Wechselstrom transportieren bei hoher Spannung?
Hallo, ich muss mir bis morgen, ein Experiment überlegen, wie man zeigen kann, dass Wechselstrom bei hoher Spannung besser transportiert wird im Gegensatz zu niedrigerer Spannung. Momentan beschäftigen wir uns mit Transformatoren(9.Klasse Physik), daher die Aufgabe. Außerdem wollte ich auch noch fragen, weshalb Wechselstrom bei hoher Spannung besser transportiert wird. Weil es stärker schwingt, und somit schneller ist? Die Umpolung findet schneller statt usw.? Ich weiß leider nicht genau, welche Materialien wir zur Verfügung haben, aber ich denke: Transformator, Generator/Elektromotor, Kabel, Spulen, Batterien, Stromanschluss, Glühlampe, Leuchtioden etc. Sachen die man im Physikunterricht in der Schule so hat, falls es hilft, meine Schule hat eine relativ ausgebautes Naturwisschenschafts Equipment bzw. ist stark fokussiert auf Naturwissenschaften. Tut mir leid, dass ich das hier relativ zusammenhanglos und durcheinander geschrieben habe, jedoch hoffe Ich, dass Ihr mir trotzdem helfen könnt :)
Danke im Vorraus LG
5 Antworten
Nimm ein hochomiges Kabel, welches mehrere hundert Kilometer Leitung simuliert und jage da niedervoltige Wechselspannung durch. Du wirst feststellen, dass der Verlust am Ende relativ hoch ist. Wenn du die Spannung vorher hochtransformierst und am Ende wieder runter, wirst du feststellen, dass der Verlust nur noch gering ist.
Stichwort: das Joulesche Gesetz:
Die durch den Strom erzeugte Wärme ist proportional zum Quadrat der Stromstärke. Daher ist man bemüht die Stromstärke möglichst gering zu halten. (Wärme=Verlust)
Der andere Vorteil der geringen Stromstärke ist die Tatsache, dass das Kabelquerschnitt umso geringer gewählt werden kann, je geringer die Stromstärke ist.
Willst Du eine bestimmte Leistung P transportieren ergibt sich diese mathematisch aus
P = U x I x Wurzel aus 3
wenn wir von einer reinen ohmschen Belastung und einem Drehstromsystem ausgehen ausgehen.
Bei Wechselstrom lautet die Beziehung
P = U x I x Wurzel aus 2
Daraus folgt, je höher die Spannung, desto niedriger ist der Strom.
Je höher der Stromfluss auf einer Leitung, desto mehr Wärmeentwicklung erfolgt in der Leitung, die Wärmeentwicklung ist gleichzusetzen mit den Leitungsverlusten.
Ein Leiter mit einem Querschnitt X aus dem Material Y hat also hinsichtlich des Stroms ein oberes Limit.
Die übertragbare Leistung ist demnach um so größer, je höher die Spannung ist, da der mögliche Stromfluss die Übertagungsfähigkeit begrenzt.
Günter
Ganz einfach: Leistungsformel. Spannung mal Strom ist Leistung. Je niedriger die Spannung, desto größer muss der Strom sein, um die gleiche Leistung zu überbringen. Und je größer der Strom, desto dicker muss die Leitung sein. Zudem würde mehr Leistung in Wärme verloren gehen.
Hohe Spannungen schwingen weder schneller noch tranportieren sie den Strom schneller. Bei 10facher Spannung hast nur mehr 1/10 Strom bei gleicher Leistung.
Hast auf eine Leitung mit 1 Ohm dann hast bei 100A (R=U/I) 100 Volt Spannungsabfall. bei 10A nur 10Volt. Also bleiben bei 200V Einspeisung und 100A nur mehr 100V am Ende über, Bei 2000V und 10A noch 990V.
Anders gesagt verbraucht die Leitung 10000Watt und im anderen Fall 100Watt
das ist doch schon etwas.
Wechselstrom mit hoher Spannung wird nicht besser transportiert sondern der Spannungsabfall/Verlust wird geringer. Außerdem sinkt, bei gleicher Leistung, der Strom wenn die Spannung höher ist. Gleichstrom hat bei der Energieübertragung keine Ummagnetisierungsverluste ist also noch besser geeignet um Strom über weite Strecken zu übertragen.