Sexl Physik 7, Schulbuch

Drehstrom hat einen weiteren Vorteil. Drehstrommotoren sind einfach und robust. Bringen wir eine Leiterschleife in das Feld eines rotierenden Magneten, so beginnt die Schleife zu rotieren. Ein derartiges rotierendes Magnetfeld lässt sich mit drei Spulen herstellen, die an die drei Außenleiter des Drehstromes angeschlossen sind. Drehstrommotoren brauchen keine Stromzufuhr zu den rotierenden Teilen. Ihr Läufer besteht nur aus einem Metallkäfig, der aus massivem Kupfer oder Alumini- umstäben hergestellt wird („Kurzschlussläufer“) ( 18.4 ). Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung (HGÜ) Die Energieübertragung in Stadtgebieten und bei der Querung von Wasserflächen erfolgt meist mit Erdkabeln. Durch den im Vergleich zu Freileitungen geringen Ab- stand der drei Leiter treten bei Drehstrom neben dem Problem der Kühlung erhöh- te kapazitive Verluste auf, die zu Blindströmen führen. Erdleitungen mit Dreh- strom werden ab ca. 30 km Länge unwirtschaftlich. Auch bei Freileitungen sind die Blindleistungsverluste ein Problem. Durch Fortschritte der Halbleitertechnik kann man bei Höchstspannungen Wechselstrom in Gleichstrom und wieder zurück zu Wechselstrom umwandeln. Die Energieübertragung mit Gleichstrom wird bereits weltweit angewendet. Zwei Beispiele zeigen die Bedeutung der HGÜ-Technik : Seit 2008 führt ein zweiadriges Kabel von 580 km Länge durch die Nordsee von Norwegen nach Holland. Die beiden Adern transportieren bei einer Spannung von + 450 kV bzw. − 450 kV (gegenüber der Erde) maximal 700MW elektrische Leistung. Der Strom wird in norwegischen Wasserkraftwerken erzeugt. In China verbindet z. B. eine HGÜ-Leitung Shanghai mit 2000 km entfernten Wasser- kraftwerken. Über die Freileitung wird bei einer Spannung von + 800 kV bzw. − 800 kV eine Leistung von 6 400MW übertragen. 19.1 Storchennest auf einem 30 kV-Leitungs- mast in Spanien. Welche Gefahren bestehen für den Vogel und seine Brut bzw. für das Stromnetz? Teste dein Wissen W 1 19.1 Beschreibe Faradays Entdeckung der Induktion. 19.2 Wie funktionieren Generatoren? 19.3 Wie funktionieren Elektromotoren? 19.4 Erfordert das Drehen der Spule eines Generators bei offenem/geschlossenem Stromkreis Arbeit? 19.5 Wodurch unterscheiden sich Gleichstrom- und Wechselstromgenerator? 19.6 Was versteht man unter dem dynamo-elektrischen Prinzip? 19.7 Was bedeuten Scheitelwert und Effektivwert von Spannung und Stromstärke? 19.8 Wie verhält sich der Strom durch eine Spule bei Wechselspannung? 19.9 Wie ändert sich der Strom, wenn Gleichspannung/ Wechselspannung an einen Kondensator angelegt wird? 19.10 Was versteht man unter der Wirkleistung? 19.11 Wie muss ein Transformator für hohe Ströme bei niedrigen Spannungen aufgebaut sein? 19.12 Warum werden Fernleitungen mit Spannungen von 110 kV bis 380 kV betrieben? 19.13 Warum tragen Hochspannungsmasten neben einem Blitzschutzseil 3 oder 6 stromführende Drahtseile? Sicherheitshinweis: Für den Alltag sind die Sicherheitsmaßnahmen im Haushalt (s. Physik 6, S. 90 ff) besonders wichtig, da alle Menschen davon betroffen sind. Das richtige Verhalten bei Gewittern wurde ebenfalls besprochen (s. Physik 6, S. 98). Wenn ein gerissenes Leiterseil einer Hochspannungsleitung den Boden berührt, darf man sich ihm nicht nähern, sondern man sollte sich mit kleinen Schritten entfernen, um gefährliche Schrittspannungen zwischen den Füßen und einen Stromfluss durch den Körper zu vermeiden. Für den Aufenthalt und für Arbeiten in der Nähe von Hochspannungsleitungen sind Mindestabstände festgelegt: Fachkräfte sollen von spannungsführenden Teilen z.B. bei 110 kV mindestens 2 m Abstand halten, Laien mindestens 3m. 19 | ELEKTRODYNAMIK Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv