In Zukunft Gleichstrom-Netze?

Hi Volker, >> Ist das nun besser oder schlechter?

Es gab Anfang des letzten Jahrhundert gescheite Leute, die die Ansicht vertraten, es sei alles erfunden, was es zu erfinden gäbe...

Marte

Hallo Marte,

Am 30.06.11 23.34, schrieb Marte Schwarz:

Hm. Und was genau möchtest Du uns damit sagen? Egal, was alles noch erfunden werden wird - es muss sich gegen das Bestehende durchsetzen.

V.

Damit ein Strom durch einen Widerstand fließt, muss eine Spannungs- differenz vorhanden sein.

Es gibt im Wechselstrom mehrere "Spannungen" als Rechengrößen. Für die Wirkleistung sind die Effektivwerte von Spannung und Strom und der Phasenwinkel zwischen Spannung und Strom wichtig:

Da ist hier kein Unterschied zwischen Gleich- und Wechselstrom, wenn man davon absieht, dass in den meisten Ländern der Welt bei Wechselstrom 100 mal pro Sekunde die Richtung sich ändert. Dies dient aber nur zur Verwirrung der Laien... Denn nicht nur die Richtung des Stroms ändert sich 100/s, sondern mit einer Verzögerung (oder einem Vorlauf) auch die Richtung der Spannung. Mehr in

Norbert

Weil ich Systeme mit unterschiedlicher Leiterzahl vergleichbar machen will. Daher pro installiertem Leiter, auch wenn nur 3 Strom führen. Insgesamt sind es 3 * 230 * 100 = 69000 W.

Hast du eine Elektriker-Lehre absolviert oder gar mehr?

X-No-Archive: Yes

begin quoting, Marte Schwarz schrieb:

Glaube ich nicht. Gleichstrom dürfte auch ganz nett wehtun.

Gruß aus Bremen Ralf

Manfred Kuhn schrieb am 30.06.2011 21:31:

Also, wenn schon, dann 3 * 400V * 100A / SQRT(3) = 69kW oder 3 * 230V * 100A = 69kW

Gleichspannung laesst sich nur elektronisch schalten, was bedingt sicher ist. Deshalb immer zuerst elektronisch abschalten und dann mechanisch unterbrechen. Beim einschalten umgekehrt. Der Lichtbogen laesst sich nicht beherrschen beim mechanischen Schalter.

Werner Holtfreter wrote:

Das liegt an der Spannung, die im Moment nach dem Abschalten des Lichtbogens an der heissen, aber geradeso nicht mehr ionisierten Luft liegt. Ein Kurzschluss ist immer ein induktiver Blindstrom, weil die Wechselspannung nur gegen die Induktivitaet der Leitung zum Kurzschluss arbeitet, darum ist die (Netz-)Spannung im Strommaximum null. Bei dem Diagramm auf der verlinkten Seite entsteht der Kurzschluss im Spannungsmaximum (der nicht eingezeichnete Netzspannungsverlauf waere die Cosinusschwingung, die zum Sinusverlauf des eingezeichneten Kurzschlusstroms gehoert). Die Sicherung ist so gebaut, dass sie eine viertel Periode lang so viel Energie aufnehmen kann, wie das Netz beim abzuschaltenden Kurzschluss liefert. Dadurch wird diese Energie im Gegensatz zum nicht abgeschalteten Kurzschluss nicht in der Streuinduktivitaet der Leitung gespeichert, und der Lichtbogen verlischt im Spannungsnulldurchgang (ist der Kurzschlusstrom kleiner als der maximal abzuschaltende Kurzschlusstrom, passiert das entsprechend frueher). Im Moment des Erloeschens liegt die volle Netzspannung an der Sicherung an, im skizzierten Fall also null Volt. Damit hat die heisse Luft aus dem verloschenen Lichtbogen noch ausreichend Zeit zum Abkuehlen (und damit Durchschlagsfestigkeit zu gewinnen), damit die Netzspannung beim Anstieg zur naechsten Halbwelle den Lichtbogen nicht erneut zuenden kann. Beim Gleichstrom hat man nun das Problem, dass die Spannung stets die volle Netzspannung hat, man also nicht nur die thermisch gespeicherte Energie plus ein Bisschen kurz vor dem Nulldurchgang aus dem Lichtbogen rausziehen muss, sondern die thermische Energie plus die volle Leistung, die das Netz in den Kurzschluss liefern kann. Dann hat man im Moment des Verloeschens des Lichtbogens sofort die volle Netzspannung ueber die heisse Luft, was zu einem erneuten Zuenden des Lichtbogens fuehren kann, da aufgrund der Hitze die Luft weniger Energiezufuhr zur erneuten Ionisation benoetigt. Eine Gleichstromsicherung muss also fuer denselben Kurzschluss sehr viel mehr Energie aus dem Lichtbogen abfuehren koennen als eine Wechselstromsicherung.

Gruss, Matthias Dingeldein

ich schrieb:

argh, daemlich formuliert: wenn das Abschalten klappt, muss nicht sooo viel mehr Energie aus dem Lichtbogen gezogen werden, aber es muss eine deutlich hoehere Kuehlleistung zur Verfuegung stehen, um den Lichtbogen schnell genug und stark genug kuehlen zu koennen, damit ein erneutes Zuenden nach dem Verloeschen verhindert wird.

Gruss, Matthias "Ingrid" Dingeldein

Definitiv; und man spürt ihn auch, wenn er noch nicht direkt wehtut oder Reflexe auslöst, nur eben anders als Wechselstrom. BTDT.

-ras

Hallo Matthias, das klingt zunächst plausibel, aber um einen reinen induktiver Blindstrom kann es sich kaum handeln, schließlich hat die Leitung ja auch einen ohmschen Anteil. Haben wir wirklich annähernd 90° Phasenverschiebung? Wenn der Schleifenwiderstand gemessen wird, messen wir da nicht den Wirkwiderstand?

Wenn die Leitung keine Energie speichert, weil diese weitgehend im Lichtbogen aufgezehrt wird, dann kann sich auch kein langsamer Stromanstieg ergeben, wie im Diagramm dargestellt, der Strom springt dann sofort auf I = Umax / Rreal, denn der Kurzschluss startet ja im Spannungsmaximum, wie du schreibst.

Induktive Phasenverschiebung/Verzögerung und Energiespeicherung bedingen einander!

Zu klären wäre dann noch, was passiert, wenn der Kurzschluss vor dem Spannungsmaximum startet. Könnte dann nicht mehr als 1/4 Periode bis zum Verlöschen des Lichtbogens vergehen?

| [Matthias:] ...muss eine deutlich hoehere Kuehlleistung zur Verfuegung | stellen, um den Lichtbogen schnell genug und stark genug kuehlen zu | koennen, damit ein erneutes Zuenden nach dem Verloeschen verhindert | wird.

Hallo, Skorpionmann,

Du meintest am 01.07.11:

Echt? Was haben denn dann nur die Leute zu Edisons Zeiten gemacht? Generator heruntergefahren?

Aha! Seit wann gilt diese Weisheit?

Viele Gruesse! Helmut

Hallo, Matthias,

Du meintest am 01.07.11:

Hmmm - vor etwa 45 Jahren wurde das noch ein wenig anderes gesehen. Damals wurde u.a. versucht, den Lichtbogen "auszublasen", mit etlichen Verfahren. Also zum Teil kühlen, zum Teil verlängern. Und dann gab es noch die Variante, den Lichtbogen in viele kleine Lichtbögen aufzuteilen, ebenfalls mit dem Ziel, mindestens einen der Lichtbögen "auszublasen".

Viele Gruesse! Helmut

Am 01.07.2011 11:31, schrieb Skorpionmann:

Man kann Lichbögen sogar "kultivieren". ;-)

Sogar für Beleuchtung läßt er sich gebrauchen.

Hallo, Matthias,

Du meintest am 01.07.11:

Vermutlich nicht. "Blindstrom" ist ein Begriff, der nur für rein sinusförmige (und gegeneinander nur phasenverschobene) Spannungen und Ströme gilt.

Abschalten ist was anderes. Da gilt für den Strom erst mal das pure Induktionsgesetz (auch in der Form der Lenzschen Regel); er induziert (so möglich) eine so hohe Spannung zwischen den Schaltkontakten, dass ein Lichtbogen durchzündet und der Strom weiterfliessen kann. (vereinfacht:) weil der Widerstand der Lichtbogenstrecke nichtlinear und zeitlich nicht konstant ist, ergibt sich irgendeine zugehörige Brennspannung.

Ach ja: selbst wenn ich die Nicht-Sinusform vernachlässige: der Strom ist aus Verbrauchersicht purer Wirkstrom - er wird in (wenig) Licht und (viel) Wärme umgesetzt.

Es gibt sogar Leute, die diesen Mechanismus zum Schweissen von Metallen benutzen.

Viele Gruesse! Helmut

Ja, denn beim Auftreten des Kurzschlusses ist der Strom noch niedrig, steigt aber stark an - damit ist der Blindanteil dominierend. Erst wenn der Strom staerker wird und nicht mehr so steil ansteigt gewinnt der Realteil an Einfluss. Dann sollte die Sicherung aber schon abgeschaltet haben.

Wenn die Sicherung ausgeloest hat, hat man auch keinen Kurzschluss mehr. Auf dem Diagramm sieht man die beiden Zustaende links und rechts von dem mit "Durchlass-Strom" bezeichneten Punkt: links der Kurzschluss, mit dem durch die Streuinduktivitaet begrenzten Stromanstieg, rechts das Abklingen des Kurzschlusstroms mit einer im Wesentlichen durch die Streuinduktivitaet und den Lichtbogenwiderstand der Sicherung bestimmten Zeitkonstante.

ja, nur hat man eine "echte" Phasenverschiebung in dem Sinne nur im stationaeren Fall ;-) Auf dem Diagramm wird die Energie aus der Streuinduktivitaet auf dem Stueckchen des Lichtbogenstroms, das steil abfaellt, abgefackelt, auf dem flachen Stueck danach das, was das Netz noch nachschiebt (da haette man dann auch keine Phasenverschiebung mehr, wenn es stationaer waere), und ausgehen tut der Lichtbogen, wenn die Summe aus nachgeschobener Leistung und noch im Lichtbogen vorhandener Energie nicht mehr ausreicht, um ihn weiter aufrechtzuerhalten. Das ist irgendwo in der Naehe des Spannungsnulldurchgangs; brennt der Lichtbogen weiter (bzw. zuendet nach dem Nulldurchgang erneut), steigt der Strom wieder an, und man muss hoffen, dass das naechsthoehere Schutzorgan den Kurzschluss abschaltet, bevor die Sicherung hochgeht.

Ja, aber da dann der Stromanstieg nicht so steil ist, wird nicht so viel Energie in der Streuinduktivitaet gespeichert*), sodass die Sicherung den Lichtbogen bereits vor dem Spannungsnulldurchgang loeschen kann (die Stromkurve ist dann etwas flacher im ansteigenden Teil und ein wenig nach unten verschoben im abfallenden Teil; man behaelt aber den nach unten weisenden Zipfel in der Kurve kurz vor dem Verloeschen, weil der Widerstand des Lichtbogens ansteigt, wenn seine Temperatur so weit faellt, dass die Ionen im Plasma ihre Elektronen wieder einfangen). Entsprechendes gilt, wenn das Netz weniger als den maximalen Kurzschlusstrom, den die Sicherung kann, liefert, etwa wenn der Kurzschluss am anderen Ende einer Kabeltrommel auftritt statt an der Staubsaugersteckdose im Trafohaeuschen.

*) die gespeicherte Energie haengt zwar nur vom fliessenden Strom ab, bei einem langsamer ansteigenden Strom kann der aber nicht so hohe Werte erreichen, waehrend die Sicherung durchbrennt (der Schmelzdraht muss nach Ueberschreiten des Nennstroms ja erstmal schmelzen, damit das eigentliche Abschalten beginnt)

thx :)

Gruss, Matthias Dingeldein

genau, bei den Gleichstromschuetzen muss man einen Kuehlkoerper auf den Lichtbogen schrauben, damit man den sicher ausbekommt :o) Die Loeschkammern sind dann gerne mal deutlich groesser als der ganze Rest.

[Schweissen im Parallelposting]

klar, sobald man den Lichtbogen hat, hat man keinen echten Kurzschluss mehr, aber wenn man mal aus Versehen die Elektroden am Blech festgebraten hat, da freut man sich ueber das Streufeld des Schweisstrafos: *BRRRRRRRRRR* :-)

Gruss, Matthias Dingeldein

-- Guillotinen sind nicht reziprok, aber das macht nix, die werden eh nur fuer die Hinrichtung verwendet.

Hallo, Matthias,

Du meintest am 01.07.11:

Auch wenn ich vorhin Kurzschluss und Abschalten verwechselt habe: von welcher Stelle des Gesamtsystems redest Du hier?

Wenn ich in eine Steckdose einen Kurzschluss-Stecker einsetze, dann ist der faktisch rein ohmsch. In ihm wird der Strom fast komplett in Wärme umgesetzt.

In der Zuleitung: im "Haushalts-Netz", in der Wohnung des Endverbrauchers dürften die Leitungen auch überwiegend ohmsch sein und ebenfalls den Strom überwiegend in Wärme umsetzen.

Redest Du hier vom (transienten) Vorgang, dass das Netz vorher nicht im Kurzschluss betrieben wurde und jetzt kurzgeschlossen wird? Arbeiten mit einem nicht konstanten Widerstand kollidiert mit den Nebenbedingungen für komplexe Rechnung.

Stationärer Betrieb (also über etliche Halbwellen kurzgeschlossen) oder aber transiente Vorgänge ("Lastwechsel")?

Siehe oben - für Lastwechsel kannst Du faktisch nicht mehr mit den Begriffen der komplexen Rechnung (z.B. "Blindstrom") arbeiten.

Klar - es gibt Leute, die dann Fourier einspannen und ein Mehrfrequenz- System benutzen. Aber das geht in die Gegend des angewandten Würfelns.

[...]

Und jetzt sind wir doch wieder beim Abschalten. Also einem nichtlinearen Vorgang.

Was meinst Du mit "Lichtbogenwiderstand der Sicherung"? Sicherungen sind auch erst mal nur Schalter, mit (je nach Typ) unterschiedlicher Wiedereinschalt-Fähigkeit. Und entsprechend unterschiedlichem (und nicht so recht rechnerisch erfassbarem) Widerstand des Lichtbogens.

[...]

Nein - je nach Schalter/Sicherung verschieden. Nicht jeder Schalter vertraut darauf, dass irgendwann die Spannung sowieso durch Null geht.

Viele Gruesse! Helmut

Helmut Hullen schrieb:

Ausblasen mit permanentmagnetischen und Spulenfeldern ist doch total aktuell.