Könnte eine Hochspannungsleitung elektrische Leistung bei 50 MHz effizienter übertragen als bei 50 Hz?
Frage steht oben.
Meine Idee dazu: Nein, weniger effizient, da dadurch der Gesamtwiderstand steigen würde. Ist das richtig?
4 Antworten
Ja, der Gesamtwiderstand steigt. Zum einen durch induktives/kapazitives Verhalten, zum anderen durch den Skin-Effekt. Mit steigender Frequenz verläuft der Strom nur an der Oberfläche des Leiters. Bei 50 Hz dringt Strom ~1cm in Kupfer ein, bei 50 MHz sind es nur noch ~10µm. Ein dickes Kupferkabel wäre weitgehend nutzlos, weil der Strom eh nur in einer winzigen Schicht an der Oberfläche verläuft, was aber den Widerstand drastisch erhöht.
Wobei Hochspannungsleitungen in der Mitte aus Stahldraht bestehen (mechanische Festigkeit) und außen aus Alu (leicht und gut leitfähig).
Leitungen verhalten sich bei hohen Frequenzen - vereinfacht gesagt - wie Schwingkreise: Auch ein Stück Draht stellt eine Induktivität dar ebenso wie eine Kapazität. Je niedriger die Frequenz, desto länger die Wellenlänge also, desto weniger spielen diese Faktoren eine Rolle.
Doch wenn die Frequenzen in Bereiche gehen, wo die Wellenlänge nur noch Meter, cm, beträgt, dann kann man sich die "lange Leitung" wie eine ganze Reihe von Schwingkreisen vorstellen.
Das hat Auswirkungen, bei 50MHz würde am Ende gar nichts ankommen, weil die Leitung selber sperrt bzw. die Energie reflektiert, abstrahlt.
Jede Leitung hat zusätzlich zum ohmschen Widerstand auch eine Kapazität. Je höher die Frequenz ist, desto mehr fällt das auf- und entladen dieser Kapazität ins Gewicht, bis es irgendwann nicht mehr vernachlässigbar ist.
Genau darum wird ja auch an Gleichspannungs-Übertragung gearbeitet (HGÜ) - da ist dann die Kapazität egal, und es kommt nur noch auf den Widerstand an.
Desto höher die Frequenz, desto größer sind die Verluste auf lange Strecken. Unter anderem nutzt die Bahn auch deswegen eine Frequenz von 17,6Hz bei den Oberleitungen.
Ja, sorry das war ein Zahlendreher. Bitte nicht einpinkeln!
Falsch, 16,7 Hz !!