Netzfrequenz
Mit Netzfrequenz bezeichnet man die in einem Stromnetz herrschende Frequenz des elektrischen Stroms.
Die Einheit der Frequenz ist das Hertz, abgekürzt Hz. Diese Einheit leitet sich von der Sekunde als SI-Basiseinheit der Zeit ab als 1 Hz = 1/s. Die Einheit Hertz ist nach dem deutschen Physiker Heinrich Rudolf Hertz benannt.
Gleichstrom hat die Frequenz 0 Hz. Wechselstrom und Drehstrom hat eine Netzfrequenz > 0 Hz. In Europa wird für das allgemeine Stromnetz eine Netzfrequenz von 50 Hz verwendet. Einige Eisenbahnen verwenden davon abweichende Netzfrequenzen, so arbeitet die Deutsche Bahn z.B. mit einem Fahrstrom der Frequenz 16 2/3 Hz. In Amerika (Karte) verwendet man im Allgemeinen ein Stromnetz mit einer Netzfrequenz von 60 Hz. Für Eisenbahnen und industrielle Abnehmer findet man dort auch eine Netzfrequenz von 25 Hz vor. In spezialisierten Bereichen, so z.B. in Flugzeugen, trifft man auch aus Sicherheitsgründen höhere Netzfrequenzen an (z. B. 440 Hz), da sich die Auswirkungen eines Stromschlag fast wie bei einem Gleichstromunfall verhalten (Geringere Gefahr von Herzkammerflimmern).
Die Wahl der Netzfrequenz ist ein Kompromiss aus verschiedenen technischen Randbedingungen. Die Festlegung erfolgte in der Anfangszeit der Elektrifizierung, also um die Jahrhundertwende zwischen dem 19. und dem 20. Jahrhundert. Die maßgeblichen Randbedingungen waren also diejenigen, die sich zu jenem Zeitpunkt ergaben. Hier sind einige davon:
- Die Verluste bei der Stromübertragung hängen von der Stromstärke ab. Es ist dabei für Fernübertragung wirtschaftlicher, hohe Spannungen und geringe Ströme zu verwenden als umgekehrt.
- Hohe Spannungen sind gefährlicher und erfordern höheren Aufwand für die Isolation.
- Im Gegensatz zu Gleichstrom kann man Wechselstrom durch Transformatoren in der Spannung umsetzen. Dadurch wird ermöglicht, dass man verhältnismäßig niedrige und damit relativ ungefährliche Spannungen zum Endverbraucher führt, während man hohe Spannungen für die Minimierung von Verlusten in Überlandleitungen einsetzen kann.
- Höhere Frequenzen erlauben es, kleinere Transformatorkerne zu verwenden. Die Transformatoren werden dadurch bei gleicher Leistung kleiner, leichter und billiger.
- Höhere Frequenzen erzeugen größere Verluste in Leitungen durch den Skin-Effekt. Dadurch wird in der Praxis die maximale wirtschaftliche Dicke einer Leitung festgelegt.
- Die Netzfrequenz in einem Verbundsystem muss überall gleich und synchronisiert sein.
- Höheren Frequenzen entsprechen kürzere Wellenlängen. In räumlich weit verteilten Verbundsystemen machen sich dadurch eher Phasenverschiebungen bemerkbar, wodurch die Synchronisation erschwert wird.
- Die Netzfrequenz steht in direktem Bezug zur Drehzahl von Generatoren und von Motoren, und zu deren Polzahl. Eine Steigerung der Frequenz erfordert entweder eine Steigerung der Drehzahl (mögliche Probleme mit Fliehkräften und/oder Lagern), oder einer Vergrößerung der Polzahl (größerer technischer Aufwand und dadurch höhere Kosten).
- Eine Frequenzumsetzung ist aufwändig. Zu Beginn der Elektrifizierung stand als Umsetzer nur eine Kopplung aus Motor und Generator zur Verfügung. Transformatoren sind nicht in der Lage, die Frequenz umzusetzen.
Kategorie:Elektrische Energie