Sexl Physik 7, Schulbuch

85 | 85.1 Umspannwerke sind Wind und Wetter aus- gesetzt. Durch die Formgebung der Isolatoren aus Keramik wird ein Funkenüberschlag bei Regen und Eis verhindert. 6 V~ 6 V~ 50 50 50 50 6 V/ 6 W 6 V/ 6 W W W W W 85.2 Modellversuch zur Fernleitung: Die 50- Ω -Widerstände stellen den Widerstand der Fernleitung dar, das 6-W-Lämpchen die an- geschlossenen Kunden. Im unteren Schaltbild sind zwei Spulenpaare als Transformatoren enthalten . 85.3 Die Generatoren im Kraftwerk liefern Drehstrom mit 10–30 kV, die Spannung wird auf 110–380 kV transformiert. In der Nähe der Verbraucher wird die Spannung auf 400 V herabgesetzt. Da bei den Verbrauchern unterschiedliche Belastungen der drei Phasen auftreten, ist erst im letzten Teil ein Neutral- leiter nötig. Generator Verbraucher I 1 L1 I 2 L2 I 3 L3 I N N N S 85.4 Die drei Phasen des Drehstroms werden über die Außenleiter L1, L2, L3 den drei Verbrauchern zugeführt. Die gemeins- ame Rückleitung, der Neutralleiter N, ist bei gleichen Verbrauchern stromfrei. Die Stromstärken in den Transformatorspulen verhalten sich umgekehrt wie die Spannungen bzw. Windungszahlen. Hat also beispielsweise die Sekundärspule eine wesentlich geringere Windungszahl als die Primärspule, so tritt dort eine geringe Spannung, aber eine hohe Stromstär- ke auf – vorausgesetzt der Widerstand der Sekundärspule ist sehr klein ( 84.3 ). 3.4 Elektrische Energieübertragung Für den Siegeszug der Elektrotechnik war ausschlaggebend, Energie in einfacher Weise übertragen zu können. Dadurch war es beispielsweise nicht mehr notwendig, Fabriken an Flüssen zu errichten, um die Wasserkraft zu nützen. Überlegen wir, wie Energie ohne hohe Verluste in große Entfernungen übertragen werden kann. Energieübertragung mit Hochspannungsleitungen Wenn die Fernleitung vom Kraftwerk zum Verbraucher einen Ohm’schen Wider- stand R hat, beträgt die in der Leitung auftretende Verlustleistung P L = I 2 · R . Diese Leistung wird in der Leitung in Wärme verwandelt. Das Verhältnis der Verlustleistung P L zur Gesamtleistung P = I · U beträgt Bei der Übertragung der Leistung P in einer Fernleitung mit dem Widerstand R beträgt der relative Übertragungsverlust . Der relative Übertragungsverlust ist also umgekehrt proportional zum Quadrat der Netzspannung. Die Übertragungsverluste werden durch möglichst hohe Netz- spannungen verringert . In Österreich werden Fernleitungen mit 380 kV , 220 kV und 110 kV betrieben. Experiment: Fernleitung 85.1 Schließe an eine Spannungsquelle (6 V) ein Glühlämpchen und erhöhe den Lei- tungswiderstand, um eine Fernleitung nachzubilden, durch Zwischenschalten von 50- Ω -Widerständen ( 85.2 ). Beschreibe und erkläre deine Beobachtung. Trenne danach den Stromkreis durch Einfügen von zwei Transformatoren (Spulenpaaren mit jeweils gemeinsamen Eisenkernen) in zwei Niederspannungskreise und einen Hoch- spannungskreis. Beschreibe und erkläre! Welche Ströme und Spannungen treten auf? Energieübertragung mit Drehstrom Die Ohm’schen Verluste in den Fernleitungen lassen sich verringern, wenn man anstelle eines Wechselstromkreises drei gleiche, um je 2π/3 phasenverschobene Wechselströme verwendet. Sie werden durch drei getrennte Leitungen, die Außen- leiter L1 , L2 , L3 , zum Verbraucher geführt. Eine gemeinsame Rückleitung, der Neu- tralleiter N, schließt den Stromkreis. 85.3 zeigt schematisch ein Drehstromnetz . Aus dem Diagramm ( 86.1 ) liest man ab, dass für die drei Wechselspannungen U 1 , U 2 , U 3 zu jedem beliebigen Zeitpunkt die folgende Beziehung erfüllt ist: U 1 + U 2 + U 3 = 0. Haben alle Stromkreise den gleichen Widerstand, so folgt I = I 1 + I 2 + I 3 = 0 Der durch den Neutralleiter zum Kraftwerk zurückfließende Strom I verschwin- det in diesem Fall (und damit der Leistungsverlust der Rückleitung). In der Pra- Kraftwerk L1 L1 L1 L2 L2 L2 L3 L3 L3 N 10 kV 380 kV 400 V Transformator Transformator Fernleitung Niederspannung Verbraucher Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv