Forum: Offtopic Verlustarme Energieübertragung bei Wechselspannung


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von Daniel A. (tagtraeumer)


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Hallo mal wieder.

Es ist ja immer in aller Munde, dass elektrische Energie mit 
Wechselspannung verlustärmer als bei Gleichspannung übertragen werden 
kann. Man denke dabei beispielsweise an Hochspannungs-Freileitungen. Vom 
Standpunkt der Elektrodynamik können das leider nur die wenigsten 
erklären.

Aber warum ist das so bei Wechselspannung? Liegt es daran, dass in 
diesem Falle die Ladungsträger nicht durch den Leiter fließen müssen wie 
im Gleichstromfall, sonder um eine "Ruhelage" schwingen?


Grüße
Klaus

von Falk B. (falk)


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@ Klaus A. (tagtraeumer)

>Es ist ja immer in aller Munde, dass elektrische Energie mit
>Wechselspannung verlustärmer als bei Gleichspannung übertragen werden
>kann. Man denke dabei beispielsweise an Hochspannungs-Freileitungen.

Eben.

> Vom
>Standpunkt der Elektrodynamik können das leider nur die wenigsten
>erklären.

Wozu auch? Es reicht das KLEINE 1x1 der Elektrotechnik. Man muss nicht 
immer den Maxwell raushängen lassen.

>Aber warum ist das so bei Wechselspannung?

Ganz einfach. Weil man mittels Trafo auf eine hohe bis sehr hohe 
Spannung transformieren kann und dabei bei gleicher Leistung deutlich 
weniger Strom braucht was damit bei gegebenem Leitungsquerschnitt zu 
deutlich geringern ohmschen Verlusten führt. Denn der 
Leitungsquerschnitt kann aus technischen wie auch ökonomischen Gründen 
nicht beliebig vergrößert werden.

> Liegt es daran, dass in
>diesem Falle die Ladungsträger nicht durch den Leiter fließen müssen wie
>im Gleichstromfall, sonder um eine "Ruhelage" schwingen?

Nö. Siehe oben. Und bei richtig langen Leitungen und sehr großen 
Leistungen im GW-Bereich ist die Gleichspannung wieder besser, aka HGÜ. 
Denn dort hat man keine Blindleistung, welche ein Nachteil der 
Wechselstromübertragung ist. Aber auch HGÜ hat Nachteile, u.a. die 
deutlich aufwändigeren Wandlerstationen am Anfang und Ende.

von Michael M. (Firma: Autotronic) (michael_metzer)


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Eine hohe Gleichspannungsübertragung wäre sogar noch verlustärmer, weil 
der induktive Widerstand wegfällt und bei längeren 
Hochspannungsleitungen auch keine Resonanzerscheinungen bei 50 Hz 
auftreten können (siehe Russland), die einen Teil der Energie wie eine 
Antenne einfach unwiderruflich abstrahlen.

Nur, wie bekomme ich die hohe Gleichspannung wieder klein (230V=)? Dank 
der vielen Schaltnetzteile wäre diese Spannung für die Haushalte sogar 
verwendbar. Für Drehstrommotoren bräuchte man dann allerdings einen 
Wechselrichter. Das ist aber nicht weiter schlimm, weil dann wenigstens 
die Drehzahl bequem über die Frequenz eingestellt werden könnte.

von Daniel A. (tagtraeumer)


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Michael M. schrieb:
> Eine hohe Gleichspannungsübertragung wäre sogar noch verlustärmer, weil
> der induktive Widerstand wegfällt und bei längeren
> Hochspannungsleitungen auch keine Resonanzerscheinungen bei 50 Hz
> auftreten können (siehe Russland), die einen Teil der Energie wie eine
> Antenne einfach unwiderruflich abstrahlen.

Danke Michael.

Sehr interessanter Aspekt mit der Resonanzerscheinung. Könntest Du mir 
in einfachen Worten erklären, warum nur Energie abgestrahlt werden kann, 
wenn die Antenne in Resoanz ist. Wenn also der Wechselstrom nur den 
Wirkwiderstand "sieht". Habe das nie so richtig verstanden.


Grüße
Klaus

von Falk B. (falk)


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@ Klaus A. (tagtraeumer)

>Sehr interessanter Aspekt mit der Resonanzerscheinung.

Gähn

> Könntest Du mir
>in einfachen Worten erklären, warum nur Energie abgestrahlt werden kann,
>wenn die Antenne in Resoanz ist.

Das kann sie auch ohne optimale Anpassung bzw. Länge, nur daß es dann 
halt weniger abstrahlt. Aber Es gibt nur gaaanz wenige 
Wechselspannungsleitungen, wo man auch nur ANSATZWEISE in die Nähe von 
Lambda/4 kommt. Bei 50 Hz sind das nämlich 1500km, Berlin-Moskau.

von Daniel A. (tagtraeumer)


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Ich versuche es mal zu erklären.

Wenn keine Resoanz in der Antenne herrscht, gibt es Wirk- und 
Blindleistung, wobei die Blindleistung nicht abgestrahlt werden kann. 
Wenn die Blindelemente durch die Resoanz aufgehoben sind, existiert nur 
noch WIrkleistung, die abgestrahlt werden kann.
Der Anteil in der Blindleistung ist nun zusätzlich in Wirkleistung 
übergegeangen.
Ist das richtig?


Gruß
Klaus

von Daniel A. (tagtraeumer)


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Bei der Energieübertragung mit Wechselspannung ist es das 
elektromagnetische Feld, das die Energie überträgt.
Bei Gleichspannungsübertragung gibt es kein elektromagnetisches Feld, 
was aber transportiert in diesem Falle die Energie?


Grüße
Klaus

von Patrick J. (ho-bit-hun-ter)


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Hi

Klaus A. schrieb:
> was aber transportiert in diesem Falle die Energie?

Das Elektron, Welches links raus fällt, wenn man rechts Eins rein 
prügelt.

MfG

von Mike J. (linuxmint_user)


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Klaus A. schrieb:
> was aber transportiert in diesem Falle die Energie?

In beiden Fällen werden Elektronen bewegt und durch deren Fluss kann 
Energie zu einer anderen Stelle transportiert werden.

Dass ein Feld aufgebaut wird ist auch in beiden Fällen der Fall.
Nur bei einem Fall verändert sich das Feld und beim anderen eben nichts.
Selbst die Lorentzkraft wirkt in beiden Leitern, nur dass der eine 
deshalb mit 50Hz schwingt und der andere eben nur in eine Richtig 
gezogen wird.

Die Wechselspannung lässt sich nur einfacher transformieren, mehr ist es 
nicht.

Wenn du hier allerdings fragst was sich besser übertragen lässt 
(Thread-Thema in der Überschrift), dann ist es eindeutig die 
Gleichspannung.

Wenn man die Gleich- oder Wechselspannung allerdings durch einen 
gekühlten Supraleiter fließen lässt, dann wird ja kein Feld aufgebaut 
und beide Arten der Energieübertragung sind gleich gut.

Im Moment lässt sich die Wechselspannung noch günstiger und einfacher 
mit üblichen Transformatoren umwandeln, aber das wird sich wohl auch mit 
der Zeit ändern.
Wenn dann ein kleines Transformatorhäuschen für 100kV mit einem winzigen 
Transformator mit einer Schaltfrequenz von 2MHz die Spannung von 100kV 
auf 400V runter transformiert, dann gewinnt die Technik welche das 
wenigste Kupfer verbraucht.

Es wird dann einen neuen Standard geben der in Steckdosen eine 
Abschaltvorrichtung vorsieht die das Netz mittels Transistors trennt 
bevor man den Stecker ziehen kann. Vielleicht gibt es später auch ganz 
andere Sorten von Steckdosen und Steckern.

Es ist möglich dass dieses Gleichstromnetz in der ersten Zeit nur für 
Photovoltaik, Windkraft, Energiespeicher [LiIon, NaIon, Kondensatoren] 
und e-Autos Verwendet wird und es dann allmählich Haushaltsgeräte gibt 
die ebenfalls Gleichspannung nutzen.

Vielleicht verläuft dann eine 400V Gleichspannungsleitung zu jedem Haus 
und im Haus wird einmal mit der Gleichspannung gearbeitet (Solarmodule, 
Haushaltsakku, eAuto usw.) und dann gibt es noch einen Umwandler der 
Wechselstrom für die anderen Haushaltsgeräte zur Verfügung stellt.

Gibt es schon Überlegungen für Gleichspannungs-Stecker/Steckdosen.

von Harald W. (wilhelms)


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Klaus A. schrieb:

> Es ist ja immer in aller Munde, dass elektrische Energie mit
> Wechselspannung verlustärmer als bei Gleichspannung übertragen werden
> kann.

Da das falsch ist, kann man auch nicht erklären, warum das so ist.

von K. L. (trollen) Benutzerseite


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Mike J. schrieb:
> Die Wechselspannung lässt sich nur einfacher transformieren, mehr ist es
> nicht.

Witzbold. Lerne nochmal die Grundlagen.

Ein weiterer Vorteil von Wechselspannung ist z.B. die sicherere 
Möglichkeit der Abschaltung (Löschung des Lichtbogens).

von Harald W. (wilhelms)


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K. L. schrieb:

> Witzbold. Lerne nochmal die Grundlagen.
>
> Ein weiterer Vorteil von Wechselspannung ist z.B. die sicherere
> Möglichkeit der Abschaltung (Löschung des Lichtbogens).

Die bis in die 1960er Jahre üblichen Lichtschalter in Wohnungen
hatten auch keine Probleme, gleichströme zu trennen.

von Falk B. (falk)


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@ Harald Wilhelms (wilhelms)

>> Ein weiterer Vorteil von Wechselspannung ist z.B. die sicherere
>> Möglichkeit der Abschaltung (Löschung des Lichtbogens).

>Die bis in die 1960er Jahre üblichen Lichtschalter in Wohnungen
>hatten auch keine Probleme, gleichströme zu trennen.

Legende. Nur weil es halbwegs funktionierte, heißt das nicht, daß es 
"problemlos" war. Denn erstens war die Gleichspannung verhältnismäßig 
niedirg (110V) und zweitens war man noch nicht so extrem auf Sicherheit 
fixiert, wie das heute der Fall ist. Und Außerdem waren die 
Schaltkontakte und damit die Schalter RIESIG.

von Falk B. (falk)


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@Mike J. (linuxmint_user)

>Im Moment lässt sich die Wechselspannung noch günstiger und einfacher
>mit üblichen Transformatoren umwandeln, aber das wird sich wohl auch mit
>der Zeit ändern.

Kann sein, muß nicht. Im Moment sieht es aber eher nicht danach aus.

>Wenn dann ein kleines Transformatorhäuschen für 100kV mit einem winzigen
>Transformator mit einer Schaltfrequenz von 2MHz die Spannung von 100kV
>auf 400V runter transformiert, dann gewinnt die Technik welche das
>wenigste Kupfer verbraucht.

Träumer ;-)

>Es wird dann einen neuen Standard geben der in Steckdosen eine
>Abschaltvorrichtung vorsieht die das Netz mittels Transistors trennt
>bevor man den Stecker ziehen kann. Vielleicht gibt es später auch ganz
>andere Sorten von Steckdosen und Steckern.

Jaja, und in dem gleichen Jahr gibt es die 1. bemannte Marslandung ;-)

>Es ist möglich dass dieses Gleichstromnetz in der ersten Zeit nur für
>Photovoltaik, Windkraft, Energiespeicher [LiIon, NaIon, Kondensatoren]
>und e-Autos Verwendet wird und es dann allmählich Haushaltsgeräte gibt
>die ebenfalls Gleichspannung nutzen.

Vielleicht. Oder auch nicht. Denn das bestehende System der 
Wechselspannungvereteilung ist nicht nur über 100 Jahre alt und 
gewachsen, es hat auch viele Vorteile, die man auch mit viel High Tec 
und Hipster-Sprech nicht einfach beiseite schieben kann.

>Vielleicht verläuft dann eine 400V Gleichspannungsleitung zu jedem Haus
>und im Haus wird einmal mit der Gleichspannung gearbeitet

Das gibt es schon lange, das ist die Zwischenkreispannung in fast jedem 
größeren PC-Netzteil. Aber dort kommt keiner ran und die Sicherung liegt 
auch am AC-Eingang und NICHT im DC Zwischenkreis!

>Gibt es schon Überlegungen für Gleichspannungs-Stecker/Steckdosen.

Die gibt es, aber bisher ist das alles nur akademisch. Denn die 
vermeitlichen Vorteile schmelzen schnell dahin, wenn man mal die 
Hipster-Brille absetz.

von (prx) A. K. (prx)


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Falk B. schrieb:
> Jaja, und in dem gleichen Jahr gibt es die 1. bemannte Marslandung ;-)

Mit Diode als Transportmittel kann das schneller kommen, als deinem 
Hausnetz vielleicht lieb sein wird. ;-)
https://www.morgenpost.de/web-wissen/article108655626/Hollaender-plant-bemannte-Mars-Mission-ohne-Rueckkehr.html

von Falk B. (falk)


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@ A. K. (prx)

>> Jaja, und in dem gleichen Jahr gibt es die 1. bemannte Marslandung ;-)

>Mit Diode als Transportmittel kann das schneller kommen, als deinem
>Hausnetz vielleicht lieb sein wird. ;-)
>https://www.morgenpost.de/web-wissen/article108655...

;-)

Boulevardpresse für Nerds.

"Ich halte sowohl den Kostenrahmen als auch den Zeitplan für völlig 
unrealistisch", sagt Ulrich Walter.

"Es sollte also ein Leichtes sein, so Lansdorp, mit Liveübertragungen 
vom Marsflug und dem Alltagsleben der Siedler mindestens ebenso viel 
Geld einsammeln zu können."

Eine Truman-Show im All. Witzig.

Da hat wohl jemand das Drehbuch von "Der Marsianer" mit echter 
Wissenschaft verwechselt?

Meine Prognose. Auch die NASA wird 2030 NICHT bemannt auf dem Mars 
landen. Das hat nicht nur technische sondern auch 
strategisch-realpolitische Gründe.
Und last but not least, es ist praktisch im Moment total sinnlos. Jeder 
"Ausflug" in eine irdische Wüste ist 1000 fach einfacher und bringt den 
gleichen Nulleffekt. Jaja, ich weiß, es geht hier nicht um kurzfristige 
ökonomische Effekte, sondern um die sportliche, wissenschaftliche 
Herausforderung für die Menschheit/westliche Welt.

https://www.youtube.com/watch?v=g25G1M4EXrQ#t=1m42s

Eine frühe, amerikanische Interpretation des urdeutschen Themas

"Wir schaffen das!".

von (prx) A. K. (prx)


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Falk B. schrieb:
> Eine Truman-Show im All. Witzig.

Natürlich ist das blühender Unsinn. Aber ohne "... holt mich hier raus" 
Möglichkeit würde solches "Reality-TV" erheblich gewinnen. ;-)

von Mike J. (linuxmint_user)


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Falk B. schrieb:
> Jaja, ich weiß, es geht hier nicht um kurzfristige
> ökonomische Effekte, sondern um die sportliche, wissenschaftliche
> Herausforderung für die Menschheit/westliche Welt.
>
> Youtube-Video "We Choose to go to the Moon"

Bevor die sich Gedanken machen irgend wann zum Mars zu fliegen wäre es 
doch sinnvoll erst mal zum Mond zu fliegen um dort einen Moon-rover 
fahren zu lassen. Später werden sie dann ein echtes Team zum Mond 
schicken welches dort versucht zu überleben.

Wenn auf dem Mond etwas passiert und sie neue Teile oder etwa Nahrung 
benötigen weil das mit dem Anbau von Nahrung nicht funktioniert, dann 
kann man innerhalb von wenigen Monaten Nachschub liefern.
Es wäre jedenfalls nur logisch es erst mal dort zu versuchen und sich 
die Probleme aufzeigen zu lassen die man nicht bedacht hat.


Wenn etwas auf dem Mars schief läuft, dann müssen sie dort 6 Jahre 
warten und der finanzielle Aufwand ist auch unnötig hoch.

Die sollen mal zeigen dass sie ihre Landesphäre auf einem einzigen 
Raketenstrahl wieder nach oben kriegen ... und zwar mit der Technik von 
vor über 50 Jahren.

Ich bin der Ansicht dass die das damals gut gefacked haben und sie keine 
Technik hatten um das realisieren zu können. Die notwendige Technik gibt 
es im übrigen immer noch nicht, obwohl SpaceX da inzwischen einige 
Fortschritte gemacht hat. Eine sichere Hin- und Rückreise steht noch in 
den Sternen.

Wenn sie auf dem Mond Erz fördern können und in der Lage sind aus den 
örtlichen Rohstoffen alles mögliche zu machen, dann spart man sehr viel 
Gewicht ein welches dort hin transportiert werden müsste.

von Falk B. (falk)


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@ Mike J. (linuxmint_user)

>Bevor die sich Gedanken machen irgend wann zum Mars zu fliegen wäre es
>doch sinnvoll erst mal zum Mond zu fliegen um dort einen Moon-rover
>fahren zu lassen. Später werden sie dann ein echtes Team zum Mond
>schicken welches dort versucht zu überleben.

Stimmt. Das haben sie aber schon auf der Erde vergeigt.

https://de.wikipedia.org/wiki/Biosph%C3%A4re_2

http://www.handelsblatt.com/technik/forschung-innovation/biosphaere-2-eine-der-schlechtesten-ideen-des-jahrhunderts/14599306.html

"Menschliche Gruppendynamik“ sei in dem Kuppelbau die größte 
Herausforderung gewesen, Details wollte sie keine nennen."

Komune 1 läßt grüßen ;-)

https://de.wikipedia.org/wiki/Kommune_I

>Wenn auf dem Mond etwas passiert und sie neue Teile oder etwa Nahrung
>benötigen weil das mit dem Anbau von Nahrung nicht funktioniert, dann
>kann man innerhalb von wenigen Monaten Nachschub liefern.

Tagen bis Wochen.

>Es wäre jedenfalls nur logisch es erst mal dort zu versuchen und sich
>die Probleme aufzeigen zu lassen die man nicht bedacht hat.

Stimmt.

>Wenn etwas auf dem Mars schief läuft, dann müssen sie dort 6 Jahre
>warten und der finanzielle Aufwand ist auch unnötig hoch.

Eher 6 Monate. Naja, du liegst immerhin nur eine Größenordnung daneben.

>Ich bin der Ansicht dass die das damals gut gefacked haben und sie keine
>Technik hatten um das realisieren zu können.

Tststst, immer dieser Verschörungstheoretiker.

> Die notwendige Technik gibt
>es im übrigen immer noch nicht, obwohl SpaceX da inzwischen einige
>Fortschritte gemacht hat. Eine sichere Hin- und Rückreise steht noch in
>den Sternen.

>Wenn sie auf dem Mond Erz fördern können und in der Lage sind aus den
>örtlichen Rohstoffen alles mögliche zu machen, dann spart man sehr viel
>Gewicht ein welches dort hin transportiert werden müsste.

Bitte nicht schon wieder Star Craft mit der Realität verwechseln ;-)

von Michael B. (laberkopp)


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Klaus A. schrieb:
> Es ist ja immer in aller Munde, dass elektrische Energie mit
> Wechselspannung verlustärmer als bei Gleichspannung übertragen werden
> kann.

Nein, ist es nicht. Bei langen Hochspannungsleitungen, erst recht wenn 
sie unter der Erde liegen, nimmt man Gleichsspannung um die Verluste 
klein zu halten, HGÜ.

> Man denke dabei beispielsweise an Hochspannungs-Freileitungen. Vom
> Standpunkt der Elektrodynamik können das leider nur die wenigsten
> erklären.

Erklären kann man, daß sich Wechselspannug viel einfacher auf diese hohe 
Spannung hochtransformieren lässt, und man bei hoher Spannung weniger 
Verluste hat weil die Stromstärker für gleiche leistung geringer ist und 
somit die Verluste am Leitungswiderstand geringer sind, und am Ziel 
wieder runtertransformieren lässt, denn Gleichspannung lässt sich gar 
nicht transformieren

> Aber warum ist das so bei Wechselspannung? Liegt es daran, dass in
> diesem Falle die Ladungsträger nicht durch den Leiter fließen müssen wie
> im Gleichstromfall, sonder um eine "Ruhelage" schwingen?

Oje. Da hat aber jemand Physik in der Schule massiv geschwänzt.

von Daniel A. (tagtraeumer)


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Michael B. schrieb:
>> Aber warum ist das so bei Wechselspannung? Liegt es daran, dass in
>> diesem Falle die Ladungsträger nicht durch den Leiter fließen müssen wie
>> im Gleichstromfall, sonder um eine "Ruhelage" schwingen?
>
> Oje. Da hat aber jemand Physik in der Schule massiv geschwänzt.

Hallo Michael,

nein, habe eigentlich nie geschwänzt, aber auf dem Gymnasium wurde der 
Wechselstrom nicht behandelt. Kein Scherz.

Wechselstrom, auch bei 50Hz, stellt eine elektrische Schwingung da. Wie 
kann man sich den Vorgang nun vorstellen? Das Elektronengas schwingt 
doch relativ zu den festen Atomrümpfen.


Grüße
Klaus

von Mike J. (linuxmint_user)


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Klaus A. schrieb:
> Wechselstrom, auch bei 50Hz, stellt eine elektrische Schwingung da. Wie
> kann man sich den Vorgang nun vorstellen? Das Elektronengas schwingt
> doch relativ zu den festen Atomrümpfen.

Nein, die Elektronen fließen bei Wechselstrom genau so durch den Leiter 
wie bei Gleichstrom. Stell dir einen Schlauch vor durch den ein mal nur 
Wasser in eine Richtung fließt oder ständig ein paar Meter hin und her.

Es gibt auch kein Elektronengas, die Elektronen bewegen sich von Atom zu 
Atom.

von Old P. (Gast)


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Klaus A. schrieb:

> Hallo Michael,
>
> nein, habe eigentlich nie geschwänzt, aber auf dem Gymnasium wurde der
> Wechselstrom nicht behandelt. Kein Scherz.

Oh Scheiß, betreiben die Waldorfspinner nun auch Gymnasien?

Old-Papa

von Falk B. (falk)


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@ Old Papa (old-papa)

>> nein, habe eigentlich nie geschwänzt, aber auf dem Gymnasium wurde der
>> Wechselstrom nicht behandelt. Kein Scherz.

>Oh Scheiß, betreiben die Waldorfspinner nun auch Gymnasien?

Spinner liegen voll im Trend!

https://www.werbeartikel-dresden.de/de/Fidget-Spinner-Trend-rot

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