Stromnetz: Warum Hochspannung?
So gehst du vor
- 1Schau dir die Lampe ohne Transformatoren an: Sie leuchtet nur schwach, obwohl die Quelle 6 V liefert.
- 2Schalte die Transformatoren zu und erhöhe die Übersetzung. Lies die Stromstärke in der Leitung ab.
- 3Tippe für mindestens fünf Einstellungen „Messwert in die Tabelle“. Rechne selbst PV = I² · R für einen Wert aus. Erst dann die Auswertung zeigen.
- 4Stelle auf Gleichspannung um. Was passiert mit und ohne Transformatoren?
- 5Unten: Stelle bei der Fernleitung verschiedene Spannungen ein und vergleiche den Verlust.
Spannung der Quelle
Lämpchen 6 V und 12 Ω (als fest angenommen), Leitung 20 Ω. Die Transformatoren sind verlustfrei gedacht. Wechselspannungen sind als Effektivwerte angegeben.
Verlust PV über der Spannung an der Leitung
Das Diagramm rechnet die Stromstärke in den Verlust um: PV = I² · 20 Ω.
| Nr. | Leitungsspannung U in V | Stromstärke I in mA |
|---|
Echte Größenordnungen: eine Fernleitung
Spannung U der Leitung
Leistung P am Anfang
100 MWLänge l
100 kmModell: Hin- und Rückleiter aus Aluminium, je 500 mm² Querschnitt, ρ = 2,8 · 10−8 Ω · m. Echte Netze arbeiten mit drei Phasen und mehreren Seilen je Phase; die Größenordnung bleibt. Spannung 380 kV: Höchstspannung.
Der Weg zur Steckdose
Zwischen zwei Stufen steht jeweils ein Umspannwerk mit Transformatoren. Je näher am Haus, desto kleiner die Spannung, denn dort zählt die Sicherheit und nicht mehr die lange Strecke.
Gleich- oder Wechselspannung?
Das Stromnetz nutzt Wechselspannung mit 50 Hz, weil sich Wechselspannung mit Transformatoren einfach und fast verlustfrei umformen lässt. Über sehr lange Strecken nimmt man heute auch hohe Gleichspannung (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung): Sie spart Verluste, die bei Wechselspannung zusätzlich entstehen. Dafür braucht man an beiden Enden große elektronische Umrichter, weil ein Transformator allein nicht reicht.
Aufträge
- Erkläre mit P = U · I und PV = I² · R, warum eine zehnmal so hohe Spannung den Verlust auf ein Hundertstel senkt.
- Lies für Übersetzung 2, 5, 10 und 20 die Stromstärke ab und rechne die Verluste aus. Passt das zu Aufgabe a)?
- Stelle bei der Fernleitung 100 MW, 100 km und 230 V ein. Welchen Querschnitt bräuchte man für nur 1 % Verlust? Wie groß wäre der Durchmesser eines solchen Kabels?
- Warum überträgt man nicht einfach bis ins Haus mit 380 kV?
- Warum funktioniert das Hochtransformieren nicht mit einer Batterie?
Kapitel „Induktion“. Siehe auch die Seite „Spezifischer Widerstand“.