Schon vor 2000 Jahren wurde die Wirkung von statischer Aufladung und Entladung – also die ersten elektrischen Effekte – beobachtet. Diese konnten seinerzeit freilich noch nicht erklärt werden. Ungefähr um 1865 entdeckte dann Werner von Siemens (Ernst Werner Siemens) das Dynamoprinzip, welches besagt das alleine durch den Restmagnetismus eine Erregerspannung erzeugt werden kann, die sich immer weiter verstärkt, bis der Kern gesättigt ist, und der Stromgenerator maximale Leistung liefert – das alles ohne von außen einen Erregerstrom hinzuleiten zu müssen. Werner von Siemens gründete daraufhin seinerzeit die heutige Siemens AG, welche damals Telegrafen baute. Um 1880 entwickelten sich Generatoren deutlich weiter, und versorgten Glühlampen und Lichtbogenlampen, teilweise auch einzelne Haushalte mit elektrischen Strom. Um 1900 wurden diese Generatoren mit Dampfmaschinen angetrieben.
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| George Westinghouse (* 6. Oktober 1846 in Central Bridge, New York; † 12. März 1914 in New York) war ein US-amerikanischer Erfinder, Ingenieur und Großindustrieller. | Thomas Alva Edison (* 11. Februar 1847 in Milan, Ohio; † 18. Oktober 1931 in West Orange, New Jersey) | Nikola Tesla (serbisch-kyrillisch Никола Тесла; * 10. Juli 1856 in Smiljan, Kroatische Militärgrenze, Kaisertum Österreich; † 7. Januar 1943 in New York, USA) |
Der Stromkrieg von 1890. Vorteil Westinghouse, weil Wechselstrom
Dann kam die Zeit des „Stromkriegs“, welcher um 1890 zwischen Edison und Westinghouse geführt wurde. Edison hatte sich seinerzeit für die Gleichspannung eingesetzt, die jedoch nicht transformiert werden konnte, und damit nicht gut transportiert werden konnte. Westinghouse bevorzugte seine Wechselspannung, die man problemlos mittels Transformatoren herauf und herab setzen konnte, und damit optimal auch über große Entfernungen übertragen konnte. Damals war das ein echter Vorteil, und so konnte sich Westinghouse durchsetzen.
Zur gleichen Zeit hat sich übrigens auch Nikola Tesla aufgrund einer Empfehlung an Edison gewandt. Dieser stellt ihn ein. Edisson will jedoch Geld verdienen, mit seinem Gleichstromsystem. Tesla ist eigentlich für Wechselstrom, und kommt mit seinem Chef Edison nicht zurecht, und kündigt die Zusammenarbeit nach 6 Monaten. Danach kamen schlechte Zeiten auf Tesla zu. In Folge arbeitet Tesla mit Westinghaus zusammen, der wie erwähnt für Wechselstrom ist. Aber auch diese Zusammenarbeit fruchtet nicht auf Dauer, da Tesla in letzter Konsequenz kostenlose Energie für alle Menschen bereit stellen will, was natürlich seinen Arbeitgebern auch nicht sonderlich gefällt.
Noch heute wird das Verfahren von 1890 angewandt
Noch heute wird dieses Verfahren angewandt, bei dem Wechselspannung mittels Trafos auf sehr hohe Spannungen (380.000 Volt) hochtransformiert wird, um es dann möglichst verlustfrei (hohe Spannung = geringer Strom = geringer Spannungsabfall = wenig Verluste) transportieren zu können. Bei der Wahl der Netzfrequenz von 50 Hz hat man sich auf einen Kompromiss aus verschiedenen technischen Randbedingungen eingeschossen. Die Entscheidung für 50 Hz erfolgte um die Jahrhundertwende zwischen dem 19. und 20. Jahrhundert. In Nordamerika verwendet man übrigens eine Netzfrequenz von 60 Hz, und die Bahngesellschaften arbeiten mit einer Netzfrequenz (Fahrstrom) von 16,7 Hz. In Flugzeugen wird eine Netzfrequenz von 440 Hz angewandt, weil man dann kleinere und damit leichtere Trafos verwenden kann. Das Brummen aus der bekannten 230V Haustromverteilung, was wir hören ist übrigens ein 100 Hz Brummton. Die Frequenz beträgt aber 50 Hz.
Die absolute Frequenz von 50,000 Hz ist im übrigen auch wichtig für die Stabilität des gesamten Netzes. Ansonsten bricht dieses zusammen, wenn die Frequenz zu hoch ansteigt (Überproduktion, zu wenig Stromabnahme) oder zu sehr abfällt (Unterproduktion, zu starke Belastung von Verbrauchern). Man spricht dann von einem Blackout (kein Strom mehr). Siehe dazu bitte auch gerne die beiden Links unten.
In Deutschland gibt es übrigens die 50Hertz Transmission GmbH mit Sitz in Berlin. Es handelt sich um einen deutschen Übertragungsnetzbetreiber. Das Unternehmen betreibt das Höchstspannungs-Stromnetz im Osten Deutschlands einschließlich Berlin sowie im Raum Hamburg mit einer Stromkreislänge von rund 10.500 km.
Brauchen wir heute noch Wechselstrom?
Eigentlich nicht. Alle modernen Geräte haben intern einen sog. ZK (DC/Gleichstrom Zwischenkreis). Die Netzspannung (230 V AC, aber auch 400 V AC Drehstrom) wird gleichgerichtet, und dann weiter verarbeitet. Diese Geräte benötigen also nicht wirklich Wechselspannung, sondern werden – in aller Regel – auch mit Gleichspannung funktionieren. Auch typische 1 phasige Wechselstromgeräte wie Motoren (Bohrmaschinen….) auch als Drehstromversion (3 phasig) werden (fast) immer über eine Elektronik betrieben, welche auch intern einen ZK hat. Jeder moderne FU (Frequenzumrichter) der vor noch so riesigen und kräftigen Industriemotoren (Asynchronmotoren) geschaltet ist, arbeitet so. Anders wäre es unmöglich, die riesigen Anlaufströme der Motoren in den Griff zu bekommen, und anders könnte man die Leistung der Motoren (die Drehzahl) auch nicht regeln.
Riesige Verluste aufgrund der alten Wechselspannungstechnik
Der damalige Vorteil, ist also eigentlich ein heutiger Nachteil. Denn Wechselspannung verursacht über große Distanzen in den 380 KV (Kilovolt) Hochspannungsleitungen extrem große Verluste. Die Leitung wirkt wie ein riesiger Elko / Kondensator. Und dieser muss immer wieder im Rhythmus der Netzfrequenz (50 Hz) umgepolt werden. Das kostet Kraft. So viel Kraft, wie ein ganzes Kraftwerk, z.B. ein Atomkraftwerk leistet, geht in etwa dabei verloren. Verrückt, nicht wahr? Das ist auch der Grund, warum heute schon darüber nachgedacht wird, über große Entfernungen nicht mehr Wechselstrom, sondern Gleichstrom zu übertragen – die Verluste sind dann geringer.
So, weiter möchte ich dieses Thema „Stromkrieg“ hier in den Grundlagen nicht ausführen :-). Aber ich danke Euch/Ihnen wie immer für´s lesen. Und ein paar Links habe ich noch für euch 🙂
Die Netzfrequenzinfoseite von Dipl. Ing. Jaschinsky.
Die Netzfrequenzmessungseite der Gobmaier GmbH.
Freundliche Grüße, Jürgen Blumenkamp
Lötseite aus Hunteburg 