Stromverbrauch
Stromverbrauch ist ein umgangssprachlicher Begriff, der die Menge an elektrischer Energie, die von einem elektrischen Verbraucher im Betrieb während einer definierten Zeit von elektrischer Energie in eine andere Energieform umgewandelt wird, bezeichnet. Physikalisch handelt es sich hier um eine Energiewandlung.
Die elektrische Leistung PW (gemessen in Watt) des Verbrauchers ist das Produkt aus der anliegenden elektrischen Spannung U (gemessen in Volt) und dem fließenden Strom IW (gemessen in Ampere), unter Beachtung (Messung) eines Phasenwinkels zwischen Strom- und Spannungsvektor sowie dem sogenannten Leistungsfaktor cos φ. Der Leistungsfaktor ist die Winkelfunktion des Phasenwinkels phi zwischen Strom und Spannung. Bei Belastung durch Motoren etc. ist der Stromvektor dem Spannungsvektor nacheilend. Der durch die zusätzliche Blindleistung entstehende Phasenwinkel φ muß bei der Berechnung der einzelnen Stromgrößen berücksichtigt werden. Anders bei Gleichstrom, da ist dies nicht der Fall.
Allgemein gilt:
Wirkfaktor :
Wirkleistung :
siehe auch Leistungen und Leistungsfaktor des Wechselstromes
Die umgewandelte elektrische Energie W(von engl. work = Arbeit), gemessen in Wattsekunden, üblich sind hier auch Kilowattstunden), ist die gesamte elektrische Arbeit, die während des betrachteten Zeitraums t (gemessen in Stunden) bei der betrachteten Leistungsaufnahme fließt. Bei einem gleichbleibenden Verbrauch ist die umgewandelte Energie das Produkt der elektrischen Leistung mit der verstrichenen Zeit t [h]:
.
Als Beispiel kann ein Haartrockner mit 2000 Watt (2 kW) elektrischer Leistungsaufnahme betrachtet werden. Wird der Haartrockner eine halbe Stunde (0,5 h) betrieben, beträgt der Stromverbrauch 0,5 h · 2 kW = 1 kWh (eine Kilowattstunde). Er wird im europäischen Netz bei 230 Volt Spannung betrieben und es fließt ein Strom von ca. 8,7 Ampere.
Das oben beschriebene Beispiel ist nur dann ohne dem sogenannten Leistungsfaktor möglich, weil bei reinen Widerstandsheizgeräten (Strom im Gerät erwärmt den Heizkörper), ohne Motor, dieser cos φ = 1 beträgt. Jedoch ein Elektromotor mit seiner Magnetwicklung benötigt neben dem Wirkstrom (wir sehen bzw. fühlen die Wirkung) auch einen Blindstrom zum Aufbau seines elektromagnetischen Feldes. Dieser Blindstrom für Motoren kostet für Haushaltsstromabnehmer nichts. Obwohl er natürlich auch über den Stromzähler zu uns kommt, wird er nicht messtechnisch erfasst. Die Stromerzeuger müssen ihn wohl auch erzeugen, er verlangt jedoch der Antriebsmaschine des Generators keine Antriebskraft ab. Leider begrenzt sein Vorhandensein die elektrische Leistungsproduktion, indem er die Generatorwicklungen ebenso wie der Wirkstrom durchfließt, allerdings um die sogenannte Phasenverschiebung zeitversetzt. Er braucht auch, auch wenn er dem Haushalt nicht explizit verrechnet wird, die selbe Struktur des Kraftwerkes inkl. Personal, nur der Brennstoffverbrauch für diesen Blindstrom entfällt. Die Summe aus beiden Strömen wird durch geometrische Addition errechnet. Auf Leitungen, im Generator und Transformator verursacht er jedoch auch seinen Anteil an Wärmeverlusten, daher erhält man ein im Wirkstrom kaufmännisch einkalkuliertes „Geschenk“ zur Ausbildung des Magnetfeldes im Elektromotor.
Viele der deutschen Haushaltsstromkreise sind noch (veraltet) mit einem Sicherungs-Bemessungsstrom von 16 A abgesichert, so kann eine maximale Leistung von max. 3,7 kW je Stromkreis entnommen werden, wobei dies den oberen Grenzwert der Belastung darstellt. Es ist dazu zu sagen, dass diese Belastung das absolute Höchstmaß an Belastung darstellt. Bei neueren, den gültigen Vorschriften entsprechend ausgelegte Einphasen- Stromkreise sind die 1,5 mm² Kupferleiterleiterquerschnitte mit 13 A, der Auslösecharakteristik U, abgesichert. Ein Motor mit 3,7 kW Bemessungsleistung benötigt erst einmal um 100 / Wirkungsgrad in %, mal mehr Strom (Wirkstrom) und zudem auch noch den erwähnten Blindstrom zur Magnetfeldbildung. Eine normale einphasige 16-A-Steckdose reicht dann nicht mehr aus. Dann allerdings wird man einen Drehstromanschluß mit 3x16 A + N + SL benutzen. Dies schreiben auch die einschlägigen Anschlußbedingungen der jeweiligen Stromerzeuger bzw. EVU's vor, ansonsten könnte durch Überlastung der Leitungsdrähte Schaden entstehen. Deshalb würden die Sicherungen, wenn nicht manipuliert, was auf keinen Fall sein darf, den überlasteten Stromkreis verlässlich abschalten.