Wenn Stromleitungen zu Segeln werden

Wie die Auswirkungen des Windes auf die Stromtrassen sind, untersuchen derzeit Wissenschaftler der BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung in Zusammenarbeit mit der Technischen Universität Braunschweig in einem Forschungsvorhaben.

Die ersten Ergebnisse des jüngst gestarteten Forschungsprojekts – unter anderem durch Videos auf der BAM-Webseite dokumentiert – zeigen, wie spielend leicht eine mittlere Windgeschwindigkeit von 50 km/h die über zwei Tonnen schweren Stromleitungen bewegt.

„Die auf die Leitung wirkende Windbelastung muss natürlich von dem Mast getragen werden“, sagt der Projektleiter Milad Mehdianpour. „Bei höheren Windstärken können leicht Kräfte von über einer Tonne auftreten, und das pro Leiterseil. Meist haben wir sechs Leiterseile an einem Mast.“ Die Leitung wirkt dabei wie ein Segel, welches die Windkraft auf den Mast abgibt. Aus rund 20.000 Messwerten wurde eine Grafik erstellt, die beispielhaft die Windverteilung über den kurzen Zeitraum von einer Minute zeigt. „Der natürliche Wind kommt nie gleichmäßig; umso stärker er ist und umso unregelmäßiger das Gelände ist, desto größer sind die Schwankungen“, erklärt der Wissenschaftler.

Zur Berechnung von Bauwerken müssen die zu erwartenden extremen Windbelastungen für die Nutzungsdauer geschätzt werden. Die Ingenieure bezeichnen dies als Windlastannahme. Die Windlastannahmen gehen in der Regel vom so genannten 50-Jahres-Wind aus, einem Sturm, der statistisch betrachtet alle 50 Jahre vorkommt. Berücksichtigt wird dabei die in dem Sturm auftretende Spitzenböe zuzüglich einer Sicherheitsreserve. Für die Ingenieure ist es nicht immer einfach, die mögliche Bauwerksbelastung durch starke Winde realitätsnah vorauszuberechnen, da außer der Windgeschwindigkeit noch andere Effekte eine Rolle spielen. Denn, der Zusammenhang zwischen dem Wind und den resultierenden Bauwerksbelastungen ist in Wirklichkeit sehr komplex.

Das Forschungsprojekt MOSYTRAF* untersucht die Windeinwirkung auf Freileitungen durch eine weltweit einmalige Kombination aus Naturmessungen, Windkanalversuchen und Computerberechnungen. Für die Naturmessungen wurde ein etwa 800 Meter langes Teilstück einer Hochspannungsleitung in der Nähe von Rostock ausgesucht. Dort wurden zwölf Sensoren in die Abstandshalter zwischen die Leiterseile gehangen, sowie ein weiterer Sensor an einem Mast befestigt. Videokameras liefern regelmäßig Bilder aus der Mastperspektive. Ziel von MOSYTRAF ist es, allgemein gültige Bemessungsregeln für Windlasten auf die Leiterseile zu erarbeiten.

Aktuell kann sich der Freileitungsbau in der Praxis bezüglich Wind auf einen langjährigen Erfahrungsschatz stützen, der die Theorie ergänzt. Die BAM-Wissenschaftler möchten aber die Hintergründe genauer beleuchten. „Nur wenn wir die Grundlagen besser verstehen und die Zusammenhänge auch realitätsnah berechnen können, sind wir in der Lage, bei Bedarf an den richtigen Stellschrauben zu drehen“, sagt Milad Mehdianpour. Die MOSYTRAF-Messungen liefern hierfür die Grundlage, um sowohl die Zuverlässigkeit als auch die Wirtschaftlichkeit zu verbessern.

In Deutschland sind derzeit viele bestehende Freileitungen 60 und mehr Jahre alt. Mittels der gewonnenen Erkenntnisse wird es möglich sein, die Sicherheit des Bestandsnetzes realitätsnäher abschätzen zu können und gegebenenfalls trotz des Bestandschutzes besonders kritische Abschnitte sinnvoll zu sanieren. Aber auch für den Netzausbau sind die gewonnenen Erkenntnisse hilfreich.

Das Forschungsvorhaben wird von den Übertragungsnetzbetreibern TenneT TSO GmbH, E.ON Netz GmbH und 50 Hertz Transmission GmbH finanziert. Forschungs¬partner der BAM ist das Institut für Stahlbau der Technischen Universität Braunschweig, an dem unter anderem die Windkanaluntersuchungen an den Leiterseilen durchgeführt werden. Das Projekt läuft zunächst bis September 2013.

*MOSYTRAF steht für „Monitoringsystem zur Tragverhaltensstudie von Freileitungen unter Böenbeanspruchung“

Weitere Informationen unter: www.mosytraf.bam.de

Kontakt:
Dr.-Ing. Milad Mehdianpour
Abteilung 7 Bauwerkssicherheit
E-Mail: milad.mehdianpour@bam.de