hochspannungsleitung

Wie kommt eigentlich der Strom in die Steckdose?
Die Frage klingt einfach, und schnell liegt eine einfache Antwort nahe. Klar, der Strom wird im Kraftwerk produziert und kommt dann per Kabel zu uns nach Hause.
Aber die ganze Wahrheit ist - wie so oft - deutlich komplizierter.

Ein wesentlicher Bestandteil des Stromtransportes ist der Transformator. Durch ihn wird die Spannung, die das Kraftwerk liefert, hochgeregelt, so dass eine Hochspannung von vielen Kilovolt entsteht.
Und bevor diese Spannung in unserer Steckdose landet muss sie nochmal durch einen zweiten Transformator heruntergeregelt werden, damit unsere Geräte nicht zerstört werden.
Das klingt aufwändig - ist es auch - aber es ist notwendig. Um es schonmal vorweg zu nehmen, ohne diesen Aufwand müssten wir in jedem Häuserblock ein eigenes Kraftwerk haben, sonst würde bei uns nichts ankommen. Dazu später mehr in der letzten Aufgabe.

Gleichungen

Wir benötigen in dieser Aufgabe folgende Gleichungen:
Ohmsches Gesetz: U = R I
elektrische Leistung: P = U I
Transformatorgleichungen:
Spannungsgleichung: n₁/n₂ = U₁/U₂ und
Stromgleichung: n₁/n₂ = I₂/I₁
Für den spezifischen Widerstand R_s gilt:
R = R_s * l / A mit l: Kabellänge in m und
A: Querschnittsfläche des Kabels in mm²

Das folgende Schema skizziert den Weg des Stromes vom Kraftwerk zum Endverbraucher. Für die einzelnen markierten Abschnitte findest Du im Anschluss Aufgaben, die sich mit Hilfe der in der Skizze angegebenen Größen lösen lassen.

Grundaufgabe:
Beschreibe den Weg des Stromes, wie er in der Skizze gezeigt wird. Verwende in deiner Beschreibung dabei alle angegebenen Werte und benenne die dazugehörigen physikalischen Größen.
Beispiel: "Das Kraftwerk erzeugt eine elektrische Leistung von 50 MW (50 Megawatt)."

Abschnitt 1) Kraftwerk
Welcher Strom fließt durch die Ausgangsleitungen des Kraftwerkes?

Abschnitt 2) Kraftwerkstransformator
- Welcher Strom fließt durch die Hochspannungsleitungen, nachdem der Transformator die Spannung geändert hat?
- Wozu dient dieses Verfahren offensichtlich?
- Welche zweite Windungszahl ist für den Hochspannungsvorgang notwendig?

Abschnitt 3) Hochspannungsleitung
Auch dicke Hochspannungskabel haben einen Widerstand, da sie oft sehr lang sind. Durch diesen Widerstand geht Spannung auf dem Weg zum Verbraucher verloren.
Ein Aluminiumkabel hat einen spezifischen Widerstand von 0,0265 Ω mm^2 / m, d.h. ein 1m langes Kabel mit der Querschnittsfläche 1mm^2 hat einen Widerstand von 0,0265 Ohm.
- Berechne den Widerstand des angegebenen Kabels
- Berechne die im Kabel verloren gegangene Spannung. Wie viel Prozent sind verloren gegangen?
- Welcher Anteil wäre verloren gegangen, wenn man die Spannung nicht geändert hätte?

Abschnitt 4) Umspannwerk
- Wie groß muss die Windungszahl der zweiten Spule sein?
- Welches ist die maximale Strommenge, die das Umspannwerk freisetzen kann?
- Auf wie viel Haushalte kann der Strom verteilt werden, wenn jeder maximal 250A nutzt?