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Netzspannung
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Als Netzspannung bezeichnet man die von den Energieversorgern in den Stromnetzen bereitgestellte elektrische Spannung, die zur Übertragung elektrischer Leistung eingesetzt wird. Neben der Spannung der Hoch- und Mittelspannungsnetze wird unter Netzspannung häufig die Höhe der einphasigen Wechselspannung in den Niederspannungsnetzen verstanden.
Der Nennwert der Netzwechselspannung beträgt in Europa sowie den meisten anderen Gebieten der Erde 230 Volt (Außenleiter/Erde, Privathaushalte) bzw. 400 Volt (Außenleiter/Außenleiter, Drehstrom). Das ist der Effektivwert. Der Nennwert der Frequenz ist 50 Hz.
Früher betrug der Nennwert 220 Volt bzw. 380 Volt. Für 220 V bzw. 380 Volt spezifizierte elektrische Verbraucher können meist auch an der 4,5% höheren Spannung betrieben werden.
In den USA beträgt der Nennwert der Netzwechselspannung 117 Volt (Effektivwert). Für größere Verbraucher wie Klimaanlagen sind auch 240 V gebräuchlich. Die Nennfrequenz beträgt hier und auch in Südamerika 60 Hz.
Die häufig angegebenen 120 Volt sind ein gerundeter Wert.
Die Spannung 230 V wurde in der internationalen Norm IEC 60038:1983 als Standardspannung festgelegt. Bis 1987 betrug die Netzspannung in Deutschland 220 V mit einer Toleranz von ±10 %. Danach erfolgte zunächst eine stufenweise Umstellung auf 230 V +6 % und -10 %. Von 2009 an darf die Netzspannung von 230 V um ±10 % abweichen. Dann sind 207 Volt bis 253 Volt in der Toleranz möglich. [1] [2] [3]
Die 230-Volt-Netzspannung ist die Spannung zwischen einem Außenleiter und dem Mittelpunktleiter (Neutralleiter) von Dreiphasenwechselstrom (umgangssprachlich auch Dreh- oder Kraftstrom genannt) und ergibt sich aus der 400 V betragenden Spannung zwischen den Außenleitern (Faktor Wurzel aus 3).
Bild:Map of the world coloured by voltage and frequency.png Karte: Spannung/Frequenz |
Die erhöhte Netzspannung führte bei nichtgeregelten Verbrauchern wie etwa Glühlampen zu einem erhöhten Energieverbrauch und vorzeitigem Defekt. Auch eine Reihe von Geräten, deren Nennspannung 220 V betrug, wurden durch die erhöhte Spannung zerstört. Die Erhöhung der Spannung um etwa 5 % führt zu einer Erhöhung des Energieverbrauches bei diesen Geräten um etwa 10 %. Höhere Spannung bedeutet aber auch niedrigere Energieverluste auf den Leitungen, wenn die gleiche Leistung übertragen wird. Da sich die Verlustleistung proportional zum Quadrat des Stroms verhält, ändert sich die Verlustleistung bei gleicher Leistungsaufnahme um den Faktor (220/230)², sinkt also um knapp 10 %.
In den USA und weiten Teilen des amerikanischen Kontinents beträgt die Netzspannung zwischen 110 und 120 V bei einer Frequenz von 60 Hz.
Im Idealfall ist der zeitliche Verlauf der Netzspannung sinusförmig. Die Spannungsangabe bezieht sich dabei auf den Effektivwert und nicht auf den immer nur kurzzeitig erreichten Scheitelwert der Sinuskurve. Der Scheitelwert von 230 Veff beträgt 325,26 V.
Der sinusförmige Verlauf der Netzspannung wird zunehmend durch nichtlineare Verbraucher gestört. Dazu zählen Gasentladungslampen, Gleichrichter, Dimmer (Thyristor- und Triac-Steller), Frequenzumrichter und Schaltnetzteile ohne Power-Faktor-Korrektur (PFC).
Auch Asynchronmotoren verursachen Netzverunreinigungen - das sogenannte Nutenpfeifen. Es entsteht durch die Unterteilung des Käfigläufers und die dadurch hervorgerufene, ins Netz zurückgespeiste Wechselspannung mit höherer, drehzahlabhängiger Frequenz.
Die Netzfrequenz wird heute entsprechend den Anforderungen des Europäischen Verbundnetzes sehr genau eingehalten, so dass man sie als Referenzwert, zum Beispiel zur Steuerung von elektrischen Uhren, verwenden kann.
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Schutz gegen Berührung
Die Netzspannung liegt weit oberhalb der Schutzkleinspannung beziehungsweise Sicherheitskleinspannung und ist deshalb für den Menschen potentiell lebensgefährlich. Aus diesem Grund müssen sowohl für die Versorgungsleitungen als auch für die mit Netzspannung betriebenen Geräte entsprechende Maßnahmen gegen Berührung spannungsführender Leitungen getroffen werden.
Dazu gehören Schutzisolation, Schutzerdung und Sicherheitsabschaltung (FI-Schutzschalter), welche verhindern, dass berührbare leitfähige Teile (z.B. Gehäuse) bei einen Defekt lebensgefährliche Spannungen annehmen.
Steckdosen müssen gegen Berührung der spannungsführenden Teile gesichert sein.
Zum Schutz von Kindern gibt es zusätzlich Kindersicherungen, die ein Einführen von Gegenständen in die Öffnungen von Steckdosen verhindern sollen.
Spannungen in Hochspannungsnetzen
Auch in Hochspannungsnetzen werden fast immer genormte Spannungen verwendet. So beträgt die Spannung im Höchstspannungsnetz in Europa 220 kV bis 400 kV und im Hochspannungsnetz 110 kV.
Im Mittelspannungsnetz ist als Normspannung 20 kV vorgesehen, allerdings ist wegen zahlreicher Kabel in städtischen Gebieten, die für niedere Spannung ausgelegt sind, die Anpassung schwierig.
Bei der Hochspannungs-Gleichstrom-Übertragung gibt es keine normierten Spannungen.
Bei Bahnstrom-Speisenetzen beträgt die Normspannung in Deutschland und Österreich 110 kV, in der Schweiz 66 kV und 132 kV.
Bahnstrom
Im Bahnbetrieb selbst (Oberleitungen) haben sich zahlreiche Spannungen durchgesetzt. Bei Vollbahnen dominieren die folgenden fünf Systeme (siehe hierzu Liste der Bahnstromsysteme):
- Einphasenwechselstrom 50 Hz, 25 kV
- Einphasenwechselstrom 60 Hz, 25 kV
- Einphasenwechselstrom 16,66…16,7 Hz, 15 kV (Deutschland, Österreich usw.)
- Gleichstrom, 3 kV
- Gleichstrom, 1,5 kV
Bei U- und Straßenbahnen ist die Spannung nicht genormt. In Deutschland wird bei U- und Stadtbahnen meistens Gleichstrom mit 500…750 Volt verwendet.
Siehe auch
Länderübersicht Steckertypen, Netzspannungen und -frequenzen
Liste der Bahnstromsysteme
Nennspannung
Drehstrom
Weblinks
Quellenangaben
- ↑ Spannungstoleranzen in der Energieversorgung Dipl.-Ing. Thomas Flügel am Universitätsklinikum Charité, Bereich VII C 1 Elektrotechnik, eingesehen 2006-12-07.
- ↑ Versorgungsqualität, Vattenfall, eingesehen ebenfalls 2006-12-07.
- ↑ Richtlinie 85/374/EWG des Rates vom 25. Juli 1985 zur Angleichung der Rechts- und Verwaltungsvorschriften der Mitgliedstaaten über die Haftung für fehlerhafte Produkte. Diese Richtlinie erklärte auch Elektrizität zu einem Produkt, für dessen Fehler der Erzeuger haftbar gemacht werden kann (s. a. Produkthaftungsgesetz).
