Hause einen kleinen Altar mit Figur, Blumen und Räucherstäbchen einzurichten, täglich zu meditieren und „Om“ zu sagen – schwupps – Buddhist. Die Hürden zum Islam sind ebenfalls niedrig. Er erfordert lediglich ein Bekenntnis zu Allah vor zwei Zeugen. Beim Protestantismus geht es praktisch zu. Man kann bei einer Hotline anrufen und zur Not eine Schnelltaufe nachholen. Katholisch werden ist schon schwieriger – da heißt es vorsprechen beim Pfarrer und der holt sein Okay beim Bischof ein. Am längsten dauert es, zum Judentum zu konvertieren. Man muss an einem langen Intensivkurs teilnehmen und wird von einem Rabbi auf Herz und Nieren geprüft. Bei einem Test kann man sogar durchfallen.

Beim Strom gibt es für das in diesem Fall nicht göttliche, sondern elektrotechnische Zwischenreich zwischen zwei Spannungszuständen eine eigene Anlage: Den Konverter. So etwas gibt es in Glaubensfragen nicht. Je nach Spannungsebene ist der Prozess der Umwandlung beim Strom allerdings ähnlich gestaffelt und komplex wie bei der religiösen Konversion.

Um diesen Vorgang zu verstehen, machen Sie bitte eine kleine Exkursion Richtung Steckdose, falls sie demnächst mal wieder an Ihrem Laptop sitzen. Ertasten Sie das Kabel und verfolgen Sie es, bis Sie an einen kleinen schwarzen Kasten angekommen seid. Das ist das Netzteil. Man könnte auch sagen ein Umspannwerk im Kleinformat. Das Netzteil hat mehrere Funktionen. Erstens den 230 Volt-Hausstrom so für den Laptop aufbereiten und reduzieren, dass er damit nicht überfordert ist. Dazu wird die Spannung in einem kleinen Transformator auf 19 Volt reduziert. Zweitens hat das Netzteil die Aufgabe, den Wechselstrom aus der Steckdose in stabilen und geglätteten Gleichstrom umzuwandeln. Er ist also auch ein sogenannter Gleichrichter.

In einer Konverterstation läuft prinzipiell der gleiche Prozess ab wie im Netzteil oder Gleich-/Wechselrichter – nur eben im Format XXXXXXXXL. Es ist also das ganz große spirituell-elektrotechnische Programm, das hier abgefahren wird.

Wie das ganz genau funktioniert, darüber spreche ich mit Claus Hodurek, der in seiner langen Laufbahn bei 50Hertz und den Vorgängerunternehmen und -betrieben schon viele Stationen durchlaufen hat. Von der Systemführung über den Netzbetrieb bis hin zum Energiemarktexperten.

Blog: https://www.linkedin.com/pulse/konvertiten-und-konverter-16-volker-gustedt/

Weitere Informationen zum Thema Strom und Stromnetze gibt es auf diesen Internetseiten von 50Hertz und den anderen deutschen Übertragungsnetzbetreibern Amprion, TenneT und TransnetBW.

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Wer sich für Zahlen, Daten, Fakten interessiert, dem empfehle ich die Energy-Charts des Fraunhofer Instituts für solare Energiesysteme.

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Kritiker der Energiewende prangern häufig „Geisterstrom“ an. Damit meinen sie Strom aus Windkraftanlagen, die bei Sturm stillstehen. Dabei empört sie, dass die Betreiber dieser Anlagen dafür auch noch eine Entschädigung erhalten, immerhin hunderte von Millionen Euro pro Jahr.

Warum muss man Windräder abregeln und Kraftwerksbetreiber entschädigen? Es ist doch eigentlich gut, wenn es kräftig stürmt und die Windräder auf Volldampf rotieren. Und der Strom aus den Windräder wird doch gebraucht, um den Bedarf zu decken? Der Grund für das Abregeln ist, dass die Stromleitungen von Nord nach Süd leider (noch) nicht so ausgebaut sind, dass sie diese großen Mengen Windstrom vollständig abtransportieren können. Es bildet sich ein Flaschenhals, vor dem sich der Strom quasi staut. Und ein Großteil des Stroms wird nun einmal auf der anderen Seite des Flaschenhalses benötigt.

Wer in Süddeutschland Tomaten aus dem Norden bestellt und diese können bei Stau auf der Autobahn nicht pünktlich geliefert werden. Pech gehabt, schade, ärgerlich – aber trotzdem nicht weiter schlimm. Beim Strom allerdings ist es sehr schlimm: Bestellter Strom, der nicht geliefert werden kann, führt zu einer Störung im Gesamtsystem, weil Angebot und Nachfrage nicht mehr im Gleichgewicht sind. Um im Tomatenbild zu bleiben: Es müssten dann unter allen Umständen Tomaten von dort herangekarrt werden, wo es keinen Stau gibt.

Beim Strom löst man dieses Problem so, indem man die Erzeugungsanlagen VOR dem Stau oder Engpass herunterregelt, um die Leitungen vor Überlastung zu schützen. Dafür muss man sie entschädigen, denn ihre Stromproduktion wurde ja im Süden schon gekauft. Gleichzeitig weist man Erzeugungsanlagen HINTER dem Stau an, ihre Stromproduktion hochzufahren, damit die bereits verkauften Strommengen auch wirklich geliefert werden können. Auch dafür muss man bezahlen, denn warum sollten sie ganz umsonst die entstandene Versorgungslücke ausfüllen. Das nennt man dann Redispatch.

Man greift also in den Fahrplan der Kraftwerke von außen ein. Man ersetzt umweltfreundliche Wind- und Solaranlagen im Norden durch weniger umweltfreundliche Gas- und Kohlekraftwerke im Süden. Das ist teuer und nützt auch nicht dem Klimaschutz. Zum Glück ist es eher die Ausnahme als die Regel.

Über dieses sogenannte Engpassmanagement spreche ich mit Julia Herter, sie ist Fachgebietsleiterin in der Systemführung von 50Hertz und kümmert sich dort unter anderem um Systemdienstleistungen, die für die Stabilität des Stromnetzes erforderlich sind.

Buch: https://buchshop.bod.de/strom-fuers-hertz-volker-gustedt-9783756885213

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Für elektrische und magnetische Felder hat sich inzwischen der negative Begriff „Elektrosmog“ eingebürgert. Physikalisch gesehen ist das Unsinn, klingt aber anschaulich und bedrohlich. „Smog“ war auch in Europa früher ein großes Thema, als viele Städte unter einer Dunstglocke aus Auto-, Heizungs- und Industrieabgasen („Smoke“) in Verbindung mit nebligen Inversionswetterlagen („Fog“) litten.

Technisch gesehen muss man zwei Phänomene unterscheiden: Elektrische und magnetische Felder. Elektrische Felder treten immer dann auf, wenn in einem Gerät eine elektrische Spannung anliegt. Sie entstehen im Raum zwischen zwei entgegengesetzten Polen, indem sich die Elektronen zwischen Plus und Minus ausrichten. Zwischen den Polen sind die Kräfte am stärksten, sie schwächen sich ab, je weiter sie davon entfernt sind.

Elektrische Felder kann man relativ gut abschirmen, zum Beispiel durch eine Ummantelung oder durch das Erdreich. Magnetische Felder treten auf, wenn in elektrischen Geräten zusätzlich auch noch Strom fließt, man sie also einschaltet. Das magnetische Feld muss man sich wie eine unsichtbare Haut um den Stromleiter herum vorstellen. Die sogenannte magnetische Flussdichte (Einheit: Tesla) nimmt sehr stark ab, je weiter die Quelle entfernt ist.

Im Gegensatz zu elektrischen Feldern kennt Magnetismus praktisch keine Barrieren. Ein Kompass richtet sich immer nach Norden aus – egal wo man sich befindet. Daher durchdringen magnetische Felder auch Mauern, Metall und Erdreich.

Über das Entstehen von elektrischen und magnetischen Feldern und welche Rolle sie beim Bau und Betrieb von Stromübertragungsleitungen spielen, spreche ich mit Dr. Frank Golletz, bis 2024 Technischer Geschäftsführer von 50Hertz und promovierter Elektroingenieur.

Blog: https://www.linkedin.com/pulse/der-neue-smog-12-volker-gustedt/?trackingId=xGLgyHmiQ6m7NNuBUFhxrQ%3D%3D

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Über das NICHTS kann man lange philosophieren. Manche tun das jahrelang und dann wundern sie sich irgendwann, wenn ihnen NICHTS mehr bleibt vom Leben. Deshalb sollte man es damit nicht übertreiben.

Ein schöner Ort, um mal ein paar Minütchen über das NICHTS nachzudenken, ist unter einer Freileitung. Da fragt man sich: Was befindet sich eigentlich zwischen den Leitungen? Warum sind die Abstände so groß? Könnte man die ganzen Apparaturen nicht kleiner bauen, damit sie sich besser ins Landschaftsbild einfügen?

Das NICHTS zwischen den Leitungen ist Luft. Und Luft ist keinesfalls NICHTS, sonst wäre es ein Vakuum oder das Weltall. Luft besteht aus zahlreichen chemischen Verbindungen. Sauerstoff macht nur ein Fünftel der Bestandteile aus, der Großteil ist Stickstoff. Der spärliche Rest setzt sich aus Kohlendioxid, Schwefel, Wasserdampf, Staub und ein paar Edelgasen zusammen.

Dieses Gemisch ist ziemlich stabil. Alle Elektronen sind fest an ihren Atomkern gebunden, es können also keine Elektronen zwischen Plus- und Minuspolen hin- und herflitzen. Trockene Luft wird daher als Nichtleiter bezeichnet. Sie ist elektrotechnisch also NICHTS. Und das ist natürlich super, anderenfalls könnte man überhaupt keine elektrischen Geräte betreiben, ohne dass es ständig zum Kurzschluss kommt.

Wenn Luft also keinen Strom leitet, warum muss man dann die Abstände zwischen Leiterseilen so groß machen? Die Antwort lautet: wegen der Ionisierung. Blitze sind ein typisches Beispiel für Ionisierung der Luft. Aber auch die starken elektrischen Felder einer Hoch- oder Höchstspannungsleitung können aus den stabilen Molekülverbindungen einzelne Elektronen herauskicken, sodass die Luft plötzlich doch leitfähig wird, sobald ein leitendes Material zu tief in das NICHTS eindringt und dem Leitersaal zu nahe kommt. Ein Mensch zum Beispiel ist physikalisch kein NICHTS, selbst wenn er sich manchmal so fühlt. Über all das spreche ich mit Flavia Wiese, Expertin für Freileitungen bei 50Hertz, insbesondere für den sogenannten witterungsabhängigen Freileitungsbetrieb (WAFB).

Blog: https://www.linkedin.com/pulse/nichts-25-volker-gustedt/

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Der Podcast „Strom zum Anfassen“ ist eine Produktion von Klangkantine Studios im Auftrag von 50Hertz.  

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Strom aus solarer Einstrahlung zu erzeugen ist heutzutage extrem günstig. Das war vor wenigen Jahren noch ganz anders. Eine Photovoltaikanlage besteht aus mehreren Komponenten. Als Module bezeichnet man das Gestell, auf dem die Solarzellen montiert und miteinander verschaltet sind. Sie bestehen aus einem Aluminiumrahmen und einer Glasschicht zum Schutz der empfindlichen Silizium- Zellen.

Siliziumdioxid ist nach Sauerstoff das zweithäufigste chemische Element in der Erdkruste, es gehört zu den metallischen Halbleitern und kommt in rauen Mengen in Quarzsand vor. Theoretisch sind die Vorkommen weltweit unbegrenzt, aber Sand ist ein begehrter Rohstoff für zahlreiche industrielle Anwendungen und natürlich die Bauindustrie.

Eine Solarzelle besteht aus dem Wafer (Oblate), einer hauchdünnen Ober- und einer Unterschicht. Der Oberschicht wird Phosphor beigemischt, der Unterschicht Bor. Treffen Photonenteilchen (Photon ist das griechische Wort für Licht) auf die Oberschicht, gehen die Elektronen zwischen den beiden Schichten auf Wanderschaft und es entsteht durch die Differenz zwischen Elektronenüberschuss und –Mangel eine elektrische Gleichspannung und damit ein Stromkreis.

Der Strom wird über Metalleiter auf den Ober- und Unterseiten der Solarzellen abgegriffen und zu Sammelschienen geleitet. Das Verfahren erinnert an Rinnsale im Gebirge, die erst zu einem Bach und dann zu einem Fluss anwachsen. Bevor der Strom ins Stromnetz fließen kann, muss er in Wechselstrom umgewandelt werden. Dazu sind sogenannte Wechselrichter notwendig. Das sind rucksackgroße Kästen, die zu jeder PV-Anlage zwingend dazugehören. Bei großen Freiflächenanlagen braucht man ein kleines Umspannwerk, um den Strom auf das nächsthöhere Spannungsniveau bringen zu können.

Über die weltweite Karriere der Photovoltaik spricht Host Volker Gustedt mit Dr. Henrich Quick, Leiter Offshore bei 50Hertz und promovierter Physiker.

Weitere Informationen dazu:

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Die Idee, mit Hilfe von Windrädern Strom zu erzeugen, ist nicht neu. Die ersten erfolgreichen Versuche hat es bereits am Ende des 19. Jahrhunderts in Dänemark gegeben. Einzelne Tüftler haben unser nördliches Nachbarland zum Vorreiter in Sachen Windkraft gemacht.

In Deutschland dagegen ging es erst viel später los. Am 4. Oktober 1983 wurde auf dem Kaiser-Wilhelm-Koog in der Elbmündung das erste kommerzielle Windrad in Deutschland in Betrieb genommen. Der Name dieses Ungetüms: GROWIAN – große Windenergieanlage.

GROWIAN hatte eine Nabenhöhe von 100 Metern und eine elektrische Leistung von 3 MW – auf dem Papier. Das war damals Weltrekord. Entstanden war das Forschungsprojekt als eine Art Beruhigungspille für die Anti-Atomkraft-Bewegung. Die Marschrichtung war klar. Vom damaligen Forschungsminister Hans Matthöfer (SPD) ist der Satz überliefert: „Wir wissen, dass es nichts bringt. Aber wir machen es, um den Befürwortern der Windenergie zu beweisen, dass es nicht geht.“

Und - oh Wunder - es ging auch nicht. Technisch war GROWIAN ein Flop. Nach nur 420 Betriebsstunden wurde die Anlage fünf Jahre nach Inbetriebnahme wieder abgerissen. Zu den Konstruktionsfehlern gehörte unter anderem, dass GROWIAN ein Zweiflügler war, unrund lief und alle Bauteile viel zu schwer waren.

Hätte es damals nicht das Reaktorunglück von Tschernobyl sowie einige hartnäckige Unternehmer und Politiker gegeben - die Windkraft hätte sich wohl niemals von diesem Rückschlag erholt, ihr Siegeszug um die Welt wäre vielleicht ausgeblieben.

Seit diesen Kindertagen hat die Windenergie in vielen Ländern einen rasanten Aufschwung erlebt. Ihre installierte Leistung weltweit liegt heute bei über 700 Gigawatt. Die meisten Windräder erzeugen in China und den USA Strom, gefolgt von Deutschland und Indien.

Über die rasante Karriere der Windkraft spricht Host Volker Gustedt mit Dr. Henrich Quick, Leiter Offshore bei 50Hertz mit langjähriger Berufserfahrung im Asset Management.

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Aktuell werden über 90 Prozent des Stroms in Deutschland in Generatoren erzeugt, der Rest in Solaranlagen über den photovoltaischen Effekt. Das ist ein vollkommen anderes Verfahren. Generatoren sind also die Malocher des Stromsystems, ihnen haben wir viel zu verdanken.

Um das Prinzip eines Generators zu verstehen, nimmt man am besten eine Kurbel-Taschenlampe aus dem Baumarkt. Wenn man an der Kurbel dreht, führt man mechanische Energie zu. Die Verlängerung der Kurbel im Inneren des Gehäuses ist der sogenannte Rotor, auch Läufer genannt. Er besteht aus einem Magneten. Dieser Rotor befindet sich in einem Korb aus Spulen, dem Stator. Bei den Spulen handelt es sich um gewickelten Kupferdraht. Dreht man über die Kurbel den Magnet in der Spule, wird eine elektrische Spannung „induziert“, weil die Elektronen im Draht ständig ihre Richtung wechseln, mal Richtung Nordpol, dann Richtung Südpol. Je nachdem, in welcher Stellung der sich rotierende Magnet gerade befindet.

Statt von Hand an einer Kurbel zu drehen, übernehmen diese Aufgabe in Kraftwerken Turbinen, die zum Beispiel durch Wasser (Wasserkraftwerk) oder Wasserdampf (Gas-, Kohle-, Kernkraftwerk) angetrieben werden. Bei Windrädern wird die Kraft über die sich drehenden Flügel direkt auf den Rotor übertragen. Bei Blockheizkraftwerken (BHKW) zur Wärme- und Stromerzeugung mit Erdgas oder Biogas ist der Rotor über einen Keilriemen an die Kurbelwelle des Verbrennungsmotors angeschlossen – das gleiche Prinzip wie bei der Lichtmaschine des Autos. Man sieht schon: je größer und leistungsfähiger der Generator und je mehr externe Energie hinzugeführt wird (Wasser, Wind, Verbrennungshitze), desto größer ist die Leistung der Anlage und die erzeugte Spannung.

Über dieses Thema spricht Host Volker Gustedt mit Dr. Henrich Quick, Leiter Offshore bei 50Hertz mit langjähriger Berufserfahrung im Asset Management.

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Wenn der Mensch etwas von der Natur lernt, spricht man wissenschaftlich von Bionik. Die Libelle stand Pate für den Hubschrauber, die Lotusblüte für das wachsbeschichtete Tischtuch und die Kakerlake für die aufprallsichere Fahrzeugkarosserie. Große Baumeister sind die Spinnen. Ihnen hat die Welt fünf Meisterwerke bionischer Ingenieurskunst zu verdanken:

All diese Erfindungen haben gemeinsam, dass sie aus vielen Fäden, Drähten oder Leitungen bestehen, die auf geschickte Weise miteinander verknüpft sind, sodass sie ein Höchstmaß an Festigkeit und zugleich Flexibilität aufweisen. Wie ein Spinnennetz eben. Ähnlich läuft es beim Stricken nach dem Grundprinzip rechte Masche, linke Masche. Und nach vergleichbaren Regeln ist auch ein Wechselspannungs-Stromnetz aufgebaut. Die physikalischen Grundlagen dafür hat der Physiker Gustav Robert Kirchhoff (1824 – 1887) gelegt. Seine Knoten- und seine Maschenregel besagt, dass unterwegs (theoretisch) nichts verloren geht, wenn man den Stromfluss auf mehrere Maschen (Leitungen) verteilt und an Knoten (Umspannwerken) umlenkt und bearbeitet.

Aufgrund ihrer Sicherheitsarchitektur spricht man bei den Hoch- und Höchstspannungsnetzen von vollvermaschten Netzen. Das europäische Stromverbundnetz ist strukturiert wie ein riesengroßes Spinnennetz. In der Mitte, wo die meisten Menschen leben und die meisten Industrieunternehmen angesiedelt sind, also in Deutschland und seinen Nachbarstaaten, ist es besonders eng verflochten, in der Peripherie Richtung Ost- und Südosteuropa etwas loser gestrickt.

In einem vollvermaschten Stromnetz ist jedes Umspannwerk mit mindestens zwei anderen Umspannwerken verbunden. Im Falle einer Leitungsunterbrechung kann der Strom also ausweichen. Es ist die hohe Kunst der Netzplanung, ein solches über Jahrzehnte gewachsenes Netz an die sich ändernden Erzeugungs- und Verbrauchsstrukturen anzupassen und dabei so effizient wie möglich vorzugehen.

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Im Jahr 1973 entdeckte die Australierin Margaret Young auf der Rückseite ihrer Nähmaschine ein unscheinbares Zeichen: AC/DC – die Abkürzung für alternating current / direct current, also Wechselstrom und Gleichstrom. Sie schlug ihren Brüdern Angus und Malcolm diesen coolen Namen für ihre neugegründete Hardrock-Band vor.

Das war der Anfang einer Rock-Legende. AC/DC wurde zu einer der erfolgreichsten Bands der Musikgeschichte. Nach ihrem 1975 erschienen Debütalbum „High Voltage“ (zu deutsch: Hochspannung) ging es steil aufwärts. AC/DC haben bis heute über 200 Millionen Schallplatten und CDs verkauft, damit stehen sie auf Platz 5 der erfolgreichsten Musikgruppen aller Zeiten.

Aber was ist eigentlich der Unterschied zwischen AC und DC? Den Gleichstrom kann man sich ziemlich gut vorstellen wie einen Fluss, auf dem ein Elektron wie ein Stück Holz von der Quelle aus Richtung Meer gemächlich dahintreibt oder, bei hoher Spannung, in einem Sturzbach mitgerissen wird. Beim Wechselstrom ist es schwieriger. Er wechselt, wie der Name schon sagt, ständig seine Richtung.

Was die Vor- und Nachteile der Stromübertragung mittels Gleich- und Wechselstrom sind, darum geht es in dieser Folge „Strom zum Anfassen“. Experte im podcast-Studio ist Dr. Frank Golletz, langjähriger Technischer Geschäftsführer von 50Hertz.

Einer der meistgespielten Songs der Rockband AC/DC hieß übrigens „Highway to Hell“. Frei übersetzt: „Strom-Autobahnen in die Hölle“

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Hier die 20 Fragen unseres Sommerquiz zum Mitraten. Notiert die richtigen Antworten und schickt sie bis zum 31. August 2024 an [email protected]. Unter den richtigen Einsendungen verlosen wir drei aufwändig gestaltete Atlanten als Hauptgewinne und 20 Taschenbücher als Trostpreise.

Die drei Hauptgewinne sind:

https://www.stromnetzfluss.de/

Die 20 Trostpreise sind:

https://buchshop.bod.de/strom-fuers-hertz-volker-gustedt-9783756885213

Und hier die Fragen:

1) Wie nennt man die stromführenden Leitungen zwischen den Masten?

a) Seilleiter

2) Und wie nennt man die Bündelung von mehreren solcher Leitungen?

a) Leiterbündel

3) Welcher Masttyp ist häufig in der Landschaft zu sehen?

a) Donaumast

4) Wie heißen die Arme von Strommasten?

a) Travestiten

5) Um die stromführenden Leitungen auf Abstand zum Masten zu halten braucht man?

a) Isostare

5) Was dient bei einer Freileitung als Blitzableiter?

a) der Erdleiter

6) Wie heißen Strommasten, an denen die Leitungen ihre Plätze tauschen?

a) Wechselmast

7) Wie nennt man einen Mast mit drei konisch angeordneten Traversen übereinander?

a) Kiefernmast

8) An welchem Fluss stehen die mit 227 Meter höchsten Freileitungsmasten in Europa?

a) An der Elbe

9) Was wird in einem Umspannwerk umgespannt?

a) Pferde

10) Wie heißen die Anlagen, in denen Strom von einer Spannungsebene in die andere transformiert wird?

a) Transformer

11) Wie nennt man die Blitze zwischen den Polen, die beim Ein- und Ausschalten von Stromleitungen entstehen?

a) Blitzableiter

12) Welche Summenformel hat das Isoliergas Schwefelhexafluorid, das 20.000 x klimaschädlicher ist als CO2?

a) F6

13) Welche andere Bezeichnung für Wechselstrom gibt es?

a) Pendelstrom

14) Mit welchen Hilfsmitteln werden Freileitungen auf Schäden untersucht?

a) Hubschrauber

15) Aus welcher Materialkombination bestehen die Freileitungen?

a) Aluminium-Kupfer

16) Wie nennt man die Lichterscheinungen, die man bei Dunkelheit und nebligem Wetter an Höchstspannungsleitungen beobachten kann?

a) Koronaentladung

17) Welche Länge haben die Nieder-, Mittel-, Hoch- und Höchstspannungsnetze in Deutschland?

a) 20.000 km

18) Was passiert, wenn über Freileitungen sehr viel Strom transportiert wird?

a) Die Leiterseile hängen tiefer durch

19) Wie nennt man eine Anlage, in der Wechsel- in Gleichstrom und umgekehrt gewandelt wird?

a) Stromtrichter

20) Was befindet sich im Erdleiter, der ganz oben zwischen zwei Masten aufgespannt ist?

a) Ein Glasfaserkabel

Viel Glück und Erfolg!

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50Hertz Transmission