Grundwissen

Spannung und Stromstärke

Elektrischer Strom entsteht, wenn sich Elektronen durch einen Leiter bewegen. Er wird durch die Einheiten Stromstärke und Spannung bestimmt. Die Stromstärke gibt dabei an, welche elektrische Ladung in einer bestimmten Zeit fließt: Je mehr Elektronen gleichzeitig fließen, desto höher ist die Stromstärke. Sie wird in Ampère ( A ) gemessen.

Dagegen gibt die Stromspannung an, wie groß der Unterschied der Ladungen zwischen zwei Punkten eines Leiters ist, zum Beispiel zwischen den beiden Polen einer Steckdose. Man kann sich die Spannung als "Druck" oder "Kraft" vorstellen, die auf die Ladungen wirkt – dabei entsteht eine Spannung immer aus dem Vergleich der Ladungsmengen an zwei verschiedenen Punkten. Die Spannung wird in Volt ( V ) gemessen.

Leistung

Elektronen, die durch den Glühfaden einer Glühbirne strömen, erzeugen Licht und Wärme. Mit anderen Worten: Sie verrichten Arbeit. Wie groß die Arbeit ist, die ein Strom in einer bestimmten Zeitspanne verrichten kann, gibt die Leistung an. Sie wird in Watt gemessen und ergibt sich als Produkt aus Spannung und Stromstärke. Für eine Glühbirne bedeutet die Leistung von 60 Watt: Bei einer Spannung von 230 Volt fließt ein Strom von rund 0,26 Ampère. Die Grundlage für die Stromrechnung, die das Elektrizitätswerk stellt, ist die Menge an Arbeit, die der Verbraucher bekommen hat. Um bei der 60-Watt-Birne zu bleiben: Wenn sie 1000 Stunden lang brennt, verbraucht sie 60 Kilowattstunden ( kWh ). Bei einem Strompreis von 4 Cent pro Kilowattstunde wären also 2,40 Euro fällig.

Gleichstrom

Gleichstrom fließt zum Beispiel in der Taschenlampe: Am Minuspol der Batterie herrscht ein Elektronenüberschuss, am Pluspol ein Mangel. Wird die Taschenlampe eingeschaltet, bewegen sich die Elektronen vom Minuspol zum Pluspol. Dabei passieren sie die Glühbirne und bringen sie zum Leuchten. Ein ständiger Strom von Elektronen fließt immer in dieselbe Richtung

Wechselstrom

Beim Wechselstrom wechseln die Elektronen, anders als beim Gleichstrom, regelmäßig die Richtung. In unserem Stromnetz zum Beispiel 100 Mal in der Sekunde: 50 Mal in eine Richtung und 50 Mal in die Gegenrichtung. Daraus ergibt sich eine Frequenz von 50 Hertz. Der Vorteil von Wechselstrom gegenüber Gleichstrom besteht darin, dass Leistungen mit wesentlich weniger Verlust übertragen werden können. Außerdem ist es mit Wechselstrom deutlich einfacher, Spannungen zu transformieren – zum Beispiel von der Hochspannungsleitung zum Niederspannungsnetz.

Hoch- und Mittelspannung

Spannungen über 1 kV (1 Kilovolt = 1000 Volt) bezeichnet man als Hochspannung. Je höher die Spannung ist, desto geringer sind die Energieverluste bei der Übertragung. Im Stromnetz gibt es deshalb verschiedene Ebenen, auf denen unterschiedlich hohe Spannungen übertragen werden.

Höchstspannung

Höchstspannung ist der Bereich zwischen 220 und 380 kV. Diese Spannungen liegen in den großen Überlandleitungen an, die regionale Stromversorger und große Industriebetriebe beliefern. Auch der Stromhandel mit dem Ausland läuft über diese großen Netze.

Hochspannung

Hochspannung ist der Bereich zwischen 36 und 110 kV. Damit wird in regionalen Verteilungsnetzen gearbeitet. Kunden sind lokale Stromversorger und Industriebetriebe.

Niederspannung

Die Niederspannung ist die unterste Ebene im Stromnetz, die mit 400 Volt betrieben wird. Diese Spannung kommt bei Haushalten, Gewerbe und Landwirtschaft an. Trafoanlagen, die in unmittelbarer Nähe der Wohngebiete stehen, wandeln die ankommende Spannung auf die haushaltsüblichen Werte um: 230 V (Einphasenwechselstrom) für Lampen, Fön und Radio. 400  V – der Dreiphasenwechselstrom - für den Elektroherd.

Frequenz (50 Hertz)

Die Generatoren in den Kraftwerken müssen mit genau 50 Umdrehungen pro Sekunde rotieren. Der Wechselstrom durchläuft entsprechend 50 Mal seine komplette Phase. Wenn diese vorgegebene Frequenz nicht eingehalten wird, kommt es zu Problemen: Motoren, elektrische Uhren und Computer funktionieren nicht mehr richtig. Sinkt die Frequenz unter 47,5 Hertz, treten so genannte mechanische Resonanzschwingungen auf. Das würde die Generatoren im Kraftwerk zerstören. Damit das nicht passiert, schalten die Generatoren bei dieser Frequenz automatisch ab.