Energieübertragung mit Hochspannung? Erklärung?
Hallo, ich schreibe bald einen Test über das Thema „Energieübertragung mit Hochspannung“ zur Übung dieser Aufgabe haben wir ein Arbeitsblatt inklusive Lösungen bekommen. Der Lehrer hat uns gesagt, dass diese Aufgaben Wahlmöglich zu schwer für uns sind, weshalb wir die Lösungen benutzen sollen, um die Aufgabe lernen zu lösen. Das Problem hierbei ist, dass ich das nicht verstehe.
Es wäre sehr nett, wenn jemand mir für jede Aufgabe eine Erklärung warum diese Formel/Zahlen etc. Und wie man darauf gekommen ist erklären würde. Ich bedanke mich.
mfg
falls Bilder unerkenntlich, siehe http://www.raschweb.de/PH9-Hochspannung-Energieubertragung-v1.pdf
3 Antworten
das hat was mit dem zusammenhang zwischen spannung, strom und widerstand zu tun.
wenn du nehmen wir mal an C Rohr einen "kleinen" Feuerwehrschlauch mit einem normalen gartenschlauch vergleichst, dann stellst du fest, dass aus dem gartenschlauch viel weniger wasser raus kommt, wie aus dem C Rohr, wenn man voll aufdreht.
und je länger das ganze wird, desto deutlicher wird der unterschied klar.
die spannung in der elekktrischen anlage entspricht dabei dem Wasserdruck. der strom entsprechend der menge an waser die raus kommt (man sagt ja auch das wasser strömt) und der widerstand, hier des kabels, entspricht eben der kraft die das wasser braucht, um durch den schlauch gepresst zu werden.
und genau wie das wasser an den wänden des schlauches schubbert, so schubbert der strom quasi am kupferkabel. dawegen wird es ja auch warm, wenn der strom fließt.
sag einfach stopp, wenn du mir nicht mehr folgen kannst.
jetzt folgt nämlich ein beispiel aus der elektrotechnik. wir nehmen mal an, wir haben zwei batterien (je 12 volt) und zwei Glühlampen, ebenfalls 12 volt mit 60 watt.
Als verbindung zwischen batterie und lampen dient und ein 7 meter langes kabel mit einem querschnitt von 2,5 mm²
ein 14 meter langer kupferdraht oder eben zwei 7 meter lange drähte mit dem querschnitt von 2,5 mm² hat einen widerstand von exakt 0,1 ohm.
das bedeutet, wenn wir jetzt die zwei glühlampen parallel also jeweils plus an plus und minus an minus, so wie auf der anderen seiten die batterien parallel, also jeweils plus an plus und minus an minus anschließen, dass wir es dann hier mit 120 watt bei 12 volt, also 10 ampere zu tun haben.
die 10 ampere mal den widerstand von 0,1 Ohm ergibt eine verlustspannung von einem volt
wenn wir jetzt das eine volt mal wiederum die 10 ampere nehmen, dann bildet unser kabel so zu sagen eine "heizung" mit einer leistung von 10 watt..
jetzt bauen wir das ganze um. wir schließen also die lampen, aber auch die batterien jeweils in reihe an. d.h von lampe (-) zu lampe 2 (+) wird eine wird eine brücke geschlagen. der pluspol des kabels kommt an plus von lampe 1, der minuspol des kabels an minus von lampe 2.
bei den batterien machen wir es genauso.
nun haben wir immer noch 2 x 60 also 120 watt. der unterschied: das kabel überträgt die leistung nicht mehr bei 12, sondern bei 24 volt. damit reduziert sich der strom auf 5 ampere.
da jetzt nur noch 5 ampere fließen (der widerstand mit 0,1 ohm ist ja der gleiche geblieben) fällt unsere spannung auch nur noch um 0,5 Volt.
und 0,5 volt mal 5 ampere macht nur noch 2,5 watt.
du siehst also, bei einer höheren spannung, wird der strom deutlich verlustärmer übertragen.
in der Praxis macht sich das wegen der höheren Spannungsunterschiede noch viel deutlicher bemerkbar.
wo man bei sagen wir 380 volt theretosch ein Kabel mit 5 cm dicken adern bräuchte, reichen bei 380.000 volt adern von 0,05 mm millimeter (etwa so dick wie ein haar)
wie gesagt, das sind theoretische werte.
lg, anna
PS: ich habe jetzt mal versucht, mit möglichst runden werten zu rechnen, damit man es nachvollziehen kann.
wenn du fragen hast, bitte melde dich. ich helfe gerne.
Die Kernaussage ist die stromabhängige Verlustleistung auf dem Kabel.
Pverlust = I² x R
Je kleiner der Strom ist, desto geringer ist die Verlustleistung.
Man muss man den Strom auf dem Übertragungsweg möglichst gering halten, da dieser quadratisch in die Berechnung eingeht. das realisiert man mit Transformatoren.
In der Energiewirtschaft gibt es überschlägige Kenngrößen.
Danach sind die Verteilungsverluste
- im Höchstspannungssegment ca. 1 % pro 100 km
- im Mittelspannungssegmant ca. 3 % pro 100 km
- im Niederspannungssegment ca. 5 % pro 100 km
Günter
Das ist eine Sache der Herangehensweise.
Zuerst: Das Lösungsblatt unbeachtet beiseite legen. Wenn du von dort abspickst, betrügst du dich nur selbst und hast die Aufgaben am Ende immer noch nicht verstanden, so dass du den Test am Ende doch in Sand setzt.
Und dann Schritt für Schritt die Aufgaben mit dem Wissen aus der Schule lösen.
Hier ein paar Lösungstipps von mir:
Aufgabe 1:
Die Glühlampe ist für 230V ausgelegt und besitzt eine Leistung von 100W. Damit kannst du den Widerstand der Glühwendel bestimmen.
Der Strom muss hin und zurück fließen. Er muss daher nicht 5, sondern 10km zurücklegen. Wenn 10m 0.8 Ohm haben, wie viel Ohm haben dann 10km.
Schaltbild zeichnen ist 50/50-Chance: Alles in Reihe oder Parallel? :)
Spannungsabfall über Glühlampe: Das ist mit dem ohmschen Gesetz lösbar. Wie viel Strom fließt durch die gesamte Schaltung? Wie viel Spannung fällt an der Glühlampe ab, wenn der Widerstand und der Strom bei selbiger bekannt sind?
Wie viel Leistung hat die Glühlampe dann noch? Die Lampe wird leuchten, wenn auch nur sehr schwach. Man muss vllt. für völlige Dunkelheit sorgen, um es zu sehen.
Aufgabe 2a:
Die hierfür nötige Formel hast du bei Aufgabe 1 bereits benutzt :)
Aufgabe 2b:
Verlustleistung = Anteiil der reingegebene Leistung, die in unerwünschte Energieformen verloren geht.
Erwünscht: Licht
Unerwünscht: Wärme
Mach' was draus^^
Aufgabe 2c:
Hier die gegebene Formel herleiten
Aufgabe 2d:
Einfache Prozentrechnung mit P_gesamt und P_verlust
Aufgabe 3:
Wirkungsgrad von 90% bedeutet, dass 10% der reingegebenen Energie als P_verlust hops gehen.
Weiter weiß ich da jetzt aber auch nicht, weil da jetzt andere Bereiche der Physik mit reinkommen, die ich nie wirklich gebraucht und vergessen habe (bin schon 10 Jahre aus der Schule raus xD)