Hoch-, Mittel- und Niederspannung: Die Spannungsebenen

Geht es um den Transport von elektrischer Energie, sind verschiedene Spannungsebenen üblich. Während die Verteilung über weite Entfernungen mit Hochspannung funktioniert, setzen lokale Verteilnetze sowie Hausanlagen auf die sogenannte Niederspannung. Viele Industriebetriebe nutzen vermehrt auch die Kleinstspannung, etwa um dezentrale Elektromotoren in der Fertigung flexibel zu betreiben. Doch was ist der Unterschied zwischen Hochspannung, Mittelspannung und Niederspannung? Welche Vorteile bieten die verschiedenen Spannungsebenen und wann kommt welche zum Einsatz?

Deutsche-Thermo gibt einen Überblick und erklärt, wie Hoch-, Mittel- und Niederspannungsnetze zusammenhängen. Sie benötigen einen Stromerzeuger?

Die Themen im Überblick

Unterschiedliche Spannungsebenen: Grenzwerte im Überblick

Sind große Strommengen in Netze einzuspeisen oder über weite Entfernungen zu transportieren, sorgt eine hohe Spannung für zahlreiche Vorteile. In Hausanlagen sähe das anders aus: Hier gehen von hohen Spannungswerten erhebliche Gefahren aus. Um die Vorteile zu nutzen und die Gefahren auf ein Minimum zu reduzieren, gibt es verschiedene Spannungsebenen im Stromnetz.

Hoch- und Niederspannung sind normierte Begriffe

In der Stromversorgung haben sich die Begriffe Hochspannung und Niederspannung etabliert. Beide sind genau definiert, sodass eine einfache und eindeutige Einteilung möglich ist. Hochspannung steht dabei für alle Werte mit 1.000 Volt Wechsel- oder 1.500 Volt Gleichspannung. Niederspannung beschreibt alle Bereiche darunter.

Da Hoch- und Niederspannung beide sehr große Bereiche abdecken, findet man im technischen Sprachgebrauch weitere Unterteilungen. So charakterisieren die Begriffe Höchst-, Hoch- und Mittelspannung den Hochspannungsbereich weiter. Auf der Niederspannungsseite gibt es zudem die Kategorie der Kleinspannung, die Spannungswerte unter der Ebene der Hausinstallation beschreibt.

Die gebräuchlichsten Spannungsebenen im Überblick

Um welche Spannungsebene es sich im Detail handelt, ist vor allem für Laien nicht immer ohne Weiteres zu bestimmen. Die folgende Tabelle hilft. Sie zeigt die verschiedenen Spannungskategorien und Grenzwerte, die eine Unterteilung ermöglichen.

Darüber hinaus gibt es auch den Begriff der Sonderspannung. Dieser reiht sich in die Charakteristik der Tabelle ein, entspricht aber nicht dem üblichen Standard: Hat sich in einem Bereich beispielsweise die 12 Volt Kleinspannung etabliert, bezeichnen Experten abweichende Werte wie 24 oder 48 Volt als Sonderspannung.

Vorgaben & Einsatzbereiche hängen von der Spannungshöhe ab

Je höher die Spannung ist, umso geringer fallen die Verteilungsverluste aus. Die Energieversorgung ist dadurch effizienter und günstiger. Sie ist aber auch gefährlicher. So müssen unterschiedliche Leiter bei sehr hohen Spannungen nicht direkt miteinander verbunden sein, um einen Kurzschluss zu erzeugen. Hinzu kommt die Tatsache, dass auch die Isolation zu technischen Herausforderungen führt, wenn die Spannungswerte im Wechselstromnetz hoch sind.

Niederspannung hat hier einige Vorteile. Sie ist weniger gefährlich, was schlankere Kabel und geringere Abstände erlaubt. Der sogenannte Kondensatoreffekt der Isolierung ist geringer und Stromnetze lassen sich einfacher aufbauen. Sind hohe Strommengen zu übertragen, nehmen die Verluste jedoch zu und die Kosten der Energieversorgung steigen.

Diese technischen Gegebenheiten haben bis heute dazu geführt, dass:

• Hochspannung vor allem bei der Übertragung großer Strommengen zum Einsatz kommt.
• Niederspannung der regionalen oder lokalen Verteilung kleinerer Strommengen dient.

Sonderform: Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung

Die Wechselspannung hat sich aus der Historie heraus zur vorherrschenden Spannungsform in Stromnetzen entwickelt. Nachteile, wie erhöhte Leitungsverluste durch kapazitive Verluste, induktive Verluste und den Skin-Effekt in elektrischen Leitern lassen sich aber auch hier vermeiden. Möglich ist das mit der sogenannten Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ).

Diese kommt bei Trassen mit mehr als 600 Kilometern Länge sowie 1.000 MW Leistung infrage und ermöglicht den Stromtransport mit Verlusten von maximal 4 statt 6 bis 10 Prozent bei vergleichbaren Wechselstromnetzen. Durch hohe Basiskosten für Transformatoren und Gleich- bzw. Wechselrichter sind in kleineren und schwächeren Netzen Wechselstromanlagen aber nach wie vor wirtschaftlich im Vorteil.

Spannungsebenen von Höchstspannung bis Kleinspannung

Wie beschrieben, haben sich hierzulande verschiedene Spannungsebenen etabliert. So gibt es neben der Höchst-, Hoch- und Mittelspannung auch die Nieder- und Kleinspannung. Was die verschiedenen Ebenen auszeichnet und wann sie jeweils zum Einsatz kommen, zeigt die folgende Übersicht.

Höchstspannung für den Stromtransport über weite Entfernungen

Die Höchstspannung kommt überwiegend auf Übertragungsnetzebene zum Einsatz. Hier geht es darum, große Strommengen über weite Entfernungen zu transportieren. Einige leistungsstarke Atom-, Kohle- oder Speicherkraftwerke lassen sich auch direkt in diese Spannungsebene einbinden, um die Stromversorgung aufrechtzuerhalten. Beträge von 220.000 Volt (220 kV), 380.0000 Volt (380 kV) oder 400.000 Volt (400 kV) setzen dabei hohe Masten und ausreichend große Abstände zwischen den einzelnen Leitern voraus.

Hochspannung für die Stromverteilung über Regionen hinweg

Ein Großteil deutscher Kraftwerke speist Strom mit Hochspannung in das Verteilnetz ein. Dieses liefert elektrische Energie zu regionalen Netzen auf niedrigeren Spannungsstufen und bildet das Rückgrat der einheimischen Stromversorgung. Bei Beträgen von 35.000 Volt (35 kV), 60.000 Volt (60 kV) oder 110.000 Volt (110 kV) sind die Anforderungen geringer als im Übertragungsnetzbereich. Das erlaubt beispielsweise engere Leitungsabstände und flachere Strommasten. Die Stromversorgung auf Hochspannung erfolgt mit überschaubaren Verlusten und geringeren Anschaffungs- oder Investitionskosten.

Mittelspannung für die regionalen Verteilnetze

Die regionale Stromversorgung erfolgt in der Regel mit Mittelspannung. Das ist ausreichend, da die zu überbrückenden Entfernungen hier niedriger und die Strommengen geringer sind. Üblich sind Spannungswerte von 10.000 Volt (10 kV) oder 35.000 Volt (35 kV), die mit geringeren Anforderungen an die technischen Anlagen verbunden sind. An die Mittelspannung angeschlossen sind vor allem Trafostationen für Netze mit Niederspannung und Betriebe mit sehr hohem Stromverbrauch.

Niederspannung für die lokalen Verteilnetze

In Städten, Gemeinden und Siedlungen erfolgt die Stromverteilung bis zu den Verbrauchern mit Niederspannung. Diese hat meist 230 oder 400 Volt und stellt auch bei geringeren Sicherheitsanforderungen eine kleinere Gefahr dar. Während Trafostationen für die Übergabe aus dem Mittelspannungsnetz sorgen, finden sich auf der Verbraucherseite vor allem Haushalte und Gewerbebetriebe mit geringerem Stromverbrauch.

Kleinspannung innerhalb von Industriebetrieben

Die Stromversorgung in Industriebetrieben erfolgt immer häufiger auf einer noch kleineren Spannungsebene – der sogenannten Kleinspannung. Diese lässt Werte von 50 Volt (Wechselspannung) bzw. 120 Volt (Gleichspannung) zu und stellt auch bei einem Stromschlag im Allgemeinen keine Lebensgefahr dar. Stromversorgungen für Sonderspannungen transformieren elektrische Energie dazu von der Niederspannung herunter, um dezentrale Elektromotoren flexibel und effizient betreiben zu können. Sie benötigen kleinere Kabelquerschnitte und sorgen für geringere Installationskosten.

FAQ: Häufig gestellte Fragen zu Hoch-, Mittel- und Niederspannung

Warum gibt es verschiedene Spannungsebenen in der Elektrotechnik?

Abhängig von der Strommenge und der zu überwindenden Distanz sind an die Stromverteilung unterschiedliche Anforderungen gestellt. Große Strommengen lassen sich mit hoher Spannung verlustarm über weite Strecken transportieren. In kleineren Netzen und Hausanlagen sorgen niedrigere Spannungsebenen hingegen für geringere Gefahren und günstigere Technikkosten.

Welche Spannungsebenen gibt es und was sind die Grenzwerte?

Grundsätzlich lassen sich Hochspannung und Niederspannung voneinander unterscheiden. Die Grenze liegt bei 1.000 Volt Wechsel- bzw. 1.500 Volt Gleichspannung. Für eine bessere Einteilung haben sich zudem die Begriffe der Höchstspannung (110 bis 1.150 kV) und Mittelspannung (1 bis 35 kV) etabliert. Die Hochspannung nutzen Experten demzufolge zur Beschreibung von Netzen mit 35 bis 110 Kilovolt.

Was unterscheidet Höchst-, Hoch-, Mittel- und Niederspannung?

Während die Höchstspannung vor allem für lange Übertragungsnetze und den Anschluss weniger, leistungsstarker Kraftwerke infrage kommt, sorgen Hochspannungsnetze für die überregionale Stromverteilung. An diese sind zahlreiche Kraftwerke sowie erneuerbare Energien-Anlagen angeschlossen. Netze mit Mittelspannung verteilen Strom regional. Sie nehmen elektrische Energie von kleineren Kraftwerken auf und geben diesen direkt an Industrie- und Gewerbebetriebe mit sehr hohem Verbrauch ab. Netze mit Niederspannung nehmen elektrische Energie kleiner, meist privater Erneuerbare-Energien-Anlagen und BHKWs auf. Sie versorgen Haushalte sowie Gewerbebetriebe und finden sich in Städten, Gemeinden oder Siedlungen.

Was ist die Kleinspannung und wann kommt sie zum Einsatz?

Die Kleinspannung kommt vor allem im industriellen Bereich immer häufiger zum Einsatz. Sie hat maximal 50 Volt (120 Volt bei Gleichspannung) und stellt daher keine Lebensgefahr dar. Neben geringeren Sicherheitsanforderungen und kleineren Kabelquerschnitten erlaubt es die Kleinspannung, dezentrale Elektromotoren zu betreiben. Diese arbeiten effizient und lassen sich auf diese Weise flexibel umstellen oder zubauen.