also mir ist aufgefallen, dass fast jedes Gerät im Haushalt einen Transformator hat, und somit Gleichstrom verwendet. Ich bin nun kein E-Techniker, deshalb die Frage: Warum kann nicht direkt Gleichstrom in unsere Haushalte eingespeist werden? Warum müssen wir für jedes Gerät extra einen Transformator haben? Das erscheint mir ineffizient (aber ich weiss, dass es einen Grund wohl geben wird, den ich nur nicht kenne ;-)) Und welches Gerät im Haushalt verwendet denn überhaupt Wechselstrom? Ein Fön zum Beispiel? Oder ist da auch ein Transformator drin, den ich nur nicht sehe?
Richtig. :-) Das Problem basiert auf zwei grundlegenden Zusammenhängen in der E-Technik:
P = U * I (1) U = R * I (2)
U = Spannung, gemessen in Volt (V) I = Strom, gemessen in Ampere (A) R = Widerstand, gemessen in Ohm (\Omega) P = Leistung, gemessen in Watt (W)
Wenn nun Dein Radio eine elektrische Leistung von zum Beispiel
10W aufnehmen will, kann man das auf verschiedene Arten erreichen: Man baut das Radio so, daß man es an 230V (die Nennspannung an Deinen Steckdosen) anschließen kann, dann wird ein Strom von ca. 43mA fließen. Oder man baut es so, daß man es z.B. an 12V anschließen muß, dann fließt ein Strom von ca.
833mA. Das klingt jetzt nicht weiter dramatisch, aber schauen wir uns mal den Hausanschluß an. Bei üblichen Einfamilienhäusern ist der so ausgelegt, daß dort maximal dreimal 35A fließen können. Bei
230V wohlgemerkt. Stünden da nur 12V zur Verfügung und wollte man die gleiche Leistung erhalten, müssten dort schon insgesamt 2012,5A fließen können. Und genau dieses "können" ist der Haken. Stromleitungen bestehen üblicherweise aus Kupfer, bei größeren Querschnitten auch manchmal aus Aluminium. Das bedeutet, daß die Leitungen selbst zwar einen sehr kleinen Widerstand haben, aber eben dennoch einen Widerstand. Nehmen wir also zum Beispiel einen Leitungswiderstand von nur 0,1Ohm an (was in jeder Hinsicht sehr wenig ist), würden über diese Leitung bei einem Strom von
2012,5A schon gut 200V abfallen. (Siehe Formel (2)) Und das, obwohl wir ja eigentlich nur mit 12V hantieren wollten! (Bei 35A aus dem 230V-Bespiel dagegen nur 2,3V, was prozentual gesehen natürlich viel weniger ist.)
Ergo: Um die Verluste möglichst gering zu halten, möchte man den Strom möglichst gering halten (Siehe (2)). Das funktioniert bei gleichbleibender Leistung aber nur, wenn man mit der Spannung nach oben geht (Siehe (1)).
Andererseits wäre es natürlich wahnsinnig gefährlich und unpraktisch, alles im Haushalt mit 400.000V (die höchste Spannungsebene in Deutschland) zu betreiben. Also geht man in Richtung des Endverbrauchers mit der Spannung wieder schrittweise nach unten, bis man bei den bekannten 230V angelangt ist. Und durch dieses Hin- und Herwandeln der Spannung kommt man jetzt zum Wechselstrom, denn das Wandeln läßt sich am einfachsten mit einem Transformator erreicht. So ein Transformator hat aber die unangenehme Eigenschaft, daß er nur mit Wechselspannung bzw. Wechselstrom funktioniert. Das Stichwort dazu lautet "Induktionsgesetz" - in Kurzform: Nur wenn sich zeitlich gesehen etwas ändert, kann Spannung induziert werden.
Und das ist der Grund, warum heutzutage unser Stromnetz mit Wechselspannung und im Vergleich zum Bedarf mit moderner Elektronik hohen Spannungen arbeitet.
Der Einfachheit halber eigentlich alles außer Elektronik. Lampen, Staubsauger, Haartrockner, Herde, Kochplatten...
"Nicolas Mittelmaier" schrieb im Newsbeitrag = news:c59cg5$2po4dr$ snipped-for-privacy@ID-91988.news.uni-berlin.de...
Das ist ein Trugschluss - ein Transformator funktioniert mit Gleichstrom = bzw. Gleichspannung gar nicht! Die Ger=E4te nutzen Wechselspannung! Denn = Sinn von Transformatoren hat ja Sebastian schon beschrieben. Kurzum eine = verlustarme =DCbertragung und im Haushalt auch eine Frage der Sicherheit =
- 12 V sind unter gleichen Bedingungen weniger gef=E4hrlich als 230 V.
"Sebastian Suchanek" schrieb im Newsbeitrag news: snipped-for-privacy@suchanek.de...
Ja, das ist schon klar. Nun hat aber niemand verlangt, 12 V vom E-Werk in das Einfamilienhaus zu leiten. Die Frage ist aber schon, ob es nicht technisch möglich wäre, in jedem Haus(-halt) neben dem 230 V-Netz noch ein Niederspannungsnetz zu installieren, an dem die vielen Trafo-Geräte hängen und vor allem die batteriebetriebenen, von denen die meisten ja doch stationär genutzt werden.
Was ist denn eigentlich mit neuen Materialien mit sehr geringem Widerstand und entsprechend geringem Spannungsabfall?
Diese Frage wirst du erst im 6. Semester deines BWL-Studiums oder im 8. Semester des Jus-Studiums erklärt bekommen. Sei inzwischen geduldig und lern was G'scheiz.
Eigentlich warten alle auf deine Entdeckung. Irgendwo im brasilianischen Urwald soll es eine Liane geben, die nur verkohlt werden muß und dann hat sie eine Leitfähigkeit, die um den Faktor 10E4 höher ist als Silber.
In den Schriften der alten Maya steht ein Hinweis dazu, aber leider hat noch niemand diese Liane gefunden. Einmal hat ein Forscher gemeint, er hätte die Liane gefunden aber dann hätte er beim Verkohlen beinahe ein paar Hektar Urwald abgefackelt. Die brasilianische Regierung hat ihm dann das Visum entzogen.
Seither ist wieder nix mit der "eigentlichen" Hochleitungsliane.
Der OP hatte gefragt, warum man keine Gleichspannung verwendet. (Und dabei kräftig die Begrifflichkeiten "Wechselspannung" vs. "Gleichspannung" bzw. "Niederspannung" vs. "Kleinspannung" durcheinander geworfen.) Und Gleispannungen lassen sich nunmal erst seit der Nutzbarmachung von Leistungselektronik halbwegs handlich "transformieren". Unser Verbundnetz allerdings ist wesentlich älter.
Technisch *möglich* ist viel, *sinnvoll* ist nur ein kleiner Teil davon. Ein Zahlenbeispiel für Dich: Ein Draht von 1,5mm² Querschnittsfläche (sowas wird hierzulande üblicherweise für
230V-Installation in Wohnungen verwendet) und 10m Länge hat einen Widerstand von ca. 0,12 Ohm. Hin- und Rückleiter über diese Distanz haben bereits 0,24 Ohm. Falls darüber 1A fließt (entspricht bei 12V einer Leistung von gerade mal 12W, siehe mein vorheriges Posting), bleiben bereits
0,24V auf der Zuleitung "hängen", somit stehen für den Verbraucher nur noch 11,76V zur Verfügung. Jetzt rechne selbst nach, wie es bei einem aktuellen PC mit einer Leistungsaufnahme von 200-300W aussähe.
Ganz klar: YBaCuO, ein Hochtemperatur-Supraleiter. Du mußt nur noch die Leitungen auf mindestens -196,15°C kühlen...
Das "somit" ist schon falsch... Trafos funktionieren nur mit Wechselstrom! Damit man bequem unterschiedliche Spannungen (12 V für das Radio, 230 für die Waschmaschine, 60 für die Endstufe) erzeugen kann, ist Wechsel- strom zweckmäßig.
Mit Gleichstrom müssten wir sogar in jedem Gerät noch einen Zerhacker haben, um erst mal Wechselstrom zu erzeugen, damit man die Spannung umwandeln kann.
Hinter dem Trafo wird dann bequem gleichgerichtet (das geht einfach und billig).
"Nicolas Mittelmaier" schrieb im Newsbeitrag news:c59cg5$2po4dr$ snipped-for-privacy@ID-91988.news.uni-berlin.de...
Zuerst darf ich mal die Frage in zwei Einzelfragen aufteilen:
Warum Wechselspannung? Wechselspannung läßt sich mit Trafos recht effizient und nahezu beliebig hoch- oder herunterregeln. Die drei "Pole" des hiesigen Stromnetzes sind in ihrer Phasenlage um je 120° verschoben, das ergibt dann Drehstrom und daran kann man schön einfach Drehstrommotore betreiben.
Warum 230V Niederspannung und nicht z.B. 12V? Die Verluste beim Transport von Energie wären zu hoch. Ein 1000W-Fön müsste rund 83A Strom ziehen. Dafür benötigst Du bereits ein Kabl, das das Gewicht des Föns deutlich überschreiten wird!
Allerdings gebe ich Dir in einem Recht: Es ist durchaus überlegenswert, in einem Haus eine Zentral 12V DC Versorgung aufzubauen, mit einem zentralen, hocheffizienten Netzteil. Leider gibt es aber viele Geräte, die eine Vielzahl an Spannungen benötigen. Z.B. PCs mit 12V / 5V, jeweils positiv und negativ. Oder Telefonanlagen, die AC für das Klingeln brauchen. Das zentrale Netzteil müsste dann auch noch sowohl im Leerlauf und bei Volllast effizient arbeiten, das wird schwierig. Auch die Verkabelung dürfte dank der hohen Stromstärken recht teuer werden.
Um den Kern Deines Trugschlusses neben all den bisherigen richtigen Antworten noch einmal deutlich herauszustellen: Deine obige Aussage ist
*falcsh*!
Bloss, weil ein Gerät einen Trafo hat, arbeitet es noch lange nicht zwingend mit Gleichspannung. Im Gegenteil: Bei einem Trafo kommt immer Wechselspannung rein und immer Wechselspannung raus.
Weil alle Geräte unterschiedlichste Spannungen benötigen und Trafos (also Spannungswandler) prinzipbedingt nur mit Wechselspannung funktionieren.
(Sebastian Suchanek) 10.04.04 in /de/sci/ing/elektrotechnik:
Also bei "postens" (heute: telekom) war es schon vor lagem üblich erstmal "60V, Satt Ampere" zu machen und daraus alle anderen Spannungen mittels Wechselrichter zu erszeugen. Sicherlich ist deshalb auch mal die eine oder andere VSt abgebrannt, da Daumendicke Leiter udn cm-hohe Stromschienen nicht so elegant zu handeln sind, aber es ist wohl historisch bedingt. Z.B. kann man 60V DC sehr elegant auch aus Accus erzeugen. Und als Sprechspannung brauchte man sie eh.
Naja, aber wenn ich dann sehe, das ein Radiowecker vielleicht
0,2W für sein LED-Display, aber 5W(!) vom (billigen) Trafo in Wärme umgewandelt wird, kann ich die Frage durchaus nachvollziehen. Auch wäre weniger Aufwand in isolierung zu stecken.
Der Wirkungsgrad kleiner Trafos ist ist meist so jämmerlich das der Aufwand für (eigentlich, theoretisch noch schlechtere) Schaltnetzteil doch lohnt.
Es müsste eine "Energieeinsparverodung" gehen, die
a) "Standby" stromaufnahmen von mehr als 10mW untersagt oder nur in wohl begründeten Sonderfällen zulässt und hoch besteuert. Sagen wir z.B. mal 30Euro pro 10mW Mehr-Standby. Dann lohnt es sich für den Hersteller da zusparen udn mehr Material einzusetzen. b) Kleintrafos mit weniger als 99% Wirkungsgrad verbietet, oder auch mit einer Steuer von x Euro pro % Verlust bedenkt.
Das würde sicherlich ein paar Kernkraftwerke ersparen, als die Häuser anstatt mit 120mm nun mit 130mm Styropor zu dämmen. Aber unsere anscheinend zu blöden Politiker bekommen ja nicht mal den Hauch von Wettbewerb auf dem Strommarkt hin, oder wohl eher: Wollen es nicht hinbekommen, warum sollte sonst noch Spenden fliessen?.
Auch wird das (unterschwellig) gefragte (Zentrale DC stromversorgung) inzwischen tatsächlich gemacht. Das nennt sich "PoE" "Power over Ethernet" und erlaubt sehr elegant Netzwerk-Gerätschaften (WLAN Access Points, Router, Netcams, Switsches) aus einer zentralen, USV gepufferten, Quelle fernzuspeisen. Es ist also nicht so, das das nicht gemacht würde. Als Spannung/Leistung sind dort bis zu 48V/12W vorgesehen IIRC. Die geringe Leistung ist aber eher in dne sehr dünnen Kabeln begründet.
Im Gegensatz zum reichlichen Gebrüll, das bei der Entdeckung gemacht wurde. Aber im guter Gesellschaft zu den Fullerenen, welche ja auch schon seit Jahren alle Schmier- Arznei und was weiss ich noch Mittel total revolutioniert haben. Dafür haben sie reichlich Fördermittel umdirigiert...
Die Geräte haben alle einen Transformator, da sie unterschiedlichste Betriebsspannungen benötigen. Da fast alle Geräte heute einen "elektronischen" Trafo drin haben, wäre es wirklich egal, wenn man Gleichspannung im Netz hätte; die Geräte richten ja auch zuerst einmal die Netzwechselspannung gleich. Auch Entladungslampen (Leuchtstofflampen, "Energiesparbirnen"), welche traditionell induktive Vorschaltgeräte ('ne Drossel eben) verwenden, haben heute elektronische Vorschaltgeräte eingebaut.
Vordergründig sind nur noch wenige Geräte auf Wechselspannung unbedingt angewiesen, solche mit Induktionsmotoren etwa. Bereits in der Wama ist heute oft ein DC-Motor drin, aber der Kühlschrank ist nach wie vor auf AC angewiesen, aber auch da gibt es bereits die ersten elektronischen Umrichter (siehe Danfoss 12V Kompressoren). Gleichspannung eignet sich auch hervorragend zur Übertragung von elektrischer Energie über grosse Strecken, Stichwort HGÜ. Soll jetzt in gigantischem Ausmass in China vom Dreischluchtendamm aus erstellt werden. In der Industrie werden auch grössere Mototen immer mehr mit Frequenzumrichtern ausgestattet, da würde in diesem Sinne auch keine Wechselspannung mehr benötigt. Was ein riesen-Nachteil der Gleichspannung ist: Man kann sie wegen der Lichtbogenbildung nur schlecht schalten. Wer einen uralten Heizofen für Allstrom hat, kann den Aufwand beim Schalter mal bewundern. Das geht dann nur mit Massivkeramik und Federwerk. Könnte man heute nicht mehr bezahlen, bei höheren Spannungen kann man es wohl ganz vergessen. Schalter im Fön wird kaum gehen. BTW, die Kunst der DC Schalter geht langsam vergessen, mit zum Teil wirklich peinlichen Folgen, siehe das schweizer Vorzeige-Solar- kraftwerk auf dem Mont Soleil. Da hat es einen Schalter heftig abgefackelt, in der Saison wurde dann nix mehr produziert... AC hat (hatte?) halt riesige Vorteile in komplizierten Netzen, da man einfach hoch/runtertransformieren und zusammenkoppeln kann. Umformer sind wohl (noch) zu aufwändig, die Verluste sind auch nicht so klein (Flussspannung in den Thyristorkaskaden, oder IGCT bei Leistungen im unteren MW Bereich), HGÜ lohnt nur bei grossen Strecken oder bei frequenzmässigen Ankoppelproblemen. Trafos haben halt einen sehr guten Wirkungsgrad. Auch hat man mit dem Dreiphasensystem einfache Ankopplung an rotierende Maschinen, Drehfeld mit drei Spulen und fertig. Dreiphasenstrom hat auch den Vorteil, dass man mit 50% mehr Draht (3 statt 2 eben) 71% mehr Energie transportieren kann, plus einige weitere Subtilitäten bezüglich Potentialtrennung usw.
Ich weiß, jedes Schaltnetzteil, usw., und das ist auch gut so, denn die Dinger sind effektiver als die Steckernetzteile mit nur-Trafo. Aber von "beihnahe jedes" sind wir noch ordentlich entfernt (leider).
Ähem, das glaub ich nicht! AC lässt sich rauf und ruintertransformieren, hat aber den Nachteil, dass es bei großen Entfernungen günstiger ist, mit Gleichstrom zu arbeiten. In de.sci war mal ein Thread, aus dem hervorging, dass Drehstrom sich nur bis 1500 km akzeptabel ransportieren lässt. Glecihspannung hat außerdem den Vorteil, dass Erzeuger und Verbundnetz nicht synchron sein müssen. Also AC lässt sich einfach transformieren. DC lässt sich verlustarm transportieren. Gruß
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