20.3.2026 von Stephan Bärtschi, Vorstandsmitglied HSUB
In der Hochspannungstechnik werden viele Fachbegriffe verwendet, die für Aussenstehende schwer verständlich sind. In diesem Text erklären wir einige davon.
Dabei nutzen wir einfache Vergleiche, Synonyme und Bilder aus dem Alltag. So nähern wir uns Schritt für Schritt den technischen Begriffen an. Unser Ziel ist, dass Sie die Zusammenhänge besser verstehen und technische Diskussionen um die Frage Kabelleitungen versus Freileitungen leichter verfolgen können.
Gleichzeitig weisen wir auf aktuelle Probleme hin und zeigen Lösungswege auf.
Blindleistung – einfach erklärt
Stellen wir uns einen Bus mit drei Passagieren vor, der an einer Haltestelle anhält. Fünf Personen steigen aus.
Wie viele müssen nun einsteigen, damit der Bus leer ist?
Diese scheinbar unsinnige mathematische Aufgabe hilft, das Prinzip der Blindleistung zu erklären.
Es gibt zwei Arten von Passagieren: Reguläre Passagiere, welche zahlen und ein Ziel haben und die blinden Passagiere, welche nichts zahlen und zum Spass mitfahren.
Das gilt nicht nur im öffentlichen Verkehr, sondern auch im Stromnetz.
Die blinden Passagiere nehmen Platz weg und verursachen Kosten, ohne einen Nutzen zu bringen. Zudem lassen sie sich nicht einfach entfernen; sie können nur neutralisiert werden.
Dabei gibt es zwei Arten von blinden Passagieren. Im Beispiel nennen wir sie zuerst Pressluft und Vakuum.
Wenn sich beide im Bus begegnen, bilden sie Paare umschlingen sich und lösen sich gegenseitig auf.
Ein weiteres Beispiel: Im Bus sitzen 13 blinde Pressluft-Passagiere und 7 reguläre Passagiere. An der Haltestelle steigen 8 blinde Vakuum-Passagiere und 3 reguläre Passagiere ein. Die blinden Passagiere gleichen sich aus. Es bleiben 5 blinde Pressluft-Passagiere und 10 reguläre Passagiere.
Wichtig: Blindleistung wird kompensiert, indem man die gegenteilige Blindleistung hinzufügt. Dabei verschwindet die Blindleistung vollständig ohne Rückstände zu hinterlassen.
Blindleistung technisch erklärt
Elektrische Energie setzt sich aus drei Grössen zusammen: Spannung, Strom und Zeit. Der Spannung, vergleichbar mit dem Höhenunterschied [DB3] zweier Wasserbehälter und dem Strom, der transportierten Menge Wasser zwischen diese beide. Multipliziert man beide, erhält man die elektrische Leistung. Multipliziert man dann noch die Leistung mit der Dauer(Zeit) erhält man die Energie.
Bei Wechselstrom schwingen Spannung und Strom normalerweise mit 50 Hertz, also 50-ig mal pro Sekunde. Allerdings schwingt Spannung und Strom nicht immer exakt gleichzeitig. Einer der beiden kann dem anderen etwas voraus sein. Kapazitäten verursachen, dass der Strom der Spannung vorauseilt. Es entsteht kapazitive Blindleistung. Induktivitäten verursachen, dass Spannung dem Strom vorauseilt, es entsteht induktive Blindleistung. Es ist wie wenn Menschen zusammen spazieren. Einer ist dem Anderen immer eine Fusslänge oder auch mehr voraus.
Technische Auswirkungen
Im heutigen Höchstspannungsnetz wird Blindleistung meist nur in grossen Kraftwerken, den Energiequellen, kompensiert. Die Ineffizienz wird klar, wenn wir auf das Beispiel von oben zurückgreifen und in den Kraftwerken die Busdepots erkennen, mit den dazugehörigen Tankanlagen. Die blinden Passagiere bleiben so viel zu lange im Bus und verursachen, dass der Energiebedarf des Busses steigt.
Ausserdem kann es passieren, dass reguläre Passagiere keinen Platz mehr finden.
Ein wichtiger Punkt: Jede Wechselstromleitung erzeugt Blindleistung.
Im nächsten Beispiel zeigen wir auf, wie sich die Anzahl Passagiere auf die Blindleistung tatsächlich auswirkt: Von Beginn weg, einem leeren Bus, sitzen eine Anzahl kapazitive blinde Passagiere im Bus. Mit den regulären Passagieren steigen auch induktive blinde Passagiere zu, welche sich mit den kapazitiven, bereits im Bus vorhandenen blinden Passagieren auflösen. Ist der Bus etwa halb voll, haben sich die blinden Passagiere gegenseitig aufgelöst. Da keine Blindleistung vorhanden ist, spricht man bei diesem Punkt auch von der natürlichen Leistung. Steigen noch mehr reguläre Passagiere zu, steigen auch induktive Passagiere zu, welche nicht mehr aufgelöst werden. Um weiteren regulären Passagieren Platz zu machen, muss maschinell kapazitive Blindleistung zugeführt werden.
Der Punkt mit der natürlichen Leistung ist ohne äusseres Zutun der effizienteste Betriebspunkt. Dieser wird aber im Normalbetrieb sehr selten erreicht, denn welcher reguläre Passagier möchte herumreisen nur um das Verkehrsmittel effizient zu halten? Deshalb sollten die blinden Passagiere oder Blindleistung wo immer möglich kompensiert werden, idealerweise an möglichst vielen Stellen im Netz, zum Beispiel bei jedem Umspannwerk.
Die herkömmlichen Erdkabel mit Polyethylen Isolation, verursachen etwa zehn mal mehr kapazitive Blindleistung als Freileitungen. Um diese zu kompensieren muss maschinell induktive Blindleistung zugeführt werden. Ansonsten kann der Bus nach 50 bis 80 Kilometer keine regulären Passagiere mehr aufnehmen. Dieses maschinelle Zuführen von Blindleistung wird mittels Kompensationsanlagen bewerkstelligt.
Notlösung Spannung erhöhen
Eine andere Möglichkeit besteht darin, im Kraftwerk, der Energiequelle, die Spannung zu erhöhen. Dadurch können mehr reguläre Passagiere in den Bus gequetscht werden. Das sollte jedoch nur eine Notlösung sein.
Kapazitive Blindleistung kann die Spannung im Netz zusätzlich um einige wenige Prozent anheben. Bei einer Spannung von 380 kV entspricht eine Erhöhung um 1 % bereits 3800 Volt. Steigt die Spannung über 420 kV, erreichen einige Komponenten ihre Belastungsgrenzen. Die Spannungserhöhung, welche durch die kapazitive Blindleistung entsteht, untergräbt somit auch den Ansatz, durch Spannungserhöhung, mehr reguläre Passagiere in den Bus zu quetschen.
Wenn Netzbetreiber über zu hohe Spannungen bei den Kraftwerken, den Energiequellen, klagen, zeigt das somit gleichzeitig, dass zu wenig Blindleistung dezentral kompensiert wird.
Das ideale Kabel
Wir wissen nun, es gibt kein ideales Kabel. Wenn wir aber genau überlegen, hätte das beste Kabel die Eigenschaft, dass bei voller Last oder vollem Bus, sich die Blindleistungen auf Null kompensieren, somit hier der Punkt der natürlichen Leistung wäre. Ist der Bus weniger voll, kann man auch ein paar blinde kapazitive Passagiere in Kauf nehmen. Sobald mehr reguläre Passagiere zusteigen, kommen auch automatisch mehr induktive Passagiere hinzu, welche die kapazitiven neutralisieren.
Ein Kabel mit dieser Eigenschaft wird von der Schweizer Firma Hivoduct hergestellt.
Kaltstart des Stromnetzes
Wenn ein Stromnetz komplett abgeschaltet war und neu gestartet werden muss, spricht man von einem Kaltstart. Dabei treten mehrere Probleme auf: Viele Verbraucher sind noch eingeschaltet. Leitungen selbst wirken beim Einschalten wie Verbraucher. Besonders Leitungen mit hoher Kapazität verursachen starke Einschaltströme.
Deshalb werden Induktivitäten vorgeschaltet, um diese Einschaltspitzen zu dämpfen.
Ein Kaltstart kann allerdings kaum getestet werden, weil dafür zuvor das Stromnetz abgeschaltet werden müsste.
Oberwellen
Wenn man ein JPEG-Bild stark vergrössert, erkennt man viele kleine Rechtecke. Diese bilden die Grundstruktur des Bildes. In der Physik gibt es eine ähnliche Grundform für elektrische Signale: den Sinus. Viele reale Signale bestehen aus mehreren überlagerten Sinusschwingungen mit unterschiedlichen Frequenzen.
Der Mathematiker Fourier zeigte, dass sich sogar eine rechteckige Signalform aus vielen Sinuswellen zusammensetzen lässt.
Beispiel: Wenn man eine Taschenlampe jede halbe Sekunde ein- und ausschaltet, entsteht ein Signal mit 1 Hertz. Das Ein- und Ausschalten wiederholt sich jede Sekunde. Dieses ein- aus Signal enthält zusätzlich höhere Frequenzen, sogenannte Oberwellen oder Harmonische.
In der grünen Signalform lässt sich den oben beschriebene Ein- / Ausschalt-Signalform bereits erahnen.
Blau: 1. Harmonische (Sinus in der Grundfrequenz)
Rot: 3. Harmonische (3x die Grundfrequenz)
Braun: 5. Harmonische (5x die Grundfrequenz)
Grün: resultierende Signalform
(zusammenaddiert aus den Harmonischen 1, 2 und 3)
Beispiele für Ursachen von Oberwellen:
Lichtdimmer mit Phasenanschnitt schneiden ein Stück des Sinus heraus. An den Schnittkanten entstehen steilere Signale und somit Oberwellen. Ein weiteres Beispiel sind einfache LED-Netzteile. Diese beziehen Strom nur an den Spitzen des Sinus. Dieser flacht dadurch ab. Auch hier ist das Ergebnis Oberwellen. So gibt es noch eine Vielzahl von elektronischen Verbrauchern, welche Oberwellen erzeugen. Immer wenn der 50 Hertz Sinus in seiner Form verändert wird, werden Oberwellen erzeugt.
Um Oberwellen herauszufiltern, werden Kapazitäten und Induktivitäten eingesetzt; also genau die Elemente, die auch bei der Blindleistung eine Rolle spielen.
Schwingungen und Resonanzen
Viele kennen das Experiment: wenn eine Stimmgabel angeschlagen wird, ist diese kaum hörbar. Wird diese aber an einen Gegenstand gehalten oder noch besser an den Stimmgabel Resonanzkörper, wird die Stimmgabel für alle im Raum gut hörbar. Der Resonanzkörper ist für die Frequenz perfekt dimensioniert und so tritt der Klangkörper mit der Stimmgabel in Resonanz. Das Ergebnis ist eine stark erhöhte Lautstärke.
Ein weiteres Beispiel versucht die negativen Seiten von Schwingungen aufzuzeigen. Wenn wir eine Blumenkiste mit Wasser füllen und diese herumtragen, bringen kleinste Bewegungen das Wasser dazu, dass es hin- und her schwappt. Im schlimmsten Fall kommt es zum Überschwappen. Wenn wir aber zuvor einen Stein in die Mitte der Blumenkiste legen, bremst dieser, dass das Wasser beim hin und her schwappen und kann so ein Überschwappen verhindern oder zumindest verzögern.
Auch in der Elektrotechnik gibt es Komponenten, welche gut miteinander in Resonanz treten können. Also das Wasser zum Überschwappen bringen könnten. Und auch hier gibt es Elemente, welche wie der Stein dämpfend wirkt.
Oh Überraschung, es sind dies wiederum die Kapazitäten und Induktivitäten welche schwingen! Dabei lässt sich die Resonanzfrequenz genau berechnen und muss am besten über der 13. Harmonischen liegen. Also im 50 Hertz Wechselstrom höher als 650 Hertz. Und je grösser die Verluste (Steine) in den Leitungen, desto besser die Schwingungsdämpfung. Die Steine, der elektrische Widerstand erzeugt Verluste. Gemäss der Energiestrategie 2050 sollten aber gerade diese möglichst vermieden werden.
Zusammenfassung
Jedes Übertragungsleitung von elektrischer Energie, egal Freileitung oder Erdkabel erzeugt Blindleistung und Verluste. Je nach der Strommenge (reguläre Passagiere) ist die Blindleistung kapazitiv oder induktiv. Die Blindleistung sollte möglichst nahe bei den Verursachern kompensiert werden. Idealerweise bei jedem Netzknotenpunkt. Für den Betrieb von Erdkabeln wird zusätzliche induktive Blindleistung benötigt, um die Kabelkapazität zu kompensieren. Auch für einen sicheren Kaltstart würden zusätzliche Induktivitäten Vorteile bringen.
Oberwellen sind Störungen, welche von angeschlossenen Geräten ins Netz gelangen und müssen entfernt werden.
Kapazitäten und Induktivitäten neigen zum Schwingen und können so das Netz destabilisieren.
Neue Lösungsansätze
Bisher wurden nur passive Komponenten beschrieben, welche aber bei der Lösung der Probleme im Hochspannungsnetz zunehmend an ihre Grenzen stossen. Diese Grenzen wurden durch die Swissgrid in der «Kabelstudie Schweiz» auch dokumentiert.
Aus der Energiestrategie 2050 geht klar hervor, dass der sparsame Umgang mit der Energie, ein Gebot der Stunde ist. Zusätzlich zum sicheren Netzbetrieb, kommt die Anforderung hinzu, dass das Netz auch effizient betrieben werden muss! Es braucht somit auch neue Lösungsansätze.
Falls immer die effizienteste Kabeltechnik eingesetzt werden müsste, könnten Probleme mit Resonanzen auftreten, denn die Kabelverluste und somit deren dämpfende Wirkung würden kleiner. Man muss sich daher von den passiven Komponenten für Netzfilterung und Kompensation von Blindleistung verabschieden und zu aktiven Komponenten über gehen.
SVC (Static VAR Compensator) und STATCOM (Static Synchronous Compensator) sind heute Stand der Technik und würden neben dem Lösen der oben beschriebenen Herausforderungen zusätzliche Netzstabilität bieten. Doch auf diese Stabilität wurde bisher aus Kostengründen verzichtet, wie dies die Netzbetreiberin Swissgrid in dem von der ETH erstellten Reviewbericht[1] zur «Kabelstudie Schweiz» schreibt:
(Aus dem Englischen mit Google übersetzt)
Komponenten, welche die Netzstabilität verbessern und helfen Blackouts zu verhindern, müssen bereits vor dem Ereignis in genügender Menge eingeplant und verbaut sein. Hier wäre eine technologieoffene Studie, im Hinblick auf Energiesparmassnahmen, dringend zu empfehlen.
Fazit
Die Technologie für ein modernes Hochspannungsnetz steht bereit. Insbesondere auch die Technologie, dass das Hochspannungsnetz, gemäss der Energiestrategie 2050, sparsam betrieben werden könnte.
Dabei sollte das Gebot der Stunde sein, bei einem Neubau, die jeweils energiesparendste Technologie verwenden zu müssen.
[1] https://www.bfe.admin.ch/bfe/de/home/versorgung/stromversorgung/stromnetze/netzentwicklung-strategie-stromnetze/freileitung-oder-kabel.html, Assessment of the Swissgrid study on the impacts of underground cabling in EHV networks on the grid operation: “étude de câblage Suisse”