27.2 : Widerstand und Leitfähigkeit

Der Gleichstromwiderstand eines Leiters bei einer bestimmten Temperatur wird vom spezifischen Widerstand des Materials, seiner Länge und seinem Querschnitt beeinflusst. Der spezifische Widerstand ist eine inhärente Eigenschaft des Leitermaterials, wobei geglühtes Kupfer als internationaler Messstandard dient. Beispielsweise beträgt der spezifische Widerstand von hartgezogenem Aluminium bei 20 Grad Celsius 61 % der Standardleitfähigkeit von geglühtem Kupfer.

Verschiedene Faktoren beeinflussen den Widerstand eines Leiters. Die Spiralisierung von Litzenleitern erhöht deren Länge und damit ihren Gleichstromwiderstand um 1-2 %. Darüber hinaus variiert der spezifische Widerstand linear mit der Temperatur im normalen Betriebsbereich. Frequenz und Stromstärke spielen ebenfalls eine entscheidende Rolle; der Skin-Effekt, der sich mit der Frequenz verstärkt, erhöht den Wechselstromwiderstand. Bei magnetischen Leitern wird der Widerstand zusätzlich von der Stromstärke beeinflusst.

Der Wechselstrom- oder effektive Widerstand wird durch den tatsächlichen Leistungsverlust und den quadratischen Mittelwert (rms) des Leiterstroms bestimmt. Der Skin-Effekt wird bei höheren Frequenzen signifikant, da sich der Strom in der Nähe der Oberfläche des Leiters konzentriert und dadurch der Wechselstromwiderstand steigt. Dieser Effekt ist bei Leitern mit magnetischen Eigenschaften stärker ausgeprägt, da der Widerstand mit der Stärke des Stroms variiert.

Die Leitfähigkeit, die mit dem tatsächlichen Leistungsverlust zwischen Leitern oder zur Erde verbunden ist, ist hauptsächlich auf Isolatorleckströme und Koronaeffekte zurückzuführen. Obwohl diese Verluste im Vergleich zu Leiterverlusten relativ gering sind, sind sie für die Gesamtbewertung der Effizienz einer Übertragungsleitung von Bedeutung. Der Isolatorleckstrom wird durch angesammelte Verunreinigungen und meteorologische Bedingungen, insbesondere Feuchtigkeit, beeinflusst.

Korona tritt auf, wenn das elektrische Feld um einen Leiter die umgebende Luft ionisiert, was zu einer Leitung führt. Der Koronaverlust hängt von den Wetterbedingungen und den Unregelmäßigkeiten der Oberfläche des Leiters ab, die die Ionisierungseffekte verschlimmern können. Das Verständnis dieser Faktoren ist für die Optimierung der Leistung von Übertragungsleitungen und die Minimierung von Energieverlusten von entscheidender Bedeutung.