Netzspannung
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Als Netzspannung bezeichnet man die von den Energieversorgern in den Stromnetzen bereitgestellte elektrische Spannung, die zur Übertragung elektrischer Leistung eingesetzt wird. Neben der Spannung der Hoch- und Mittelspannungsnetze wird unter Netzspannung häufig die Höhe der einphasigen Wechselspannung in den Niederspannungsnetzen verstanden.
Die Nennspannung beträgt in Europa sowie den meisten anderen Gebieten der Erde 230 V bei einer Frequenz von 50 Hz. Das ist der Effektivwert. Die häufig noch dafür angegebenen 220 Volt sind veraltet.
In USA beträgt der Nennwert der Netzwechselspannung 117 Volt. Das ist der Effektivwert (RMS). Die häufig hierfür angegebenen 110 Volt sind ein unrichtig abgerundeter Wert.
Die Spannung 230 V wurde in der internationalen Norm IEC 60038:1983 als Standardspannung festgelegt. Bis 1987 betrug die Netzspannung in Deutschland 220 V mit einer Toleranz von ± 10 %. Danach erfolgte zunächst eine stufenweise Umstellung auf 230 V + 6 % und − 10 %. Von 2009 an darf die Netzspannung von 230 V um ± 10 % abweichen. Dann sind 207 Volt bis 253 Volt in der Toleranz möglich.
Praktisch stellt die 230-Volt-Netzspannung die Spannung zwischen einem Außenleiter und dem Mittelpunktleiter von Dreiphasenwechselstrom (umgangssprachlich auch Dreh- oder Kraftstrom genannt) mit 400 V zwischen den Außenleitern dar (Faktor Wurzel aus 3).
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Die erhöhte Netzspannung führte bei nichtgeregelten Verbrauchern – wie Glühlampen – zu einem erhöhten Energieverbrauch und vorzeitigen Defekt. Auch eine Reihe von Geräten, deren Nennspannung 220 V betrug, wurden durch die erhöhte Spannung zerstört. Die Erhöhung der Spannung um ca. 5 % führt zu einer Erhöhung des Energieverbrauches bei diesen Geräten um etwa 10 %. Der Einsatz von Spannungen am oberen Bereich der Toleranzgrenze führt zu einem erhöhten Absatz von Energie, ohne dass dafür neue Geräte oder Werbung erforderlich sind. Höhere Spannung bedeutet aber auch relativ niedrigere Energieverluste auf den Leitungen, wenn die gleiche Leistung übertragen wird, mit anderen Worten: Wenn die Verbraucher für die erhöhte Nennspannung ausgelegt sind. Da sich die Verlustleitung proportional zum Quadrat des Stroms verhält, ändert sich die Verlustleistung bei gleicher Leistungsaufnahme um den Faktor (220/230)²;, sinkt also um knapp 10 %.
In den USA und weiten Teilen des amerikanischen Kontinents beträgt die Netzspannung zwischen 110 und 120 V bei einer Frequenz von 60 Hz.
Im Idealfall ist der zeitliche Verlauf der Netzspannung sinusförmig.
Die Spannungsangabe bezieht sich dabei auf den Effektivwert und nicht auf den immer nur kurzzeitig erreichten Scheitelwert der Sinuskurve. (Der Scheitelwert in Deutschland ist z. B. 325,26 V)
Der sinusförmige Verlauf der Netzspannung wird zunehmend durch nichtlineare Verbraucher gestört. Dazu zählen Gasentladungslampen, Gleichrichter, Dimmer (Thyristor- und Triac-Steller), Frequenzumrichter und Schaltnetzteile ohne Power-Faktor-Korrektur (PFC). Auch Asynchronmotoren verursachen Netzverunreinigungen (das sogenannte Nutenpfeifen, eine durch die Unterteilung der Stator-Pakete hervorgerufene Erzeugung von Oberwellen der sich aus der Momentandrehzahl ergebenden Grundfrequenz). Die Netzfrequenz wird heute, entsprechend der Anforderungen des Europäischen Verbundnetzes, sehr genau eingehalten, so dass man sie als Referenzwert, zum Beispiel zur Steuerung von elektromechanischen Uhren, verwenden kann.
[Bearbeiten] Schutz gegen Berührung
Die Netzspannung liegt weit oberhalb der Schutzkleinspannung bzw. Sicherheitskleinspannung und ist deshalb für den Menschen potentiell lebensgefährlich. Aus diesem Grund müssen sowohl für die Versorgungsleitungen als auch für die mit Netzspannung betriebenen Geräte entsprechende Maßnahmen gegen Berührung spannungsführender Leitungen getroffen werden. Dazu gehören Schutzisolierung und Sicherheitsabschaltung, wenn ein Gehäuse durch einen Defekt mit einer spannungsführenden Leitung verbunden ist. Steckdosen müssen gegen Berührung der spannungsführenden Teile gesichert sein. Zum Schutz der Kinder gibt es Kindersicherungen, die ein Einführen von Gegenständen in die Öffnungen von Steckdosen verhindern sollen.
[Bearbeiten] Spannungen in Hochspannungsnetzen
Auch in Hochspannungsnetzen werden fast immer genormte Spannungen verwendet. So beträgt die Spannung im Höchstspannungsnetz in Europa 380 kV und 220 kV und im Hochspannungsnetz 110 kV.
Im Mittelspannungsnetz ist als Normspannung 20 kV vorgesehen, allerdings ist wegen zahlreicher Kabel in städtischen Gebieten, die für niedere Spannung ausgelegt sind, die Anpassung schwierig.
Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung gibt es keine normierten Spannungen. Bei Bahnstromleitungen beträgt die Normspannung in Deutschland und Österreich 110 kV, in der Schweiz 66 kV und 132 kV.
Auch im Bahnbetrieb haben sich zahlreiche standardisierte Netzspannungen durchgesetzt. Bei Vollbahnen dominieren die folgenden 5 Systeme:
- Einphasenwechselstrom 50 Hz, 25 kV
- Einphasenwechselstrom 60 Hz, 25 kV
- Einphasenwechselstrom 16,7 Hz, 15 kV
- Gleichstrom, 3 kV
- Gleichstrom, 1,5 kV
Bei U- und Straßenbahnen ist die Spannung nicht genormt. In Deutschland wird bei U- und Stadtbahnen meistens Gleichstrom mit 750 Volt verwendet.
Siehe auch: Länderübersicht Steckertypen, Netzspannungen und -frequenzen, Liste der Bahnstromsysteme
[Bearbeiten] Weblinks
