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Elektrotechnik
Das Studium der Hochspannungstechnik
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© Brian Jackson (l.) u. John Rick (r.), Fotolia
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Wem würde es nicht gefallen, permanente Hochspannung in sein Leben zu bringen? Das Studium der Hochspannungstechnik könnte ein erster Schritt sein. Dabei lernt man natürlich nicht, was so manchem Hollywood-Regisseur auch ganz gut tun würde – nämlich mehr Spannung im Kino zu erzeugen. Nein, die Hochspannungstechnik ist alles andere als Entertainment, sie ist eine wichtige Vertiefungsrichtung im ingenieurwissenschaftlichen Studium der Energie- oder Elektrotechnik. Denn der Hunger nach Energie ist eines der zentralen Bedürfnisse unserer modernen Welt. Erst Strom lässt das industrielle und gesellschaftliche Leben pulsieren. Auch wenn man nach wie vor darüber streitet, ob die beste Primärenergiequelle zur Stromerzeugung Kohle, Gas, Wasser, Wind, Sonne, Biomasse oder doch Atomkraft sein wird, so ist es unstrittig, dass erst die Hochspannungstechnik die essentiellen Voraussetzungen dafür schafft, Energie in großen Menge übers Land zu verteilen. Ohne dieses spezielle Know-how wäre die verlustarme Übertragung von Strom vom Kraftwerk bis zur heimischen Steckdose weder wirtschaftlich noch technisch machbar.
Hochspannend wird’s ab 1.000 Volt
Laut Definition wird es in der elektrischen Energietechnik hochspannend bei allen Spannungen oberhalb von 1.000 Volt (1 kV). Dabei gibt es in der Übertragung von Strom innerhalb Deutschlands verschiedene Nennspannungen: Mit Mittelspannungsnetzen von 3 kV bis zu 30 kV findet die Versorgung einzelner Stadteile oder großer Industriebetriebe statt. Hochspannung von 60 kV bis 110 kV herrscht in Netzen, die kleinere Städte versorgen oder auch in Überlandleitungen. Und darüber hinaus gibt es sogar noch die sogenannte Höchstspannung von 220 bis 380 kV, die der Großraumversorgung, dem überregionalen Energieaustausch oder dem Anschluss von Großkraftwerken ans Versorgungsnetz dient. So elektrisierend das auch alles klingen mag, trotzdem kann menschlich erzeugte High Voltage kaum mit der Natur konkurrieren, denn zur Entstehung von Blitzen muss der Spannungsunterschied zwischen einer Gewitterwolke und der Erde einige 10 Millionen Volt betragen.
Der Strom schwankt
Wichtig zu wissen ist auch, dass die in den Generatoren der Kraftwerke erzeugte Wechselspannung erst mit Hilfe von riesigen Transformatoren in Hochspannung gewandelt und danach ins Stromnetz eingespeist wird. Ein ganz großes Thema für die Experten der Hochspannungstechnik ist zudem die Energiebereitstellung, denn nicht zu jeder Tages-, Nacht- und Jahreszeit ist der Strombedarf der Republik derselbe. Genau diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden. Das ist gar nicht so einfach, denn elektrische Energie lässt sich bis heute nicht in nennenswertem Umfang speichern. Erzeugung und Verbrauch von Strom müssen sich demnach möglichst die Waage halten. Ziemlich schwierig bei Millionen von Verbrauchern und einem gigantischen – über EU-Ländergrenzen reichenden – Stromnetz, das aus ganz unterschiedlichen Primärenergiequellen und Kraftwerken besteht.
Kohle- und Gas-Kraftwerke können beispielsweise schnell auf einen steigenden Bedarf reagieren, Wind weht aber nicht immer und auch die Sonne scheint leider keine 24 Stunden am Tag. Deshalb kommt einem gut funktionierenden Energiemix eine genau so hohe Bedeutung zu, wie der aufwändigen und hochtechnischen Regelung des gigantischen Netzes und der daran angeschlossenen Groß- und Klein-Kraftwerke. Eine Mammut-Aufgabe für Ingenieurinnen und Ingenieure der Hochspannungstechnik. Und sicherlich auch eine Jobgarantie bis weit in die Ewigkeit, denn ohne Strom geht für die Menschheit mehr als das Licht aus.
Darum wird permanent an den technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen der elektrischen Energieversorgung gearbeitet. Alternative Szenarien werden durchgespielt, Erkenntnisse zu Netzen und Anlagen im störungsfreien und gestörten Zustand gesammelt, Qualitätssicherungen und Diagnoseverfahren entwickelt, aber auch neue Komponenten und Werkstoffe mit innovativen Eigenschaften getestet.
Viele spannende Produkte
Trotzdem beschreibt die Energieerzeugung und -übertragung allein nur einen Teil der Welt, in der Hochspannungstechniker tätig sind. Viele andere Hightech-Entwicklungen und -Anwendungen wie Röntgengeräte, Nierensteinzertrümmerer und Laser in der Medizintechnik, die Erzeugung von Zündfunken in Ottomotoren, Gasheizungen oder Feuerzeugen, die physikalische Forschung mit Teilchenbeschleunigern, Hochleistungslichtquellen und Supraleitern, aber auch Kopiergeräte, Fernsehröhren, Elektrofilter und sogar die Spannungsversorgung von Satelliten fallen ebenfalls in diesen Bereich und benötigen extrem hohe Spannungen.
High Voltage im Hörsaal
Bei so elektrisierenden Karriere-Perspektiven ist der Schritt in ein entsprechendes Ingenieurstudium alles andere als eine Kurzschlusshandlung. Hochspannungstechnik als eigenständiger Studiengang ist zwar (noch) nicht im Angebot der deutschen Hochschulen, aber wer in die Vertiefungs-Angebote der Fachgebiete Elektrotechnik, Energietechnik oder auch Informationstechnik schaut, wird sehen, dass in den weiterführenden Semestern auch die Hochspannungstechnik eine große Rolle in der Studienplanung spielt. Viele Unis und FHs haben dazu extra eigene Institute und Labors für Hochspannung und elektrische Energieanlagen eingerichtet. Trotzdem, bevor man sich mit der vollen Volt-Zahl befassen darf, müssen erst die naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen verinnerlicht werden. Deshalb sind die ersten Semester der klassischen E-Technik-Studiengänge geprägt von der Vermittlung eines soliden Grundlagenwissens in Mathe und Physik.
Mit Elektrotechnik, elektronischen Bauelementen sowie Schaltungen und Informatik geht’s dann weiter, bevor man auch die Regelungstechnik, Werkstoffkunde, Messtechnik, Informationstechnik oder die Energietechnik erkunden darf. Dann, in den weiterführenden Semestern wird’s endlich richtig hoch spannend, jetzt stehen die speziellen Inhalte der Hochspannungstechnik auf dem Stundenplan und Vorlesungen, Seminare und Laborübungen vermitteln Spezialwissen zu Themen wie Energieversorgung, elektromechanische Energieumformung, Leistungselektronik, Energieanlagen und -systeme, Wechsel- und Gleichstromschaltungen, Technologie des Energietransports, Betriebsverhalten von Transformatoren oder das Erzeugen hoher Wechsel- und Stoßspannungen.
Gut beraten ist man, wenn man seine Bachelor- oder Masterarbeit dann auch möglichst in einem Themengebiet der Hochspannungstechnik schreibt und die Inhalte und Aufgabenstellungen mit dem entsprechenden Institut oder Lehrstuhl der Hochschule abklärt.
So ist man nach erfolgtem Studienabschluss voller Energie für eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft. Selbst wenn die verschiedenen Arten von Primärenergiequellen im Laufe der Zeiten im Wandel sein werden, so wird sich der Bedarf an Strom, Transport, Speicherung und Weiterleitung in elektrischen Netzen garantiert nicht wandeln. Hochspannungstechnik ist und bleibt High Voltage für die Ingenieurkarriere!
Hochspannend wird’s ab 1.000 Volt
Laut Definition wird es in der elektrischen Energietechnik hochspannend bei allen Spannungen oberhalb von 1.000 Volt (1 kV). Dabei gibt es in der Übertragung von Strom innerhalb Deutschlands verschiedene Nennspannungen: Mit Mittelspannungsnetzen von 3 kV bis zu 30 kV findet die Versorgung einzelner Stadteile oder großer Industriebetriebe statt. Hochspannung von 60 kV bis 110 kV herrscht in Netzen, die kleinere Städte versorgen oder auch in Überlandleitungen. Und darüber hinaus gibt es sogar noch die sogenannte Höchstspannung von 220 bis 380 kV, die der Großraumversorgung, dem überregionalen Energieaustausch oder dem Anschluss von Großkraftwerken ans Versorgungsnetz dient. So elektrisierend das auch alles klingen mag, trotzdem kann menschlich erzeugte High Voltage kaum mit der Natur konkurrieren, denn zur Entstehung von Blitzen muss der Spannungsunterschied zwischen einer Gewitterwolke und der Erde einige 10 Millionen Volt betragen.
Der Strom schwankt
Wichtig zu wissen ist auch, dass die in den Generatoren der Kraftwerke erzeugte Wechselspannung erst mit Hilfe von riesigen Transformatoren in Hochspannung gewandelt und danach ins Stromnetz eingespeist wird. Ein ganz großes Thema für die Experten der Hochspannungstechnik ist zudem die Energiebereitstellung, denn nicht zu jeder Tages-, Nacht- und Jahreszeit ist der Strombedarf der Republik derselbe. Genau diese Schwankungen müssen ausgeglichen werden. Das ist gar nicht so einfach, denn elektrische Energie lässt sich bis heute nicht in nennenswertem Umfang speichern. Erzeugung und Verbrauch von Strom müssen sich demnach möglichst die Waage halten. Ziemlich schwierig bei Millionen von Verbrauchern und einem gigantischen – über EU-Ländergrenzen reichenden – Stromnetz, das aus ganz unterschiedlichen Primärenergiequellen und Kraftwerken besteht.
Kohle- und Gas-Kraftwerke können beispielsweise schnell auf einen steigenden Bedarf reagieren, Wind weht aber nicht immer und auch die Sonne scheint leider keine 24 Stunden am Tag. Deshalb kommt einem gut funktionierenden Energiemix eine genau so hohe Bedeutung zu, wie der aufwändigen und hochtechnischen Regelung des gigantischen Netzes und der daran angeschlossenen Groß- und Klein-Kraftwerke. Eine Mammut-Aufgabe für Ingenieurinnen und Ingenieure der Hochspannungstechnik. Und sicherlich auch eine Jobgarantie bis weit in die Ewigkeit, denn ohne Strom geht für die Menschheit mehr als das Licht aus.
Darum wird permanent an den technischen und wirtschaftlichen Herausforderungen der elektrischen Energieversorgung gearbeitet. Alternative Szenarien werden durchgespielt, Erkenntnisse zu Netzen und Anlagen im störungsfreien und gestörten Zustand gesammelt, Qualitätssicherungen und Diagnoseverfahren entwickelt, aber auch neue Komponenten und Werkstoffe mit innovativen Eigenschaften getestet.
Viele spannende Produkte
Trotzdem beschreibt die Energieerzeugung und -übertragung allein nur einen Teil der Welt, in der Hochspannungstechniker tätig sind. Viele andere Hightech-Entwicklungen und -Anwendungen wie Röntgengeräte, Nierensteinzertrümmerer und Laser in der Medizintechnik, die Erzeugung von Zündfunken in Ottomotoren, Gasheizungen oder Feuerzeugen, die physikalische Forschung mit Teilchenbeschleunigern, Hochleistungslichtquellen und Supraleitern, aber auch Kopiergeräte, Fernsehröhren, Elektrofilter und sogar die Spannungsversorgung von Satelliten fallen ebenfalls in diesen Bereich und benötigen extrem hohe Spannungen.
High Voltage im Hörsaal
Bei so elektrisierenden Karriere-Perspektiven ist der Schritt in ein entsprechendes Ingenieurstudium alles andere als eine Kurzschlusshandlung. Hochspannungstechnik als eigenständiger Studiengang ist zwar (noch) nicht im Angebot der deutschen Hochschulen, aber wer in die Vertiefungs-Angebote der Fachgebiete Elektrotechnik, Energietechnik oder auch Informationstechnik schaut, wird sehen, dass in den weiterführenden Semestern auch die Hochspannungstechnik eine große Rolle in der Studienplanung spielt. Viele Unis und FHs haben dazu extra eigene Institute und Labors für Hochspannung und elektrische Energieanlagen eingerichtet. Trotzdem, bevor man sich mit der vollen Volt-Zahl befassen darf, müssen erst die naturwissenschaftlich-technischen Grundlagen verinnerlicht werden. Deshalb sind die ersten Semester der klassischen E-Technik-Studiengänge geprägt von der Vermittlung eines soliden Grundlagenwissens in Mathe und Physik.
Mit Elektrotechnik, elektronischen Bauelementen sowie Schaltungen und Informatik geht’s dann weiter, bevor man auch die Regelungstechnik, Werkstoffkunde, Messtechnik, Informationstechnik oder die Energietechnik erkunden darf. Dann, in den weiterführenden Semestern wird’s endlich richtig hoch spannend, jetzt stehen die speziellen Inhalte der Hochspannungstechnik auf dem Stundenplan und Vorlesungen, Seminare und Laborübungen vermitteln Spezialwissen zu Themen wie Energieversorgung, elektromechanische Energieumformung, Leistungselektronik, Energieanlagen und -systeme, Wechsel- und Gleichstromschaltungen, Technologie des Energietransports, Betriebsverhalten von Transformatoren oder das Erzeugen hoher Wechsel- und Stoßspannungen.
Gut beraten ist man, wenn man seine Bachelor- oder Masterarbeit dann auch möglichst in einem Themengebiet der Hochspannungstechnik schreibt und die Inhalte und Aufgabenstellungen mit dem entsprechenden Institut oder Lehrstuhl der Hochschule abklärt.
So ist man nach erfolgtem Studienabschluss voller Energie für eine der Schlüsseltechnologien der Zukunft. Selbst wenn die verschiedenen Arten von Primärenergiequellen im Laufe der Zeiten im Wandel sein werden, so wird sich der Bedarf an Strom, Transport, Speicherung und Weiterleitung in elektrischen Netzen garantiert nicht wandeln. Hochspannungstechnik ist und bleibt High Voltage für die Ingenieurkarriere!
