Warum sind Transformatoren für die Weiterleitung von elektrischem Strom in Kabeln mit möglichst geringem Leitungsverlust für uns von großer Bedeutung?
Warum?
3 Antworten
Je höher die Spannung ist, mit der du eine bestimmte elektrische Leistung überträgst, desto geringer sind die Verluste! und das ganze ist sogar quadratisch. d.h. du kannst
- die gleiche Leistung bei doppelter Spannung im gleichen Kabel, mit gleichem Verlust 4 mal so weit transportieren
- die vierfache Leistung im gleichen kabel bei gleichen Verlusten transporieren
- die gleiche Leistung bei einem viertel des Querschnittes mit gleichem Verlust trasportieren.
- die Verluste auf ein Viertel reduzieren bei gleicher leistung. gleicher Länge und gleichem Querschnitt.
ein rechnenbeispiel: nehmen wir an, du hast vier Glühlampen, 60 Watt, 12 Volt. Als Zuleitung dient ein 7 meter langes Kabel, 2,5 mm² 14 Meter Kupferdraht, 2,5 mm² haben einen Widerstand von 0,1 Ohm.
Wenn du nun alle vier Lampen parallel schließt und 12 Volt drauf gibst, fließen 20 Ampere. ganz klar: jede Lampe 5 Ampere mal 4 Lampen.
In der Leitung fällt die Spannung um 2 Volt. 20 Ampere mal 0,1 Ohm = 2 Volt (Ohmsches Gesetz)
mal wiederum 20 Ampere die fließen, verballerst du so 40 Watt, nur damit sich das Kabel erwärmt!
Wenn du nun jeweils zweie der Lampen in eine Reihe schließt, und zwei dieser Reihen parallel, kannst du die Leuchte mit 24 Volt betereiben. in jeder dieser reihen fließt ein Strom von 5 Ampere. du hast also einen Gesamtstrom von nur noch 10 Ampere.
rechnen wir mal 10 Ampere mal 0,1 Ohm, das ergibt einen Spannungsverlust von einem Volt. mal 10 Ampere macht das 10 Watt Verlustleistung! also nur noch ein Viertel dessen, was bei 12 Volt anffiele.
Treiben wirs mal auf die Spitze, und schließen alle vier Lampen in eine Reihe. dann haben wir nur noch 5 Ampere. klar, brauchen wir dann 48 Volt zur Spannungsversorgung.
5 Ampere mal 0,1 Ohm, das ist ein halbes Volt, das in der Leitung verloren geht. mal nur noch 5 Ampere sind das nur noch 2,5 Watt Verlustleistung!
ein anderes Beispiel:
das Kabel eines 12 Volt Anlassers für einen großen Diesel, sagen wir einen dicken Geländewagen oder einen kleonen LKW, hat einen Querschnitt von 35 mm² dann bräuchte man mit einer 24 Volt elektrik anstelle dessen nur noch 10 mm² mit einer 48 Volt Elektrik am Fahrzeug wären es sogar nur 2,5 mm²
lg, Anna
Weil der Strom für den Transport hochgespannt werden muss, um Verluste zu senken.
Bei der Übertragung gibt es immer einen Verlust, weil auch die Leitung selber ein Widerstand ist und Spannung abbaut. Der Verlust (Spannungsabfall) nimmt mit steigender Stromstärke zu, da mehr Stromstärke bei gleichbleibendem Widerstand mehr Spannung benötigt. Um die Verluste zu reduzieren, wird der Strom hochgespannt, sodass sich die gleiche Leistung (Produkt aus Spannung mal Strom) mit einer geringeren Stromstärke übertragen lässt.
Der Verlust sinkt sogar im Quadrat zur Spannungserhöhung. Zehnfache Spannung bedeutet bei gleicher Leistung 1/10 der ursprünglichen Stromstärke und damit 1/10 soviel Spannungsabfall, was auf die 10-fache Spannung einem Faktor von 100 entspricht.
Das ist wahrscheinlich nicht direkt offensichtlich - aber überleg mal, was der Grund sein könnte dafür, dass Überlandleitungen mit hohen Spannungen betrieben werden.
Wenn das nicht gleich deutlich ist - betrachte mal den Leitungswiderstand dieser Überlandleitungen, und wie sich die Größe des Stroms auf den Spannungsabfall über diesen Leitungen auswirkt.