Autor: Sönke Gäthke
Strom soll Hochspannungsleitungen vor Eis schützen. Das ist die Absicht von Victor Petrenko, der vereiste Kabel ohne zusätzliche Heizspiralen auftauen will. Dafür nutzt er eine besondere Eigenschaft des Eises aus: Eis leitet Strom.
Es kann einfach aufgeheizt werden in einem Wechselstromfeld, erklärt Victor Petrenko, Eisforscher der Universität Dartmouth. Der gebürtige Russe entwickelte ursprünglich Halbleiter, erforscht aber seit rund zwanzig Jahren, wie Eis und Strom miteinander reagieren. Und das ist durchaus ungewöhnlich: So leitet Eis Strom anderes als herkömmliche Leiter. In Kupfer etwa tragen Elektronen die Ladung weiter; in gefrorenem Wasser funktioniert das nicht, so Petrenko.
Im Eis können sich Elektronen nicht bewegen. Stattdessen bewegen sich Protonen. Diese Protonen stammen von ionisierten Wasserstoff-Atomen. Die Wasserstoff Atome im Eis sind nämlich alle ionisiert; sie haben keine Elektronen mehr, sind also Protonen. Und unter bestimmten Bedingungen können diese Protonen sehr schnell von einem Platz im Molekülgitter auf einen anderen wandern.
Wechselstrom und Temperaturen über Minus 20 Grad reichen aus, um Eis zu einem guten Leiter werden zu lassen. Fließt der Strom erst einmal, bewegen sich im Eis die Protonen - mit Folgen für das Gefrorene selbst.
Die Protonen bewegen sich im Feld. Dadurch entsteht eine Reibung im Eis, und es entsteht Wärme. Der Strom bewegt also nicht nur die Protonen, sondern erwärmt das Eis - bis zum Schmelzpunkt.
Dafür reicht die Frequenz des normalen Wechselstroms in den Überlandleitungen allerdings nicht aus, so Petrenko.
Mit 50 Hertz kann man Eis kaum erwärmen. Eis ist ein sehr schlechter Leiter bei niedrigen Frequenzen. Aber bei hohen Frequenzen, ab etwa 100 Kilohertz, leitet es sehr gut.
Daher kam der Eisforscher Petrenko auf die Idee, durch eine vereiste Stromleitung einen zweiten Strom mit einer höheren Frequenz zu leiten.
In unseren Geräten benutzen wir Frequenzen von einem Kilohertz bis 100 Kilohertz. Mit solchen Wechselströmen kann man Eis sehr gut von Hochspannungsleitungen schmelzen.
Der Wechselstrom kann in kleinen Gebern erzeugt werden. Diese werden an einen Strommast gehängt und über ein Kabel mit der Hochspannungsleitung so verbunden, dass die beiden Ströme sich nicht beeinflussen. Verglichen mit der konventionellen Enteisungsmethode, bei der die Stromleitungen abgeschaltet werden müssen, um von Hand von Eiszapfen befreit zu werden, sei das erheblich einfacher und billiger, sagt Petrenko.
50 Watt reichen aus, um den Tau-Strom zu erzeugen; ein Strom-Geber alle 100 Kilometer genüge, um eine Hochspannungsleitung vor Vereisung zu schützen. Im Labor funktioniert das bereits, so Victor Petrenco:
Wir entwickeln und bauen derzeit eine Hochspannungsleitung, die mit dieser Technik geschützt wird, zusammen mit Kanadischen und US-Unternehmen. Noch funktioniert es nicht auf langen Strecken, aber es wird nicht mehr lange dauern.
Strom soll Hochspannungsleitungen vor Eis schützen. Das ist die Absicht von Victor Petrenko, der vereiste Kabel ohne zusätzliche Heizspiralen auftauen will. Dafür nutzt er eine besondere Eigenschaft des Eises aus: Eis leitet Strom.
Es kann einfach aufgeheizt werden in einem Wechselstromfeld, erklärt Victor Petrenko, Eisforscher der Universität Dartmouth. Der gebürtige Russe entwickelte ursprünglich Halbleiter, erforscht aber seit rund zwanzig Jahren, wie Eis und Strom miteinander reagieren. Und das ist durchaus ungewöhnlich: So leitet Eis Strom anderes als herkömmliche Leiter. In Kupfer etwa tragen Elektronen die Ladung weiter; in gefrorenem Wasser funktioniert das nicht, so Petrenko.
Im Eis können sich Elektronen nicht bewegen. Stattdessen bewegen sich Protonen. Diese Protonen stammen von ionisierten Wasserstoff-Atomen. Die Wasserstoff Atome im Eis sind nämlich alle ionisiert; sie haben keine Elektronen mehr, sind also Protonen. Und unter bestimmten Bedingungen können diese Protonen sehr schnell von einem Platz im Molekülgitter auf einen anderen wandern.
Wechselstrom und Temperaturen über Minus 20 Grad reichen aus, um Eis zu einem guten Leiter werden zu lassen. Fließt der Strom erst einmal, bewegen sich im Eis die Protonen - mit Folgen für das Gefrorene selbst.
Die Protonen bewegen sich im Feld. Dadurch entsteht eine Reibung im Eis, und es entsteht Wärme. Der Strom bewegt also nicht nur die Protonen, sondern erwärmt das Eis - bis zum Schmelzpunkt.
Dafür reicht die Frequenz des normalen Wechselstroms in den Überlandleitungen allerdings nicht aus, so Petrenko.
Mit 50 Hertz kann man Eis kaum erwärmen. Eis ist ein sehr schlechter Leiter bei niedrigen Frequenzen. Aber bei hohen Frequenzen, ab etwa 100 Kilohertz, leitet es sehr gut.
Daher kam der Eisforscher Petrenko auf die Idee, durch eine vereiste Stromleitung einen zweiten Strom mit einer höheren Frequenz zu leiten.
In unseren Geräten benutzen wir Frequenzen von einem Kilohertz bis 100 Kilohertz. Mit solchen Wechselströmen kann man Eis sehr gut von Hochspannungsleitungen schmelzen.
Der Wechselstrom kann in kleinen Gebern erzeugt werden. Diese werden an einen Strommast gehängt und über ein Kabel mit der Hochspannungsleitung so verbunden, dass die beiden Ströme sich nicht beeinflussen. Verglichen mit der konventionellen Enteisungsmethode, bei der die Stromleitungen abgeschaltet werden müssen, um von Hand von Eiszapfen befreit zu werden, sei das erheblich einfacher und billiger, sagt Petrenko.
50 Watt reichen aus, um den Tau-Strom zu erzeugen; ein Strom-Geber alle 100 Kilometer genüge, um eine Hochspannungsleitung vor Vereisung zu schützen. Im Labor funktioniert das bereits, so Victor Petrenco:
Wir entwickeln und bauen derzeit eine Hochspannungsleitung, die mit dieser Technik geschützt wird, zusammen mit Kanadischen und US-Unternehmen. Noch funktioniert es nicht auf langen Strecken, aber es wird nicht mehr lange dauern.