Freileitungsmast
Der Freileitungsmast ist eine Konstruktion für die Aufhängung einer elektrischen Freileitung.
Übernimmt der Freileitungsmast eine reine Tragfunktion, so spricht man von einem Tragmast. Freileitungsmaste, an denen Sektionen von Leiterseilen enden, bezeichnet man als Abspannmast. Daneben gibt es noch Abzweigmaste für die Realisierung von Leitungsabzweigen und Endmaste für den Übergang Erdkabel-Freileitung.
Je nach der elektrischen Spannung der Freileitung werden unterschiedliche Freileitungsmasten verwendet.
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Freileitungsmaste für Leitungen zur Nachrichtenübermittlung
siehe Telefonmast
Freileitungsmaste für Niederspannung (Betriebsspannung bis 1000 Volt)
In Niederspannungsnetzen werden Drehstromsysteme immer als Vierleitersystem (der Mittelpunktsleiter ist stets separater Leiter) ausgeführt. Daneben gibt es auch zweipolige Stichleitungen für die Versorgung einzelner Häuser mit Einphasenwechselstrom.
Aus diesem Grund haben Drehstromfreileitungen für Niederspannung stets 4 Leiterseile, 3 Phasen und 1 Mittelpunktsleiter. Die häufigste Anordnung dieser Leiterseile ist in zwei Ebenen (2 auf der obersten, 2 auf der untersten Traverse). Daneben wird gelegentlich auch die Verlegung in einer Ebene praktiziert. Drehstromfreileitungen im Niederspannungsbereich besitzen meist nur einen Stromkreis. Wenn zwei Stromkreise auf einen Mast parallel geführt werden sollen, wird meist die Zweiebenenanordnung gewählt, wobei jede Masthälfte einen Stromkreis trägt. Als Isolatoren werden meist stehende, seltener hängende Isolatoren verwendet.
Als Maste kommen meist Holzmaste oder Betonmaste zum Einsatz. Die Verwendung von Stahlrohr- und Stahlfachwerkmasten ist für Freileitungsmaste für Niederspannung eher selten. Häufig werden Niederspannungsfreileitungen auch auf Hausdächern befestigten kleinen Stahlrohrmasten verlegt.
Zweipolige Niederspannungsleitungen haben stets ein Leiterseil für eine Phase und eines für den Mittelpunktsleiter. Sie werden stets in Einebenenanordnung verlegt. Als Masttypen können alle oben genannten Masttypen in Frage kommen. Ebenfalls zweipolige Freileitungen werden gelegentlich für die Speisung von Straßenlampen verwendet, da Beleuchtungskörper stets für zweipolige Stromanschlüsse ausgelegt sind. Diese werden entweder an den Laternenmasten in Höhe der Beleuchtungskörper befestigt oder an Hängekonstruktionen über der Straße, an denen auch die Beleuchtungskörper hängen, geführt.
Oftmals soll die Straßenbeleuchtung in voller und in halber Leistung (Stärke) betreibbar sein. In diesen Fällen muss eine zusätzliche Leitung verwendet werden, so dass ein solches Leitungssystem 3 Leiterseile hat.
Erdseile werden bei Freileitungen für Betriebsspannungen unter 1.000 Volt nicht verwendet.
Freileitungsmaste für Mittelspannung (1 kV bis 50 kV)
In dieser Spannungsebene werden für Drehstromsysteme stets Dreileitersysteme verwendet. Der Sternpunkt wird in den Umspannstationen entweder niederohmig oder induktiv geerdet.Die Maste müssen daher für die Aufnahme von 3 Leiterseilen (oder einem ganzzahlig vielfachen davon, wenn sie mehrere Stromkreise tragen) ausgerüstet sein. Für Leitungen mit einem Stromkreis wird meist die Einebenenanordnung verwendet. Ist nur eine geringe Trassenbreite möglich, so ist eine Anordnung in 3 Ebenen versetzt am Mast sinnvoll. Für 2 Stromkreise kommen Einebenenmaste, Donaumaste, Tannenbaummaste und Tonnenmaste zum Einsatz.
Als Maste werden meist Holz-, Stahlrohr- oder Betonmaste (Herstellung im Betonwerk), seltener Stahlfachwerkmaste verwendet.
Daneben können solche Leitungen auch auf Masten für Hochspannung (110 kV), meist auf der untersten Traverse installiert sein. Grundsätzlich müssen bei Masten, die für mehr als 1 Stromkreis ausgelegt sind, nicht alle Stromkreise beim Bau der Leitung auf denselben installiert werden. Eine nachträgliche Installation fehlender Stromkreise zu einem späteren Zeitpunkt ist weit verbreitet. Als Isolatoren kommen sowohl stehende als auch hängende Isolatoren zum Einsatz. Erstere ermöglichen eine geringere Bauhöhe der Masten, doch ist die Gefahr von Blitzeinschlägen groß. Letztere ergeben eine größere Sicherheit vor Blitzeinschlägen und können größere Lasten tragen.
Erdseile werden bei Freileitungsmasten für Mittelspannungsnetzen nur in Ausnahmefällen verwendet.
Eine Besonderheit bei Freileitungen in diesem Spannungsbereich sind Freileitungsmaste, die auf einer Plattform eine Umspannstation tragen Masttransformator und Freileitungsmaste, auf denen ein vom Erdboden aus mit einer langen Stange bedienbarer Trennschalter (Masttrenner) montiert ist.
Freileitungsmaste für Hoch- und Höchstspannungsleitungen (50 kV und mehr)
thumbnail|right|150px|Tragmast mit Isolator (u.l.). Isolatorgruppe eines Abspannmasts zum Vergleich (u.r) Wie in der Mittelspannungsebene so sind auch in der Hochspannungsebene Drehstromsysteme stets Dreileitersysteme. Die verwendeten Maste müssen daher ebenfalls für die Aufnahme von 3 Leiterseilen (oder einem ganzzahlig Vielfachen davon, wenn sie mehrere Stromkreise tragen) ausgerüstet sein. Als Isolatoren werden stets Hängeisolatoren verwendet, als Maste meist Stahlfachwerkmaste (Gittermaste), seltener Stahlrohrmaste oder Betonmaste. Holzmaste werden in Deutschland nur in Ausnahmefällen eingesetzt.
Fast immer wird ein Erdseil für den Blitzschutz verwendet. Für erhöhte Anforderungen an den Blitzschutz ist die Verwendung von 2 Erdseilen, die entweder an der Oberseite der obersten Traverse, einer Erdseiltraverse oder v-förmigen Erdseilspitzen montiert sind, möglich.
In Deutschland sind Freileitungsmaste für Hoch- und Höchstspannungsleitungen meist für die Aufnahme von 2 oder mehr Stromkreisen ausgelegt. Für 2 Stromkreise wird in Deutschland meist der Donaumast, seltener der Tannenbaummast, Tonnenmast oder Mast für Einebenenanordnung verwendet. Bei Masten für mehrere Stromkreise ist es nicht nötig alle Stromkreise beim Bau der Leitung auf den Masten zu installieren. Die Praxis einer nachträglichen Installation einzelner Stromkreise ist weit verbreitet.
Häufig werden auf Freileitungsmasten für 110-kV-Leitungen auch Mittelspannungsleitungen parallel zu diesen geführt. Auch eine Parallelführung von 380-kV-, 220-kV- und 110-kV-Leitungen auf dem gleichen Mast ist üblich. Manchmal erfolgt auch, insbesondere bei 110-kV-Stromkreisen, eine Parallelführung zu Bahnstromleitungen.
Freileitungsmaste für Bahnstromleitungen
Freileitungsmaste für Bahnstromleitungen entsprechen in ihrer Konstruktion Masten für 110-kV-Hochspannungsleitungen. Es werden meist Stahlfachwerkmaste, seltener Stahlrohr- oder Betonmaste eingesetzt. Allerdings sind Bahnstromsysteme zweipolige Wechselstromsysteme, so dass Bahnstrommaste für die Aufnahme von 2 Leiterseilen (bzw. einem ganzzahlig vielfachen davon, meist 4, 8 oder 12) ausgelegt sein müssen. Im Regelfall tragen die Masten von Bahnstromleitungen zwei Stromkreise, so dass sie 4 Leiterseile besitzen. Diese werden meist in einer Ebene angeordnet, wobei ein Stromkreis die rechte und einer die linke Masthälfte besetzt. Bei vier Stromkreisen Bahnstrom ist die Zweiebenen und bei sechs Stromkreisen Bahnstrom die Dreiebenenanordnung möglich. Bei beengten Platzverhältnissen ist auch die Anordnung eines Stromkreises in zwei Ebenen möglich.
Bei Parallelführung zu Hochspannungsleitungen für Drehstrom ist für die Bahnstromkreise meist eine separate Traverse vorgesehen. Wenn Bahnstromleitungen parallel zu 380-kV-Leitungen geführt werden, muss die Isolation auf 220 kV verstärkt werden, da im Fehlerfall der Drehstromleitung gefährliche Überspannungen auftreten können. Bahnstromfreileitungen werden meist mit einem Erdseil ausgestattet. In Österreich ist auch die Verwendung von zwei Erdseilen bei Bahnstromfreileitungen üblich.
Bahnstromleitungen können auch auf einer Traverse auf verlängerten Oberleitungsmasten verlegt werden. Diese Art der Verlegung ist für die Speisung von Unterwerken von wechselstrombetriebenen S-Bahnen sinnvoll. Hierbei wird meist bei zweikreisigen Bahnstromleitungen entlang zweigleisiger Bahnleitungen jeder der beiden Oberleitungsmaste für eine Traverse mit einem Stromkreis ausgerüstet. Gelegentlich kommt auch eine Zweiebenenanordnung beider Stromkreise zum Einsatz. Die sonst bei Bahnstromleitungen gebräuchliche Einebenenanordnung ist, da Oberleitungsmaste einen kleineren Querschnitt haben als übliche Bahnstromfreileitungsmaste für diesen Zweck eher unüblich.
thumb|Typischer Hochspannungsmast einer Bahnstromleitung in Deutschland
Freileitungsmaste für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung
Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen sind entweder ein- oder zweipolige Systeme. Aus diesen Grund werden hier ein- oder zweipolige Leitungen verwendet. Bei zweipoligen Systemen wird meist die Einebenenanordnung der Leiterseile verwendet und auf jeder Masthälfte je ein Pol verwendet. Bei einpoligen Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen können Maste mit nur einem Leiterseil zum Einsatz kommen. Häufig werden aber bei solchen Anlagen die Maste schon für einen späteren zweipoligen Ausbau der Leitung ausgelegt. In diesen Fällen werden aus statischen Gründen im Regelfall auf beiden Masthälften die Leiterseile installiert, wobei der eine Pol entweder bis zum zweipoligen Ausbau als Leitung zur Erdungselektrode oder parallelgeschaltete mit den anderen Pol betrieben wird.In letzteren Fall ist die Leitung von der Stromrichterstation zur Erdungselektrode meist als Erdkabel ausgeführt.
Bei zweipoligen Freileitungen für die Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung kann die Leitung zur Erdungselektrode, da sie geerdet ist, die Funktion des Erdseils übernehmen. Sie kann aber auch als zusätzlicher Leiter ausgeführt sein. Freileitungsmaste für Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragungen werden meist mit einem, manchmal auch mit zwei Erdseilen ausgestattet.
thumb|Freileitungsmast der HGÜ "Baltic-Cable"
Montage
Hochspannungsmaste aus Holz oder Beton werden im Regelfall als ganzes angeliefert und am Aufstellungsort aufgerichtet. Dies gilt auch für Stahlrohrmaste. Auch Gittermaste können liegend zusammengebaut werden und dann mittels Seilzug aufgerichtet werden. Obwohl dieses Verfahren wegen der Reduzierung von Arbeiten in größerer Höhe auch heute noch interessant ist, wird es im Regelfall wegen des nötigen Montageplatzes kaum noch angewandt. Häufiger werden Gittermaste gestockt, da heißt mit Hilfe eines kleinen Krans, der an der Konstruktion befestigt ist, Stück für Stück zusammengesetzt. Daneben wird, insbesondere wenn die Mastmontage in kurzer Zeit erfolgen soll, weil zum Beispiel ein Mast einer Leitung ersetzt werden soll und diese Leitung nur am Wochenende abgeschaltet werden kann auch mit Hilfe eines Krans montiert. Hochspannungsmaste an unzugänglichen Stellen, wie im Gebirge, werden auch mit Helikoptern montiert. Es ist auch üblich Gittermaste durch Einsetzen weiterer Elemente in ihrer Höhe zu vergrößern, um zum Beispiel die Leitungshöhe für Bauprojekte unter der Leitung zu erhöhen. Solche Arbeiten werden in der Regel mit einem Kran, manchmal auch mit einem Helikopter durchgeführt.
Gittermaste können bei Bedarf demontiert und ggf. an einen neuen Standort wiederaufgebaut werden. Allerdings ist dieses in der Praxis durchaus übliche Vorgehen nur bei Konstruktionen, die sich in guten Zustand befinden, sinnvoll.
Kennzeichnung
Neben den obligaten Hochspannungswarnschild besitzen Freileitungsmaste häufig auch ein Schild mit den Namen der Leitung (entweder den endpunkten der Leitung oder der internen Bezeichnung des EVU) und der Mastnummer.
Überprüfung der Standfestigkeit
Zur Überprüfung der Standfestigkeit von Freileitungsmasten gibt es spezielle Teststationen, in denen Maste aufgebaut werden und die mechanische Festigkeit derselben überprüft werden kann
Sonderkonstruktionen
Für die Realisierung von Abzweigen müssen gelegentlich recht eindrucksvolle Konstruktionen errichtet werden. Dies trifft auch mitunter für Verdrillmaste bei Anordnung der Leiterseile in drei Ebenen zu.
Gelegentlich werden auf Freileitungsmasten (insbesondere auf Stahlfachwerkmasten für die obersten Spannungsebenen) auch Sendeanlagen installiert. Meist sind es Anlagen für den Mobilfunk oder den Betriebsfunk des Energieversorgungsunternehmens, gelegentlich aber für andere Funkdienste. So wurden schon Sendeantennen für UKW-Hörfunk- und Fernsehsender kleiner Leistung auf Freileitungsmasten installiert. Auf dem Tragmast der Elbekreuzung 1 befindet sich eine Radaranlage des Wasser- und Schifffahrtsamtes Hamburg. Für die Überquerung breiter Täler muss ein großer Abstand der Leiterseile gewählt werden, damit diese auch bei Sturm nicht zusammenschlagen können und einen Kurzschluss verursachen. In diesen Fällen wird gelegentlich für jeden Leiter ein eigener Mast verwendet.
Für die Überquerung breiter Flüsse und Meerengen müssen bei flacher Küstentopographie sehr hohe Masten errichtet werden, da für die Schifffahrt eine große Durchfahrtshöhe nötig ist. Solche Masten müssen mit Flugsicherheitslampen ausgerüstet sein. Sie besitzen häufig auch zur Wartung dieser Anlagen Treppen und mit Geländern versehene Laufstege.
Zwei bekannte Kreuzungen breiter Flüsse sind die Elbekreuzung 1 und Elbekreuzung 2. Letztere verfügt über die höchsten Freileitungsmaste der Erde (Höhe: 227 Meter).
Von besonders interessanter Konstruktion sind die Hochspannungsmasten der in den 50er Jahren gebauten Freileitung über die Bucht von Cádiz, Spanien. Bei ihnen handelt es sich um 158 Meter hohe Tragmaste mit einer Traverse, die aus einer kegelstumpfförmigen Fachwerkkonstruktion bestehen.
Die größten Spannweiten bei Freileitung wurden bei der Überspannung des norwegischen Sognefjord (Spannweite zwischen zwei Masten 4597 Meter) und in Grönland bei Ameralik (5376 Meter) realisiert. In Deutschland hat die 1992 errichtete Freileitung der EnBW AG, die das Eyachtal bei Höfen überspannt mit 1444 Metern die größte Spannweite.
Um Freileitungen in steile tiefe Täler hinunterzuführen, werden gelegentlich auch schiefe Freileitungsmaste errichtet. Solche Maste findet man zum Beispiel in den USA am Hoover-Damm. In der Schweiz steht in der Nähe von Sargans ein um 20 Grad gegenüber der Vertikalen geneigter Freileitungsmast der NOK. Auch die beiden höchstgelegensten 380-kV-Freileitungsmaste der Schweiz auf den Vorab sind als um 18 Grad gegen die Vertikalen geneigte 32 Meter hohe Deltamaste ausgeführt.
Manchmal wurden auch die Schornsteinevon Kraftwerken mit Auslegern für die Aufnahme von Leiterseilen der abgehenden Leitungen ausgerüstet. Wegen möglicher Korrosionsprobleme durch die Rauchgase sind derartige Konstruktionen sehr selten.
Besondere Standorte
Wenn es die kulturgeographischen Gegebenheiten erfordern, dann werden Freileitungsmaste auch an ungewöhnlichen Standorten aufgestellt. So wurden schon Freileitungsmaste über Bächen gebaut. Der schiffbare Huddersfield Narrow Canal läuft unter den Beinen eines Abspannmasts hindurch [ http://www.gorge.org/pylons/page20.shtml ]. Im Stausee von Santa Maria in der Schweiz wurde ein 47 Meter hoher Abspannmast einer 380-kV-Leitung auf 28 Meter hohen Betonsockeln in den Fluten des Stausees errichtet.
Quelle: elektroenergietechnik, G. Schwickard, AT Verlag, Aarau, Schweiz, 1979
Mastarten
Bezeichnung nach Funktion
- Tragmast
- Abspannmast
- Weitabspannmast
- Verdrillmast
- Abzweigmast
- Abspannportal
- Endmast
- Masttransformator
- Masttrenner
Bezeichnung nach verwendeten Material
Bezeichnung nach Anordnung der Leiterseile
Bezeichnung nach Aufstellungsort
Bezeichnung nach Verwendungszweck
Besondere Freileitungsmaste
- Elbüberspannung Elbekreuzung 1, Stade, Deutschland
- Elbüberspannung Elbekreuzung 2, Stade, Deutschland
- Freileitung über den Sueskanal
- Freileitungen über den Bosporus
- Freileitung über die Straße von Messina, Italien
- Freileitung über die Bucht von Cádiz, Spanien
- Abspannmast im Stausee von Santa Maria, Schweiz
- Pink Pylon, Yorkshire, Großbritannien
- Überspannung des Sognefjords in Norwegen
- Überspannung des Eyachtals
- Überspannung des Fjords von Ameralik
- Tragmaste der Perlfluss-Freileitungskreuzung
- Tragmaste der Ghesm-Freileitungskreuzung
- Rheinquerung bei Duisburg-Rheinhausen
- Rheinquerung bei Voerde