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Schieflast

Definition: eine asymmetrische Belastung der Phasen eines Drehstromnetzes

Englisch: unbalanced load

Kategorie: elektrische Energie

Autor:

Wie man zitiert; zusätzliche Literatur vorschlagen

Erstellung: 22.07.2020

Eine Schieflast in einem Drehstromnetz bedeutet eine asymmetrische (ungleiche) Strombelastung der verschiedenen Phasen (Außenleiter). Im Idealfall ohne jede Schieflast sind die Stromstärken und transportierten elektrischen Leistungen in allen Phasen identisch. Dies ist beispielsweise annähernd der Fall, wenn nur ein Drehstrommotor an das Netz angeschlossen wird, oder wenn jede Phase die gleiche Art und Anzahl von Verbrauchern (z. B. Elektroheizstäbe) versorgt.

In der Praxis treten jedoch häufig gewisse Schieflasten auf. Beispielsweise werden in Haushalten hauptsächlich einphasige Verbraucher verwendet. (Alle, die über eine normale Haushaltssteckdose versorgt werden, gehören dazu.) Zwar werden beispielsweise die Steckdosen in einem Haus in etwa gleichmäßig auf die verschiedenen Phasen verteilt, jedoch ist es immer möglich, dass ein leistungsfähiges Gerät eine Phase stark belastet, während von den anderen erheblich niedrigere Leistungen bezogen werden. Deswegen ist die Schieflast bezogen auf einen einzelnen Haushalt häufig relativ gesehen ziemlich hoch. Jedoch mitteln sich solche Effekte durch die Vielzahl von Haushalten in einem Verteilungsnetz zum größten Teil aus; es ist nämlich unwahrscheinlich, dass eine Vielzahl von Haushalten immer dieselbe Phase stärker belastet als die anderen.

Weniger gut funktioniert die erwähnte Mittelung in Ländern, bei denen Haushalte nur mit jeweils einer Phase versorgt werden.

Größere Schieflasten sind möglich bei Betrieb leistungsfähiger Verbraucher, die nur eine Phase nutzen können. Beispielsweise werden praktisch alle Elektrolokomotiven mit einphasigem Wechselstrom betrieben, da sonst das System der Oberleitungen und Stromabnehmer zu kompliziert würde. Wenn nun eine Bahnstrecke einfach an eine der Phasen eines Drehstromnetzes angeschlossen wird, führt dies im Betrieb zu einer erheblichen Schieflast. Selbst wenn die anderen Phasen für andere Bahnstrecken benutzt würden, wären deren Belastungen nicht zu allen Zeiten gleich, da Züge beim Anfahren oder bei hoher Geschwindigkeit besonders viel Strom brauchen, beim Bremsen dagegen meist sogar Energie einspeisen (Rekuperation), und verschiedene Züge dies im Allgemeinen natürlich nicht gleichzeitig tun.

Extreme Schieflasten im Hochspannungsnetz können kurzfristig durch Kurzschlüsse entstehen – wenn etwa bei Unwettern Strommasten umfallen – oder wenn Leiterseile bei Unfällen reißen. In solchen Fällen wird eine Leitung meistens schnell abgeschaltet.

Probleme durch Schieflasten

Eines der Probleme mit Schieflasten ist, dass die vorhandenen Leitungskapazitäten nicht gut genutzt werden: Bei einer gegebenen Gesamtleistung führen sie zu erhöhten Energieverlusten.

Darüber hinaus kann eine wesentliche Schieflast in Generatoren der Kraftwerke zu massiv erhöhten Energieverlusten führen, die mit einer ungewöhnlichen Aufheizung des Läufers einhergehen und zur Zerstörung führen könnten, wenn ein solcher Generator nicht rechtzeitig entlastet wird. Auch für Transformatoren sind Schieflasten ungünstig.

Gegenmaßnahmen

Am günstigsten ist es in der Regel, Schieflasten von vornherein durch eine geeignete Auslegung der Systeme zu minimieren. Hierbei ist natürlich die Versorgung größerer Verbraucher von entsprechend größerer Bedeutung. Beispielsweise ist es wünschenswert, dass Batterien von Elektroautos nicht über einfache Haushaltssteckdosen geladen werden (die auch nur wenig Leistung bringen können), sondern über mit Drehstrom versorgte Ladegeräte. Ebenso sollten Photovoltaikanlagen symmetrisch in alle Phasen einspeisen. Dagegen lohnt sich für Kleingeräte kein zusätzlicher Aufwand.

Es gibt auch technische Maßnahmen zur Kompensation von entstandenen Schieflasten. Beispielsweise gibt es dafür Drehstromtransformatoren mit zusätzlichen Ausgleichswicklungen oder anderen Erweiterungen. Die moderne Leistungselektronik bietet diverse weitere Möglichkeiten. Grundsätzlich erhöhen solche Einrichtungen aber die Errichtungskosten.

Bei Niederspannungstransformatoren verwendet man manchmal auch mit moderatem Zusatzaufwand eine sogenannte Zickzackschaltung mit zwei Sekundärwicklungen pro Niederspannungs-Phase, wodurch die Leistung selbst bei recht unsymmetrischer Belastung auf der Sekundärseite ziemlich gleichmäßig auf die drei Primär-Phasen verteilt wird. Eine im Niederspannungsnetz bestehende Schieflast wirkt sich dann also nicht auf die Mittel- bzw. Hochspannungsseite aus. Allerdings führt dieser Ansatz nicht nur zu etwas höheren Baukosten, sondern auch zu höheren Energieverlusten im Transformator. Deswegen verwendet man Niederspannungstransformatoren mit Zickzackschaltung nur in besonderen Fällen, etwa zur Versorgung größerer Endverbraucher (z. B. Bauernhöfe).

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