Warum zum Stromübertragen Hochspannungsnetze?

Wissenschaft Physik
#1

Hallo liebe Forumgemeinde,

es ist bekannt, dass die Energie, die durch die Stromleitung in Form von Wärme in einer bestimmten Zeiteinheit verloren geht, mit dieser Formel beschrieben werden kann:

E = (U² t) / R

Warum wird denn die Spannung um viele Größenordnungen erhöht? Dadurch geht doch der Strom quadratisch verloren.
Um so wenig wie möglich den Verlust durch die Wärme zu vermeiden, müsste man die elektrische Spannung gegen 0 sinken lassen und den elektrischen Widerstand am besten sehr hoch erhöhen, d.h. die Leitungen aus Keramik oder so machen.

Viele Grüßen,
Alex

#2

Hallo Alex,

Du beschreibst die Verlustenergie, die man natürlich minimieren will. Mit U gegen 0 und t gegen unendlich erreicht man das Ziel. Allerdings will man bei der Energieübertragung gleichzeitig eine hohe Nutzenergie übertragen. Deshalb sollte U möglichst groß und R möglichst klein sein. Diesen Widerspruch kann man nur lösen, indem versucht wird, die Verlustenergie zu minimieren und die Nutzenergie zu maximieren.

Der Leitungswiderstand ist meist vorgegeben, also versucht man den Widerstand der Nutzlast im Verhältnis möglichst hoch auszulegen. Damit am Nutzwiderstand dann die gewünschte Leistung bereitsteht, muss die Spannung entsprechend erhöht werden.

#3

Hallo liebe Forumgemeinde,

es ist bekannt, dass die Energie, die durch die Stromleitung
in Form von Wärme in einer bestimmten Zeiteinheit verloren
geht, mit dieser Formel beschrieben werden kann:

E = (U² t) / R

Interessante Formel. Selber hergeleitet?
In Wirklichkeit ist die Verlustenergie delta U * I * t.

Warum wird denn die Spannung um viele Größenordnungen erhöht?
Dadurch geht doch der Strom quadratisch verloren.
Um so wenig wie möglich den Verlust durch die Wärme zu
vermeiden, müsste man die elektrische Spannung gegen 0 sinken
lassen und den elektrischen Widerstand am besten sehr hoch
erhöhen, d.h. die Leitungen aus Keramik oder so machen.

Das stimmt. Nur würde eine solche Leitung leider gar keine Nutzenergie übertragen, was ihren praktischen Nutzen ja doch recht stark einschränkt.

In der Praxis hat sich daher deine Idee nicht durchsetzen können. Ebenso wurde der Gedanke verworfen, durchgebrannte Glühlampen wegen ihrer geringen Verlustwärme zur Straßenbeleuchtung einzusetzen.

#4

E = (U² t) / R

Interessante Formel. Selber hergeleitet?
In Wirklichkeit ist die Verlustenergie delta U * I * t.

Beide Formeln sind korrekt.

#5

Hallo Alex.

es ist bekannt, dass die Energie, die durch die Stromleitung
in Form von Wärme in einer bestimmten Zeiteinheit verloren
geht, mit dieser Formel beschrieben werden kann:

E = (U² t) / R

Warum wird denn die Spannung um viele Größenordnungen erhöht?
Dadurch geht doch der Strom quadratisch verloren.
Um so wenig wie möglich den Verlust durch die Wärme zu
vermeiden, müsste man die elektrische Spannung gegen 0 sinken
lassen und den elektrischen Widerstand am besten sehr hoch
erhöhen, d.h. die Leitungen aus Keramik oder so machen.

Du hast da einen Denkfehler:

Grundsätzlich soll
P = U * I
am Ende der Leitung möglichst gross sein, das ist die Aufgabe einer solcher Leitung.

Dein Uv ist aber der Spannungsabfall entlang der Leitung!
Dieser berechnet sich nach Ohm aus:
Uv = I * R

Folglich müssen R und I möglichst klein sein.
Wenn man also bei U=I*R das U möglichst gross mach, wird I klein wodurch dann dein Uv auch klein wird.

Technik ist nun mal immer der Kompromiss, zwischen sich wiedersprechenden Anforderungen.

Übrigens ergibt sich deiner Formel
P = U² / R
aus
P = U * I und I = U / R

P = U * (U / R)

MfG Peter(TOO)

#6

Man muss nicht nur eine korrekte Formel nehmen, sondern auch wissen, was diese bedeutet.

Für R als Leitungswiderstand und U als Betriebsspannung ergibt obige Formel kein sinnvolles Ergebnis.

Ich habe eine 110kV Leitung mit 120 Ohm. Wieviel Verlusternergie habe ich dann?
In obige Formel kann man ja gerne 110kV und 120 Ohm einsetzen, man wird auch ein Ergebnis bekommen. Nur ist das leider sinnlos.

#7

Hallo!

Auf einer Leitung wird die Leistung I² * R in Wärme umgsetzt. Damit hat man bereits die Handlungsanweisung zur Minimierung der Verluste: Man könnte für möglichst kleinen Widerstand der Leitung sorgen. Die Leitung wird dann eben dick, schwer und teuer. Deshalb ist es hier klüger, den Strom möglichst klein zu machen. Um dennoch die gewünschte Leistung zu übertragen, muß man die Spannung am Leitungsanfang erhöhen.

Gruß
Wolfgang

#8

In obige Formel kann man ja gerne 110kV und 120 Ohm einsetzen,
man wird auch ein Ergebnis bekommen. Nur ist das leider
sinnlos.

Bei einem Kurzschluss wäre das Ergebnis leider korrekt. Aber ich verstehe was Du meinst.

#9

Hallo Fragewurm,

Allerdings optimiert sich dann das System sehr schnell in Richtung des Gedankengangs des UP.

Wenn die Schutzeinrichtungen ansprechen, strebt R gegen unendlich und U gegen Null :smile:

Allerdings wird’s dann stellenweise duster.

MfG Peter(TOO)

#10

Hallo,

Gegenfrage:

Gleich- oder Wechselstrom?

Gruß vom Raben

#11

die stromart im öffentlichen netz ist wechselstrom!
die hochspannungsleitung wirkt wie ein widerstand. je größer der strom ist desto mehr elektronen müssen in der gleichen zeit durch diese leitung, das heisst also mehr reibung, mehr wärmeverlust… eher schlecht.
um dies zu umgehen transformiert man die spannung auf zb 10.000 volt(10kV) oder sogar bist zu 220 kV hoch. durch das erhöhen der spannung wird der strom kleiner und so gibt es weniger verluste auf der leitung