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Was sind Spannung und Strom?

Spannung ist die elektrische Potenzialdifferenz. Das ist die Differenz der elektrischen potenziellen Energie zwischen zwei Punkten im elektrischen Feld.

Strom ist die gerichtete Bewegung elektrischer Ladungsträger (z.B. Elektronen). Wenn ein Strom von 1 Ampere durch eine Leitung fließt, bewegen sich dort 6,24145 x 10^18 Elektronen pro Sekunde hindurch.

Warum ist Netzspannung "sinusförmig" ?

Wie funktioniert ein Transformator ?

Was ist Blindleistung ?

Ein ohmscher Widerstand bewirkt das die gesamte Leistung umgesetzt wird (P=U×I). In dem Fall spricht man auch von Wirkleistung. Wirkleistung bewirkt Wärme. Bei einem induktiven Widerstand (Spule) oder kapazitiven Widerstand (Kondensator) kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen Spannung und Strom. Nun spricht man von der Scheinleistung (S=U×I). Obwohl die Spannung und der Strom gleich groß seien können (blaue und rote Linie), wird nicht mehr soviel Leistung (grüne Flächen) umgesetzt. Die Leistung oberhalb der X-Achse wird aus dem Stromnetz entnommen und die Leistung unterhalb der X-Achse wird wieder in das Stromnetz abgegeben, nachdem sie kurzzeitig in der Spule, bzw. dem Kondensator "zwischengespeichert" wurde.

Spannung = blaue Linien   Strom = rote Linien

Wirkleistung = grüne Flächen   Blindleistung = graue Flächen

Wenn die Leistung oberhalb der X-Achse genauso groß ist, wie die Leistung unterhalb der X-Achse, dann ist keine Wirkleistung vorhanden. Es entsteht keine Wärme. Die gesamte Leistung ist dann reine Blindleistung. Dieser Effekt entsteht wenn man einen 400V Motorkondensator an der Steckdose anschließen würde (absolut lebensgefährlich). Durch den enorm hohen Innenwiderstand des Kondensators entsteht quasi eine vernachlässig kleine Wirkleistung und somit auch keine Wärme, und das obwohl der Kondensator ständig auf- und entladen wird. Es fließt ständig ein lebensgefährlicher Strom, es wird keine Wirkleistung verbraucht, es entsteht keine Wärme. Die gesamte aufgenommene Energie wird auch wieder ans Stromnetz abgegeben.

Warum werden Drosseln kompensiert ?

Der Strom, der in einen Stromkreis hineinfließt, fließt auch wieder heraus.

Da bei der Spule kein Widerstand in Reihe geschaltet wurde, ist der Strom durch die Spule vor der Kompensation genauso groß wie nach der Kompensation.

Der Blindstrom des Kondensators hebt zum großen Teil den Blindstrom der Spule wieder auf. Somit fließt nicht mehr soviel Blindstrom zwischen der "Schaltung" und den "Stadtwerken" hin und her. Dadurch werden die Leitungen und die Sicherungen entlastet.

Das Verhältnis zwischen dem Wirkstrom, dem Scheinstrom und dem Blindstrom zeigt das Zeigerdiagramm an. Die Kompensation in diesem Beispiel bewirkte, das der Strom von 4,5A auf 3A absinkt. Bezahlen muß der "Otto-Normal-Verbraucher" bei den "Stadtwerken" allerdings nur den Wirkstrom von 2,7A. Die Leitungen und Sicherungen werden vor der Kompensation "noch" mit 4,5A und nach der Kompensation "nur noch" mit 3A belastet.

Durchschlagsfestigkeit - Durchschlagsspannung ?

Luft ist ein Isolator. Jedoch wird ab einer bestimmten Spannung jeder Isolator leitend. Dabei kommt es zu einem Spannungsdurchschlag der den Isolator zerstört und es könnte ein Lichtbogen entstehen. Der wäre Niederohmig und stellt somit einen Kurzschluß dar.

Man kann das mit einem Wasser-Behälter vergleichen, in dem der Wasserdruck immer mehr ansteigt. Irgendwann wird der Behälter zerstört. Egal ob er aus Plastik, Glas oder dickem Stahl ist. Je stabiler der Behälter ist um so höher muß der Druck sein. Und wenn der maximal zulässige Druck überschritten wird, geht der Behälter kaputt.

Die Durchschlagsfestigkeit bei Luft liegt bei etwa 2 kV/mm (dabei kommt es auch noch darauf an, wie feucht die Luft ist). Wenn diese Spannung überschritten ist, kommt es zu einem Spannungsdurchschlag. Darum sind Schalter, Relais, Sicherungen u.s.w. die für höhere Spannungen ausgelegt sind, auch wesentlich größer. Damit die Isolierung des jeweiligen Bauteils dicker ist und damit der durch den Abschaltvorgang entstehende Lichtbogen durch die längere Strecke abreißen kann.

Viele Bastler machen den Fehler und richten sich beim Umgang mit hohen Spannungen nur nach dem Ohmsche Gesetz aus. Sie nehmen einen kleinen ½ Watt 22 MΩ Widerstand, der aber nur für 350V zugelassen ist und deren Durchschlags-Spannung mit 700V angegeben wird, und schließen den an 3 kV an. Nach dem ohmschen Gesetz würden dann rein rechnerisch 0,14 mA fließen und somit 0,41 Watt an Wärme entstehen. Doch der Widerstand ist von seiner Baugröße so klein, das es zu einem Spannungsüberschlag kommt.

Und den gleichen Denkfehler machen sie dann auch bei Isolatoren. Ein Isolator ist nicht unendlich isolierend, selbst dann nicht, wenn der ohmsche Widerstand als nahezu unendlich angegeben wird. Wenn die Durchschlagsspannung erreicht ist, wird er leitend. Man kann sich das in etwa so vorstellen, als wenn die Elektronen sich einen eigenen Kanal durch den Isolator gelegt haben.

Warum bekommen Vögel, die auf einer Hochspannungsleitung sitzen, keinen tödlichen Stromschlag?

Kurze Antwort: Weil kein Strom fließt.

Wann fließt ein Strom? Wenn es eine Verbindung zwischen zwei verschiedenen Spannungspotenzialen gibt.
Solange sich der Vogel nur auf dem einen Spannungspotenzial, der Hochspannungsleitung, befindet und keine Verbindung zu einem anderen Spannungspotenzial hat, kann ihm nichts passieren. Dabei ist zu beachten, das es bei Hochspannung auch schon genügt, nur in die Nähe eines anderen Potenzials zu kommen und es findet eine Verbindung durch einen Spannungsüberschlag statt.

Mit was für einem Beispiel kann man das vergleichen? Genauso wie die Erde das Nullpotenzial zur Spannung darstellt, stellt der Meeresspiegel das Nullpotenzial zu den Bergen und Tälern dar. Vom Meeresspiegel aus gesehen kann man also immer sagen, ob eine Hochebene oder ein Berg sich 800 Meter über dem Meeresspiegel oder ob sich eine Tiefebene oder ein Tal sich 400 Meter unter dem Meeresspiegel befindet. Es fällt ja kein Mensch tot um, nur weil er sich auf einer Hochebene 800 Meter über bzw. auf einer Tiefebene 400 Meter unter dem Meeresspiegel befindet. Und genauso ist es mit dem Spannungspotenzial (oder Spannungsebene) auch. In dem Moment wo ein Vogel sich auf die Erde setzt nimmt er das gleiche Spannungspotenzial an, das die Erde besitzt und in dem Moment wo er sich auf eine Hochspannungsleitung setzt nimmt er das Spannungspotenzial der Hochspannungsleitung an. Solange es keine Verbindung zwischen den beiden verschiedenen Potenzialen gibt, kann nichts passieren.

Wann wird es gefährlich? Wenn es eine Verbindung zwischen den verschiedenen Ebenen gibt.
Wenn man zwei Eimer nebeneinander stellt und den einen mit 10cm Wasser füllt, und den anderen mit 20cm Wasser, passiert erst einmal nichts. Wenn man jedoch mit einem Schlauch eine Verbindung zwischen den beiden Böden der Eimer herstellt, fließt solange ein (Wasser)strom bis beide Eimer die gleiche Wasserhöhe haben.
Und genau das passiert bei der elektrischen Spannung auch. Wenn eine Verbindung zwischen verschiedenen Spannungsebenen hergestellt wird, fließt ein Strom. Je höher die Spannungsdifferenz zwischen den Ebenen um so höher der Strom. Und dieser Strom ist das gefährliche und kann tödlich sein.