EDI
Das Magazin für technikbegeisterte Mädchen und Jungen Leitung
Trans- formator Kabel
Transport Nr. 4
Stromnetze
2 – Strom
Seite 4
StromnetzeGanz schön spannend!Seite 12
Wusstest Du schon ...welche Geräte wie viel Strom benötigen?Seite 14
ExperimentDie KartoffelbatterieStrom wird in Kraftwerken produziert. Doch von dort muss er im ganzen Land verteilt werden, damit Fabriken arbeiten können, Züge fahren und bei Dir zu Hause Licht, Kühlschrank und Fern- seher funktionieren. Aber wie kommt der Strom überall dort hin?
Hallo Freunde
ich bin EDI von Energiedienst Dein Experte für Technik und Energie.
Heute zeige ich Dir wie der Strom vom Kraftwerk bis zu Dir nach
Hause in die St eckdose komm t.
Na bist Du schon g espannt? Dann l os!
Vom Kraftwerk
bis zur steckdose
Stromerzeuger Stromverbraucher
Windkraft- werke
(20/10/6 Kilovolt) Mittelspannungsnetz
(400/230 Volt) Niederspannungsnetz
(110 Kilovolt) Hochspannungsnetz
Haushalte Landwirtschaft Gewerbe Industrie Büro Kaufhäuser Große Industriebetriebe Deutsche Bahn (380/220 Kilovolt)
Höchstspannungsnetz
Wasserkraftwerke
Photovoltaik- anlagen
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Große Kraftwerke (Kohle Atom)
Stromtransport
Elektrische Spannung
Die elektrische Sp annung wird in Volt (V) gemessen. Ein Kilovolt (kV)
sind 1.000 Vo lt. Der Name V olt geht auf den it alienischen Physik er
Alessandro Vol ta zurück der n eben vielem anderen auch die Ba tterie
erfunden hat.
Der Transport im Stromnetz funktioniert über verschiedene Leitungen, die den Strom zuerst mit viel und dann immer weniger
„Power“ bis zur Steckdose transportieren. Diese „Power“ wird Spannung genannt. E DI zeigt Dir, warum der Strom mit ver-
schiedenen Spannungen fließt und warum das wichtig ist.
4 – Stromnetze
Ganz schön Spannend!
Warum geht Strom beim Transport verloren?
Jede Leitung hat einen sogenannten Wider - stand. Der sorgt dafür dass ein Teil des Str oms
in Wärme umgewandelt wird – und damit verloren geht. Am Ende der
Leitung kommt also immer weniger Strom an als am Anf ang reingegeben wurde. Je höher die Spannung ist desto geringer sind die Stromver luste.
1 kilovolt = 1.000 Volt
Transformatoren – ohne sie läuft nix
Umspannwerk
Primär- spannung
Sekundär- spannung Trafo- station
Ein Transformator verringert oder erhöht die Spannung. Er besteht aus einem Eisenkern um den zwei voneinander getrennte Spulen aus Kupfer- draht gewickelt sind – eine davon mit vielen die andere mit wenigen Windungen. Wird an die Spule mit der höheren Windungszahl eine hohe Spannung angelegt dann entsteht zwischen den Anschlussklemmen der Spule mit den wenigen Windungen eine niedrige Spannung. Und um- gekehrt. So lassen sich die Spannungen in unserem Stromnetz anpassen.
Was machen Umspannwerke und Trafostationen?
Die Stromspannung ändert sich mehrmals auf dem Weg bis zu Dir nach Hause.
Dies wird über Umspannwerke oder Trafostationen geregelt. Hier stehen riesige Transformatoren, die die Spannung erhöhen oder verringern. Umspannwerke verbinden Höchst- mit Hoch- und Mittelspannungsnetzen, und Trafostationen verbinden Mittel- mit Niederspannungsnetzen.
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(380/220 Kilovolt) Höchstspannungsnetz
Die Höchstspannung wird genutzt um Strom über große Entfernungen zu transportieren. Dies geschieht über die hohen Freileitungen. Die besonders hohe Spannung sorgt dafür dass unterwegs relativ wenig Strom verloren geht. Über das Höchstspannungsnetz wird der Strom aus Groß- kraftwerken in ganz Deutschland und Europa verteilt und in das Hochspannungsnetz eingespeist.
(110 Kilovolt) Hochspannungsnetz
Durch das Hochspannungsnetz gelangt der Strom in größere Gebiete oder Städte. Kleinere Kraftwerke und Wasserkraftwerke wie zum Beispiel die von Energiedienst in Laufenburg Rheinfelden und Wyhlen speisen hier ihren Strom ein. Über Transformatoren und Umspannwerke landet auch der Strom aus dem Höchstspannungsnetz hier. Große Industriebetriebe und auch die Deutsche Bahn werden aus diesem Netz direkt versorgt.
(20/10/6 Kilovolt) Mittelspannungsnetz
Über Umspannwerke kommt der Strom aus dem Hochspannungs- ins Mittelspannungsnetz. Aber auch hier speisen Kraftwerke – Windkraftwerke und kleine Wasserkraftwerke – direkt ihren Strom ein. Kleinere und mittlere Unternehmen sowie Fabriken werden zum Beispiel mit Strom aus dem Mittelspannungsnetz versorgt.
(400/230 Volt) Niederspannungsnetz
Jetzt geht es endlich Richtung Steckdose. Das Niederspannungsnetz versorgt die einzelnen Häuser und Wohnungen mit Strom. Damit kannst Du zu Hause alle elektrischen Geräte betreiben.
Um den Strom auf die geringe Spannung herunterzuregeln ist zwischen Mittelspannungs- und Niederspannungsnetz ein Transformator notwendig. Oder der Strom kommt beispielsweise direkt aus Photovoltaik-Anlagen. Sie speisen ihren gewonnenen Strom ins Niederspannungsnetz ein.
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Höchstspannungsnetz Hochspannungsnetz Umspann-
werk
Stromleitungen und Masten
Von A nach B – welchen Weg nimmt der Strom?
Der Strom muss aus den Kraftwerken zu den Verbrauchern gebracht werden. Das geschieht über sehr viele Leitungen die im ganzen Land verteilt sind. Zusammen bilden diese Leitungen das Stromnetz.
Höchst- und Hochspannungsleitungen werden üblicher- weise an hohen Stahlgittermasten geführt. Bei diesen Freileitungen werden Seile aus Metall als elektrische
Leiter verwendet. Seile sind – anders als Kabel – nicht von einer isolierenden Schicht umgeben und somit sehr gefährlich.
Deshalb hängen sie auch so weit oben.
Stromnetz in Deutschland
Das gesamte Stromnetz hierzulande ist über 1 8 Millionen Kilometer lang. Das ist so lang dass damit die Erde 45 Mal umwickelt werden könnte. Der weitaus größte Teil ist als Kabel unter der Erde verlegt.
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Mittelspannungsnetz Niederspannungsnetz Trafostation
Für Mittel- und Niederspannungsleitungen werden eher kleinere Holz- Beton- oder Stahlrohrmasten verwendet.
In Städten liegen die Kabel in der Regel unter der Erde. Erdkabel können einen oder mehrere Leiter enthalten die jeweils einzeln durch eine Isolierung
geschützt sind.
Kabel unter der Erde
8 – Sicher ist sicher
Strombedarf und NETZLeitstelle
In Deutschland ist die Versorgung mit Strom nahezu immer sichergestellt. Abgesehen von seltenen Ausfällen oder ge- planten Abschaltungen, beispielsweise weil Leitungen oder
Masten repariert werden müssen, hast Du zu Hause immer Strom für Fernseher, Computer & Co.
Die Netzleitstelle
Die Stromerzeugung in Deutschland ist so geregelt, dass immer genug Strom zur Verfügung steht.
Das heißt, Stromerzeugung und Stromverbrauch halten sich genau die Waage. Die Mitarbeiter der Netzleitstelle überwachen, dass alles reibungslos funktioniert. Und wenn dies mal nicht der Fall ist, dann sorgen sie dafür, dass schnell Abhilfe geschaffen wird. Zum Beispiel schicken sie Techniker vor Ort, wenn irgendwo der Strom ausgefallen oder eine Leitung beschädigt ist.
Netzleitstelle von ED Netze in Rheinfelden
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Der Strombedarf schwankt
Am Morgen, wenn alle Menschen aufstehen und in den Fabriken und Büros die Arbeit beginnt, dann steigt der Strombedarf. Nachts, wenn die meisten Menschen schlafen, ist der Strombe- darf dafür geringer. Die Stromproduktion der Kraftwerke muss also flexibel sein, um sich der schwankenden Nachfrage anpassen zu können.
Der Strombedarf zu Hause
00:00 1:00 2:00 3:00 4:00 5:00 6:00 7:00 8:00 9:00 10:00 11:00 12:00 13:00 14:00 15:00 16:00 17:00 18:00 19:00 20:00 21:00 22:00 23:00
werktags sonntags
Quelle: BDEW
Wenig stromviel Strom
1. Die meisten Menschen schlafen.
2. Aufstehen und Frühstück machen.
3. Viele Menschen kochen sonntags ein tolles
Mittagessen.
5. Endlich Feierabend.
Viele Menschen sitzen vor Fernseher Computer & Co.
4. Wochentags bleibt der Herd mittags häufiger aus.
Viele Menschen arbeiten oder sind in der Schule.
Verbrauch
Produktion und Verbrauch müssen im Gleichgewicht sein.
Produktion
Viele Stromerzeuger
Energie aus Sonne, Wind und Wasser – durch den steigenden Anteil der erneuerbaren Energien in Deutschland müssen sich auch die Stromnetze ändern. Dazu gibt es immer mehr Privathaushalte, die zum Beispiel eine Photovoltaikanlage auf dem Dach haben und so zu kleinen Stromerzeugern werden. Das Stromnetz muss deshalb viel kleinmaschiger werden, viel weitere Strecken überwinden und Strom in alle Richtungen
transportieren. Das funktioniert nur, wenn das Netz intelligent wird.
10 – Zukunft
Früher sorgten Großkraftwerke für die Stromver-
sorgung in Deutschland. Heute gibt es jede Menge kleine und große Kraftwerke, und selbst private Haushalte produzieren
Strom. Das muss im Stromnetz berücksichtigt werden.
Die Stromnetze
werden schlau
Wird der Strom in Zukunft gespeichert?
Eine Idee ist, dass es künftig ganz viele kleine Stromspeicher gibt, sei es in Unternehmen oder auch bei Dir zu Hause. Wenn der Wind stark weht oder die Sonne scheint und Windräder oder Photovoltaikanlagen viel Strom produzie- ren, dann werden die Speicher aufgeladen. Ver- braucht wird die Energie dann, wenn weniger Wind weht oder keine Sonne scheint.
Intelligentes Stromnetz
Das intelligente Stromnetz der Zukunft reagiert flexibel auf Angebot und Nachfrage. Dafür sor- gen Computer, die ganz viele Daten sammeln und auswerten. Das hat einige Vorteile: Strom- verbraucher und Stromerzeuger stehen in stän- digem Austausch und stimmen ihre Stromnut- zung aufeinander ab. Ein Beispiel: Wasch- oder Geschirrspülmaschinen laufen nur, wenn der Strom gerade günstig ist, zum Beispiel nachts.
Da die Geräte an das intelligente Netz ange- schlossen sind, wissen sie von selbst, wann der richtige Zeitpunkt ist. Das kann viel Geld sparen.
Außerdem können viele kleine Energieerzeuger virtuell zu einem Kraftwerk zusammengeschlos- sen werden, das dann wie ein Großkraftwerk arbeitet. Auch dafür sorgt das intelligente Netz.
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Um die kontinuierliche Stromversorgung aller
Verbraucher sicherzustellen sind die Kraftwerke im
ganzen Land verteilt. Strom wird zudem bestenfalls in
der Region erzeugt wo er auch verbraucht wird.
Hinweis:
Schau doch mal in die EDI-Ausgabe Nr. 1 zum Thema Elektroauto. Dort findest Du wertvolle Tipps wie Du zu Hause Strom sparen kannst.27 % Elektrizität ist
wertvoll. Deshalb ist es gut auf den Stromverbrauch zu Hause zu achten – einerseits für die Umwelt andererseits für den Geld-
beutel Deiner Eltern.
17 %
12 – Wusstest Du schon ...
... wie viel Strom die elektrischen Geräte zu Hause verbrauchen?
Computer Fernseher Radio
Kühl- und Gefriergeräte
16 %
Sonstiges
13 %
Waschen und trocknen
11 %
Kochen
7%
Spülen
9%
Licht Strommessgeräte
helfen beim Stromsparen
Mit Stromzählern lässt sich der Verbrauch von Elektrogeräten messen. Sie können helfen Geräte die viel Strom verbrauchen aufzuspüren. Dazu werden die Messgeräte zwischen Steckdose und das zu messende Gerät ge- schaltet. Dann geben sie Aus- kunft über den Verbrauch. Wenn Du zum Beispiel Euren älteren Kühlschrank mit dem Messgerät überprüfst stellst Du vermut- lich fest dass der Verbrauch im Vergleich zu modernen Geräten deutlich höher liegt.
Quelle: BDEW EnergieAgentur.NRW HEA
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Vorsicht Strom ist gefährlich 13
Strom ist wichtig, weil viele Geräte zu Hause nur damit funktionieren.
Aber Strom birgt auch Gefahren. EDI zeigt Dir, wo Du aufpassen musst.
Keine spitzen Gegenstände in die Steckdose halten.
Elektrische Geräte dürfen nie mit Wasser in Berührung kommen.
Ist das Kabel kaputt darf das Gerät nicht
benutzt werden.
Nie an elektrischen Geräten basteln oder herumschrauben.
In der Badewanne nie mit dem Föhn oder anderen elektrischen Geräten sitzen.
Beim Drachensteigen darauf achten
dass der Drache nicht in die Hoch-
spannungsleitung kommt.
Warum leuchtet die LED?
Ist der Stromkreis geschlossen dann findet eine chemische Reaktion zwischen den beiden Metallen Zink
und Kupfer sowie dem Saft der Kartoffel statt. Die Elektronen beginnen durch die Kabel zu fließen
und bringen die LED zum Leuchten.
1. Kartoffeln unten flach abschneiden dann liegen sie besser.
2. In jede Kartoffel zwei Schlitze schneiden möglichst
weit auseinander.
Die Kartoffelbatterie
14 – Experiment
Du brauchst: 3 Kartoffeln 3 1-Cent-Münzen 3 Schrauben aus Zink 4 Kabel an den Enden abisoliert 1 LED 1 Messer
5. Beim Anschließen der LED darauf achten dass das längere Beinchen an die 1-Cent-Münze das kürzere an die Schraube angeschlossen wird.
3. In den rechten Schlitz kommt jeweils eine 1-Cent-Münze in den linken Schlitz die Schraube.
4. Dann mit den blanken Enden
der Kabel genauso verbinden wie
im Bild oben gezeigt.
Was weißt Du über Stromnetze?
Probiere es aus und beantworte die fünf Fragen.
Die Buchstaben vor den richtigen Antworten ergeben das Lösungswort.
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Warum gibt es Hochspannung?
Um Strom über hohe Masten zu transportieren Um Strom möglichst verlustfrei zu transportieren
Wegen des Erfinders Edmund Hoch Was macht ein Umspannwerk?
Transformiert die verschiedenen Spannungen Hier werden die Stromleitungen hergestellt
Dort werden Stromnetze gesponnen Wie viel ist 1 Kilovolt?
10 Volt 100 Volt 1.000 Volt
Welche Geräte verbrauchen zu Hause am meisten Strom?
Computer Fernseher Radio Licht
Waschmaschine Was macht ein Stromzähler?
Misst den Strombedarf Misst den Stromverbrauch
Misst die Spannung D
S E
T N L
M D R
O R A
B M P
Impressum
EDI – Das Magazin für technikbegeisterte Mädchen und Jungen
Herausgeber: Energiedienst Holding AG Kommunikation/Schulinformation
Postfach 79720 Laufenburg Telefon: 07763/81-2650
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Konzeption und Redaktion:
Sinnbüro Kommunikation Gestaltung und Illustration: Stephanie Hin
Fotonachweis:
Energiedienst (S. 5) Energiedienst (S. 8) Urheberrechte: Die in EDI enthaltenen Beiträge sind urheberrechtlich geschützt.
Nachdruck auch auszugsweise nur mit schriftlicher Genehmigung des Herausgebers.
Alle Rechte werden vorbehalten.
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