Netzebenen, Transformatoren und ein gemeinsamer Takt
Vom Kraftwerk zur Steckdose läuft die Energie über mehrere Netzebenen.
- Höchstspannung380 kV oder 220 kV für weite Strecken.
- GrundBei gleicher Leistung fließt dort nur eine kleine Stromstärke.
- VorteilDer Verlust PV = R · I² bleibt klein.
- Umspannwerkesetzen die Spannung stufenweise herunter: 110 kV, dann 10–20 kV, zuletzt 400 V.
Ein Takt für alle: 50 Hz
Alle Generatoren im europäischen Verbundnetz laufen synchron.
- Frequenzf = 50 Hz für das gesamte Verbundnetz.
- Zu viel Verbrauchbremst die Generatoren, die Frequenz sinkt.
- RegelIn jedem Augenblick muss gelten: Erzeugung = Verbrauch.
Transformator zwischen zwei Netzebenen:
U1U2 = n1n2 = I2I1
U1, U2: Spannung der Ober- und Unterspannungsseite in Volt (V).
n1, n2: Windungszahlen der beiden Wicklungen.
I1, I2: Stromstärken der beiden Seiten in Ampere (A).
Netzebenen: Für weite Strecken dient Höchstspannung, weil bei gleicher Leistung nur eine kleine Stromstärke fließt und der Verlust \( P_\mathrm V = R \cdot I^2 \) klein bleibt. Umspannwerke setzen die Spannung stufenweise herunter.
Netzfrequenz: Das gesamte Verbundnetz läuft mit \( f = 50\,\mathrm{Hz} \). In jedem Augenblick muss Erzeugung gleich Verbrauch sein.
Zwei Netzteile mit verschiedenen Aufgaben:
- Übertragungsnetz380 kV, 220 kV und 110 kV — Transport über große Entfernungen.
- VerteilnetzMittel- und Niederspannung — der Weg zu den Abnehmern.
- Ortsnetztrafomacht aus 20 kV die 400-V-Drehspannung.
- SteckdoseZwischen Außenleiter und Neutralleiter liegen davon 230 V.
Der gelbe Punkt folgt der Leitung vom Generator im Kraftwerk bis zur Steckdose. Unten laufen Spannung und Stromstärke mit — für eine übertragene Leistung von 1 MW, so viel brauchen etwa 500 Haushalte zugleich.
Halte fest: Jeder Wechsel der Netzebene läuft über einen Transformator. Wird die Spannung hochgesetzt, sinkt die Stromstärke im selben Verhältnis — auf der 380-kV-Leitung fließen für 1 MW nur rund 2,6 A, im 400-V-Netz wären es 2500 A. Deshalb wird über weite Strecken mit Höchstspannung übertragen und erst nahe bei den Verbrauchern heruntergesetzt. Die Frequenz von 50 Hz ist auf allen Ebenen dieselbe.
Allgemeine Hinweise
Drei Punkte, an denen beim Stromnetz die meisten Fehler passieren.
Trafo zwischen den Ebenen
Jeder Ebenenwechsel läuft über einen Transformator: Spannung hoch heißt Stromstärke runter.
400 V und 230 V
400 V und 230 V gehören zur selben Ebene: zwischen zwei Außenleitern bzw. Außenleiter und Neutralleiter.
Sicherung und FI-Schalter
Die Sicherung schützt die Leitung, der FI-Schalter den Menschen.