Wechselspannung, wofür gut?

Wie man evt. aus meiner Fragestellung entnehmen kann, frage ich mich warum wir in Deutschland mit einer 230-Volt-Wechselstrom leben bzw. was die Vorteile des Wechselstroms in Bezug auf die Verbraucher sind?

Ich würde mich über eine Antwort freuen, danke.

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dompfeifer
3 months ago

Ein weiträumiges Stromversorgungsnetz über tausende Kilometer erfordert normalerweise zahlreiche Abzweigungen zu regionalen und örtlichen Netzen. Dort muss jeweils die elektrische Spannung heruntergestuft werden mittels Transformatoren. Und Transformatoren sind naturgemäß nur mit Wechselstrom zu betreiben. Bei einem allgemeinen Gleichstrombetrieb müsste man an den Verzweigungen überall aufwändige und verlustreiche Wechselrichter und Gleichrichter installieren. Daran scheiterte historisch der amerikanische Erfinder Edison.

Sonderfälle sind hier die mit Gleichstrom betriebenen sog. HGÜ-Trassen (Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung). Das sind Trassen zur Fernübertragung über weite Strecken ohne regionale Abzweigungen und Transformatoren. Die bieten den Vorteil, dass sie mit geringeren Transportverlusten arbeiten.

Für den Verbraucher bringt der Wechselstrom v.a. den Vorteil der umstandslosen Transformierbarkeit innerhalb des Haushaltes. Ein weiterer Vorteil ist die Nutzung des Dreiphasenwechselstromes (Drehstrom), v.a. für größere Elektromotoren.

RedPanther
3 months ago

Man kann Wechselstrom praktisch zum Nulltarif, nämlich mit unkomplizierten und wartungsfreien Transformatoren, auf hohe Spannungen transformieren (und damit niedrige Stromstärken), welche dann eine Stromleitung über große Distanzen durch sehr dünne Leitungen ermöglichen. Und vor Ort transformiert man auf die benötigte Spannung herunter.

Das liegt daran, dass die elektrische Verlustleistung quadratisch von der Stromstärke abhängt. Die elektrische Leistung ist das Produkt aus Spannung und Stromstärke. Du kannst also dieselbe Leistung wahlweise mit einer niedrigen Spannung und einem hohen Strom erreichen, oder mit einer hohen Spannung und einem niedrigen Strom: 220 V * 1000 A sind dieselben 220 kVA wie 220.000 V * 10 A…

Aber dadurch, dass du nur ein Hundertstel der Stromstärke hast, hast du einfach mal deine Leitungsverluste auf ein Zehntausendstel reduziert (quadratische Abhängigkeit!). Mit derselben Leitung. Einfach nur dadurch, dass du deinen Wechselstrom vor und hinter der Leitung jeweils einmal durch einen Trafo schickst, der im Grunde aus zwei Spulen und einem Hufeisenmagneten besteht.

Und das geht halt nicht mit Gleichstrom.

Ein eindrückliches Beispiel:

Du willst mit deinem 1500 W Bohrhammer ein Loch in die Wand bohren, um einen Schrank aufzuhängen. Leider ist die Steckdose nicht direkt neben diesem Loch, also brauchst du ein Verlängerungskabel von der Steckdose zum Bohrhammer. Bei 230 V ist ein Strom von 6,5 A zu transportieren. Da hast du mit einem Leitungsquerschnitt von 2,5 mm² quasi keine Verlustleistung mehr. 3 Adern à 2,5 mm² kannst du problemlos in ein dünnes Kabel stecken und aufrollen… die typische Haushalts-Kabeltrommel. Nun läuft der Motor des Bohrhammers eigentlich mit z.B. 23 V Gleichstrom. Du brauchst also im Bohrhammer einen Trafo und einen Gleichrichter, um von 230 V Wechselstrom auf 23 V Gleichstrom zu kommen. Das ist kein Problem, diese Teile sind klein, leicht und wartungsfrei.

Nun, was ist wenn du auf die Idee kommst, 23 V aus der Steckdose nehmen zu wollen? Dann hast du für 100 W einen Strom von 65 A. Der zehnfache Strom bewirkt die hundertfache Verlustleistung – um denselben Verlust zu kommen wie mit dem 230 V Kabel, müsstest du ein viel dickeres Kabel bewegen. Lass’ es uns aufteilen: Wir akzeptieren, dass sich die Verlustleistung verzehnfacht, dann brauchen wir gegenüber dem obigen 2,5 mm² Kabel Kabel nur ein 25mm² Kabel. Das sind dann drei Adern mit je 8 mm Durchmesser. Ein ca. 3 cm dickes Kabel! Davon 25 m dürften 50 kg wiegen. Viel Spaß damit! Aber hey, dein Bohrhammer ist 100 g leichter, weil du Trafo und Gleichrichter eingespart hast….

Allein auf der Strecke von der Steckdose zum Elektrogerät spart es also gleichzeitig Leitungsverluste und Gewicht, dass wir Wechselstrom verwenden und keinen Gleichstrom.

Gehilfling
3 months ago

Strom lässt sich leicht durch Generatoren erzeugen (die kannst du durch Dampf, Wind oder Wasser antreiben). Und genau durch diese Drehung wird eine Wechselspannung erzeugt, da in der Spule durch ein äußeres Magnetfeld einmal Elektronen angezogen, und einmal abgestoßen werden – also “hin und her” = Wechselspannung.

Gleichspannung auf diese Weise erzeugen würde eine (unendliche) lineare Bewegung bedürfen, und das lässt sich ganz schwer bis gar nicht umsetzen.

Einen direkten Vorteil für den Verbraucher hat es aber nicht, denn die meisten Geräte brauchen eigentlich eine Gleichspannung, gerade Elektronik.

SirKermit
3 months ago
Reply to  Gehilfling

Dazu noch ergänzend:

Es ist deutlich leichter, die Spannungen zu transformieren, was in einem Hochspannungsnetz Vorteile bringt.

Waldmensch70
3 months ago

Es geht ja nicht nur um die Verbraucher selber sondern auch um den Transport des Stroms zu den Verbrauchern (und das ggf. über lange Strecken). Und da hat Wechselstrom Vorteile.

Details siehe z.B. hier: https://studyflix.de/elektrotechnik/gleichstrom-wechselstrom-5004

Wechselstrom Vorteile zu Gleichstrom 

Das Stromnetz hat verschiedene Spannungsebenen — von der Hochspannung bis zum Heimnetz. Der Vorteil des Wechselstroms ist, dass die Stromspannung mithilfe von 
Transformatoren relativ einfach verändert werden kann. Wechselstrom wird also eingesetzt, um die Bevölkerung tagtäglich mit Strom zu versorgen!

Stell dir das so vor: Je höher die elektrische Spannung ist, desto kleiner sind die Verluste beim Transport. 
Höchstspannungsleitungen haben deshalb meist eine Spannung von 380.000 Volt. Sie sind für die grobe Stromverteilung im Land zuständig. Um den Strom innerhalb einer Region zu verteilen, wird er in Umspannwerken transformiert.

Für den Transport werden dann das 
Hochspannungs- und das Mittelspannungsnetz verwendet. Das 
Niederspannungsnetz bringt den Strom dann zu den Menschen nach Hause. Jetzt hat der Wechselstrom nur noch eine Spannung von 230 Volt.

Chrisi614
3 months ago

Weil sich dieser Strom leicht produzieren läsdt im Kraftwerk