Production du courant triphasé

Die Energie in uns (Seiten 8 und 9 der Broschüre „Du und die Energie“)
Erzeugung von Dreiphasenstrom
Beginnen wir mit dem Phänomen der elektrischen Induktion…
Wenn wir einen Magneten vor einer Kupferdrahtspule in Bewegung versetzen, erzeugen wir in
der Spule einen elektrischen Strom: Das ist das Phänomen der Induktion. Um Strom zu erzeugen,
muss man also „nur“ einen Magneten zu einer elektrisch leitenden Drahtspule in
Relativbewegung setzen.
Dies erzeugt einen Wechselstrom (im Unterschied zum Gleichstrom, der zum Beispiel durch eine
Batterie erzeugt wird und der eine bestimmte Richtung hat). Dieses Prinzip finden wir in der
Lichtmaschine eines Fahrrades, mit welcher der notwendige Strom produziert wird, um die
Vorder- und Rückleuchten mit Elektrizität zu versorgen.
Man muss also nur eine Glühbirne mit Hilfe von zwei Drähten mit der Spule verbinden, um in
dem so gebildeten Stromkreis einen elektrischen Strom fliessen zu lassen.
Stromerzeugende Kraftwerke funktionieren nach demselben Prinzip, doch ein
Wechselstromgenerator erzeugt in der Regel einen Dreiphasenstrom. Indem man drei Spulen
um den Magneten herum anordnet, erhält man drei Wechselströme, die zeitlich versetzt sind
(der Nordpol des Magneten bewegt sich nacheinander an jeder Spule vorbei).
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Man speist so gleichzeitig drei Stromkreise (wie der weiter oben untersuchte Stromkreis); es
werden jedoch sechs Drähte benötigt…
Man greift daher auf einen kleinen Stromanschluss-Trick zurück: die sternförmige Installation.
Der Stromerzeuer zieht einen Draht von der Mitte der Anordung gegen die Erde, den
sogenannten Neutralleiter.
neutral
Phase 1
Phase 2
Phase 3
2
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Zwischen den äussersten Enden jeder Spule und dem Neutralleiter besteht eine Spannung von
230 Volt.
Phase 1
230 V
Phase 2
230 V
neutral
Phase 3
230 V
In der Schweiz werden Häuser allgemein mit Dreiphasenstrom versorgt. Die meisten
elektrischen Geräte haben jedoch nur eine einzige Phase (Lampen, Steckdosen). Das heisst, dass
man zwischen einem der drei Phasendrähte und dem Neutralleiter eine Spannung von 230 Volt
verwendet.
Bestimmte wichtige elektrische
Dreiphasenstrom versorgt werden.
Leistungsgeräte
(Kochplatten,
Boiler)
können
mit
Phase 1
Phase 2
Phase 3
neutral
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Die Gefahren der Elektrizität
Zu treffende Vorsichtsmassnahmen!
1°) Kein elektrischer Defekt: Die Person kann das Gehäuse des Gerätes ohne Risiko berühren.
Phase
neutral
2°) Elektrischer Defekt: Der Phasendraht liegt bloss und berührt das Gehäuse des Gerätes. Es
besteht Gefahr eines tödlichen Stromschlages! Das Gehäuse der Maschine und die Person bilden
eine Brücke zwischen dem Phasendraht und der Erde: Der elektrische Strom fliesst also durch
die Person hindurch!
Phase
neutral
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3°) Elektrischer Defekt: Der Phasendraht liegt bloss und berührt das Gehäuse des Geräts. Die
Person bildet eine Brücke zwischen dem Phasendraht und der Erde, aber der FI-Schutzschalter
stellt zwischen dem Phasendraht und dem Neutralleiter sofort einen Stromfehler fest, da ein Teil
des Stroms durch die Person abgeleitet wird. Der FI-Schutzschalter unterbricht den Stromfluss
und die Person ist gerettet.
Phase
FI-Schutzschalter
neutral
Schlussfolgerung: FI-Schutzschalter sollten zu jeder elektrischen Installation gehören.
Anmerkung: Die Erdung alleine reicht nicht aus, um vollständige Sicherheit zu gewährleisten.
Wenn nämlich der Phasendraht bloss liegt und das Metallgehäuse berührt, wird der Strom zur
Erde abgeleitet. Berührt eine Person jedoch die Maschine, bietet sie für den Strom einen
weiteren Weg und riskiert einen tödlichen Stromschlag. Auch in diesem Fall muss also ein FISchutzschalter eingebaut werden: Sobald es zur Erde hin einen Kriechstrom gibt, unterbricht
der Schutzschalter den Stromkreis, egal ob eine Person das Metallgehäuse berührt oder nicht.
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Leistung und Energie
Eine häufige Verwechslung der Einheiten…
Oft hört man die Einheiten Kilowatt (Symbol: kW) und Kilowattstunden (Symbol: kWh). Trotz
der Ähnlichkeit dieser Worte gilt es, auf die physikalischen Bedeutungen zu achten: Das Kilowatt
ist eine Leistungseinheit, die Kilowattstunde ist eine Energieeinheit.
Erinnern wir uns: Die Leistungseinheit heisst Watt (Symbol: W).
Ein Kilowatt sind 1'000 Watt (1kW = 1'000 W).
Die Energieeinheit heisst Joule (Symbol: J).
Welchen Zusammenhang gibt es zwischen Joule und Kilowattstunde?
Nehmen wir an, eine Glühbirne verbraucht 10 Joule in einer Sekunde, 20 Joule in 2 Sekunden, 50
Joule in 5 Sekunden usw. …
Man stellt fest: 10 : 1 = 10; 20 : 2 = 10; 50 : 5 = 10.
Teilt man die Energie (in J) durch die Zeit (in s), so erhält man immer den gleichen Wert (hier:
10 Joule je 1 Sekunde).
Dieser Wert 10 entspricht der Leistung der Glühbirne. Die Leistung entspricht also der während
einer Sekunde verbrauchten Energie (hier: 10 Joules in 1 Sekunde).
Man sagt, die elektrische Leistung der Glühbirne beträgt 10 Watt.
Der Zusammenhang zwischen Leistung und Energie kann wie folgt beschrieben werden: Die
Leistung erhält man, indem man die Energie durch die Zeit dividiert.
Leistung (in W) = Energie (in J) : Zeit (in s)
Die Energie erhält man also, indem man die Leistung mit der Zeit multipliziert:
Energie (in J) = Leistung (in W) x Zeit (in s)
Eine Kilowattstunde steht also für die Energie, die ein Gerät mit einer Leistung von 1 Kilowatt
(d.h. 1'000 Watt) in einer Stunde (d.h. 3'600 s) verbraucht. Typischerweise entspricht dies der
Energie, die ein Bügeleisen bei einer Stunde Dauerbetrieb verbraucht.
Also ergibt sich: Energie = 1'000 W x 3'600 s = 3'600'000 J.
Eine Kilowattstunde entspricht somit 3'600'000 Joules. Die Kilowattstunde ist eine weitere
Energieeinheit und für das Errechnen unseres Stromverbrauches (und somit die
Stromrechnungen) praktischer als die Einheit Joule.
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