Nabil Gad: Energieübertragung 1
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Übertragung elektrischer Energie Energieübertragung
Das Problem
Die Orte, an denen elektrische Energie benötigt wird, sind oft andere als die, an denen die Energie- versorgungsunternehmen (EVU) ihre Energie ______________________.
Aus diesem Grund müssen große _________________________________ zu den Städten übertragen werden. Die Spannung in den Haushalten
beträgt ____________ V. Würden beispiels- weise 1000 Haushalte jeweils nur eine Glüh-
lampe von 100 W in Betrieb nehmen, so müsste bei einer Gesamtleistung von ____________ kW durch die Transportleitung ein Strom von I = P
U = ____________ A fl ießen. Nimmt man für die Transportleitung einen geringen Leitungswiderstand von ___________ Ohm an, so wird an ihr eine Leistung in Höhe von P = R · I2 = ____________ kW in Form von Wärmeenergie umgesetzt. Das EVU müsste diese Leistung zusätzlich liefern – das sind insgesamt ____________ kW. In diesem Fall würde die Verlustleistung ____________ % der übertragenen Gesamtleistung ausmachen!
Die Lösung
An der Formel P = R · I2 erkennt man, dass die Verlustleistung vom Leitungswiderstand und von der ______________________ abhängt, die durch die Leitung fl ießt. Eine ______________________ der
Stromstärke hat eine __________________________ der Verlustleistung zur Folge.
Die Lösung muss also sein, die gewünschte Leistung von 435 A mit einer möglichst geringen Strom- stärke zu erzeugen. Durch einen Transformator transformiert man die Spannung von 230 V auf 20 000 Volt = 20 kV.
Bei der gewünschten Leistung von 100 kW fl ießt durch die Leitung eine Stromstärke von gerade einmal I = P
U = ___________ A – dies entspricht einer Verlustleistung von P = R · I2 = ___________ W. Das entspricht ___________ %. Für die Haushalte wird die Hochspannung von 20 kV mithilfe eines Trans- formators wieder auf 230 V heruntertransformiert.
왘
Merke:Hohe _______________________________________ überträgt man mit ______________________
Spannungen. Dies führt wegen der ___________________ Stromstärken zu ____________________
elektrischen Verlusten.
EVU 1 2 1 000
100 W (230 V) Leitungswiderstand: 3 Ohm
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Nabil Gad: Energieübertragung 3
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Lösungen
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Übertragung elektrischer Energie Energieübertragung Das Problem Die Orte, an denen elektrische Energie benötigt wird, sind oft andere als die, an denen die Energie- versorgungsunternehmen (EVU) ihre Energie ______________________. Aus diesem Grund müssen große _________________________________ zu den Städten übertragen werden. Die Spannung in den Haushalten beträgt ____________ V. Würden beispiels- weise 1000 Haushalte jeweils nur eine Glüh- lampe von 100 W in Betrieb nehmen, so müsste bei einer Gesamtleistung von ____________ kW durch die Transportleitung ein Strom von I =P U = ____________ A fl ießen. Nimmt man für die Transportleitung einen geringen Leitungswiderstand von ___________ Ohm an, so wird an ihr eine Leistung in Höhe von P = R · I2 = ____________ kW in Form von Wärmeenergie umgesetzt. Das EVU müsste diese Leistung zusätzlich liefern – das sind insgesamt ____________ kW. In diesem Fall würde die Verlustleistung ____________ % der übertragenen Gesamtleistung ausmachen! Die Lösung An der Formel P = R · I2 erkennt man, dass die Verlustleistung vom Leitungswiderstand und von der ______________________ abhängt, die durch die Leitung fl ießt. Eine ______________________ der Stromstärke hat eine __________________________ der Verlustleistung zur Folge. Die Lösung muss also sein, die gewünschte Leistung von 435 A mit einer möglichst geringen Strom- stärke zu erzeugen. Durch einen Transformator transformiert man die Spannung von 230 V auf 20 000 Volt = 20 kV. Bei der gewünschten Leistung von 100 kW fl ießt durch die Leitung eine Stromstärke von gerade einmal I =P U = ___________ A – dies entspricht einer Verlustleistung von P = R · I2 = ___________ W. Das entspricht ___________ %. Für die Haushalte wird die Hochspannung von 20 kV mithilfe eines Trans- formators wieder auf 230 V heruntertransformiert. 왘Merke: Hohe _______________________________________ überträgt man mit ______________________ Spannungen. Dies führt wegen der ___________________ Stromstärken zu ____________________ elektrischen Verlusten.
EVU 121 000 100 W (230 V)Leitungswiderstand: 3 Ohm
erzeugen Energiemengen 230 100 435 3 568 668 85 StromstärkeVerdopplung Vervierfachung 575 0,07 Energiemengen (Leistungen)hohen geringerengeringeren Nabil Gad: Grundwissen Energie © Persen Verlag
Der Transformator Energieübertragung Aufgabe 1 Ein Transformator besteht aus und einem geschlossenen . Wird an der Primärseite die Wechselspannung UP an- gelegt, so entsteht ein magnetisches Feld. Durch die Magnetfeldänderungen wird auf der ______________________ eine Sekundärspannung US induziert. Die Spannung wird also durch elektromagnetische Induktion übertragen. Je größer die Primärspannung UP , umso _______________ die Sekundärspannung US. Je größer die Sekundärwindungszahl NS, umso _______________ die Sekundärspannung US. Je größer die ___________________________ NP , umso _______________ die Sekundärspannung US. Vergleicht man das Verhältnis der Windungszahlen der beiden Spulen mit dem Verhältnis der beiden Spannungen, so kommt man zu folgendem Ergebnis: Formel:US UP = NS NP
US: UP:
NS: NP: Aufgabe 2 Ein Transformator wird primärseitig an 230 V angeschlossen. Primärseitig hat er 500 Windungen. Sekundärseitig hat er 23 000 Windungen. a) Berechne die Sekundärspannung. b) Was ist nach dem Einschalten des Transformators zu beobachten? c) Erkläre deine in b) beschriebene Beobachtung. d) Berechne die Leistung primärseitig mit IP = 3 A. e) Beim idealen Transformator gilt PS = PP . Vergleicht man das Verhältnis der Windungszahlen mit dem Verhältnis der Stromstärken, so kommt man zu einer Verhältnisgleichung. Notiere diese.
UPNPNSUS
2 Spulen Eisenkern Sekundärseite größer größer Primärwindungszahlkleiner SekundärspannungSekundärwindungszahl PrimärspannungPrimärwindungszahl IP IS = NS NP
An den Hörnern springt an der engsten Stelle ein Funke über, der dann nach oben aufsteigt, bis er schließlich abreißt und der Vorgang erneut beginnt. Weil die Luft ionisiert wird, springt der Funke über. Er springt an der engsten Stelle über, da dort der Widerstand am geringsten ist. PP = UP · IP = 230 · 3 = 690 W US · IS = UP · IP ⇒ US UP = IP IS = NS NP⇒
Us = UP · NS NP = 10 580 V = 10,58 kV Nabil Gad: Energieübertragung © Persen Verlag
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